Vật liệu thanh nano oxit sắt cấu trúc xốp cho hấp phụ chọn lọc khí H2S độc hại

Trong khuôn khổ dự án IUC-QNU, nghiên cứu sinh Bùi Thanh Trang thuộc dự án SP2 cùng các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu về vật liệu nano tiên tiến cho xử lý khí thải. Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Surfaces and Interfaces (Q1, WoS), tập trung khảo sát các thanh nano α-Fe₂O₃ có cấu trúc xốp và làm rõ mối liên hệ giữa điều kiện tổng hợp, đặc điểm cấu trúc và khả năng hấp phụ khí của vật liệu, đặc biệt đối với khí hydro sulfide (H₂S) độc hại.

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thủy nhiệt kết hợp với xử lý nhiệt có kiểm soát để tổng hợp các thanh nano α-Fe₂O₃ (hematite) xốp. Nhóm nghiên cứu đã khảo sát có hệ thống ảnh hưởng của thời gian xử lý thủy nhiệt và nhiệt độ nung đến thành phần pha, hình thái học, diện tích bề mặt riêng và cấu trúc lỗ xốp của vật liệu. Các kỹ thuật XRD, Raman, hiển vi điện tử, BET và XPS được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa cấu trúc, tính chất hóa học bề mặt và hiệu suất hấp phụ.

Mẫu vật liệu tối ưu, được tổng hợp sau 9 giờ xử lý thủy nhiệt và nung ở 300 °C, thể hiện cấu trúc thanh nano xốp rõ rệt, với diện tích bề mặt riêng đạt 68,3 m² g⁻¹ và đường kính lỗ xốp trung bình 8,5 nm. Cấu trúc này cung cấp diện tích bề mặt lớn và tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác giữa các phân tử khí và bề mặt vật liệu.

Một trong những điểm nổi bật của nghiên cứu là khả năng hấp phụ chọn lọc cao đối với H₂S của vật liệu tối ưu. Mẫu tối ưu đạt dung lượng hấp phụ 39,8 mg g⁻¹ tại điểm đột phá 10% và 46,7 mg g⁻¹ tại điểm đột phá 90%. Trong khi đó, khả năng hấp phụ CH₄ gần như không đáng kể (0,02 mg g⁻¹), còn lượng CO₂ được hấp phụ chỉ đạt 2,79 mg g⁻¹. Những kết quả này cho thấy tiềm năng của vật liệu trong việc hấp phụ chọn lọc H₂S so với các khí đại diện khác.

Hiệu suất hấp phụ cao được cho là liên quan đến sự kết hợp giữa cấu trúc thanh nano xốp, diện tích bề mặt riêng lớn và các vị trí hoạt động chứa Fe dễ tiếp cận trên bề mặt. Phân tích XPS cũng cung cấp bằng chứng về sự thay đổi hóa học bề mặt sau quá trình hấp phụ, trong đó ghi nhận sự hình thành các dạng hợp chất chứa lưu huỳnh

Bên cạnh kết quả về hấp phụ H₂S, nghiên cứu cung cấp những hiểu biết quan trọng về mối quan hệ giữa điều kiện tổng hợp, cấu trúc và tính chất của vật liệu nano oxit sắt xốp. Những kết quả này có thể góp phần định hướng thiết kế các chất hấp phụ chọn lọc H₂S, với tiềm năng ứng dụng trong bảo vệ môi trường và xử lý khí thải công nghiệp.

Nghiên cứu đồng thời làm nổi bật giá trị của hợp tác quốc tế trong khuôn khổ quan hệ đối tác IUC. Việc kết hợp chuyên môn về tổng hợp vật liệu, đặc trưng vật liệu và hấp phụ khí cho thấy tiềm năng của nghiên cứu hợp tác trong việc phát triển các giải pháp vật liệu tiên tiến cho những thách thức môi trường.

Tài liệu tham khảo

Thanh Trang Bui, Jo De Vrieze, Ewald Janssens, Nguyen Minh Vuong, Property relationships in porous α-Fe₂O₃ nanorods governing selective H₂S adsorption, Surfaces and Interfaces, Volume 99, Article 110762, 2026. DOI: 10.1016/j.surfin.2026.110762.