Ngày nay, có rất nhiều chất nhuộm màu được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau và ước tính 15% chất nhuộm màu trong khoảng 1,6 triệu tấn sản xuất mỗi năm được thải ra môi trường dưới dạng nước thải. Đây không chỉ là mối đe dọa lớn đối với con người mà còn ảnh hưởng tác động mạnh mẽ đến sinh vật biển dù chỉ tồn tại với một lượng nhỏ trong nước. Cho đến nay, nhiều công nghệ khác nhau đã được sử dụng để loại bỏ chất màu trong nước, tuy nhiên, phương pháp hấp phụ được đánh giá là triển vọng, hiệu quả và có chi phí thấp so với các loại khác. Vì vậy, nghiên cứu tìm ra một loại vật liệu mới nhằm nâng cao hiệu suất hấp phụ các chất nhuộm màu đang là thách thức đối với các nhà khoa học. Trong những loại vật liệu hấp phụ, các hạt nano Fe3O4  đã thu hút nhiều sự quan tâm bởi vì nó dễ phân tách và có độc tính thấp. Nhược điểm lớn nhất của các hạt nano từ tính là dễ bị kết tụ do lực hút lưỡng cực dị hướng. Điều này dẫn đến làm giảm diện tích bề mặt riêng và giảm tính chất hấp phụ của các hạt nano Fe3O4. Vì vậy, để khắc phục nhược điểm này, có thể thay đổi trạng thái bề mặt của các hạt nano Fe3O4 hoặc kết hợp với một loại vật liệu phù hợp dưới dạng cấu trúc lõi vỏ, tổ hợp lai hóa. Trong số đó, SiO2 được xem là vật liệu tổ hợp tốt nhất với Fe3O4 vì nó có tính ổn định cao, độc tính thấp, đặc biệt là có thể bảo vệ các hạt từ tính khỏi tác động nhiệt. Do đó, loại vật liệu này đang được quan tâm sâu rộng trong lĩnh vực xử lý chất nhuộm màu trong môi trường nước.

Hình minh họa (Internet)

Trong nghiên cứu này, vật liệu nano tổ hợp cấu trúc lõi vỏ Fe3O4@SiO2 (vật liệu Fe3O4@SiO2) được chế tạo thành công bằng phương pháp đồng kết tủa đơn giản. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu Fe3O4@SiO2 cho thấy tồn tại pha Fe3O4 rõ ràng bên cạnh lớp SiO2 với cấu trúc vô định hình. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) chỉ ra vật liệu Fe3O4@SiO2 có cấu trúc lõi vỏ với kích thước dạng hạt 10-20 nm. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) cho thấy tồn tại các liên kết Fe-O, Si-O-Si đặc trưng cho vật liệu Fe3O4@SiO2. Kết quả phân tích bề mặt riêng (BET) chứng tỏ diện tích bề mặt của mẫu Fe3O4@SiO2 tăng lên khoảng 4 lần so với Fe3O4.

Kết quả đo từ mẫu kế rung (VSM) cho thấy, từ độ bão hòa của vật liệu Fe3O4@SiO2 (23,1 emu/g) giảm mạnh so với mẫu Fe3O4 (58,1 emu/g) được giải thích là do sự che chắn của lớp phi từ SiO2 trong mẫu. Nghiên cứu khả năng xử lý xanh methylen (MB) của vật liệu Fe3O4@SiO2 cho thấy hiệu suất hấp phụ MB lên đến 88,8% sau thời gian hấp phụ bão hòa 60 phút, cao gấp 3 lần so với mẫu Fe3O4. Mô hình giải thích cơ chế tăng cường hiệu suất hấp phụ MB của vật liệu Fe3O4@SiO2 cũng được đề xuất. Kết quả thu được chứng minh rằng vật liệu Fe3O4@SiO2 có tiềm năng lớn trong xử lý chất màu trong môi trường nước.