Tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác Fenton quang hóa của vật liệu tổ hợp giữa nanocellulose và CuO

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Bài nghiên cứu  
Open Access Full Text Article  
Tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác Fenton quang hóa của vật  
liệu tổ hợp giữa nanocellulose và CuO  
Vũ Năng An*, Lê Thị Ngọc Hoa, Nguyễn Thị Mỹ Linh, Lê Tiến Khoa, Lê Văn Hiếu  
TÓM TẮT  
Vật liệu nanocomposite dựa trên sự kết hợp giữa các oxit kim loại có cấu trúc nano và cellulose  
đang mở ra rất nhiều triển vọng cho việc ứng dụng của loại vật liệu này trong lĩnh vực năng lượng  
Use your smartphone to scan this  
QR code and download this article  
tái tạo và xử lý nước thải. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp nanocellulose (CNC) từ nguồn  
nguyên liệu bã mía, một phụ phẩm nông nghiệp dồi dào tại Việt Nam, thông qua quá trình axit  
formic/ peroxyformic và thủy phân axit tại áp suất khí quyển. Vật liệu thu được được khảo sát thành  
phần hóa học, cấu trúc tinh thể và hình thái học. Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy hàm lượng  
pha tinh thể của mẫu tăng lên sau các giai đoạn xử lý. CNC thu được có dạng sợi với đường kính  
và chiều dài trung bình lần lượt là 10 nm và 410 nm. CNC sau đó được sử dụng làm giá mang để  
tổng hợp CuO có cấu trúc nano bằng phương pháp kết tủa trong dung dịch. Hoạt tính xúc tác  
Fenton quang hóa được đánh giá thông qua quá trình phân hủy Methylene Blue với tác nhân oxi  
hóa là H2O2 dưới ánh sáng mặt trời. Khả năng phân hủy Methylene Blue của vật liệu tổ hợp giữa  
CNC và CuO là 98% trong 150 phút. Tác nhân H2O2 không những đóng vai trò ngăn cản hiệu quả  
sự tái hợp giữa electron và lỗ trống mà còn góp phần tạo thêm nhiều gốc tự do OH hoạt tính, từ  
đó làm tăng hiệu quả xúc tác.  
Từ khoá: Bã mía, quá trình axit formic/ peroxyformic, nano tinh thể cellulose, phụ phẩm nông  
nghiệp, xúc tác Fenton quang hóa  
thải ra môi trường là vô cùng quan trọng. Trong suốt  
hơn ba thập kỷ qua, một số phương pháp vật lý, hóa  
học và sinh học đã được nghiên cứu và công bố trong  
việc loại bỏ phẩm nhuộm và làm sạch nguồn nước.  
MỞ ĐẦU  
Ngày nay sự gia tăng dân số cùng các hoạt động công  
nghiệp của con người đòi hỏi nhu cầu về nước ngày  
càng nhiều, song song đó là quá trình sản sinh ra  
những nguồn nước thải. Nguồn nước thải được xuất  
Trong số những phương pháp này, về mặt thực tiễn và  
khả năng ứng dụng trên quy mô lớn, thì phương pháp  
phân hủy phẩm nhuộm thông qua xúc tác quang hóa  
thu hút được sự quan tâm nhiều nhất.  
Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên,  
ĐHQG-HCM, Việt Nam  
phát từ nhiều nguồn khác nhau như: công nghiệp,  
sinh hoạt đô thị, nông nghiệp…Tùy thuộc vào loại  
chất ô nhiễm có trong nước thải mà lựa chọn công  
nghệ xử lý khác nhau1. Nước thải công nghiệp  
thường chứa các chất ô nhiễm hữu cơ hoặc vô cơ,  
như là phẩm nhuộm2, các hợp chất có chứa phenol3,  
và các kim loại nặng4. Tại những nước đang phát  
triển, phẩm nhuộm là một trong những chất ô nhiễm  
được thải ra môi trường hàng năm với số lượng lớn.  
Lượng phẩm nhuộm thải ra nếu không được xử lý  
bằng quy trình phù hợp sẽ trộn lẫn với nguồn nước  
trong sông, suối, ao, hồ…, tiếp đến là xâm nhập xuống  
những mạch nước ngầm làm ô nhiễm cảnh quan môi  
trường và gây độc hại đến đời sống của con người.  
Cụ thể như khi tiếp xúc, phơi nhiễm với Methylene  
Blue (MB), một loại phẩm nhuộm gốc cation, sẽ gây ra  
những triệu chứng như bỏng mắt, khó thở, buồn nôn,  
ói mửa, đổ mồ hôi trộm, rối loạn tâm thần cùng các  
bệnh lý về thần kinh khác1. Do đó việc xử lý loại bỏ  
Liên hệ  
Trong những năm gần đây, các hạt có cấu trúc nano  
(NPs), đặc biệt là kim loại và oxit kim loại, ứng dụng  
trong lĩnh vực xúc tác đã thu hút được sự quan tâm  
đặc biệt nhờ vào những tính chất điện tử độc đáo, hoạt  
tính xúc tác linh hoạt và diện tích bề mặt cao. Trong  
số những NPs của kim loại và oxit kim loại, đồng oxit  
(CuO) NPs, với kích thước và hình thái khác nhau,  
là những chất xúc tác hứa hẹn nhờ vào hiệu quả xúc  
tác cao đối với một số phản ứng hóa học (tổng hợp  
dimethyldichlorosilane, phản ứng mở vòng, phân hủy  
phẩm nhuộm…)5 và chi phí tổng hợp rẻ hơn so với  
những hạt nano kim loại quý khác là Ag và Au. CuO là  
một chất bán dẫn loại p với năng lượng vùng cấm hẹp  
1,7 eV và có các tính chất quang học, từ tính và tính  
chất điện nổi bật. CuO đã được áp dụng trong các lĩnh  
Vũ Năng An, Trường Đại học Khoa học Tự  
Nhiên, ĐHQG-HCM, Việt Nam  
Email: vnan@hcmus.edu.vn  
Lịch sử  
Ngày nhận: 03-6-2020  
Ngày chấp nhận: 06-4-2021  
Ngày đăng: 30-4-2021  
DOI : 10.32508/stdjns.v5i2.918  
Bản quyền  
© ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố  
mở được phát hành theo các điều khoản của  
the Creative Commons Attribution 4.0  
International license.  
vực khác nhau như quang xúc tác6, cảm biến khí7,8  
,
chất siêu dẫn nhiệt độ cao, pin lithium9 và pin mặt  
MB, cũng như các loại phẩm nhuộm khác trước khi trời10. Trong số đó, những nghiên cứu về sử dụng đơn  
Trích dẫn bài báo này: An V N, Hoa L T N, Linh N T M, Khoa L T, Hiếu L V. Tổng hợp và khảo sát hoạt tính  
xúc tác Fenton quang hóa của vật liệu tổ hợp giữa nanocellulose và CuO. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.;  
5(2):1055-1067.  
1055  
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
chất CuO làm chất quang xúc tác hiện tại còn khá ít vì mang để tổng hợp các hạt kim loại hay oxit kim loại23  
oxit này không có khả năng tạo ra các gốc OH (tác Cellulose có thể được cô lập từ nhiều nguồn thực vật  
.
khác nhau như các loài cây thân gỗ, cây thân thảo,  
cotton, các loài tảo hay có thể được tổng hợp từ một  
số chủng vi khuẩn. Trong số các dẫn xuất của cellu-  
lose thì nanocellulose (CNC) thu hút được rất nhiều  
sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới nhờ  
vào độ kết tinh cao, có khả năng phân hủy sinh học  
và nhiều tính chất độc đáo khác như: độc tính thấp,  
tỷ trọng thp24 và độ bền cơ học cao, gần với độ bền  
cơ học lý thuyết của cellulose25. Xúc tác gắn trên giá  
mang nanocellulose sẽ giúp cho quá trình thu hồi và  
tái sử dụng dễ dàng. Hướng nghiên cứu này được tiếp  
cận dựa trên một số lý do như sau24: (i) Nanocellu-  
lose bền nhiệt, có diện tích bề mặt cao và khả năng  
chức hóa bề mặt thông qua những phản ứng hóa học,  
(ii) Các nhóm chức trên bề mặt của nanocellulose, chủ  
yếu là hydroxyl và nhóm ester sulfate, là những nhóm  
có khả năng khử những ion của kim loại để tạo kim  
loại ở kích thước nanomet, hơn nữa cấu trúc kết tinh  
cao và tính thủ tính của nanocellulose cũng sẽ đóng  
vai trò hiệu quả trong quá trình xúc tác. (iii) Hệ huyền  
phù của nanocellulose trong nước rất bền, từ đó góp  
phần ổn định những xúc tác gắn trên bề mặt. (iv) Cuối  
cùng là nanocellulose có nguồn gốc sinh học, có khả  
năng phân hủy sinh học, không độc hại và có khả năng  
áp dụng trên quy mô công nghiệp.  
eo hiểu biết của chúng tôi việc nghiên cứu tổng hợp  
và khảo sát hoạt tính xúc tác quang hóa của vật liệu tổ  
hợp giữa nanocellulose và CuO NPs cho đến nay vẫn  
còn khá ít. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp  
nanocellulose bằng phương pháp hóa học từ nguồn  
phụ phẩm bã mía Việt Nam. Sau đó nanocellulose  
được sử dụng làm giá mang để tổng hợp CuO NPs  
bằng phương pháp kết tủa hóa học. Hoạt tính xúc tác  
Fenton quang hóa của vật liệu được khảo sát thông  
qua phản ứng phân hủy MB dưới điều kiện ánh sáng  
tự nhiên tại nhiệt độ phòng.  
nhân chính trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ  
ô nhiễm) với số lượng lớn. Có nhiều phương pháp đã  
được áp dụng để tăng cường hiệu suất phân hủy quang  
xúc tác của CuO. Trong số đó, việc cho thêm H2O2  
vào phản ứng đã được chứng minh là một phương  
pháp hiệu quả. Đồng (Cu) cũng có thể cải thiện hiệu  
suất phân hủy thông qua các phản ứng Fenton quang  
hóa. Chính vì vậy, trong nghiên cứu của Yan Zhang  
và các cộng s11, CuO tinh thể dạng sợi đã được tổng  
hợp bằng phương pháp electrospinning. Một loạt các  
thông số thí nghiệm đã được nghiên cứu một cách có  
hệ thống cho thấy quá trình Fenton quang hóa của các  
sợi CuO có sự kết hợp H2O2 rất hiệu quả cho sự phân  
hủy của phẩm nhuộm MO.  
Ngoài ra, một nhược điểm nữa của CuO NPs là không  
bền, dễ bị tái tụ tập lại do có diện tích bề mặt lớn và  
năng lượng bề mặt cao. Khả năng xúc tác của các NPs  
có liên quan trực tiếp với diện tích bề mặt của xúc tác  
nên chính quá trình tụ tập này làm giảm hoạt tính  
xúc tác. Để khắc phục nhược điểm trên CuO NPs  
được chế tạo thành những cấu trúc đặc trưng như  
vi hạt hình bông hoa (flower-like microsphere)5, con  
nhím (urchin)12 và cấu trúc hạt nano rỗng (hollow  
nanospheres)13. CuO đã được Meshram và cộng s14  
tổng hợp dưới các dạng hình thái có cấu trúc nano  
khác nhau và khảo sát tính chất quang xúc tác của các  
vật liệu này. Behrouz và cộng s15 cũng đã tổng hợp  
các cấu trúc nano CuO hình hoa và các hạt nano CuO  
ở dạng cụm nhỏ có hoạt tính xúc tác tốt đối với phẩm  
nhuộm Rhodamine B (RhB) dưới bức xạ tia UV.  
Những phương pháp chế tạo CuO NPs có hình  
dạng đặc thù như vậy thường đòi hỏi quy trình  
và thiết bị phức tạp. Phương pháp thứ hai  
là tổng hợp CuO gắn lên một giá mang. Vi  
phương pháp này, CuO được nghiên cứu để kết  
hợp với các hợp chất khác với mục đích xử lý ô  
nhiễm nước thải, như CuO/ZnO16,17, CuO/TiO2  
,
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP  
CuO/SnO2 19, CuO/BiVO4 20, CuO/graphene21 và  
CuO/Clinicoptilolite22. Trong trường hợp này, hoạt  
tính xúc tác của CuO NPs có thể bị giảm đáng kể do  
trong các quy trình này NPs thường được đặt trong  
những chất mang hoặc chất nền có diện tích bề mặt  
tương đối nhỏ, điều này dẫn đến sự tiếp cận của xúc  
tác với chất phản ứng gặp khó khăn. Vi mục đích tận  
dụng được hết những ưu điểm về chức năng xúc tác  
của CuO NPs, các nhà khoa học đang rất quan tâm  
đến việc tìm ra vật liệu mới đóng vai trò là giá mang  
cho CuO NPs.  
Vật liệu  
Nguồn nguyên liệu bã mía được thu gom từ khu vực  
Đại học Quốc Gia - Linh Trung - ủ Đức. Bã mía  
thô ban đầu có màu trắng ngả vàng, được cắt bỏ  
phần cứng giữa các mắt mía và phơi khô. Sau đó,  
bã mía được nghiền thành bột mịn để sử dụng cho  
các bước xử lý tiếp theo. NaOH, HCOOH, H2O2 và  
H3PO4 đều là hóa chất thương mại có xuất xứ Trung  
Quốc. Tiền chất của đồng là Đồng (II) Nitrate Trihy-  
drat (Cu(NO3)2.3H2O) và phẩm nhuộm Methylene  
Blue (C16H18N3ClS) cũng đều là dạng thương mại  
Cellulose, loại polymer tự nhiên có trữ lượng phong  
phú nhất trên Trái đất, đã cho thấy những ứng dụng của Trung Quốc. Tất cả các hóa chất được sử dụng  
hứa hẹn trong lĩnh vực xúc tác với vai trò làm giá trực tiếp mà không cần phải tinh chế lại.  
1056  
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
lượt với axit formic 80%, nhiều lần bằng nước cất và  
sau đó sấy khô ở 80oC trong 12 giờ. Giai đoạn thứ ba  
là tẩy trắng bằng hỗn hợp NaOH/H2O2 . Cụ thể, mẫu  
sau khi xử lý PFA được tạo dung dịch huyền phù với  
nước (4%), huyền phù được điều chỉnh đến pH = 11  
bằng dung dịch NaOH 1M, tiếp đến H2O2 30% (khối  
lượng chiếm 40% khối lượng sợi) được thêm vào từ từ  
và hỗn hợp được khuấy ở 80C trong 1 giờ. Sản phẩm  
sau đó được lọc và rửa nhiều lần bằng nước cất và sấy  
ở 80oC trong 12 giờ. Sau quá trình này, sản phẩm thu  
được có dạng sợi màu trắng sáng. Sợi sau đó được  
thủy phân bằng dung dịch axit phosphoric 64% (tỷ lệ  
khối lượng sợi: thể tích axit là 1:15) ở 100oC trong 90  
phút. Huyền phù sau khi thủy phân được tiến hành ly  
tâm trong nước khử ion tại lực ly tâm RCF là 4124 xg  
trong 10 phút. Bước ly tâm này được thực hiện nhiều  
lần đến khi dung dịch trung hòa có pH = 7. Sau đó,  
ly tâm tiếp 2 lần bằng acetone. Kết quả thu được mẫu  
dạng bột trắng sau khi sấy khô ở 80oC trong 6 giờ. Sản  
phẩm sau quá trình thủy phân được ký hiệu là CNC.  
Phương pháp nghiên cứu  
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Các mẫu  
phân tích được nghiền mịn và sấy 24 giờ ở 80C, tiếp  
đến được ép viên với KBr theo tỷ lệ khối lượng mẫu và  
KBr là 1:100 ở lực nén 250 kN và phân tích trên máy  
quang phổ TENSOR 27 (Bruker, Đức) trong vùng số  
sóng từ 4000 cm1 đến 400 cm1 với độ phân giải là  
4 cm1  
.
Mẫu khô dạng bột được phân tích nhiễu xạ tia X (D2  
PHARSER, Bruker) với góc quét 2θ từ 10đến 80và  
bước chuyển 0,02/phút. Độ kết tinh của mẫu được  
tính theo công thức (1)26  
:
Iam  
I002  
CrI (%) = 1−  
.100  
(1)  
Trong đó, I002 là cường độ của mũi cao nhất tại 2θ =  
22,5, Iam là cường độ của mũi nhiễu xạ thấp nhất tại  
2θ = 18.  
Phương pháp phân tích SEM được dùng để đánh giá  
hình thái bề mặt vật liệu và được thực hiện trên thiết  
bị S–4800 với thế gia tốc 10kV. Hàm lượng nguyên  
tố hiện diện trên bề mặt được xác định thông qua  
phổ EDX, sử dụng hệ EMAX ENERGY kết hợp trên  
thiết bị S-4800. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)  
được chụp trên thiết bị JEOL JEM-1400 (Nhật Bản).  
Trước khi phân tích, mẫu CNC được phân tán trong  
nước (0,01 mg/mL) bằng siêu âm trong 30 phút, sau  
đó một giọt của hệ huyền phù này được đưa lên lưới  
đồng và phủ lên một lớp carbon mỏng, tiếp đến mẫu  
được sấy khô trước khi phân tích.  
Điều chế CuO  
Hòa tan 6,04g muối Cu(NO3)2.3H2O vào 50mL nước  
cất được dung dịch Cu(NO3)2 0,5M. Dung dịch được  
khuấy ở 90oC trong 1 giờ. Nhỏ thật chậm 50mL dung  
dịch NaOH 1M vào, sau đó tiếp tục khuấy trong 3 giờ  
ở 90oC. Cuối cùng sản phẩm được lọc, rửa nhiều lần  
bằng nước và sấy khô.  
Điều chế CuO/ CNC  
Hỗn hợp (50mL dung dịch Cu(NO3)2.3H2O 0,5M +  
1,15g CNC) được khuấy ở 90oC trong 1 giờ. Nhỏ thật  
chậm 50mL dung dịch NaOH 1M vào, sau đó tiếp  
tục khuấy trong 3 giờ ở 90oC. Cuối cùng lọc, rửa sản  
phẩm nhiều lần bằng nước và sấy khô.  
Phổ UV-Vis của các dung dịch MB được đo bằng máy  
UV-Vis V-670, trong vùng bước sóng từ 200 -800 nm,  
với tốc độ 400 nm/phút.  
Cô lập cellulose từ bã mía và thủy phân tạo  
CNC  
KẾT QUẢ THẢO LUẬN  
Quá trình tổng hợp CNC được tiến hành tuần tự qua  
4 bước theo như kết quả nghiên cứu trước đây của  
nhóm chúng tôi27 bao gồm xử lý axit HCOOH, xử  
lý axit peroxyformic (PFA), tẩy trắng bằng hỗn hợp  
NaOH/H2O2 và thủy phân axit H3PO4. Đầu tiên, bột  
bã mía được rửa bằng nước ở khoảng 100oC trong 1  
giờ để loại bỏ các tạp chất hữu cơ tan trong nước bám  
trên bề mặt. Sau đó, bã mía được lọc và phơi khô tự  
nhiên. Tiếp đến, mẫu được khuấy trộn đều trong 2  
giờ với HCOOH 90 % (tỉ lệ giữa khối lượng sợi và thể  
tích axit HCOOH 90 % là 1:15) ở 100C. Sau khi quá  
trình kết thúc, mẫu được lọc, rửa nhiều lần bằng nước  
nóng và sấy khô ở 80oC trong 6 giờ. Bã mía sau xử lý  
Phân tích phổ FTIR  
Phổ FTIR của mẫu bã mía thô, mẫu xử lý axit  
HCOOH, mẫu xử lý PFA, mẫu tẩy trắng và CNC được  
thể hiện trên Hình 1. Nhìn chung các phổ thể hiện  
rõ ràng các nhóm chức hiện diện trong cấu trúc của  
sợi thực vật với các đỉnh phổ và dải phổ có số sóng  
trong khoảng 1270-1020 cm1, là các dao động đặc  
trưng của nhóm C–O–C (liên kết ether của vòng pyra-  
nose) có trong hợp chất polysaccharide28. Tính chất  
ưa nước của sợi thực vật được đặc trưng bởi một dải  
phổ rộng tại 3418 cm1, đây là vùng dao động mạnh  
của nhóm hydroxyl29. Đỉnh phổ tại 2918 cm1 đặc  
axit tiếp tục được khuấy hoàn lưu với dung dịch PFA trưng cho dao động kéo giãn của liên kết C–H hiện  
(90 % HCOOH, 4 % H2O2, 6 % H2O) ở 80C trong 2 diện trong hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm cả  
giờ. Sản phẩm của quá trình này được lọc, rửa lại lần α-cellulose, hemicellulose và lignin30. Đỉnh phổ tại  
1057  
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
1739 cm1 quan sát được đối với mẫu bã mía thô cho  
thấy sự hiện diện của nhóm acetyl hoặc nhóm ester  
có trong thành phần hemicellulose hoặc nhóm car-  
boxyl của axit ferulic và axit p-coumeric trong thành  
phần lignin31,32. Đỉnh phổ đặc trưng cho dao động  
biến dạng liên kết O–H các phân tử nước hấp phụ  
được quan sát thấy trong vùng số sóng từ 1650 –  
1630 cm1 33. Đỉnh 1459 cm1 ứng với dao động  
biến dạng của các nhóm –CH2–. Đỉnh quan sát được  
tại 1330 cm1 là dao động biến dạng bất đối xứng  
của liên kết –C–H. Các đỉnh trong khoảng 1200-950  
Phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)  
Hình 3 là giản đồ XRD của các mẫu bã mía thô, mẫu  
tẩy trắngvà CNC. Giảnđồ XRDcủa cellulose (mẫutẩy  
trắng) và CNC bao gồm ba đỉnh nhiễu xạ tại các vị trí  
2θ lần lượt là 16,5o; 22,6o và 34,5o, những đỉnh nhiễu  
xạ này đặc trưng cho cấu trúc của tinh thể cellulose-I,  
ứng với các mặt mạng (110), (200) và (004)38,39. Kết  
quả XRD cho thấy bã mía thô ban đầu sau các quá  
trình xử lý axit, xử lý PFA và tẩy trắng, các đỉnh nhiễu  
xạ đã trở lên sắc nét và có cường độ cao. Nguyên nhân  
là do mẫu bã mía thô ban đầu chứa các thành phần  
vô định hình như hemicelulose, lignin với hàm lượng  
đáng kể; sau các quá trình xử lý các thành phần trên đã  
được loại bỏ, chỉ còn thành phần cellulose tinh khiết  
với tính chất của một polysaccharide bán kết tinh. Do  
đó cấu trúc tinh thể của mẫu tăng lên.  
Độ kết tinh của các mẫu được tính toán dựa vào giản  
đồ XRD theo công thức (1). Kết quả cho thấy độ kết  
tinh của bã mía thô là 35,6%, sau quá trình tẩy trắng  
mẫu cellulose có độ kết tinh là 68,3% và sau quá trình  
thủy phân là 72,5%. Cấu trúc của chuỗi cellulose bao  
gồm các vùng kết tinh (cấu trúc trật tự) xen kẽ với  
vùng vô định hình (cấu trúc lỏng lẻo). Những vùng  
cm1 là do dao động kéo giãn của liên kết –C–O34  
.
Sự dao động khung –C–O–C của vòng pyranose làm  
xuất hiện một dải nổi bật tại 1047 cm-1 . So sánh mẫu  
trước và sau tẩy trắng cho thấy, cường độ của dải này  
tăng lên, chứng tỏ hàm lượng cellulose tinh khiết tăng.  
Cường độ đỉnh 865 cm1 trong phổ FTIR của các  
mẫu qua từng bước xử lý ngày càng tăng. Đây chính  
là đỉnh đặc trưng cho cấu trúc của cellulose. Đỉnh này  
nhỏ và nhọn đặc trưng cho dao động biến dạng –C1–  
H kết hợp với dao động uốn của –O–H trong liên kết  
β-glycoside29  
.
Kết quả FTIR sau bước xử lý PFA chứng tỏ đã loại  
bỏ hầu hết hemicellulose và một phần lignin. Hàm  
lượng lignin vẫn còn nhiều trong sợi, cản trở bề mặt  
liên kết của thành phần α-cellulose, lignin là thành vô định hình này dễ dàng bị axit tấn công trong quá  
trình thủy phân. Trong giai đoạn này, ion H3O+ sẽ  
thâm nhập vào các vùng vô định hình, thúc đẩy sự  
thủy phân và cắt đứt các liên kết glycoside của cellu-  
lose, từ đó loại bỏ vùng vô định hình, và giữ lại vùng  
kết tinh. Do đó, mẫu sau khi thủy phân độ kết tinh  
được cải thiện lên đến 72,5%.  
Giản đồ XRD của CuO (Hình 4) được tổng hợp bằng  
phương pháp kết tủa cho thấy hai đỉnh đặc trưng có  
cường độ cao tại 2θ = 35,6và 2θ = 38,7tương ứng  
với mặt tinh thể (-111) và (111) trong cấu trúc mon-  
oclinic của CuO. Những đỉnh tương ứng với các mặt  
tinh thể (110), (-202), (020), (202), (-113), (-311), và  
phần khó loại bỏ nhất có trong sợi tự nhiên. Do đó để  
loại bỏ hầu hết lignin, sợi phải được trải qua bước tiếp  
theo được gọi là bước “tẩy trắng, quá trình này còn có  
thể gọi là delignin hóa, là một bước quan trọng và cần  
thiết để xử lý các thành phần còn sót lại trong sợi31,35  
.
Dựa vào phân tích phổ FTIR của mẫu CNC và mẫu sợi  
thô ta thấy rằng đỉnh 1739 cm1 đã không còn trong  
phổ của mẫu cellulose, như vậy quá trình tẩy trắng  
loại bỏ hemicellulose và lignin đã đạt hiệu quả. Cả hai  
phổ đều xuất hiện đỉnh tại vùng số sóng khoảng 1640-  
1650 cm1. Các đỉnh này liên quan đến sự hấp thụ  
hơi ẩm tạo liên kết hydrogen liên phân tử của nhóm -  
OH đặc trưng trên các thành phần của sợi thực vật với  
các phân tử nước trong không khí. Bên cạnh đó, đỉnh (220) của CuO xuất hiện với cường độ thấp hơn tại  
1061 cm1 và đỉnh 898 cm1 có trong mẫu CNC là  
dao động kéo giãn C–O–C của vòng pyranose và liên  
kết β-glycoside, có cường độ cao và rõ ràng chứng tỏ  
rằng CNC thực sự chứa thành phần cellulose.  
các vị trí 2θ = 32,7, 48,8, 53,4, 58,2, 61,6, 66,3◦  
và 68,0. Ngoài ra đỉnh nhiễu xạ tương ứng với mặt  
phẳng (400) còn phát hiện thấy tại 2θ = 75,540,41. Sự  
xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ tại các vị trí 2θ tương  
tự trong mẫu CuO/CNC cho thấy các hạt CuO đã gắn  
lên được giá mang là CNC.  
Phổ FTIR của hai mẫu CuO và CuO/CNC (Hình 2)  
cho thấy xuất hiện 2 đỉnh hấp thu tại vị trí 1371 cm1  
và 1049 cm1, đây là tín hiệu kéo giãn và biến dạng  
của liên kết Cu-OH36. Tín hiệu hấp thu tại vị trí 608  
cm1 và 525 cm1 là tín hiệu dao động đặc trưng  
của liên kết Cu-O. Như vậy kết quả FTIR thu được  
cho thấy ở cả 2 mẫu CuO và CuO/CNC đều có sự tạo  
thành oxit đồng, đỉnh tín hiệu mạnh cho thấy thành  
phần của đồng trong sản phẩm CuO/CNC chiếm tỷ lệ  
Tuy nhiên không quan sát thấy các đỉnh đặc trưng cho  
tinh thể của CNC trong mẫu CuO/CNC. Điều này có  
thể được giải thích là do sự khác nhau của yếu tố tán  
xạ nguyên tử cũng như quá trình đồng kết tủa trong  
môi trường kiềm ở 90C đã làm giảm độ kết tinh của  
CNC, do đó làm giảm cường độ các đỉnh nhiễu xạ  
.
trong CuO/CNC42  
.
1058  
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Hình 1: Phổ FTIR của (a) Bã mía thô, (b) Bã mía xử lí axit HCOOH, (c) Bã mía xử lí PFA, (d) Bã mía tẩy trắng và (e) CNC.  
Phân tích ảnh SEM, TEM và phổ EDX  
Khảo sát khả năng phân hủy Methylene  
Blue của CuO và CuO/CNC  
Hình 5 là kết quả ảnh TEM của mẫu huyền phù CNC.  
Về mặt hình thái học, CNC có dạng hình que hay sợi  
nhỏ với kích thước khoảng 10-20 nm, các sợi CNC có  
xu hướng kết tụ lại với nhau thành đám lớn do tương  
tác giữa các sợi cellulose với nhau.  
Khả năng phân hủy Methylene Blue (MB) của CuO  
và CuO/CNC được khảo sát theo quy trình như sau.  
Đầu tiên, 100mL dung dịch MB nồng độ 20ppm được  
khuấy trong bóng tối với 0,05 g CuO hoặc CuO/CNC  
và 2mL dung dịch H2O2 30% tại nhiệt độ phòng trong  
1 giờ để đạt cân bằng hấp phụ - giải hấp phụ. Tiếp  
đến, hỗn hợp được tiếp tục khuấy dưới sự chiếu sáng  
của ánh sáng mặt trời trong khoảng thời gian từ 9 giờ  
đến 12 giờ sáng. Hệ phản ứng được giữ ổn định tại  
nhiệt độ phòng trong suốt quá trình khảo sát. Ngoài  
ra song song với quá trình khảo sát khả năng phân hủy  
MB của hạt nano CuO, một hệ dung dịch MB 20ppm  
không có bất kỳ chất xúc tác nào và một hệ dung dịch  
MB 20ppm chỉ có thêm dung dịch H2O2 cũng được  
thực hiện. Hàm lượng MB được xác định nhờ phổ  
UV-Vis bằng cách đo độ hấp thu của dung dịch MB  
sau các khoảng thời gian phản ứng khác nhau và kết  
quả được thể hiện trên Hình 8. Từ giá trị độ hấp thu  
và dựa vào đường chuẩn của MB để xác định nồng độ  
MB còn lại trong dung dịch. Khả năng phân hủy MB  
được tính theo công thức (2):  
Ảnh SEM thu được của CNC (Hình 6a) cho thấy CNC  
sau quá trình tách chiết từ bã mía và thủy phân có  
dạng sợi ngắn. Kết quả trên là phù hợp với hình thái  
học của sợi sau khi được khảo sát bằng ảnh TEM,  
ngoài ra phổ EDX (Hình 7a) cũng cho thấy CNC  
thu được có độ tinh khiết cao, thông qua hàm lượng  
nguyên tử C (49,76%) và O (50,24%). Kết quả EDX  
của mẫu CuO/CNC (Hình 7b) cũng xác nhận việc  
gắn CuO trên giá mang CNC thông qua sự có mặt của  
nguyên tử Cu, với hàm lượng nguyên tử 15,46%. Ảnh  
SEM cho thấy CuO được tổng hợp dựa trên dung dịch  
Cu2+ và NaOH có dạng phiến mảnh (Hình 6b).  
Tuy nhiên khi sử dụng CNC làm giá mang thì CuO  
thu được có dạng hạt cầu với đường kính ~ 150nm và  
bám dính trên bề mặt của CNC (Hình 6c, d). Vai trò  
giá mang của CNC đã ảnh hưởng đến quá trình phát  
triển của tinh thể CuO, dẫn đến CuO thu được trong  
trường hợp này có dạng hạt cầu chứ không phải dạng  
phiến như lúc đầu.  
Ct  
C0  
Khả năng phân hủy = ×100 (2)  
1059  
 
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Hình 2: Phổ FTIR của (a) CNC, (b) CuO/CNC và (c) CuO.  
Trong đó Ct và Co lần lượt là nồng độ tại thời điểm t giúp cho sự tương tác của CuO với các phân tử MB  
và nồng độ ban đầu của MB. thuận lợi hơn so với CuO ở dạng phiến mảnh, được  
Tổng hợp tất cả kết quả khảo sát, tốc độ phân hủy tổng hợp khi không có CNC. Kết quả là khả năng phân  
MB của mỗi loại xúc tác theo thời gian được hiển thị hủy MB của CuO/CNC tốt hơn so với CuO thuần. Sau  
trên Hình 9. Từ kết quả thu được cho thấy trong môi 2,5 giờ phản ứng, khả năng phân hủy MB của CuO và  
trường ban ngày, dưới điều kiện ánh sáng mặt trời CuO/CNC trong dung dịch tương ứng là 60% và 62%.  
thì dung dịch MB gần như không bị thay đổi nồng Khi có mặt của H2O2 thì kết quả vẫn theo một chiều  
độ. Khi thêm H2O2 30% vào dung dịch MB thì nồng hướng đó là khả năng phân hủy MB của CuO/CNC  
độ MB giảm nhanh trong thời gian ngắn và sau đó cũng tốt hơn CuO và tốt hơn nhiều so với trường  
không thay đổi, điều này cho thấy H2O2 phản ứng hợp không có mặt của H2O2. Cụ thể tại thời điểm  
với MB như một phản ứng hóa học bình thường, thời 2,5 giờ phản ứng, khả năng phân hủy MB khi có mặt  
gian phản ứng ngắn (ít hơn 30 phút). Khi không có H2O2 của CuO và CuO/CNC lần lượt là 80% và 98%.  
mặt của H2O2 trong dung dịch thì khả năng phân hủy Cơ chế về vai trò của H2O2 trong việc gia tăng hoạt  
MB của CuO/CNC tốt hơn so với CuO, nhận thấy qua tính quang xúc tác của CuO đã được Zhang và các  
việc nồng độ MB trong dung dịch có chứa CuO/CNC cộng s11 đề nghị, H2O2 không chỉ đóng vai trò ngăn  
giảm mạnh hơn trong 30 phút đầu tiên. Như đã đề chặn sự tái hợp của cặp electron-lỗ trống mà dưới ánh  
cập đến trong kết quả ảnh SEM (Hình 6c, d), CuO sáng kích thích còn tạo thêm các gốc OH. Chính  
được tổng hợp trên giá mang CNC có dạng hạt cầu và các gốc tự do này đã tham gia vào quá trình phân hủy  
phân tán đều trên bề mặt của CNC. Điều này có thể MB. Hình ảnh minh họa cơ chế được thể hiện trong  
1060  
 
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Hình 3: Giản đồ XRD của (a) Bã mía thô, (b) Bã mía tẩy trắng và (c) CNC.  
Hình 10.  
hợp lại với hV+B, dẫn đến hoạt tính quang xúc tác kém  
do đó MB bị phân hủy bởi các CuO chỉ 60%.  
(
)
CuO+hv CuO eCB +hV+B  
(1)  
h+VB +H2O → •OH+H+ (2)  
Khi H2O2 được thêm vào trong quá trình. Một mặt,  
H2O2 có thể phản ứng với eCB hV+B để tạo ra các •  
OH hoạt tính mạnh và O2(Phương trình (5) và (6)).  
Gốc tự do O2 tiếp tục phản ứng với H2O2 tạo OH  
(Phương trình (7)). Sau đó, các gốc OH oxy hóa  
MB thành các hợp chất phân tử vô cơ nhỏ. Tác nhân  
H2O2 không những đóng vai trò ngăn cản sự tái hợp  
hiệu quả giữa electron và lỗ trống mà còn góp phần  
tạo thêm nhiều gốc tự do OH hoạt tính, từ đó làm  
tăng hiệu quả xúc tác.  
hV+B +MB sản phẩm oxi hóa của MB (3)  
OH + MB sản phẩm phân hủy của MB (4)  
eCB + H2O2 → • OH + OH(5)  
hV+B + H2O2 + 2OH→ • O2+ 2H2O (6)  
O2 + 2H+ + 2e→ • OH + OH(7)  
Khi CuO hấp thu bức xạ ánh sáng, electron từ vùng  
hóa trị (VB) đượckích thích sẽ nhảy lên vùng dẫn  
(CB), hình thành eCB và để lại các lỗ trống tại VB, gọi  
hV+B (Phương trình (1)). Các hV+B có thể phản ứng  
với H2O để tạo ra gốc hydroxyl (OH) hoặc trực tiếp  
oxy hóa MB (Phương trình (2) và (3)). Tuy nhiên, các  
eCB của CuO không khử được O2 thành dạng O2−  
(EO0 /O= 0,046 eV). Vi Eo = +3,06 eV, OH là  
KẾT LUẬN  
Chúng tôi đã cô lập được cellulose, sau khi loại bỏ  
các thành phần lignin và hemicellulose từ nguyên liệu  
bã mía bằng phương pháp axit formic/ peroxyformic.  
Tiếp đến, cellulose được thủy phân bằng dung dịch  
axit phosphoric 64% để loại bỏ những vùng vô định  
2
2
một chất oxy hóa mạnh và có thể phân hủy MB thành  
các hợp chất phân tử vô cơ nh11. Do đó, OH chỉ  
có thể oxy hóa MB trong cơ chế quang xúc tác của  
CuO (Phương trình (4)). Không có chất nhận elec- hình trong mạch cellulose và thu được CNC có độ kết  
tron trong phản ứng này, eCB có xu hướng giảm và tái tinh cao. Kết quả ảnh TEM xác định CNC có dạng  
1061  
 
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Hình 4: Giản đồ XRD của (a) CNC, (b) CuO/CNC và (c) CuO.  
Hình 5: Ảnh TEM của mẫu huyền phù nanocelluose sau khi thủy phân axit ở các thang đo a) 1 µm, b) 500 nm và  
c) 200 nm.  
1062  
   
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Hình 6: Ảnh SEM của a) CNC, b) CuO và c), d) CuO/CNC.  
Hình 7: Phổ EDX của a) CNC và b) CuO/CNC.  
sợi với đường kính và chiều dài trung bình lần lượt là  
LỜI CẢM ƠN  
10 nm và 410 nm. Vật liệu tổ hợp giữa CuO và CNC  
được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học, có  
khả năng phân hủy MB trong dung dịch tốt hơn so với  
CuO thuần. Khi có mặt H2O2, sau 2,5 giờ phản ứng,  
khả năng phân hủy MB của CuO/CNC tăng từ 62 lên  
98%. Hợp chất H2O2 không những tham gia phản  
ứng với electron và lỗ trống, nhờ đó ngăn cản sự tái  
hợp của hai tác nhân này, mà còn tạo thêm nhiều gốc  
tự do OH hoạt tính, từ đó làm tăng hiệu quả xúc tác.  
Nghiên cứu được tài trợ bởi Trường Đại học Khoa học  
Tự nhiên, ĐHQG-HCM trong khuôn khổ Đề tài mã  
số T2020-25. Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn chân  
thành đến Phòng thí nghiệm Vật liệu đa chức năng,  
khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, Trường Đại  
học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.HCM  
vì đã tạo điều kiện để thực hiện nghiên cứu này.  
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT  
CNC: Nanocellulose tinh thể  
FTIR: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier  
1063  
   
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Hình 8: Phổ UV-Vis của MB theo thời gian phản ứng khi sử dụng các hệ xúc tác khác nhau.  
Hình 9: Đồ thị biểu diễn quá trình phân hủy MB theo thời gian của các hệ xúc tác khác nhau.  
1064  
   
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Hình 10: Cơ chế đề nghị của quá trình xúc tác quang hóa của CuO khi không có và khi có H2O2.  
MB: Methylene Blue  
PFA: Acid Peroxyformic  
SCB: Bã mía  
SEM: Kính hiển vi điện tử quét  
TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua  
UV–Vis: Phổ tử ngoại khả kiến  
2013;3(48):26066-73;Available from: https://doi.org/10.1039/  
6. Jiang H-Q, Endo H, Natori H, Nagai M, Kobayashi K. Fabrica-  
tion and efficient photocatalytic degradation of methylene  
blue over CuO/BiVO4 composite under visible-light irradia-  
tion. Materials Research Bulletin. 2009;44(3):700-6;Available  
7. Li Y, Liang J, Tao Z, Chen J. CuO particles and plates: Syn-  
thesis and gas-sensor application. Materials Research Bulletin.  
2008;43(8):2380-5;Available from: https://doi.org/10.1016/j.  
8. Herrán J, GªMandayo G, Ayerdi I, Castaño E. Influence of sil-  
ver as an additive on BaTiO3-CuO thin film for CO2 moni-  
toring. Sensors and Actuators B: Chemical. 2008;129(1):386-  
9. Zhang Z, Chen H, Che H, Wang Y, Su F. Facile synthesis of high  
surface area hedgehog-like CuO microspheres with improved  
lithium storage properties. Materials Chemistry and Physics.  
2013;138(2):593-600;Available from: https://doi.org/10.1016/j.  
10. Huang J, Fu G, Shi C, Wang X, Zhai M, Gu C. Novel porous  
CuO microrods: synthesis, characterization, and their pho-  
tocatalysis property. Journal of Physics and Chemistry of  
Solids. 2014;75(9):1011-6;Available from: https://doi.org/10.  
11. Zhang Y, He J, Shi R, Yang P. Preparation and photo Fenton-  
like activities of high crystalline CuO fibers. Applied Surface  
Science. 2017;422:1042-51;Available from: https://doi.org/10.  
TUYÊN BỐ XUNG ĐỘT LỢI ÍCH  
Nhóm tác giả cam kết không có xung đột lợi ích.  
ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ  
Vũ Năng An, Lê ị Ngọc Hoa, Nguyễn ị Mỹ Linh:  
thực nghiệm  
Vũ Năng An, Lê Tiến Khoa, Lê Văn Hiếu: chuẩn  
bị bản thảo và chỉnh sửa/phản hồi phản biện, hoàn  
chỉnh bản thảo.  
TÀI LIỆU THAM KHẢO  
1. Batmaz R, Mohammed N, Zaman M, Minhas G, Berry RM,  
Tam KC. Cellulose nanocrystals as promising adsorbents for  
the removal of cationic dyes. Cellulose. 2014;21(3):1655-  
8.  
2. Mittal A, Mittal J, Malviya A, Kaur D, Gupta VK. Adsorp-  
tion of hazardous dye crystal violet from wastewater by  
waste materials. Journal of Colloid and Interface Science.  
2010;343(2):463-73;PMID: 20045526. Available from: https:  
12. Sun S, Zhang X, Sun Y, Zhang J, Yang S, Song X, et al. A facile  
strategy for the synthesis of hierarchical CuO nanourchins and  
their application as non-enzymatic glucose sensors. RSC Ad-  
vances. 2013;3(33):13712-9;Available from: https://doi.org/10.  
3. Gupta VK, Srivastava SK, Tyagi R. Design parame-  
ters for the treatment of phenolic wastes by carbon  
columns (obtained from fertilizer waste material).  
13. Kang H, Lee HJ, Park JC, Song H, Park KH. Solvent-Free Mi-  
crowave Promoted [3 + 2] Cycloaddition of Alkyne-Azide  
in Uniform CuO Hollow Nanospheres. Topics in Cataly-  
sis. 2010;53(7):523-8;Available from: https://doi.org/10.1007/  
Water  
Research.  
2000;34(5):1543-50;Available  
from:  
4. Gupta VK, Rastogi A, Nayak A. Biosorption of nickel onto  
treated alga (Oedogonium hatei): Application of isotherm  
and kinetic models. Journal of Colloid and Interface Science.  
2010;342(2):533-9;PMID: 20004906. Available from: https://  
14. Meshram SP, Adhyapak PV, Mulik UP, Amalnerkar DP. Facile  
synthesis of CuO nanomorphs and their morphology depen-  
dent sunlight driven photocatalytic properties. Chemical En-  
gineering Journal. 2012;204-206:158-68;Available from: https:  
5. Zhou Z, Lu C, Wu X, Zhang X. Cellulose nanocrystals as a novel  
support for CuO nanoparticles catalysts: facile synthesis and  
their application to 4-nitrophenol reduction. RSC Advances.  
15. Shaabani B, Alizadeh-Gheshlaghi E, Azizian-Kalandaragh Y,  
Khodayari A. Preparation of CuO nanopowders and their  
catalytic activity in photodegradation of Rhodamine-B.  
1065  
                               
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(2):1055-1067  
Advanced Powder Technology. 2014;25(3):1043-52;Available  
16. Liu Z-L, Deng J-C, Deng J-J, Li F-F. Fabrication and photocatal-  
ysis of CuO/ZnO nano-composites via a new method. Materi-  
als Science and Engineering: B. 2008;150(2):99-104;Available  
30. Luzi F, Puglia D, Sarasini F, Tirillò J, Maffei G, Zuorro A, et al. Val-  
orization and extraction of cellulose nanocrystals from North  
African grass: Ampelodesmos mauritanicus (Diss). Carbohy-  
drate Polymers. 2019;209:328-37;PMID: 30732815. Available  
31. Shi S, Zhang M, Ling C, Hou W, Yan Z. Extraction and character-  
ization of microcrystalline cellulose from waste cotton fabrics  
via hydrothermal method. Waste Management. 2018;82:139-  
46;PMID: 30509575. Available from: https://doi.org/10.1016/j.  
32. Trilokesh C, Uppuluri KB. Isolation and characterization of  
cellulose nanocrystals from jackfruit peel. Scientific Reports.  
2019;9(1):16709;PMID: 31723189. Available from: https://doi.  
33. Zhang H, Chen Y, Wang S, Ma L, Yu Y, Dai H, et al. Extraction  
and comparison of cellulose nanocrystals from lemon (Cit-  
rus limon) seeds using sulfuric acid hydrolysis and oxidation  
methods. Carbohydrate Polymers. 2020;238:116180;PMID:  
17. Yang C, Cao X, Wang S, Zhang L, Xiao F, Su X, et al. Complex-  
directed hybridization of CuO/ZnO nanostructures and their  
gas sensing and photocatalytic properties. Ceramics Interna-  
tional. 2015;41(1, Part B):1749-56;Available from: https://doi.  
18. Zhu L, Hong M, Ho GW. Fabrication of wheat grain tex-  
tured TiO2/CuO composite nanofibers for enhanced so-  
lar H2 generation and degradation performance. Nano En-  
ergy. 2015;11:28-37;Available from: https://doi.org/10.1016/j.  
19. Xia H-l, Zhuang H-s, Zhang T, Xiao D-c. Photocatalytic degra-  
dation of Acid Blue 62 over CuO-SnO2 nanocomposite photo-  
catalyst under simulated sunlight. Journal of Environmental  
Sciences. 2007;19(9):1141-5;Available from: https://doi.org/  
34. Nagalakshmaiah M, Mortha G, Dufresne A. Structural investi-  
gation of cellulose nanocrystals extracted from chili leftover  
and their reinforcement in cariflex-IR rubber latex. Carbohy-  
drate polymers. 2016;136:945-54;PMID: 26572433. Available  
35. Naduparambath S, Balan AK, et al. Isolation and characterisa-  
tion of cellulose nanocrystals from sago seed shells. Carbo-  
hydrate Polymers. 2018;180:13-20;PMID: 29103489. Available  
36. Shinde SK, Dubal DP, Ghodake GS, Gomez-Romero P, Kim S,  
Fulari VJ. Influence of Mn incorporation on the supercapac-  
itive properties of hybrid CuO/Cu(OH)2 electrodes. RSC Ad-  
vances. 2015;5(39):30478-84;Available from: https://doi.org/  
37. Azam A, Ahmed AS, Oves M, Khan MS, Habib SS, Memic A.  
Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against  
Gram-positive and Gram-negative bacteria: a comparative  
study. International journal of nanomedicine. 2012;7:6003-  
9;PMID: 23233805. Available from: https://doi.org/10.2147/  
38. Ilyas RA, Sapuan SM, Ishak MR. Isolation and characteri-  
zation of nanocrystalline cellulose from sugar palm fibres  
(Arenga Pinnata). Carbohydrate Polymers. 2018;181:1038-  
51;PMID: 29253930. Available from: https://doi.org/10.1016/  
39. Khili F, Borges J, Almeida PL, Boukherroub R, Omrani AD.  
Extraction of cellulose nanocrystals with structure I and  
II and their applications for reduction of graphene oxide  
and nanocomposite elaboration. Waste and Biomass Val-  
orization. 2018:1-15;Available from: https://doi.org/10.1007/  
40. Almasi H, Mehryar L, Ghadertaj A. Characterization of  
CuO-bacterial cellulose nanohybrids fabricated by in-situ  
and ex-situ impregnation methods. Carbohydrate Poly-  
mers. 2019;222:114995;PMID: 31320098. Available from:  
41. Phutanon N, Motina K, Chang YH, Ummartyotin S. Develop-  
mentofCuOparticlesontobacterialcellulosesheetsbyforced  
hydrolysis: A synergistic approach for generating sheets  
with photocatalytic and antibiofouling properties. Interna-  
tional Journal of Biological Macromolecules. 2019;136:1142-  
52;PMID: 31247232. Available from: https://doi.org/10.1016/j.  
20. Zhao W, Wang Y, Yang Y, Tang J, Yang Y. Carbon spheres sup-  
ported visible-light-driven CuO-BiVO4 heterojunction: Prepa-  
ration, characterization, and photocatalytic properties. Ap-  
plied Catalysis B: Environmental. 2012;115-116:90-9;Available  
21. Cheng L, Wang Y, Huang D, Nguyen T, Jiang Y, Yu H, et  
al. Facile synthesis of size-tunable CuO/graphene compos-  
ites and their high photocatalytic performance. Materials Re-  
search Bulletin. 2015;61:409-14;Available from: https://doi.  
22. Nezamzadeh-Ejhieh A, Zabihi-Mobarakeh H. Heterogeneous  
photodecolorization of mixture of methylene blue and  
bromophenol blue using CuO-nano-clinoptilolite. Journal  
of Industrial and Engineering Chemistry. 2014;20(4):1421-  
23. Kaushik M, Moores A. nanocelluloses as versatile supports for  
metal nanoparticles and their applications in catalysis. Green  
Chemistry. 2016;18(3):622-37;Available from: https://doi.org/  
24. Thomas B, Raj MC, B AK, H RM, Joy J, Moores A, et al.  
Nanocellulose, a Versatile Green Platform: From Biosources  
to Materials and Their Applications. Chemical Reviews.  
2018;118(24):11575-625;PMID: 30403346. Available from:  
25. Daicho K, Saito T, Fujisawa S, Isogai A. The Crystallinity of  
Nanocellulose: Dispersion-Induced Disordering of the Grain  
Boundary in Biologically Structured Cellulose. ACS Applied  
Nano Materials. 2018;1(10):5774-85;Available from: https://  
26. Prado KS, Spinacé MAS. Isolation and characterization of cel-  
lulose nanocrystals from pineapple crown waste and their  
potential uses. International Journal of Biological Macro-  
molecules. 2019;122:410-6;PMID: 30385342. Available from:  
27. Li Y, Zhang J, Zhan C, Kong F, Li W, Yang C, et al. Facile synthe-  
sisof TiO2/CNCnanocompositesfor enhancedCr(VI) photore-  
duction: Synergistic roles of cellulose nanocrystals. Carbohy-  
drate Polymers. 2020;233:115838;PMID: 32059891. Available  
28. Ng H-M, Sin LT, Tee T-T, Bee S-T, Hui D, Low C-Y, et al. Extraction  
of cellulose nanocrystals from plant sources for application as  
reinforcing agent in polymers. Composites Part B: Engineer-  
ing. 2015;75:176-200;Available from: https://doi.org/10.1016/  
42. Dhar P, Kumar A, Katiyar V. Magnetic cellulose nanocrystal  
based anisotropic polylactic acid nanocomposite films: influ-  
ence on electrical, magnetic, thermal, and mechanical prop-  
erties. ACS applied materials & interfaces. 2016;8(28):18393-  
409;PMID: 27331248. Available from: https://doi.org/10.1021/  
29. Wang Z, Yao Z, Zhou J, He M, Jiang Q, Li S, et al. Isolation and  
characterization of cellulose nanocrystals from pueraria root  
residue. International Journal of Biological Macromolecules.  
2019;129:1081-9;PMID: 30009914. Available from: https://doi.  
1066  
                                                     
Science & Technology Development Journal – Natural Sciences, 5(2):1055-1067  
Research Article  
Open Access Full Text Article  
Preparation and photo Fenton-like activities of CuO/  
nanocellulose composite  
Vu Nang An*, Le Thi Ngoc Hoa, Nguyen Thi My Linh, Le Tien Khoa, Le Van Hieu  
ABSTRACT  
Acombinationbetweenthenanostructuredphotocatalystandcellulose-basedmaterialspromotes  
a new functionality of cellulose towards the development of new bio-hybrid materials for water  
treatment and renewable energy applications. In this study, nanocellulose (CNC) was synthesized  
from sugarcane bagasse (SCB) biomass via formic /peroxyformic acid process treatment and acid  
hydrolysis at an atmospheric pressure. The resulting CNC of sugarcane bagasse were characterized  
by crystallinity index, chemical structure and morphology. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed  
that the crystallinity increased with successive treatments. Images generated by TEM showed that  
CNC was rod-like in morphology, average diameter and length of 10 nm and 410 nm, respectively.  
The obtained CNC was used as a biotemplate for the synthesis of copper oxide (CuO) nanostruc-  
tures through in - situ solution casting method. The photo-Fenton catalytic activity was evaluated  
via the degradation of methylene blue under sunlight irradiation with H2O2 as a oxidizing agent.  
The methylene blue degradation ratio of CuO/ CNC composite could achieve 98% in 150 min. The  
addition of H2O2 enhanced photocatalytic activities of the CuO/CNC. H2O2 not only prevented the  
recombination of charge carriers by accepting the photogenerated electrons and holes effectively  
but also produced additional OH.  
Use your smartphone to scan this  
QR code and download this article  
Key words: Agricultural waste, cellulose nanocrystals, formic/peroxyformic acid process, photo-  
Fenton catalysis, sugarcane bagasse  
University of science, VNU-HCM,  
Vietnam  
Correspondence  
Vu Nang An,  
University of science, VNU-HCM,  
Vietnam  
Email: vnan@hcmus.edu.vn  
History  
Received: 03-6-2020  
Accepted: 06-4-2021  
Published: 30-4-2021  
DOI : 10.32508/stdjns.v5i2.918  
Copyright  
© VNU-HCM Press. This is an open-  
access article distributed under the  
terms of the Creative Commons  
Attribution 4.0 International license.  
Cite this article : An V N, Hoa L T N, Linh N T M, Khoa L T, Hieu L V. Preparation and photo Fenton-  
like activities of CuO/nanocellulose composite. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 5(2):1055-1067.  
1067  
pdf 13 trang yennguyen 18/04/2022 1100
Bạn đang xem tài liệu "Tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác Fenton quang hóa của vật liệu tổ hợp giữa nanocellulose và CuO", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdftong_hop_va_khao_sat_hoat_tinh_xuc_tac_fenton_quang_hoa_cua.pdf