Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá khả năng xử lý ion kim loại nặng Cr(VI) trong nước bằng vật liệu hấp phụ từ tính Fe₃O₄@SiO₂, trong đó lớp SiO₂ được tổng hợp từ tro trấu – một nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào, giá rẻ và thân thiện với môi trường. Cách tiếp cận này không chỉ hướng đến mục tiêu xử lý ô nhiễm kim loại nặng hiệu quả mà còn tận dụng nguồn chất thải sinh khối để tạo ra vật liệu có giá trị cao, góp phần thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn và phát triển công nghệ môi trường bền vững. Việc sử dụng tro trấu làm nguồn silic cho quá trình tổng hợp SiO₂ đặc biệt có ý nghĩa trong bối cảnh các quốc gia nông nghiệp như Việt Nam đang tìm kiếm giải pháp nâng cao giá trị phụ phẩm nông nghiệp và giảm thiểu ô nhiễm.

Vật liệu hấp phụ Fe₃O₄@SiO₂ được tổng hợp trong điều kiện tương đối đơn giản, chi phí thấp và phù hợp với định hướng ứng dụng thực tiễn. Kết quả phân tích hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy các hạt nano SiO₂, Fe₃O₄ và composite Fe₃O₄@SiO₂ đều có dạng gần hình cầu, với kích thước lần lượt khoảng 5–10 nm đối với SiO₂, 30–50 nm đối với Fe₃O₄ và 100–500 nm đối với vật liệu tổ hợp Fe₃O₄@SiO₂. Cấu trúc này cho thấy sự kết hợp thành công giữa lõi từ tính Fe₃O₄ và lớp phủ SiO₂ xốp, giúp gia tăng diện tích bề mặt hấp phụ đồng thời hỗ trợ khả năng thu hồi vật liệu sau xử lý thông qua từ trường ngoài – một ưu điểm lớn so với nhiều vật liệu hấp phụ truyền thống.

Kết quả thực nghiệm cho thấy vật liệu Fe₃O₄@SiO₂ có hiệu quả loại bỏ Cr(VI) rất cao, đạt 92,49% trong điều kiện tối ưu gồm pH 2,5, thời gian hấp phụ 30 phút, khối lượng vật liệu 0,1 g và nồng độ Cr(VI) ban đầu 100 mg/L. Hiệu suất này chứng minh vật liệu có tiềm năng lớn trong xử lý nước ô nhiễm chứa crom hóa trị sáu – một trong những kim loại nặng độc hại và có nguy cơ gây ung thư cao. Phân tích cơ chế hấp phụ cho thấy quá trình này phù hợp với mô hình hấp phụ vật lý đơn lớp trên bề mặt không đồng nhất, với dung lượng hấp phụ cực đại đạt 166,67 mg/g. Đây là mức dung lượng khá cao, phản ánh năng lực giữ Cr(VI) hiệu quả của vật liệu.

Giá trị năng lượng liên kết hấp phụ E = 7,1795 kJ/mol cho thấy tương tác chủ yếu thuộc dạng hấp phụ vật lý, đồng thời cơ chế chính được xác định là sự hình thành kết tủa CrₓFe₁₋ₓ(OH)₃ và hấp phụ trực tiếp trên hệ thống lỗ xốp của lớp SiO₂. Điều này cho thấy lớp SiO₂ không chỉ đóng vai trò giá đỡ mà còn là môi trường hoạt hóa bề mặt quan trọng giúp tăng khả năng giữ ion kim loại. Từ kết quả nghiên cứu, có thể khẳng định rằng vật liệu nano Fe₃O₄@SiO₂ từ tro trấu là một giải pháp hấp phụ hiệu quả, kinh tế và thân thiện môi trường trong xử lý nước nhiễm Cr(VI), đồng thời mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt tại các khu vực có nguồn phụ phẩm nông nghiệp phong phú.