Luận án Nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp nano trên cơ sở TiO2 – Graphene Oxide (GO) định hướng ứng dụng trong xử lý nước

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO TRÊN CƠ SỞ TiO2 - GRAPHENE OXIDE (GO) ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC

Ngành:

Hóa Vô cơ

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào nghiên cứu và phát triển vật liệu tổ hợp nano tiên tiến trên cơ sở TiO2 và Graphene Oxide (GO) nhằm ứng dụng trong xử lý nước, giải quyết thách thức ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng của thế kỷ 21. Các phương pháp xử lý truyền thống thường bộc lộ hạn chế về hiệu quả và tác động môi trường. Vật liệu xúc tác quang, đặc biệt là TiO2, có tiềm năng lớn nhưng bị giới hạn bởi năng lượng vùng cấm lớn và tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống nhanh.

Để khắc phục những hạn chế này, nghiên cứu đề xuất tổng hợp vật liệu tổ hợp ba thành phần đa chức năng bằng cách kết hợp GO, nano bạc (AgNPs) hoặc hạt từ tính (Fe3O4) với TiO2. GO được sử dụng để tăng cường khả năng hấp phụ và truyền dẫn điện tử, trong khi AgNPs mang lại tính kháng khuẩn mạnh mẽ và tăng cường hiệu quả quang xúc tác thông qua hiệu ứng plasmonic. Hạt từ tính Fe3O4 giúp cải thiện khả năng thu hồi vật liệu sau sử dụng.

Mục tiêu chính của luận án là chế tạo vật liệu tổ hợp nano GO-Fe3O4-TiO2 (GMT) bằng phương pháp hóa học và GO-AgNPs-TNTs (GAT) bằng phương pháp chiếu xạ gamma 60Co. Các vật liệu này được định hướng ứng dụng trong khử trùng nước, thể hiện qua hoạt tính quang hóa phân hủy màu nhuộm RhB và khả năng kháng khuẩn E. coli.

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp các vật liệu nano thành phần (GO, TNTs, AgNPs) và các vật liệu tổ hợp hai thành phần, từ đó làm cơ sở để phát triển vật liệu tổ hợp ba thành phần. Đặc biệt, vật liệu GO-AgNPs-TNTs được tổng hợp bằng chiếu xạ gamma với liều 10 kGy, cho thấy sự phân bố đều của AgNPs trên ống nano TiO2 và sự gắn kết mạnh mẽ với GO. Các thử nghiệm chỉ ra rằng vật liệu GO-AgNPs-TNTs thể hiện hiệu suất quang xúc tác vượt trội và khả năng kháng khuẩn hiệu quả hơn đáng kể so với các vật liệu đơn lẻ hoặc tổ hợp hai thành phần, đồng thời cho thấy ưu điểm so với vật liệu GO-Fe3O4-TiO2 trong ứng dụng kháng khuẩn. Phương pháp chiếu xạ gamma còn khắc phục được nhược điểm của phương pháp hóa học truyền thống, giảm thiểu phản ứng phụ và tạo hiệu ứng đồng vận mạnh mẽ. Những đóng góp này mở ra tiềm năng ứng dụng lớn cho vật liệu trong xử lý môi trường và công nghệ làm sạch.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài (lý do chọn đề tài, cơ sở khoa học và thực tiễn)
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

• Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

  • 1.1. Vật liệu graphene oxide (GO)
  • 1.2. Vật liệu TiO2 (TO)
    • Hạt nano TiO2 (dạng cầu)
    • Ống nano TiO2 (TNTs)
  • 1.3. Vật liệu Fe3O4 (FO)
  • 1.4. Hạt nano bạc (AgNPs)
  • 1.5. Tổng hợp vật liệu tổ hợp
    • 1.5.1. Phương pháp hóa học
    • 1.5.2. Phương pháp chiếu xạ

• Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.2. Quy trình tổng hợp vật liệu
    • 2.2.1. Tổng hợp vật liệu GO
    • 2.2.2. Tổng hợp vật liệu tổ hợp GO-Fe3O4-TiO2 bằng phương pháp hóa học
      • Tổng hợp vật liệu Fe3O4@TiO2 dạng lõi-vỏ
      • Tổng hợp vật liệu Fe3O4-TiO2 từ các hạt nano
      • Tổng hợp GO-TiO2
      • Tổng hợp vật liệu tổ hợp GO-Fe3O4-TiO2 (GMT)
    • 2.2.3. Tổng hợp vật liệu tổ hợp GO-AgNPs-TNTs bằng phương pháp chiếu xạ
      • Tổng hợp AgNPs
      • Tổng hợp TiO2 dạng ống (TNTs)
      • Tổng hợp vật liệu nano Ag-TiO2 (AgNPs-TNTs)
      • Tổng hợp vật liệu GO-TiO2 dạng ống (GO-TNTs)
      • Tổng hợp vật liệu tổ hợp GO-AgNPs-TNTs
  • 2.3. Đánh giá cấu trúc, hình thái và tính chất của vật liệu tổ hợp
    • Nhiễu xạ tia X (XRD)
    • Phổ hồng ngoại chuyển tiếp Fourier (FTIR)
    • Phổ Raman (Raman Spectroscopy)
    • Khối phổ plasma ghép cặp cảm ứng (ICP-MS)
    • Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
    • Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
    • Phép đo diện tích bề mặt hấp phụ khí và phân tích cấu trúc lỗ (BET)
    • Phương pháp quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-Vis
    • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
  • 2.4. Đánh giá tính năng của vật liệu tổ hợp
    • 2.4.1. Hoạt tính quang xúc tác và khảo sát độ bền
    • 2.4.2. Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn E. coli
  • 2.5. Xử lý số liệu

• Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Vật liệu graphene oxide (GO)
    • 3.1.1. Kết quả phân tích cấu trúc vật liệu GO
    • 3.1.2. Kết quả phân tích hình thái bề mặt vật liệu GO
    • 3.1.3. Kết quả phân tích tính chất nhiệt của vật liệu GO
  • 3.2. Vật liệu tổ hợp GO-Fe3O4-TiO2 (GMT)
  • 3.3. Vật liệu tổ hợp GO-AgNPs-TNTs (GAT)
  • 3.4. Thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu
    • 3.4.1. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu tổ hợp GMT
    • Khảo sát độ bền của xúc tác
    • 3.4.2. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu tổ hợp GAT
  • 3.5. Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn E. coli của các vật liệu tổ hợp
    • 3.5.1. Hoạt tính kháng khuẩn E. coli của vật liệu tổ hợp GMT
    • 3.5.2. Hoạt tính kháng khuẩn E. coli của vật liệu tổ hợp GAT

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

• DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN