NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU COMPOZIT MỚI TRÊN CƠ SỞ MOFs CHỨA Fe VÀ GRAPHEN OXIT ỨNG DỤNG LÀM QUANG XÚC TÁC ĐỂ PHÂN HỦY THUỐC NHUỘM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Hóa Lý thuyết và Hóa Lý
Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp xử lý ô nhiễm thuốc nhuộm trong nước thải công nghiệp dệt may, in, giấy, mỹ phẩm, vốn là các chất khó phân hủy và có độ bền cao. Phương pháp oxy hóa tiên tiến (AOPs) sử dụng xúc tác quang hóa được đánh giá là hiệu quả, đặc biệt là việc ứng dụng vật liệu khung cơ kim (MOFs) chứa Fe và các oxit có khả năng quang xúc tác. Các vật liệu MOFs nổi bật với cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn và khả năng điều chỉnh tính chất, phù hợp làm xúc tác quang. Để tăng cường hiệu quả, luận án đã nghiên cứu tổng hợp các vật liệu compozit mới trên cơ sở nano MOFs (Fe-MIL-53, Fe-MIL-88B, Fe-BTC) kết hợp với graphen oxit (GO). GO đóng vai trò quan trọng trong việc phân tán tinh thể MOFs, dẫn điện tử, giảm tái hợp electron và lỗ trống, cũng như tăng khả năng hấp thụ ánh sáng vùng nhìn thấy, từ đó nâng cao hoạt tính quang hóa.
Nghiên cứu này đã tổng hợp thành công các vật liệu compozit nano Fe-MIL-53/GO, Fe-MIL-88B/GO và Fe-BTC/GO bằng các phương pháp khác nhau như nhiệt dung môi, thủy nhiệt, thủy nhiệt-vi sóng và nghiền cơ hóa học, đặc biệt chú trọng các phương pháp không sử dụng dung môi hữu cơ để giảm tác động môi trường. Các vật liệu tổng hợp được đặc trưng cấu trúc, hình thái học và tính chất hóa lý bằng nhiều phương pháp hiện đại (XRD, FTIR, SEM, TEM, XPS, EDX, BET, TG-DTA, UV-Vis). Hoạt tính quang xúc tác của các hệ vật liệu này được đánh giá trong quá trình phân hủy thuốc nhuộm hoạt tính RR-195 và RY-145 dưới ánh sáng vùng khả kiến. Kết quả cho thấy các hệ xúc tác Fe-MIL-53/GO và Fe-MIL-88B/GO có hoạt tính quang hóa vượt trội so với MOFs nguyên chất, với hiệu suất phân hủy RR-195 đạt 98% sau 25 phút chiếu sáng dưới điều kiện tối ưu (pH 5,5; nồng độ H2O2 136 mg/L). Vật liệu Fe-BTC/GO tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt-vi sóng cho hiệu suất xử lý RY-145 cao nhất (98,18% sau 60 phút), sở hữu cấu trúc ổn định, kích thước hạt nano đồng đều, diện tích bề mặt cao và năng lượng vùng cấm thấp.
Luận án cũng khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như pH, nồng độ H2O2, nồng độ chất màu ban đầu và độ bền tái sử dụng của xúc tác. Các vật liệu compozit này thể hiện độ bền xúc tác cao, gần như không thay đổi hiệu suất sau nhiều lần tái sử dụng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý chất hữu cơ độc hại. Đặc biệt, con đường phân hủy thuốc nhuộm RR-195 trên hệ xúc tác Fe-MIL-88B/GO cũng được đề xuất thông qua phân tích sản phẩm trung gian bằng sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS).