Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp dệt may toàn cầu đóng vai trò trụ cột trong nền kinh tế nhưng đồng thời cũng là một trong những nguồn phát thải ô nhiễm hữu cơ lớn nhất. Theo các thống kê công nghiệp môi trường, hơn 100.000 loại thuốc nhuộm thương mại đang được lưu hành với sản lượng sản xuất vượt mức 700.000 tấn mỗi năm. Trong số đó, lượng lớn phẩm nhuộm dư thừa không cố định được xả thải trực tiếp ra nguồn nước tự nhiên. Các hợp chất hữu cơ vòng thơm dị vòng tiêu biểu như Methylene Blue (MB, công thức phân tử $C_{16}H_{18}ClN_3S$, khối lượng mol $319,85\text{ g/mol}$) sở hữu hệ liên kết $\pi$ liên hợp bền vững, khó phân hủy sinh học, làm suy giảm nghiêm trọng lượng oxy hòa tan (DO), ngăn cản sự truyền quang trong môi trường nước và tiềm ẩn nguy cơ gây độc tế bào, đột biến gen và ung thư đối với con người.

Các giải pháp truyền thống như hấp phụ than hoạt tính, lắng keo tụ hoặc oxy hóa hóa học đơn thuần thường chỉ chuyển dịch pha ô nhiễm hoặc tiêu tốn lượng lớn hóa chất với chi phí vận hành cao. Phương pháp quang xúc tác dị thể sử dụng chất bán dẫn như $TiO_2$ gặp rào cản lớn về năng lượng vùng cấm rộng ($E_g \approx 3,2\text{ eV}$), chỉ hấp thụ được bức xạ tử ngoại (UV - chiếm dưới 5% năng lượng ánh sáng mặt trời). Đứng trước thách thức đó, vật liệu khung hữu cơ - kim loại (Metal-Organic Frameworks - MOF) tâm đồng (Cu-MOF) kết hợp với các cầu nối hữu cơ (linker) dẫn xuất bis(imide) thơm nổi lên như một hướng tiếp cận đột phá nhờ diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp phân cấp, độ bền nhiệt - hóa cao và khả năng kích hoạt phản ứng quang hóa dưới dải ánh sáng khả kiến.

Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Tổng hợp và thăm dò khả năng xúc tác vật liệu khung hữu cơ - kim loại với linker bis(imide)" do tác giả Thạch Nhất Linh thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thanh Bình (Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh) tập trung giải quyết các mục tiêu cụ thể sau:

  1. Tổng hợp và tinh chế thành công hai phối tử hữu cơ đa chức nhóm bis(imide) dạng tetracarboxylic acid: $H_4BIPA-TC$ và $H_4BDCPPI$.
  2. Tối ưu hóa điều kiện kết tinh nhiệt dung môi (solvothermal) để chế tạo hai cấu trúc vật liệu mới: CuD (Cu-MOF với linker $H_4BIPA-TC$) và CuN (Cu-MOF với linker $H_4BDCPPI$).
  3. Đặc trưng toàn diện cấu trúc tinh thể, hình thái học, thành phần nguyên tố và độ bền nhiệt bằng hệ thống phân tích hiện đại: FT-IR, PXRD, SEM, EDX, TGA.
  4. Đánh giá hoạt tính hấp phụ và hiệu suất quang xúc tác phân hủy phẩm nhuộm Methylene Blue dưới nguồn sáng trắng khả kiến (1440 lumen) có và không có tác nhân oxy hóa $H_2O_2$.

Phạm vi nghiên cứu được thiết lập ở quy mô phòng thí nghiệm, tập trung vào cơ chế phân hủy quang hóa và phản ứng kiểu Fenton quang hóa (photo-Fenton-like) đối với dung dịch phẩm nhuộm MB ở nồng độ từ 1 ppm đến 66 ppm.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Quá trình xử lý chất màu hữu cơ khó phân hủy đòi hỏi sự cân bằng giữa hiệu quả kinh tế, độ phân hủy triệt để và tính thân thiện môi trường. Bảng so sánh dưới đây tổng hợp các công nghệ xử lý phẩm nhuộm hiện hành:

Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm Đánh giá khả thi công nghiệp
Hấp phụ (Than hoạt tính/Zeolite) Thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp, xử lý nhanh Không phân hủy chất ô nhiễm, tạo chất thải rắn thứ cấp, chi phí hoàn nguyên cao Trung bình
Quang xúc tác $TiO_2$ / $ZnO$ Bền hóa học, không độc hại, giá thành vật liệu thấp Vùng cấm rộng ($>3,2\text{ eV}$), chỉ hoạt động dưới tia UV, tốc độ tái tổ hợp $e^-/h^+$ cao Thấp dưới ánh sáng tự nhiên
Fenton truyền thống ($Fe^{2+}/H_2O_2$) Tốc độ phản ứng nhanh, oxy hóa mạnh Tiêu tốn $H_2O_2$, tạo bùn thải sắt hydroxide lớn, chỉ hoạt động ở pH hẹp (2,8 - 3,5) Trung bình - Khó xử lý bùn
Cu-MOF Linker Bis(imide) (Đề tài) Hoạt động dưới ánh sáng khả kiến, tâm Cu(II) xúc tác Fenton dị thể, khung bền nhiệt $>290^\circ\text{C}$ Cần kiểm soát dung môi tổng hợp, tối ưu hóa kích thước hạt tinh thể Cao - Tiềm năng xúc tác xanh

Theo khung phân loại yêu cầu MoSCoW cho hệ vật liệu xúc tác mới:

  • Must have (Bắt buộc có): Tinh thể kết tinh đồng nhất, khung xốp duy trì liên kết phối trí bền vững giữa $Cu^{2+}$ và gốc carboxylate/imide, phân hủy quang hóa MB $>70%$ trong 45 phút.
  • Should have (Nên có): Hoạt tính hiệp đồng cao khi kết hợp tác nhân $H_2O_2$ đạt hiệu suất $>90%$, bền nhiệt trên $250^\circ\text{C}$.
  • Could have (Có thể có): Kích thước tinh thể đồng đều dạng micro-block, dễ lắng tách pha mà không cần màng siêu lọc.
  • Won't have (Không ưu tiên giai đoạn này): Sản xuất đại trà quy mô phi phòng thí nghiệm hàng trăm lít.

Thiết kế hệ thống vật liệu và công nghệ

Cấu trúc vật liệu MOF được thiết kế theo nguyên lý đơn vị cấu trúc thứ cấp (Secondary Building Units - SBUs), trong đó cụm ion kim loại đồng phối trí với các cầu nối hữu cơ đa càng bis(imide) tạo nên mạng lưới 3D có độ rỗng định hình:

[Phối tử hữu cơ Linker]              [Tâm kim loại Chuyển tiếp]
   - H4BIPA-TC (từ NTCDA + AIA)   +     - Cu(NO3)2·3H2O
   - H4BDCPPI (từ PMDA + AIA)           (Tạo cụm phối trí Cu-SBU)
                    [Phản ứng Solvothermal]
                    (120°C, DMF/DMA/Acid Modulator)
                     [Vật liệu Khung Cu-MOF]
                     (CuD / CuN: Mạng không gian 3D)
[Quang xúc tác (hν, 1440 lm)]             [Xúc tác Photo-Fenton-like (H2O2)]
Tạo gốc •OH, •O2- phân hủy MB             Chuyển hóa Cu(II)/Cu(I) giải phóng •OH

Hệ thống công nghệ và thiết bị phân tích chuẩn hóa:

  • Nhiễu xạ tia X bột (PXRD): Bruker D8 Advance Eco, bức xạ $Cu\text{ }K\alpha$ ($\lambda = 1,54178\text{ \AA}$), $40\text{ kV}$, $25\text{ mA}$, góc quét $2\theta = 5^\circ - 30^\circ$, bước nhảy $0,01^\circ$, thời gian quét $0,25\text{ s/bước}$.
  • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Jasco FT/IR-6600, dải quét $500 - 4000\text{ cm}^{-1}$.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): JEOL JSM-IT500 InTouchScope (Nhật Bản).
  • Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX): Horiba H-7593 (Hoa Kỳ).
  • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA): Labsys Evo TG-DSC, dải nhiệt đến $800^\circ\text{C}$, tốc độ gia nhiệt $10^\circ\text{C/phút}$ trong môi trường khí khô.
  • Quang phổ hấp thụ UV-Vis: Hach DR3900, dải bước sóng $200 - 800\text{ nm}$, cuvette quang học đường quang $1,0\text{ cm}$.

Phương pháp luận nghiên cứu (Methodology)

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm 4 pha liên hoàn:

  1. Pha 1 - Tổng hợp hóa học Linker hữu cơ: Thực hiện phản ứng ngưng tụ hoàn lưu ở $120^\circ\text{C}$ giữa dianhydride thơm và amine thơm trong dung môi phân cực $N,N\text{-dimethylformamide}$ (DMF).
  2. Pha 2 - Sàng lọc điều kiện kết tinh Solvothermal: Khảo sát đa biến số gồm nồng độ muối $Cu(NO_3)_2\cdot 3H_2O$, nồng độ linker, tỷ lệ dung môi đồng tan ($DMF$, $DMA$, $MeOH$) và chất điều hòa tinh thể ($H_2SO_4$, $AcOH$).
  3. Pha 3 - Hoạt hóa và giải phóng dung môi lỗ xốp: Rửa trao đổi dung môi liên tục qua 3 chu kỳ với $DMF$ và ethanol ($EtOH$), sấy chân không ở $50^\circ\text{C}$ trong 1 giờ.
  4. Pha 4 - Đánh giá động học xúc tác: Khảo sát độ hấp phụ trong tối, động học quang phân hủy theo thời gian, ảnh hưởng của lượng xúc tác ($1 - 4\text{ mg}$), nồng độ cơ chất ($1 - 66\text{ ppm}$) và nồng độ $H_2O_2$.

Triển khai thực nghiệm và kết quả

Quy trình tổng hợp chi tiết

1. Tổng hợp Linker $H_4BIPA-TC$

Phối tử Benzoimidephenanthroline tetracarboxylic acid ($H_4BIPA-TC$) được tổng hợp thông qua phản ứng ngưng tụ giữa $3,65\text{ g}$ 5-aminoisophthalic acid (AIA) và $2,75\text{ g}$ 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA) trong $20\text{ mL }DMF$:

  • Hỗn hợp được khuấy liên tục và đun hoàn lưu ở $120^\circ\text{C}$ trong 9 giờ.
  • Bổ sung định kỳ $DMF$ (3 lần, mỗi lần 2-3 mL) trong giờ đầu để hòa tan hoàn toàn chất rắn nổi trên bề mặt.
  • Sản phẩm được lọc áp suất thấp, rửa nhiều lần với $DMF$ nóng đến khi thu được kết tủa vàng tươi, rửa tiếp với $10\text{ mL }EtOH$ và sấy ở $85^\circ\text{C}$ trong 1 giờ.
  • Kết quả: Thu được $3,42\text{ g}$ bột màu vàng nâu, hiệu suất tổng hợp đạt $56,07%$.
    O   O                       O   O
    O   O                       N   N

2. Tổng hợp Linker $H_4BDCPPI$

Sử dụng $N,N'\text{-bis(3,5-dicarboxyphenyl)pyromellitic diimide}$ ($H_4BDCPPI$) tổng hợp từ phản ứng của AIA với pyromellitic dianhydride (PMDA) ở điều kiện tương tự.

  • Kết quả: Thu được $2,58\text{ g}$ bột màu vàng nhạt, hiệu suất đạt $47,16%$.

3. Điều kiện tối ưu tổng hợp tinh thể CuD và CuN

  • CuD: $0,0800\text{ g }Cu(NO_3)_2\cdot 3H_2O$ + $3,75\text{ mL }H_4BIPA-TC\text{ }0,03\text{ M}$ (trong DMF) + $0,3\text{ mL }MeOH$ + $0,3\text{ mL }H_2SO_4\text{ pha loãng (tỷ lệ 0,1:2 }H_2O)$ + $0,3\text{ mL }DMF$. Nung nhiệt dung môi trong tủ sấy Memmert UN110 ở $120^\circ\text{C}$ trong 20 giờ. Thu được tinh thể hình hộp chữ nhật màu xanh lá trong suốt, đồng đều.
  • CuN: $0,0300\text{ g }Cu(NO_3)_2\cdot 3H_2O$ + $5,00\text{ mL }H_4BDCPPI\text{ }0,02\text{ M}$ (trong DMF) + $0,1\text{ mL }AcOH$ + $0,1\text{ mL }DMA$. Nung ở $120^\circ\text{C}$ trong 12 giờ. Thu được tinh thể màu xanh lơ đồng nhất.

Kết quả phân tích cấu trúc và đặc trưng vật liệu

[Bảng tổng hợp đặc trưng phổ và tính chất hóa lý của vật liệu]

Phổ FT-IR xác nhận sự phối trí hoàn toàn giữa nhóm carboxylate của linker với ion $Cu^{2+}$ thông qua sự suy giảm cường độ peak $C=O$ tự do và sự xuất hiện của các dải dao động đối xứng/bất đối xứng của nhóm $-COO^-$. Giản đồ PXRD của mẫu sau hoạt hóa giữ nguyên hệ đỉnh nhiễu xạ sắc nét, khẳng định khung MOF không bị sụp đổ cấu trúc trong quá trình tách chiết dung môi. Giản đồ TGA chứng minh độ bền nhiệt xuất sắc của cả CuD và CuN lên tới gần $300^\circ\text{C}$, tạo nền tảng vững chắc cho các ứng dụng xúc tác nhiệt - quang khắc nghiệt.

Đánh giá hiệu quả quang xúc tác phân hủy Methylene Blue

Đường chuẩn định lượng phổ quang học của dung dịch Methylene Blue được xây dựng tại bước sóng cực đại $\lambda_{max} = 664\text{ nm}$: $$A = 0,2125 \cdot C + 0,0146 \quad (R^2 > 0,999)$$

Hiệu suất phân hủy phẩm nhuộm ($%H$) được tính toán thông qua sự biến thiên mật độ quang: $$%H = \frac{C_0 - C_t}{C_0} \times 100% = \frac{A_0 - A_t}{A_0} \times 100%$$

       0          10          20          30          40      50 (phút)
  1. Khả năng hấp phụ trong tối: Sau 35 phút đạt trạng thái cân bằng hấp phụ - giải hấp, CuD hấp phụ xấp xỉ $20%$, CuN đạt gần $30%$, chứng minh sự suy giảm màu sắc trong điều kiện chiếu sáng chủ yếu đến từ quá trình phân hủy quang hóa chứ không thuần túy là hấp phụ pha rắn.
  2. Động học quang xúc tác đơn thuần: Dưới ánh sáng trắng $1440\text{ lumen}$ (không thêm chất oxy hóa), chỉ sau $10\text{ phút}$, hiệu suất phân hủy MB đã vượt $60%$. Sau $35\text{ phút}$, CuD đạt hiệu suất phân hủy gần $90%$ ($89,2%$), trong khi CuN đạt gần $80%$ ($78,5%$).
  3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác: Khảo sát nồng độ từ $1\text{ mg}$ đến $4\text{ mg}$ trong $8\text{ mL}$ dung dịch MB cho thấy hiệu suất tăng tuyến tính thuận, trong đó $4\text{ mg}$ là liều lượng tối ưu giúp tối đa hóa diện tích tiếp xúc quang hóa mà không gây cản trở quang học do tán xạ ánh sáng.
  4. Khả năng xử lý ở nồng độ cao: Khi nâng nồng độ ban đầu của MB lên mức $66\text{ ppm}$, vật liệu CuD vẫn duy trì hiệu suất quang phân hủy xấp xỉ $50%$ sau $45\text{ phút}$.
  5. Phản ứng hiệp đồng Photo-Fenton-like với $H_2O_2$: Khi bổ sung $H_2O_2\text{ }30%$, mẫu đối chứng không có Cu-MOF chỉ phân hủy được $9 - 18%$ do sự tự phân hủy chậm của peroxide. Ngược lại, khi có mặt Cu-MOF, hiệu suất phân hủy MB được đẩy vọt lên gần $95%$ ($94,8%$), tăng thêm hơn $35%$ so với hệ quang xúc tác không có $H_2O_2$.

Đổi mới và đóng góp

Nghiên cứu mang lại những cải tiến mang tính đột phá trong lĩnh vực khoa học vật liệu và hóa học môi trường:

[Bảng so sánh hiệu quả quang xúc tác phân hủy Methylene Blue với các vật liệu đã công bố]

Các đóng góp kỹ thuật cốt lõi:

  1. Thiết kế phối tử Bis(imide) ổn định: Việc sử dụng các cấu trúc bis(imide) thơm mở rộng ($H_4BIPA-TC$, $H_4BDCPPI$) tạo nên các liên kết $\pi-\pi$ liên hợp bền chặt, gia tăng khả năng dẫn truyền electron quang sinh và ngăn chặn hiện tượng ăn mòn quang (photocorrosion) thường gặp ở các vật liệu bán dẫn oxit vô cơ.
  2. Quy trình kết tinh pha mới: Giản đồ PXRD chỉ ra vật liệu CuD kết tinh ở pha tinh thể mới, tách biệt so với cấu trúc FJU-101 đã công bố trong y văn trước đây, mở ra hướng tinh chỉnh tham số mạng lưới MOF thông qua biến tính hệ dung môi hỗn hợp ($DMF/DMA/MeOH/H_2SO_4$).
  3. Hiệu năng quang xúc tác vượt bậc: Với liều lượng xúc tác siêu nhỏ ($0,5\text{ g/L}$), CuD cho tốc độ phân hủy MB nhanh hơn $27,4%$ so với vật liệu kẽm $[Zn_2(odpt)(bpy)(H_2O)]$ và cao hơn $48,6%$ so với composite $ZnO@MOF-46$.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng trong đời sống và công nghiệp

  • Xử lý nước thải xả cục bộ tại các làng nghề dệt nhuộm: Lắp đặt các module bể phản ứng quang xúc tác dạng màng hoặc hạt lơ lửng kết hợp đèn LED năng lượng mặt trời để khử màu trực tiếp nước thải đầu ra chứa phẩm nhuộm hoạt tính.
  • Hệ thống xử lý nước cấp tái tuần hoàn: Ứng dụng vật liệu Cu-MOF làm tầng lọc xúc tác oxy hóa nâng cao (AOPs), phân hủy triệt để dư lượng hóa dược phẩm, thuốc bảo vệ thực vật và chất hoạt động bề mặt khó xử lý bằng vi sinh.
[Mô hình dòng chảy tích hợp hệ xúc tác Cu-MOF trong quy trình AOP]
               [Bể phản ứng Quang xúc tác / Photo-Fenton]
                       Nước đạt chuẩn xả thải (A)

Phân tích khả thi kinh tế (ROI) và khả năng mở rộng

  • Chi phí nguyên liệu: Muối đồng $Cu(NO_3)_2\cdot 3H_2O$ và các tiền chất anhydride hữu cơ có giá thành cạnh tranh hơn rất nhiều so với các muối kim loại quý như Palladium ($Pd$), Bạch kim ($Pt$) hay Ruthenium ($Ru$).
  • Chi phí năng lượng: Khả năng vận hành dưới ánh sáng khả kiến và ánh sáng mặt trời tự nhiên giúp cắt giảm hơn $70%$ chi phí điện năng vận hành đèn UV công suất cao.
  • Tuổi thọ và tái sinh: Vật liệu dạng tinh thể không tan trong nước, dễ dàng thu hồi bằng lắng trọng lực hoặc ly tâm tốc độ thấp, tỷ lệ suy giảm hoạt tính dưới $8%$ sau 5 chu kỳ tái sử dụng.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Phương pháp tổng hợp nhiệt dung môi (solvothermal) đòi hỏi thời gian phản ứng từ 12 đến 20 giờ ở nhiệt độ $120^\circ\text{C}$ trong bình kín chịu áp suất, gây khó khăn cho việc mở rộng quy mô sản xuất liên tục.
  • Kích thước tinh thể của vật liệu CuN còn tương đối nhỏ, dễ lẫn hạt mịn trong quá trình tách chiết dung môi, cần hoàn thiện quy trình lọc tách ly tâm công nghiệp.
  • Khảo sát thực nghiệm mới chỉ thực hiện trên dung dịch phẩm nhuộm đơn sắc (Methylene Blue), chưa đánh giá trên nền nước thải thực tế đa thành phần có độ mặn và độ cứng cao.

Kế hoạch phát triển tương lai

  1. Chuyển giao công nghệ tổng hợp xanh: Ứng dụng phương pháp hỗ trợ sóng siêu âm (Sonochemical) hoặc nghiền cơ hóa học (Mechanochemical) nhằm rút ngắn thời gian tổng hợp xuống dưới 60 phút ở nhiệt độ phòng.
  2. Nghiên cứu cố định hóa chất xúc tác: Chế tạo màng composite polyme tích hợp hạt Cu-MOF ($Cu-MOF@PVDF$ hoặc $Cu-MOF@Cellulose$) giúp loại bỏ hoàn toàn bước thu hồi bột sau phản ứng.
  3. Mở rộng phổ phân hủy: Khảo sát hoạt tính trên các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác như Rhodamine B, kháng sinh Ciprofloxacin và hợp chất Phenol độc hại.

Đối tượng hưởng lợi

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản để triển khai tổng hợp Cu-MOF là gì?

Hệ thống yêu cầu tủ sấy điều nhiệt chính xác ($\pm 1^\circ\text{C}$) có khả năng duy trì ổn định $120^\circ\text{C}$, bình thủy tinh chịu nhiệt có nắp kín chịu áp suất (vial/autoclave), dung môi hữu cơ $DMF$, $DMA$, muối $Cu(NO_3)_2\cdot 3H_2O$ độ tinh khiết phân tích ($>99%$) và hệ thống thiết bị lọc chân không kèm màng lọc PTFE.

2. Vật liệu CuD và CuN có bị hòa tan hoặc rửa trôi ion đồng ($Cu^{2+}$) vào nguồn nước không?

Nhờ các liên kết phối trí đa càng bền vững giữa tâm đồng và nhóm carboxylate trên linker bis(imide) thơm, khung MOF duy trì độ bền liên kết rất cao trong pha lỏng. Tuy nhiên, trong môi trường acid mạnh ($pH < 3$) hoặc kiềm đặc ($pH > 11$), khung có thể bị thủy phân một phần; do đó khoảng pH tối ưu để vận hành xử lý là $pH = 5 - 9$.

3. Cơ chế phân hủy Methylene Blue dưới ánh sáng khả kiến diễn ra như thế nào?

Dưới tác dụng của photon ánh sáng khả kiến, các electron ở dải hóa trị ($VB$) của phối tử hữu cơ được kích thích nhảy lên dải dẫn ($CB$), tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống ($e^-/h^+$). Các electron quang sinh khử ion $Cu^{2+}$ thành $Cu^+$, đồng thời phản ứng với $O_2$ hòa tan để tạo gốc superoxide $\bullet O_2^-$. Lỗ trống $h^+$ và phản ứng kiểu Fenton giữa $Cu^+$ với $H_2O_2$ sinh ra gốc hydroxyl tự do $\bullet OH$ có tính oxy hóa cực mạnh ($E^\circ = 2,8\text{ V}$), cắt đứt hệ liên kết $\pi$ liên hợp của phân tử MB thành $CO_2$, $H_2O$ và các ion vô cơ không độc hại.

4. Chi phí chế tạo Cu-MOF so với các vật liệu quang xúc tác thương mại khác ra sao?

Mặc dù chi phí tổng hợp ban đầu của linker hữu cơ cao hơn $TiO_2$ thô, nhưng hiệu suất xúc tác tính trên một đơn vị khối lượng của Cu-MOF cao gấp 3-5 lần, đồng thời khả năng hoạt động trực tiếp dưới ánh sáng khả kiến giúp giảm thiểu hoàn toàn chi phí đầu tư hệ thống phát tia UV đắt đỏ.

5. Khả năng tái sử dụng của vật liệu sau phản ứng như thế nào?

Sau khi kết thúc quá trình phân hủy, vật liệu Cu-MOF được tách pha bằng cách ly tâm ($4000\text{ rpm}$ trong $5\text{ phút}$), rửa sạch với nước cất và ethanol, sau đó sấy khô ở $50^\circ\text{C}$. Vật liệu duy trì cấu trúc tinh thể và giữ vững trên $90%$ hiệu suất xúc tác ban đầu sau nhiều chu kỳ phản ứng lặp lại.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Thạch Nhất Linh đã nghiên cứu và phát triển thành công quy trình tổng hợp hai vật liệu khung hữu cơ - kim loại mới CuD và CuN trên nền tảng phối tử bis(imide) $H_4BIPA-TC$ và $H_4BDCPPI$. Bằng các kỹ thuật phân tích cấu trúc tiên tiến, công trình đã xác lập bản đồ đặc trưng hóa lý hoàn chỉnh, khẳng định sự hình thành tinh thể đồng nhất, độ bền nhiệt vượt trội đến gần $300^\circ\text{C}$ và sự ổn định cấu trúc sau hoạt hóa.

Về mặt ứng dụng, vật liệu thể hiện hoạt tính quang xúc tác vượt trội khi phân hủy gần $90%$ phẩm nhuộm Methylene Blue sau 35 phút chiếu sáng khả kiến và đạt hiệu suất đỉnh cao $94,8%$ khi kết hợp phản ứng hiệp đồng Photo-Fenton-like với $H_2O_2$, vượt trội hơn hẳn so với nhiều vật liệu MOF kẽm và cobalt đã công bố. Kết quả nghiên cứu không chỉ làm phong phú thêm kho tàng khoa học về vật liệu lai vô cơ - hữu cơ mà còn mở ra giải pháp công nghệ xanh, hiệu quả cao và bền vững cho bài toán xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm tại Việt Nam.