I. Luận án tiến sĩ
Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc ứng dụng ống nano titania (TNTs) trong xử lý khí thải NOx bằng phương pháp quang xúc tác. Nghiên cứu được thực hiện bởi Nguyễn Nhật Huy dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Hsunling Bai tại Viện Kỹ thuật Môi trường, Đại học Quốc gia Chiao Tung, Đài Loan. Luận án đã đưa ra các phương pháp tổng hợp và điều chỉnh tính chất của TNTs để tối ưu hóa hiệu quả xử lý NOx, đồng thời phân tích cơ chế phản ứng quang xúc tác và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này.
1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa hiệu suất xử lý NOx bằng cách sử dụng TNTs được tổng hợp thông qua phương pháp thủy nhiệt. Nghiên cứu tập trung vào việc điều chỉnh các thông số tổng hợp như nhiệt độ nung, pH rửa và pha tạp kim loại để cải thiện tính chất quang xúc tác của vật liệu. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc đánh giá hiệu quả xử lý NOx trong các điều kiện khác nhau, từ đó đề xuất các ứng dụng thực tế trong xử lý ô nhiễm không khí.
II. Ống nano titania TNTs
Ống nano titania (TNTs) là vật liệu được tổng hợp từ tiền chất TiO2 thương mại (P25) bằng phương pháp thủy nhiệt. Các tính chất của TNTs được điều chỉnh thông qua việc kiểm soát các thông số tổng hợp như nhiệt độ nung, pH rửa và pha tạp kim loại. Vật liệu được đặc trưng bằng các phương pháp phân tích như BET, SEM, TEM, XRD, TPD, ICP, XPS, UV-Vis và FTIR. Kết quả cho thấy TNTs nung ở 500℃ (T-500) đạt hiệu suất xử lý NOx cao nhất nhờ độ kết tinh anatase cao và diện tích bề mặt lớn.
2.1. Tổng hợp và đặc trưng TNTs
TNTs được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt từ tiền chất TiO2 thương mại (P25). Các thông số tổng hợp như nhiệt độ nung, pH rửa và pha tạp kim loại được điều chỉnh để tối ưu hóa tính chất vật liệu. Các phương pháp phân tích như BET, SEM, TEM, XRD, TPD, ICP, XPS, UV-Vis và FTIR được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất quang xúc tác của TNTs.
2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
Nhiệt độ nung có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất và hoạt tính quang xúc tác của TNTs. Kết quả cho thấy TNTs nung ở 500℃ (T-500) đạt hiệu suất xử lý NOx cao nhất nhờ độ kết tinh anatase cao và diện tích bề mặt lớn. Độ kết tinh anatase cao giúp tăng hiệu suất ban đầu, trong khi diện tích bề mặt lớn giúp duy trì hiệu suất cao trong suốt quá trình phản ứng.
III. Xử lý NOx bằng quang xúc tác
Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý NOx bằng phương pháp quang xúc tác sử dụng TNTs. Các phản ứng quang xúc tác của NO và NO2 dưới bức xạ UVA được thực hiện để đánh giá hoạt tính của vật liệu. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý NOx phụ thuộc vào cấu trúc và hàm lượng natri trong TNTs. Cơ chế trung hòa sản phẩm axit từ quá trình quang oxy hóa NOx cũng được đề xuất.
3.1. Phản ứng quang xúc tác của NO và NO2
Các phản ứng quang xúc tác của NO và NO2 được thực hiện dưới bức xạ UVA để đánh giá hoạt tính của TNTs. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý NOx phụ thuộc vào cấu trúc và hàm lượng natri trong vật liệu. TNTs rửa ở pH 3-5 đạt hiệu suất cao nhất nhờ lượng anatase kết tinh cao và hàm lượng natri lớn giúp trung hòa sản phẩm axit.
3.2. Cơ chế trung hòa sản phẩm axit
Nghiên cứu đề xuất cơ chế trung hòa sản phẩm axit HNO3 từ quá trình quang oxy hóa NOx. Hàm lượng natri trong TNTs đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự khử hoạt bề mặt vật liệu, từ đó duy trì hiệu suất xử lý NOx cao trong thời gian dài.
IV. Ứng dụng công nghệ nano trong xử lý môi trường
Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng ứng dụng của công nghệ nano trong xử lý ô nhiễm không khí, đặc biệt là xử lý NOx bằng quang xúc tác. TNTs được tổng hợp và điều chỉnh tính chất để tối ưu hóa hiệu suất xử lý NOx, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực xử lý môi trường. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các hệ thống kiểm soát chất lượng không khí trong nhà và công nghiệp.
4.1. Tiềm năng ứng dụng thực tế
Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của TNTs trong xử lý NOx, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế trong các hệ thống kiểm soát chất lượng không khí. Công nghệ nano và quang xúc tác có thể được tích hợp vào các hệ thống HVAC hiện có để cải thiện chất lượng không khí trong nhà và công nghiệp.
4.2. Hướng nghiên cứu tương lai
Nghiên cứu đề xuất các hướng nghiên cứu tương lai như tối ưu hóa quy trình tổng hợp TNTs, khảo sát hiệu quả xử lý các loại khí thải khác và phát triển các vật liệu quang xúc tác mới với hiệu suất cao hơn. Các nghiên cứu này sẽ góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ nano trong xử lý môi trường.
