I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu
Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc điều chế và khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu giàu Bismuth Oxyiodine (BixOyIz) nhằm phân hủy kháng sinh trong nước. Nghiên cứu này xuất phát từ thực trạng ô nhiễm môi trường do sử dụng quá mức kháng sinh, đặc biệt là sulfamethoxazole (SMX), gây ra các vấn đề nghiêm trọng như sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc. Xúc tác quang hóa được xem là một phương pháp hiệu quả để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, trong đó vật liệu giàu Bismuth Oxyiodine nổi bật nhờ tính ổn định và khả năng hoạt động dưới ánh sáng nhìn thấy.
1.1. Vấn đề ô nhiễm nước do kháng sinh
Sự hiện diện của kháng sinh trong nước đã trở thành một thách thức lớn đối với môi trường và sức khỏe con người. Sulfamethoxazole (SMX) là một trong những loại kháng sinh phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong y tế. Tuy nhiên, việc thải SMX vào môi trường nước dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc và suy giảm đa dạng sinh học. Nghiên cứu này nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả để phân hủy SMX và các chất ô nhiễm tương tự.
1.2. Tầm quan trọng của xúc tác quang hóa
Xúc tác quang hóa là một phương pháp tiên tiến sử dụng ánh sáng để kích hoạt các phản ứng hóa học, giúp phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. Vật liệu giàu Bismuth Oxyiodine (BixOyIz) được chọn làm đối tượng nghiên cứu nhờ cấu trúc dải năng lượng phù hợp và khả năng hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng nhìn thấy. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc thiết kế các vật liệu quang xúc tác để xử lý nước thải.
II. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp điều chế vật liệu giàu Bismuth Oxyiodine (BixOyIz) thông qua quy trình dung nhiệt và phân hủy nhiệt. Các mẫu vật liệu được khảo sát về cấu trúc, hình thái và hoạt tính quang xúc tác bằng các kỹ thuật phân tích hiện đại như XRD, SEM, và UV-Vis DRS. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc kết hợp Bismuth Oxyiodine với MoS2 để tạo ra hệ dị thể S-Scheme, nhằm nâng cao hiệu quả phân hủy kháng sinh.
2.1. Điều chế vật liệu BixOyIz
Quy trình điều chế vật liệu giàu Bismuth Oxyiodine (BixOyIz) bao gồm các bước dung nhiệt và phân hủy nhiệt. Nhiệt độ nung được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình chuyển đổi pha tinh thể, tạo ra hỗn hợp dị thể Bi4O5I2/Bi5O7I có hiệu suất phân hủy SMX cao nhất. Kết quả cho thấy mẫu vật liệu nung ở 425°C (Bi425) đạt hiệu quả tối ưu.
2.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác
Các mẫu vật liệu được khảo sát về hoạt tính quang xúc tác thông qua các thí nghiệm phân hủy SMX dưới ánh sáng đèn Xenon. Kết quả cho thấy hệ dị thể MoS2/Bi4O5I2/Bi5O7I với tỉ lệ khối lượng 5% MoS2 đạt hiệu suất phân hủy cao nhất. Các gốc tự do như •O2-, •OH và h+ đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang xúc tác.
III. Kết quả và ứng dụng
Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của vật liệu giàu Bismuth Oxyiodine trong việc phân hủy kháng sinh như SMX, ciprofloxacin (CIP), và tetracycline (TC). Hệ dị thể MoS2/Bi4O5I2/Bi5O7I không chỉ có hiệu suất cao trong phân hủy SMX mà còn có khả năng loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm khác trong thời gian ngắn. Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải y tế và công nghiệp.
3.1. Hiệu quả phân hủy kháng sinh
Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ dị thể MoS2/Bi4O5I2/Bi5O7I đạt hiệu suất phân hủy SMX cao nhất với liều lượng xúc tác 0.7 g/L. Các gốc tự do •O2-, •OH và h+ đóng vai trò chính trong quá trình quang xúc tác. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hệ dị thể này có khả năng phân hủy các kháng sinh khác như CIP và TC với hiệu suất cao.
3.2. Tiềm năng ứng dụng thực tế
Nghiên cứu này không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải chứa kháng sinh. Hệ dị thể MoS2/Bi4O5I2/Bi5O7I có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải y tế và công nghiệp, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.
