I. Nghiên cứu tổng hợp
Luận văn tập trung vào nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposites ZnO/GO pha tạp nitrogen bằng phương pháp nhiệt bay hơi. Quy trình tổng hợp bao gồm hai bước chính: sử dụng phương pháp thủy nhiệt để tạo ra ZnO/GO và phương pháp nhiệt phân trong môi trường chân không kết hợp nitrogen. Phương pháp này được chọn do tính hiệu quả trong việc kiểm soát cấu trúc và tính chất của vật liệu. Graphene oxide (GO) được tổng hợp bằng phương pháp Hummers cải tiến, trong khi kẽm oxit (ZnO) được tạo ra thông qua quá trình thủy nhiệt. Sự kết hợp giữa ZnO và GO tạo ra vật liệu có diện tích bề mặt lớn, giúp cải thiện khả năng hấp thụ và quang xúc tác.
1.1. Phương pháp nhiệt bay hơi
Phương pháp nhiệt bay hơi được sử dụng để pha tạp nitrogen vào vật liệu ZnO/GO. Quá trình này diễn ra trong môi trường chân không, đảm bảo sự đồng nhất và ổn định của vật liệu. Nitrogen đóng vai trò như chất bổ sung điện tử, giúp tăng cường hoạt tính quang xúc tác của vật liệu. Kết quả phân tích bằng các phương pháp như SEM, XRD, và FTIR cho thấy sự hiện diện của nitrogen trong cấu trúc vật liệu, đồng thời xác nhận tính chất quang học và cấu trúc tinh thể của nanocomposites ZnO/GO pha tạp nitrogen.
II. Đặc trưng vật liệu
Các đặc trưng của vật liệu nanocomposites ZnO/GO pha tạp nitrogen được phân tích bằng các phương pháp hiện đại như SEM, XRD, FTIR, Raman, và UV-Vis. Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể đồng nhất, với sự hiện diện của các nhóm chức trên bề mặt GO và ZnO. Phổ Raman và FTIR xác nhận sự tương tác giữa ZnO và GO, trong khi XRD cho thấy cấu trúc tinh thể của vật liệu không bị ảnh hưởng bởi quá trình pha tạp nitrogen. Phổ UV-Vis cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng tự nhiên của vật liệu, đặc biệt trong vùng ánh sáng khả kiến.
2.1. Phân tích cấu trúc
Phân tích cấu trúc bằng SEM và XRD cho thấy vật liệu ZnO/GO pha tạp nitrogen có cấu trúc nano đồng nhất với kích thước hạt nhỏ. SEM cho thấy hình thái bề mặt của vật liệu, trong khi XRD xác nhận cấu trúc tinh thể lục giác của ZnO và sự hiện diện của GO. Phổ Raman cho thấy sự tương tác giữa ZnO và GO, giúp cải thiện tính chất quang học của vật liệu.
III. Ứng dụng xử lý methylene blue
Vật liệu nanocomposites ZnO/GO pha tạp nitrogen được ứng dụng trong xử lý methylene blue dưới ánh sáng tự nhiên. Kết quả thí nghiệm cho thấy vật liệu có hiệu suất quang xúc tác cao, phân hủy methylene blue với tốc độ nhanh. Phổ UV-Vis được sử dụng để theo dõi sự suy giảm nồng độ methylene blue theo thời gian. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng tự nhiên và tạo ra các gốc hydroxyl, giúp phân hủy methylene blue hiệu quả. Điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong xử lý nước thải công nghiệp.
3.1. Hiệu suất quang xúc tác
Hiệu suất quang xúc tác của vật liệu được đánh giá thông qua khả năng phân hủy methylene blue dưới ánh sáng tự nhiên. Kết quả cho thấy vật liệu ZnO/GO pha tạp nitrogen có hiệu suất cao hơn so với ZnO và ZnO/GO không pha tạp. Phổ UV-Vis cho thấy sự suy giảm nồng độ methylene blue theo thời gian, chứng tỏ khả năng quang xúc tác mạnh mẽ của vật liệu. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là các chất nhuộm màu hữu cơ.
IV. Ý nghĩa và ứng dụng
Luận văn đã tổng hợp thành công vật liệu nanocomposites ZnO/GO pha tạp nitrogen và chứng minh hiệu quả của nó trong xử lý methylene blue. Vật liệu này có tiềm năng lớn trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là các chất nhuộm màu hữu cơ. Ngoài ra, phương pháp tổng hợp bằng nhiệt bay hơi có thể được áp dụng rộng rãi trong công nghệ nano và hóa học vật liệu. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các vật liệu quang xúc tác hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
4.1. Tiềm năng ứng dụng
Vật liệu nanocomposites ZnO/GO pha tạp nitrogen có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là các chất nhuộm màu hữu cơ như methylene blue. Ngoài ra, vật liệu này cũng có thể được sử dụng trong các lĩnh vực khác như chất xúc tác, cảm biến, và thiết bị quang điện tử. Phương pháp tổng hợp bằng nhiệt bay hơi cũng mở ra hướng nghiên cứu mới trong công nghệ nano và hóa học vật liệu.
