Giới thiệu dự án

Ô nhiễm môi trường nước do dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất dệt nhuộm và chất thải công nghiệp hữu cơ khó phân hủy đang là thách thức nghiêm trọng toàn cầu. Theo các báo cáo môi trường công nghiệp, hơn 80% nước thải từ ngành dệt nhuộm và nông nghiệp chưa qua xử lý triệt để được xả trực tiếp ra môi trường, tạo ra các hợp chất thơm bền vững đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Chất xúc tác quang bán dẫn Titanium Dioxide ($\text{TiO}_2$) truyền thống sở hữu hoạt tính oxy hóa mạnh, độ bền hóa học cao và không độc hại. Tuy nhiên, rào cản kỹ thuật lớn nhất của $\text{TiO}2$ nguyên bản là năng lượng vùng cấm ($\text{E}{bg}$) lớn (3.25 eV đối với dạng tinh thể anatase và 3.05 eV đối với rutile), chỉ hấp thụ được bức xạ tử ngoại (UV) có bước sóng $\lambda < 380\text{ nm}$ — vốn chỉ chiếm khoảng 4–5% quang phổ ánh sáng mặt trời tự nhiên.

Quang phổ mặt trời: [ UV: 4-5% ] [ Khả kiến (Vis): 45-50% ] [ Hồng ngoại (IR): 45-50% ]
TiO2 nguyên bản:    [ < 380 nm ] -> Chỉ tận dụng được vùng UV hẹp
Nano Ti-Fe biến tính:[ < 550 nm ] -> Mở rộng hấp thụ sang toàn bộ dải ánh sáng khả kiến

Mục tiêu dự án

  1. Chuyển hóa thành công $\text{TiO}_2$ kỹ thuật khó tan thành dạng muối tan $\text{Ti(SO}_4)_2$ với hiệu suất chuyển hóa tối ưu $\ge 80%$.
  2. Tổng hợp thành công hệ xúc tác quang nano $\text{Ti}_x\text{Fe}_y\text{O}_z$ ($\text{TiO}_2\cdot\text{Fe}_2\text{O}_3$) bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng tiền chất giá thành thấp $\text{FeSO}_4\cdot7\text{H}_2\text{O}$.
  3. Biến tính mạng tinh thể $\text{TiO}_2$ bằng ion sắt ($\text{Fe}^{3+}$) nhằm thu hẹp độ rộng vùng cấm, chuyển dịch bước sóng hấp thụ sang vùng ánh sáng khả kiến ($\lambda \ge 400\text{ nm}$).
  4. Tối ưu hóa các thông số công nghệ: tỷ lệ tác chất $\text{TiO}_2/\text{NaOH}$, thời gian nóng chảy kiềm, tốc độ kết tủa $\text{NH}_3$, tỷ lệ mol $\text{Fe}^{3+}/\text{Ti}^{4+}$ và nhiệt độ nung ($400^\circ\text{C} - 700^\circ\text{C}$).
  5. Đạt diện tích bề mặt riêng $\text{BET} > 400\text{ m}^2/\text{g}$ và kích thước hạt nano đồng đều cỡ 50 nm.

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

  • Phạm vi: Tổng hợp quy mô phòng thí nghiệm (batch $100 - 500\text{ ml}$), khảo sát phân hủy màu Methyl Orange ($50\text{ mg/L}$) dưới nguồn sáng mô phỏng.
  • Giới hạn: Nghiên cứu tập trung vào pha biến tính hệ vô cơ $\text{Fe-Ti}$, chưa tích hợp các chất mang nền cố định (zeolite/silica) và chưa triển khai quy mô dòng chảy liên tục (continuous flow reactor).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hiện nay, các phương pháp biến tính $\text{TiO}_2$ bao gồm: Sol-Gel, nhiệt dung dịch (hydrothermal), cấy ion (ion implantation) và đồng kết tủa (co-precipitation).

Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm Chi phí & Khả thi
Sol-Gel Độ đồng nhất cao, kiểm soát kích thước hạt tốt (< 20 nm). Tiền chất alkoxide ($\text{TTIP}$) đắt tiền, dung môi hữu cơ độc hại. Chi phí cao, khó mở rộng công nghiệp.
Thủy nhiệt (Hydrothermal) Độ kết tinh cao, không cần nung nhiệt độ quá cao. Thiết bị autoclave chịu áp suất cao, năng suất mẻ thấp. Chi phí thiết bị lớn, nguy cơ mất an toàn áp suất.
Đồng kết tủa (Đề tài chọn) Tiền chất vô cơ rẻ ($\text{FeSO}_4$, $\text{NaOH}$), quy trình đơn giản, sản lượng lớn. Cần kiểm soát chặt chẽ tốc độ kết tủa và pH để tránh tách pha. Chi phí rất thấp, khả thi mở rộng công nghiệp cao.

Yêu cầu kỹ thuật theo mô hình MoSCoW

  • Must have: Hoạt hóa được dưới ánh sáng khả kiến; kích thước hạt $< 100\text{ nm}$; hiệu suất thu hồi $\text{Ti}^{4+} \ge 80%$.
  • Should have: Diện tích bề mặt $\text{BET} \ge 200\text{ m}^2/\text{g}$; cấu trúc pha $\text{Fe}_2\text{TiO}_5 / \text{Fe}_2\text{Ti}5\text{O}{10}$ ổn định nhiệt.
  • Could have: Tự phân tán tốt trong nước không cần chất hoạt động bề mặt dư thừa.
  • Won't have (lần này): Tích hợp màng mỏng tự làm sạch thương mại hóa.
               [ TiO2 Kỹ thuật + NaOH (Tỷ lệ 1:4) ]
                                | (Nung chảy 300°C, 10 phút)
                                v
               [ Thủy phân tạo Ti(OH)4 ] --(Hòa tan H2SO4)--> [ Dung dịch Ti(SO4)2 ]
                                                                     |
[ FeSO4.7H2O ] ------------------------------------------------------+
       |                                                             |
       v                                                             v
 [ Dung dịch Fe2+/Fe3+ ] <----------------------------- [ Hỗn hợp precursor + PEG ]
                                                                     |
                                           (Nhỏ giọt NH3 10%, 3 phút/ml, pH ~ 7-8)
                                                                     v
                                                          [ Đồng kết tủa keo ]
                                                                     |
                                             (Lọc, rửa ion SO4(2-), sấy 100°C)
                                                                     v
                                                          [ Nung 700°C trong 2h ]
                                                                     v
                                                      [ Nano TiO2.Fe2O3 (50 nm) ]

Thiết kế hệ thống và trang thiết bị nghiên cứu

  • Thiết bị nhiễu xạ tia X (XRD): D8-Advance 5005 (Bruker, CHLB Đức), ống phát bức xạ $\text{CuK}_\alpha$ ($\lambda = 0.15406\text{ nm}$), dải quét $2\theta = 10^\circ - 80^\circ$.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): JEOL JSM-5500 (Nhật Bản), điện thế gia tốc $10 - 50\text{ kV}$.
  • Thiết bị đo diện tích bề mặt riêng BET: ChemBET 3000 (Quantachrome), hấp phụ đẳng nhiệt $\text{N}_2$ tại $77\text{ K}$.
  • Máy so màu quang phổ: Hach DR 2000 Spectrophotometer, xác định nồng độ ion $\text{Ti}^{4+}$ ($\lambda = 405\text{ nm}$) và $\text{Fe}^{3+}$ ($\lambda = 510\text{ nm}$).
  • Hệ thống nung nhiệt độ cao: Lò nung Nabertherm (Anh), kiểm soát nhiệt độ kỹ thuật số $\pm 1^\circ\text{C}$.

Phương pháp luận (Methodology)

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm hóa học phân tích kết hợp khoa học vật liệu:

  1. Khảo sát đơn biến (Single-factor optimization) xác định các điểm giới hạn tối ưu cho từng phản ứng thành phần.
  2. Kiểm chuẩn chất lượng (QA/QC) bằng phương pháp trắc quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis tuân thủ định luật Bouguer-Lambert-Beer:

$$D = \lg\left(\frac{I_0}{I_t}\right) = \varepsilon \cdot l \cdot C$$

# Script tính toán phân tích hồi quy đường chuẩn nồng độ kim loại
import numpy as np

def calculate_concentration(absorbance: float, element: str = "Ti") -> float:
    """
    Tính toán hàm lượng kim loại từ mật độ quang D (Absorbance)
    Dựa trên phương trình thực nghiệm đường chuẩn từ khóa luận.
    """
    if element == "Ti":
        # Phương trình đường chuẩn Ti4+ tại bước sóng 405 nm: D = 10.011 * C_Ti
        return absorbance / 10.011
    elif element == "Fe":
        # Phương trình đường chuẩn Fe3+ tại bước sóng 510 nm: D = 162.006 * C_Fe
        return absorbance / 162.006
    else:
        raise ValueError("Nguyên tố không hợp lệ. Chọn 'Ti' hoặc 'Fe'.")

# Ví dụ kiểm chuẩn mật độ quang đo được
d_ti_sample = 0.808
c_ti_result = calculate_concentration(d_ti_sample, "Ti")
print(f"Hàm lượng Ti4+ xác định: {c_ti_result:.4f} g/L")

Implementation và kết quả

Quy trình công nghệ chi tiết

Giai đoạn 1: Chuyển hóa $\text{TiO}_2$ trơ thành $\text{Ti(SO}_4)_2$ hoạt tính

$\text{TiO}_2$ tinh thể rất bền vững hóa học, không tan trong axit hay kiềm loãng. Quy trình thực hiện qua phản ứng pha rắn kiềm chảy:

$$\text{TiO}_2 + 2\text{NaOH} \xrightarrow{300^\circ\text{C}} \text{Na}_2\text{TiO}_3 + \text{H}_2\text{O}\uparrow$$

Khối rắn $\text{Na}_2\text{TiO}_3$ sinh ra được thủy phân nhanh trong nước ấm:

$$\text{Na}_2\text{TiO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ti(OH)}_4\downarrow + 2\text{NaOH}$$

Kết tủa $\alpha\text{-Ti(OH)}_4$ (axit orthotitanic hoạt động hóa học mạnh) được lọc rửa đến $\text{pH} = 7$ và hòa tan có kiểm soát trong $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc $70%$:

$$\text{Ti(OH)}_4 + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Ti(SO}_4)_2 + 4\text{H}_2\text{O}$$

synthesis_recipe_v1:
  alkali_fusion:
    raw_material: "TiO2 cong nghiep"
    flux: "NaOH khan (xut vay)"
    optimal_mass_ratio: "1:4"
    fusion_temperature_celsius: 300
    holding_time_minutes: 10
    efficiency_recovery_percent: 80.75
  acid_leaching:
    acid_type: "H2SO4 70-80%"
    stoichiometry: "0.01 mol TiO2 : 0.059 mol H2SO4"
  coprecipitation:
    iron_precursor: "FeSO4.7H2O"
    molar_ratio_Fe_Ti: "1:2"
    neutralizing_agent: "NH3 10%"
    dosing_rate: "3 min/mL"
    surfactant: "Polyethylenglycol (PEG) 0.3407 g"
    final_ph: 7.5
  thermal_activation:
    calcination_temp_celsius: 700
    calcination_time_hours: 2

Giai đoạn 2: Phản ứng đồng kết tủa pha nano

Hỗn hợp muối $\text{Ti(SO}_4)_2$ và $\text{FeSO}_4$ trong dung dịch nước có mặt chất phân tán Polyethylenglycol (PEG) được trung hòa bằng dung dịch $\text{NH}_3$ $10%$. Quá trình kết tủa đồng thời diễn ra:

$$\text{Ti}^{4+} + 4\text{OH}^- \rightarrow \text{Ti(OH)}_4\downarrow$$ $$\text{Fe}^{2+} \xrightarrow{-\text{e}^-} \text{Fe}^{3+} \quad\text{và}\quad \text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow$$

Khi nung mẫu ở $700^\circ\text{C}$, các hydroxyt mất nước và tái sắp xếp mạng tinh thể:

$$\text{Ti(OH)}_4 + \text{Fe(OH)}_3 \xrightarrow{700^\circ\text{C}} \text{Ti}_x\text{Fe}_y\text{O}_z + \text{H}_2\text{O}\uparrow \quad (\text{Fe}_2\text{TiO}_5, \text{Fe}_2\text{Ti}5\text{O}{10}, \text{TiO}_2)$$

Kết quả thử nghiệm và kiểm chuẩn thực nghiệm

[Bảng tương quan nhiệt độ nung - cấu trúc pha - diện tích bề mặt BET]
400°C: [ Fe(OH)3 + TiO2 vô định hình ] -> BET: 20.7 m2/g  -> Hạt vón cục kết tụ lớn
500°C: [ Anatase kết tinh yếu + Fe2O3 ] -> BET: ~110 m2/g  -> Bắt đầu chuyển pha
700°C: [ Fe2TiO5 + Fe2Ti5O10 + TiO2  ] -> BET: 447.2 m2/g -> Hạt nano 50 nm đồng đều

1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nóng chảy và thời gian đến hiệu suất thu hồi $\text{Ti}^{4+}$

  • Tỷ lệ $\text{TiO}_2/\text{NaOH} = 1/2$: Hiệu suất chuyển hóa đạt $52.4%$.
  • Tỷ lệ $\text{TiO}_2/\text{NaOH} = 1/3$: Hiệu suất đạt $67.1%$.
  • Tỷ lệ $\text{TiO}_2/\text{NaOH} = 1/4$: Đạt hiệu suất cao nhất $80.75%$ ở thời gian nung 10 phút.
  • Tăng tỷ lệ lên $1/5$: Hiệu suất giảm nhẹ do kiềm dư quá lớn gây cản trở và làm tăng độ nhớt hệ nóng chảy.

2. Đánh giá cấu trúc mạng tinh thể (XRD)

  • Tại $400^\circ\text{C}$: Phổ XRD còn lưu lại các đỉnh nhiễu xạ của $\text{Fe(OH)}_3$, chứng tỏ mạng tinh thể chưa hoàn thiện, còn liên kết $-\text{OH}$ nội phân tử.
  • Tại $700^\circ\text{C}$: Xuất hiện rõ ràng các đỉnh nhiễu xạ sắc nét của các pha phức hợp $\text{Fe}_2\text{TiO}_5$ (pseudobrookite) và $\text{Fe}_2\text{Ti}5\text{O}{10}$. Sự thay thế đồng hình giữa ion $\text{Fe}^{3+}$ ($r = 0.064\text{ nm}$) vào vị trí mạng lưới của $\text{Ti}^{4+}$ ($r = 0.068\text{ nm}$) tạo ra các mức năng lượng tạp chất trung gian nằm giữa vùng hóa trị (VB) và vùng dẫn (CB).

3. Kính hiển vi SEM và diện tích bề mặt BET

  • Mẫu nung ở $400^\circ\text{C}$: Hạt dính bết, diện tích bề mặt riêng chỉ đạt $\text{S}_{\text{BET}} = 20.7\text{ m}^2/\text{g}$.
  • Mẫu nung ở $700^\circ\text{C}$: Độ xốp phát triển vượt bậc, các hạt phân bố dạng cầu đồng đều đường kính $\sim 50\text{ nm}$, diện tích bề mặt riêng đạt $447.2\text{ m}^2/\text{g}$.

Đổi mới và đóng góp

  1. Thu hẹp vùng cấm quang học bền vững: Cấy thành công ion sắt vào cấu trúc titan oxit hình thành các pha vi cấu trúc $\text{Fe}_2\text{TiO}_5$ và $\text{Fe}_2\text{Ti}5\text{O}{10}$, cho phép xúc tác hấp thụ mạnh dải ánh sáng khả kiến ($\lambda \sim 400 - 550\text{ nm}$).
  2. Đột phá về diện tích tiếp xúc bề mặt: Đạt diện tích bề mặt riêng $447.2\text{ m}^2/\text{g}$, cao gấp $8.13$ lần so với chất xúc tác chuẩn công nghiệp thương mại Degussa P25 ($\sim 55\text{ m}^2/\text{g}$).
  3. Hiệu quả kinh tế vượt trội: Thay thế hoàn toàn các tiền chất alkoxide cơ kim đắt đỏ ($\text{Ti(OBu)}_4$, $\text{TTIP}$) bằng $\text{TiO}_2$ công nghiệp và muối sắt sunfat rẻ tiền ($\text{FeSO}_4\cdot7\text{H}_2\text{O}$).
Tiêu chí Xúc tác Degussa P25 thương mại Xúc tác Sol-Gel phòng thí nghiệm Hệ nano $\text{Ti}_x\text{Fe}_y\text{O}_z$ (Đề tài)
Vùng hấp thụ Chủ yếu tia UV ($\lambda < 380\text{ nm}$) UV + một phần ánh sáng khả kiến Hấp thụ mạnh ánh sáng khả kiến ($\lambda \le 550\text{ nm}$)
Diện tích bề mặt BET $50 - 55\text{ m}^2/\text{g}$ $120 - 180\text{ m}^2/\text{g}$ $447.2\text{ m}^2/\text{g}$
Kích thước hạt $20 - 30\text{ nm}$ $15 - 25\text{ nm}$ $50\text{ nm}$
Chi phí nguyên liệu Cao (nhập khẩu công nghiệp) Rất cao (hóa chất tinh khiết cao) Rất thấp (tiền chất công nghiệp)

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng công nghiệp

  • Xử lý nước thải dệt nhuộm và thuốc bảo vệ thực vật: Phân hủy các phẩm nhuộm azo vòng thơm phức tạp (như Methyl Orange, Methylene Blue, Rhodamine B) dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên mà không cần đèn phát tia cực tím công suất lớn.
  • Sơn phủ tự làm sạch và diệt khuẩn bề mặt: Tích hợp bột nano $\text{TiO}_2\cdot\text{Fe}_2\text{O}_3$ vào sơn tường ngoại thất và gạch men xây dựng nhằm tự động phân hủy rêu mốc và bụi bẩn hữu cơ bám dính.
Nước thải hữu cơ (Dệt nhuộm / Nông nghiệp)
       |
       v
[ Bể phản ứng xúc tác quang Nano Ti-Fe ] <--- Ánh sáng mặt trời tự nhiên (Vis)
       | (Sản sinh gốc tự do *OH và *O2-)
       v
[ Oxy hóa cắt mạch: Hợp chất hữu cơ -> CO2 + H2O + Khoáng chất vô cơ ]
       |
       v
[ Nước sạch đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN ]

Ước tính chi phí và hiệu quả đầu tư (ROI)

  • Chi phí sản xuất ước tính: $\sim 120.000\text{ VNĐ/kg}$ vật liệu nano xúc tác (giảm hơn $65%$ so với giá nhập khẩu Degussa P25).
  • Thời gian thu hồi vốn cho hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm công suất $100\text{ m}^3/\text{ngày}$: ước tính $14 - 18\text{ tháng}$ nhờ cắt giảm $100%$ chi phí năng lượng điện tiêu thụ cho đèn cao áp UV.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Độ ổn định huyền phù: Khi phân tán trong pha lỏng dạng bột mịn ($50\text{ nm}$), việc tách và thu hồi bột sau phản ứng đòi hỏi quá trình lắng tụ ly tâm hoặc màng lọc vi mô phức tạp.
  • Sự chuyển pha nhiệt độ: Nhiệt độ nung bắt buộc phải đạt $700^\circ\text{C}$ để hình thành pha hoạt tính cao $\text{Fe}_2\text{TiO}_5$, làm tiêu tốn năng lượng trong quá trình xử lý nhiệt ban đầu.

Hướng nghiên cứu tương lai

  1. Từ hóa chất xúc tác: Kết hợp pha từ tính $\text{Fe}_3\text{O}_4$ vào lõi nano để thu hồi bột xúc tác nhanh chóng bằng nam châm vĩnh cửu ngoài.
  2. Cố định lên chất mang: Tráng phủ nano $\text{Ti-Fe}$ lên bề mặt hạt thủy tinh rỗng, hạt gốm xốp hoặc màng sợi quang.
  3. Thử nghiệm trên dòng chảy liên tục: Đánh giá độ suy giảm hoạt tính xúc tác sau 50 chu kỳ phân hủy lặp lại.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên cao học: Cung cấp tài liệu tham khảo thực nghiệm chi tiết về kỹ thuật chuyển hóa pha $\text{TiO}_2$ và phương pháp đồng kết tủa vô cơ.
  • Kỹ sư Hóa học & Công nghệ Môi trường: Sở hữu quy trình tổng hợp vật liệu nano xúc tác quang chi phí thấp, tối ưu hóa các thông số vận hành phản ứng.
  • Doanh nghiệp dệt nhuộm & hóa chất: Có giải pháp công nghệ thay thế hóa chất xử lý đắt đỏ, hạ giá thành vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn.
  • Nhà nghiên cứu Vật liệu bán dẫn: Dữ liệu thực nghiệm về cơ chế tạo pha $\text{Fe}_2\text{TiO}_5 / \text{Fe}_2\text{Ti}5\text{O}{10}$ và động học quang hóa dưới ánh sáng khả kiến.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để điều chế hệ xúc tác nano này là gì?

Cần kiểm soát 3 yếu tố quyết định: (1) Tỷ lệ chảy kiềm $\text{TiO}_2/\text{NaOH} = 1/4$ ở $300^\circ\text{C}$ trong đúng 10 phút; (2) Tốc độ nhỏ giọt $\text{NH}_3$ duy trì đều $3\text{ phút/ml}$ có mặt chất hoạt động bề mặt PEG; (3) Nhiệt độ nung hoạt hóa đạt $700^\circ\text{C}$ trong $2\text{ giờ}$.

2. Tại sao diện tích bề mặt $\text{BET}$ ở $700^\circ\text{C}$ ($447.2\text{ m}^2/\text{g}$) lại cao hơn vượt bậc so với ở $400^\circ\text{C}$ ($20.7\text{ m}^2/\text{g}$)?

Ở $400^\circ\text{C}$, sản phẩm chưa phân hủy hết $\text{Fe(OH)}_3$, các hạt bị keo tụ kết dính bởi nước liên kết. Tại $700^\circ\text{C}$, toàn bộ nước và các hợp chất bay hơi thoát ra hoàn toàn, tạo nên cấu trúc rỗng xốp mao quản nano đồng đều cỡ $50\text{ nm}$ với độ phát triển diện tích tiếp xúc tối đa.

3. Phương pháp này có thể áp dụng cho các nguồn quặng thô như Ilmenit ($\text{FeTiO}_3$) không?

Có. Quá trình phân hủy kiềm chảy $\text{NaOH}$ và hòa tan axit sunfuric trong đề tài hoàn toàn tương thích để làm giàu và tinh chế titan trực tiếp từ tinh quặng Ilmenit mà không cần qua khâu clo hóa phức tạp.

4. Bột xúc tác có bị trôi rửa hoặc ngộ độc hoạt tính sau thời gian dài sử dụng không?

Cấu trúc tinh thể $\text{Fe}_2\text{TiO}_5$ rất bền nhiệt và trơ hóa học. Tuy nhiên, các tạp chất hữu cơ bám dính bề mặt sau nhiều chu kỳ có thể làm giảm hoạt tính tạm thời; có thể tái hoạt hóa dễ dàng bằng cách rửa cồn/nước cất và sấy khô ở $120^\circ\text{C}$.

5. Chi phí đầu tư hệ thống phản ứng quang xúc tác này có đắt không?

Chi phí vật liệu giảm $\sim 65%$ so với xúc tác nhập khẩu. Do sử dụng trực tiếp ánh sáng mặt trời tự nhiên trong vùng khả kiến, hệ thống tiết kiệm hoàn toàn năng lượng điện vận hành đèn UV nhân tạo.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp đã giải quyết thành công bài toán công nghệ chế tạo hệ xúc tác quang nano $\text{Ti}_x\text{Fe}_y\text{O}_z$ bằng phương pháp đồng kết tủa từ nguồn nguyên liệu $\text{TiO}_2$ kỹ thuật giá thành thấp.

Những kết quả nổi bật bao gồm:

  • Tối ưu hóa phản ứng kiềm chảy $\text{TiO}_2/\text{NaOH} = 1/4$ đạt hiệu suất chuyển hóa titan hoạt tính $80.75%$.
  • Tổng hợp thành công hệ hạt nano đồng đều đường kính $50\text{ nm}$, đạt diện tích bề mặt riêng kỷ lục $447.2\text{ m}^2/\text{g}$ khi nung ở $700^\circ\text{C}$.
  • Chứng minh sự hình thành các pha tinh thể $\text{Fe}_2\text{TiO}_5$ và $\text{Fe}_2\text{Ti}5\text{O}{10}$, mở rộng phổ hấp thụ quang học sang dải ánh sáng khả kiến.

Công trình mở ra hướng tiếp cận thực tiễn, kinh tế và bền vững trong việc chế tạo vật liệu nano ứng dụng xử lý nước thải công nghiệp và bảo vệ môi trường sinh thái.