I. Tổng quan về quang xúc tác
Quang xúc tác là một quá trình sử dụng ánh sáng để kích hoạt phản ứng hóa học, thường được áp dụng trong việc phân hủy các chất ô nhiễm trong môi trường. Trong nghiên cứu này, AgTiO2-SiO2 được tổng hợp và khảo sát nhằm nâng cao hoạt tính quang trong việc phân hủy phenol dưới ánh sáng mặt trời. TiO2 là một trong những chất xúc tác quang phổ biến nhất nhờ vào tính chất thân thiện với môi trường và khả năng oxy hóa cao. Tuy nhiên, TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn, chỉ hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng UV. Do đó, việc kết hợp với SiO2 và Ag nhằm cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến là cần thiết. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về cấu trúc và tính chất của vật liệu mà còn đánh giá hiệu suất phân hủy phenol, từ đó mở ra hướng đi mới trong xử lý ô nhiễm môi trường.
II. Phương pháp tổng hợp và khảo sát vật liệu
Chất xúc tác AgTiO2-SiO2 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel kết hợp với phương pháp thủy nhiệt. Các yếu tố như tỉ lệ khối lượng SiO2/TiO2, nhiệt độ nung và thời gian nung được khảo sát để tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Phân tích cấu trúc của vật liệu được thực hiện thông qua các phương pháp như XRD, FT-IR, và SEM. Kết quả cho thấy, chất xúc tác A4TS10 (tỉ lệ khối lượng Ag:TiO2 = 4% và TiO2:SiO2 = 90:10) có cấu trúc đồng nhất với đường kính hạt khoảng 20 nm và diện tích bề mặt riêng đạt 218 m2/g. Điều này cho thấy sự cải thiện đáng kể trong khả năng hấp thụ ánh sáng và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu, mở ra khả năng ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm.
III. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác
Hoạt tính quang xúc tác của AgTiO2-SiO2 được đánh giá thông qua hiệu suất phân hủy phenol trong điều kiện chiếu xạ bằng đèn mô phỏng ánh sáng mặt trời. Kết quả cho thấy, chất xúc tác A4TS10 đạt hiệu suất phân hủy phenol lên đến 69% trong 6 giờ dưới ánh sáng mô phỏng và 82% trong 3 giờ dưới ánh sáng mặt trời. Các yếu tố như nồng độ dung dịch phenol, hàm lượng chất xúc tác và thời gian quang hóa đều có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất phân hủy. Nghiên cứu này khẳng định rằng AgTiO2-SiO2 có tiềm năng lớn trong việc xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, đặc biệt là phenol, nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng tốt và hoạt tính quang hóa cao.
IV. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu về hoạt tính quang xúc tác của AgTiO2-SiO2 không chỉ cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cấu trúc và tính chất của vật liệu mà còn mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng cho quá trình phân hủy phenol là một giải pháp bền vững và thân thiện với môi trường. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc tối ưu hóa tỉ lệ khối lượng giữa các thành phần trong vật liệu có thể nâng cao đáng kể hiệu suất quang xúc tác. Điều này có thể được áp dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.
