Khả năng hấp thụ phân tử hữu cơ chứa vòng benzen lên bề mặt vật liệu TiO2

• Tác giả: Huỳnh Thị Mỹ Phúc
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiến Trung
• Trường học: Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số phân tử hữu cơ chứa vòng benzen lên bề mặt vật liệu TiO2
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Định

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Tổng quan tài liệu và tình hình nghiên cứu đề tài
• 1.3. Mục đích nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.7. Cấu trúc luận văn
• 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT HÓA HỌC LƯỢNG TỬ
• 2.1. Phương trình Schrödinger
• 2.2. Nguyên lí không phân biệt các hạt đồng nhất, mô hình các hạt độc lập
• 2.2.1. Nguyên lý phản đối xứng (nguyên lý loại trừ Pauli)
• 2.2.2. Hàm sóng của hệ nhiều electron
• 2.2.3. Cấu hình electron
• 2.3. Bộ hàm cơ sở
• 2.3.1. Orbital kiểu Slater và Gaussian
• 2.3.2. Một số khái niệm về bộ hàm cơ sở
• 2.3.3. Phân loại bộ hàm cơ sở
• 2.4. Các phương pháp gần đúng hoá học lượng tử
• 2.4.1. Phương pháp bán kinh nghiệm
• 2.4.2. Phương pháp Hartree–Fock và phương trình Roothaan
• 2.4.2.1. Phương pháp Hartree-Fock (HF)
• 2.4.2.2. Phương pháp Roothaan
• 2.4.3. Phương pháp nhiễu loạn Møller−Plesset (MPn)
• 2.4.4. Các thành phần nhỏ trong toán tử Hamilton
• 2.4.5. Phương pháp tương tác chùm (Coupled Cluster−CC)
• 2.4.6. Thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory−DFT)
• 2.4.6.1. Các định lý Hohenberg-Kohn
• 2.4.6.2. Phương pháp Kohn-Sham (KS)
• 2.4.6.3. Sự gần đúng mật độ tại chỗ
• 2.4.6.4. Sự gần đúng gradient tổng quát (GGA)
• 2.4.6.5. Phương pháp hỗn hợp
• 2.4.6.6. Một số phương pháp DFT thường dùng
• 2.5. Orbital phân tử khu trú (LMO), orbital thích hợp (NO), orbital nguyên tử thích hợp (NAO) và orbital liên kết thích hợp (NBO)
• 2.5.1. Orbital phân tử khu trú (LMO)
• 2.5.2. Orbital thích hợp (NO), orbital nguyên tử thích hợp (NAO) và orbital liên kết thích hợp (NBO)
• 2.6. Sóng phẳng và hệ tuần hoàn
• 3. TỔNG QUAN VỀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU
• 3.1. Sự hấp phụ
• 3.1.1. Một số khái niệm
• 3.1.2. Phân loại hấp phụ
• 3.2. Hệ chất nghiên cứu
• 3.3. Sơ lược về một số phân tử hữu cơ chứa vòng benzen
• 3.4. Vật liệu TiO2
• 3.5. Phương pháp tính toán cho hệ nghiên cứu
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Cấu trúc các phân tử dẫn xuất vòng benzen và bề mặt TiO2
• 4.2. Phân bố điện tích, năng lượng tách proton và ái lực proton của các phân tử hữu cơ
• 4.2.1. Phân bố điện tích NBO và MEP của các phân tử hữu cơ
• 4.2.2. Năng lượng tách proton và ái lực proton tại các vị trí trong các phân tử hợp chất hữu cơ
• 4.3. Sự hấp phụ các phân tử hữu cơ lên bề mặt rutile-TiO2 (110)
• 4.3.1. Cấu trúc hình học
• 4.3.2. Các giá trị năng lượng của quá trình hấp phụ
• 4.3.3. Phân tích AIM
• 4.3.4. Phân tích NBO
• 4.4. Sự hấp phụ các phân tử hữu cơ lên bề mặt anatase-TiO2 (101)
• 4.4.1. Cấu trúc hình học
• 4.4.2. Các giá trị năng lượng đối với các quá trình hấp phụ
• 4.4.3. Phân tích AIM
• 4.4.4. Phân tích NBO
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN CỦA TÁC GIẢ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao)
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

I. Giới thiệu về vật liệu TiO2

Vật liệu TiO2 (Titanium dioxide) là một oxit kim loại bán dẫn với nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hóa học và công nghệ. TiO2 có hai dạng chính là rutile và anatase, trong đó rutile là pha bền nhất và anatase có hoạt tính xúc tác cao hơn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bề mặt rutile (110) và anatase (101) có khả năng tương tác tốt với các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen. Điều này mở ra cơ hội cho việc sử dụng TiO2 trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ độc hại. Theo nghiên cứu, TiO2 có diện tích bề mặt lớn, ổn định và không độc hại, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng hấp phụ. Việc hiểu rõ về cấu trúc và tính chất của TiO2 là rất quan trọng để phát triển các phương pháp xử lý ô nhiễm hiệu quả.

1.1. Tính chất vật lý và hóa học của TiO2

TiO2 có nhiều tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, bao gồm độ ổn định nhiệt cao và khả năng hấp thụ ánh sáng. Các nghiên cứu cho thấy TiO2 có thể hoạt động như một chất xúc tác quang, giúp chuyển hóa các chất ô nhiễm thành các sản phẩm thân thiện với môi trường. Đặc biệt, bề mặt của TiO2 có khả năng tương tác mạnh với các phân tử hữu cơ, nhờ vào sự hiện diện của các nhóm chức trên bề mặt. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen, từ đó giúp loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong môi trường nước và đất.

II. Khả năng hấp phụ của các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen

Các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen như benzaldehyde, benzoic acid, và phenol có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, sự tồn tại của chúng trong môi trường có thể gây ra ô nhiễm nghiêm trọng. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của các phân tử này lên bề mặt TiO2 là cần thiết để tìm ra các phương pháp xử lý hiệu quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng TiO2 có khả năng hấp phụ mạnh mẽ các phân tử hữu cơ này thông qua các tương tác hóa học và vật lý. Sự hấp phụ này không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của phân tử mà còn vào điều kiện môi trường như pH và nhiệt độ. Việc hiểu rõ cơ chế hấp phụ sẽ giúp tối ưu hóa quy trình xử lý ô nhiễm.

2.1. Cơ chế hấp phụ

Cơ chế hấp phụ của các phân tử hữu cơ lên bề mặt TiO2 thường liên quan đến các tương tác như liên kết hydro, tương tác Van der Waals và tương tác tĩnh điện. Các nghiên cứu cho thấy rằng các nhóm chức trên phân tử hữu cơ có thể tạo ra các liên kết mạnh với bề mặt TiO2, từ đó làm tăng khả năng hấp phụ. Đặc biệt, các phân tử chứa vòng benzen có khả năng tạo ra các tương tác yếu với bề mặt, góp phần làm tăng độ bền của các phức hình thành. Việc phân tích các tương tác này sẽ giúp hiểu rõ hơn về khả năng hấp phụ của TiO2 đối với các hợp chất hữu cơ khác nhau.

III. Ứng dụng của TiO2 trong xử lý ô nhiễm

Vật liệu TiO2 đã được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý nước thải. Nhờ vào khả năng hấp phụ mạnh mẽ các phân tử hữu cơ, TiO2 có thể giúp loại bỏ các chất độc hại ra khỏi nguồn nước. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng TiO2 trong các hệ thống xử lý nước có thể làm giảm đáng kể nồng độ các hợp chất hữu cơ độc hại. Hơn nữa, TiO2 còn có thể được sử dụng trong các ứng dụng xúc tác quang, giúp chuyển hóa các chất ô nhiễm thành các sản phẩm an toàn hơn cho môi trường.

3.1. Tiềm năng trong công nghiệp

TiO2 không chỉ có tiềm năng trong việc xử lý ô nhiễm mà còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất năng lượng, chế tạo vật liệu mới và trong ngành công nghiệp hóa chất. Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng mới cho TiO2 sẽ mở ra nhiều cơ hội cho việc cải thiện chất lượng môi trường và phát triển bền vững. Các nhà khoa học đang tiếp tục tìm kiếm các phương pháp tối ưu hóa việc sử dụng TiO2 trong các ứng dụng công nghiệp, nhằm nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp phát triển mạnh mẽ, các hợp chất hữu cơ chứa vòng benzen như benzaldehyde, benzoic acid, aniline, phenol và benzenesulfonic acid được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành như hóa chất, dệt nhuộm, chế biến thực phẩm và y dược. Tuy nhiên, lượng lớn các hợp chất này tồn dư trong môi trường, đặc biệt trong nước thải, gây ô nhiễm nghiêm trọng và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và sinh vật. Theo ước tính, hàm lượng các dẫn xuất benzen trong nước thải công nghiệp có thể lên đến hàng chục mg/L, làm tăng nguy cơ biến chứng thần kinh và các bệnh mãn tính khác.

Vật liệu Titanium dioxide (TiO2) với các pha rutile và anatase được biết đến với tính chất vật lý và hóa học ưu việt như năng lượng vùng cấm rộng, độ ổn định nhiệt cao và khả năng xúc tác quang hiệu quả. Đặc biệt, bề mặt rutile (110) và anatase (101) được xem là các bề mặt bền nhất và có khả năng tương tác tốt với các nhóm chức như –COOH, –NO2, –CHO trong các phân tử hữu cơ. Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát khả năng hấp phụ của một số phân tử hữu cơ chứa vòng benzen lên bề mặt TiO2, làm rõ bản chất và vai trò của các tương tác yếu trong quá trình hấp phụ, từ đó góp phần phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả nhằm xử lý ô nhiễm môi trường.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen phổ biến và hai bề mặt TiO2 rutile (110) và anatase (101) trong điều kiện mô phỏng lý thuyết hóa học lượng tử. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn, giúp hiểu sâu hơn về cơ chế hấp phụ ở cấp độ phân tử, đồng thời hỗ trợ phát triển vật liệu mới cho công nghệ xử lý môi trường với hiệu suất cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình hóa học lượng tử hiện đại, bao gồm:

• Phương trình Schrödinger trạng thái dừng: Cung cấp nền tảng mô tả trạng thái lượng tử của hệ phân tử và bề mặt TiO2, giúp xác định hàm sóng và năng lượng của các trạng thái electron.

• Phương pháp Hartree-Fock (HF) và phương trình Roothaan: Giúp giải gần đúng phương trình Schrödinger cho hệ nhiều electron bằng cách sử dụng hàm sóng định thức Slater và tổ hợp tuyến tính các orbital nguyên tử (MO-LCAO).

• Phương pháp nhiễu loạn Møller-Plesset bậc hai (MP2): Tính toán hiệu chỉnh năng lượng tương quan electron, nâng cao độ chính xác của các kết quả tính toán.

• Thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory - DFT): Sử dụng phiếm hàm trao đổi-tương quan PBE trong sự gần đúng gradient tổng quát (GGA) để mô phỏng các tương tác electron trong hệ phân tử và bề mặt vật liệu.

• Phân tích nguyên tử trong phân tử (Atoms in Molecule - AIM): Dựa trên mật độ electron để xác định các điểm tới hạn liên kết (BCP), đánh giá độ bền và bản chất của các liên kết hóa học và tương tác yếu như liên kết hydro, tương tác Van der Waals.

• Phân tích orbital liên kết thích hợp (Natural Bond Orbital - NBO): Giúp hiểu rõ sự phân bố electron, các tương tác acid-base Lewis và các liên kết trong phức hấp phụ.

Các khái niệm chính bao gồm hấp phụ vật lý và hóa học, liên kết hydro cổ điển và không cổ điển, tương tác acid-base Lewis, tương tác tĩnh điện và các tương tác yếu khác góp phần làm ổn định phức hấp phụ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ các mô hình cấu trúc bề mặt TiO2 rutile (110) và anatase (101) xây dựng bằng phần mềm Material Studio 2010. Các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen được tối ưu hóa cấu trúc và tính toán năng lượng bằng chương trình VASP sử dụng phiếm hàm PBE trong DFT-GGA.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Tối ưu hóa cấu trúc hình học của các phân tử và bề mặt TiO2.

• Tính toán năng lượng hấp phụ, năng lượng tương tác và biến dạng của phân tử và bề mặt.

• Phân tích mật độ electron và các điểm tới hạn liên kết bằng phần mềm AIM 2000.

• Phân tích orbital liên kết thích hợp và tương tác electron bằng phần mềm NBO 5.G ở mức lý thuyết B3LYP/6-31+G(d,p).

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 5 phân tử hữu cơ chứa vòng benzen và 2 bề mặt TiO2, với các phép tính được thực hiện trong khoảng thời gian nghiên cứu từ năm 2018 đến 2019. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các nhóm chức phổ biến trong các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường.

Timeline nghiên cứu bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình (3 tháng), tính toán và phân tích dữ liệu (6 tháng), tổng hợp kết quả và hoàn thiện luận văn (3 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cấu trúc hình học và phân bố điện tích của các phân tử hữu cơ: Các phân tử benzaldehyde, benzoic acid, aniline, phenol và benzenesulfonic acid có cấu trúc hình học ổn định với các nhóm chức đặc trưng. Phân bố điện tích NBO cho thấy nhóm –COOH và –SO3H có ái lực proton cao hơn, với năng lượng tách proton dao động trong khoảng 320-350 kcal/mol, cao hơn so với nhóm –CHO và –NH2.

2. Khả năng hấp phụ trên bề mặt rutile-TiO2 (110): Năng lượng hấp phụ (Eads) của các phân tử dao động từ –15 đến –45 kcal/mol, trong đó benzoic acid có năng lượng hấp phụ lớn nhất (khoảng –44 kcal/mol), thể hiện khả năng tương tác mạnh với bề mặt. Các tương tác chủ yếu là liên kết cộng hóa trị giữa nhóm chức và nguyên tử Ti5c, kèm theo các liên kết hydro yếu giữa vòng benzen và nguyên tử O cầu nối (Obr).

3. Khả năng hấp phụ trên bề mặt anatase-TiO2 (101): Năng lượng hấp phụ thấp hơn so với bề mặt rutile, dao động từ –10 đến –35 kcal/mol. Phân tử phenol và aniline có xu hướng hấp phụ yếu hơn do ít tương tác cộng hóa trị trực tiếp với bề mặt. Tuy nhiên, các tương tác tĩnh điện và liên kết hydro vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định phức hấp phụ.

4. Phân tích AIM và NBO: Mật độ electron tại điểm tới hạn liên kết (BCP) cho thấy các liên kết O···Ti có mật độ electron từ 0.05 đến 0.08 au, chứng tỏ liên kết cộng hóa trị trung bình đến mạnh. Liên kết hydro có mật độ electron thấp hơn (khoảng 0.01-0.03 au) nhưng góp phần làm tăng độ bền phức hấp phụ. Phân tích NBO xác nhận sự chuyển mật độ electron từ nhóm chức sang bề mặt TiO2, đặc biệt rõ ở các acid Lewis như benzoic acid và benzenesulfonic acid.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt về năng lượng hấp phụ giữa hai bề mặt rutile và anatase là do cấu trúc bề mặt và sự phối trí của các nguyên tử Ti. Bề mặt rutile (110) với nguyên tử Ti5c có tính acid Lewis mạnh hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác cộng hóa trị với các nhóm chức chứa oxy và nitơ. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy rutile có độ bền nhiệt cao và khả năng hấp phụ mạnh hơn trong nhiều trường hợp.

So sánh với các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng gần đây, kết quả cho thấy sự hấp phụ của benzoic acid và các acid tương tự trên bề mặt rutile-TiO2 là mạnh nhất, đồng thời các tương tác yếu như liên kết hydro và tương tác Van der Waals cũng đóng vai trò không thể thiếu trong việc ổn định phức hấp phụ. Các biểu đồ năng lượng hấp phụ và phân bố điện tích có thể được trình bày dưới dạng biểu đồ cột và bản đồ mật độ điện tích để minh họa rõ ràng sự khác biệt giữa các phân tử và bề mặt.

Ý nghĩa của kết quả là giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ ở cấp độ phân tử, từ đó hỗ trợ việc thiết kế vật liệu TiO2 với bề mặt được điều chỉnh để tối ưu hóa khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ độc hại trong môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển vật liệu TiO2 với bề mặt rutile (110) được xử lý bề mặt nhằm tăng số lượng nguyên tử Ti5c: Mục tiêu tăng năng lượng hấp phụ trung bình lên 20% trong vòng 12 tháng, do các phòng thí nghiệm vật liệu thực hiện.

2. Ứng dụng phương pháp hóa học lượng tử kết hợp mô phỏng động lực học phân tử để khảo sát hấp phụ các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn: Thời gian nghiên cứu 18 tháng, nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng và nâng cao độ chính xác mô phỏng.

3. Thiết kế các vật liệu composite TiO2 kết hợp với các vật liệu hấp phụ khác như than hoạt tính hoặc zeolit: Mục tiêu tăng hiệu quả hấp phụ đa dạng các nhóm chức hữu cơ, thực hiện trong 24 tháng bởi các nhóm nghiên cứu liên ngành.

4. Xây dựng quy trình xử lý nước thải công nghiệp sử dụng vật liệu TiO2 được tối ưu hóa: Đề xuất áp dụng trong vòng 2 năm, nhằm giảm hàm lượng các hợp chất hữu cơ chứa vòng benzen xuống dưới ngưỡng an toàn theo tiêu chuẩn môi trường quốc gia.

Các giải pháp trên cần sự phối hợp giữa các nhà khoa học, kỹ sư và doanh nghiệp để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học lượng tử và Vật liệu: Luận văn cung cấp kiến thức sâu về phương pháp tính toán DFT, HF, MP2 và phân tích AIM, NBO, giúp nâng cao kỹ năng nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu và hóa học phân tử.

2. Chuyên gia phát triển vật liệu xúc tác và hấp phụ: Thông tin về cấu trúc bề mặt TiO2 và cơ chế hấp phụ các phân tử hữu cơ giúp thiết kế vật liệu mới với hiệu suất cao trong xử lý môi trường.

3. Kỹ sư môi trường và quản lý chất thải công nghiệp: Hiểu rõ cơ chế hấp phụ và lựa chọn vật liệu phù hợp để xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ độc hại, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

4. Doanh nghiệp sản xuất và xử lý hóa chất: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất, giảm thiểu phát thải và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải, đồng thời giảm chi phí vận hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn TiO2 làm vật liệu hấp phụ trong nghiên cứu này?
   TiO2 có ưu điểm về độ bền nhiệt, tính ổn định hóa học và khả năng xúc tác quang, cùng với diện tích bề mặt lớn giúp hấp phụ hiệu quả các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen. Nghiên cứu cho thấy bề mặt rutile (110) và anatase (101) là các bề mặt bền và hoạt động nhất.

2. Phương pháp hóa học lượng tử nào được sử dụng để mô phỏng hấp phụ?
   Phương pháp chính là DFT với phiếm hàm PBE trong sự gần đúng gradient tổng quát (GGA), kết hợp với phân tích AIM và NBO để đánh giá các tương tác hóa học và yếu trong phức hấp phụ.

3. Các nhóm chức nào trong phân tử hữu cơ ảnh hưởng nhiều nhất đến khả năng hấp phụ?
   Nhóm –COOH và –SO3H có ái lực proton cao và tương tác mạnh với nguyên tử Ti5c trên bề mặt TiO2, dẫn đến năng lượng hấp phụ lớn hơn so với các nhóm –CHO, –NH2 hay –OH.

4. Khả năng hấp phụ trên bề mặt rutile và anatase khác nhau như thế nào?
   Bề mặt rutile (110) có khả năng hấp phụ mạnh hơn do cấu trúc bề mặt và sự phối trí nguyên tử Ti5c thuận lợi cho tương tác cộng hóa trị với nhóm chức. Bề mặt anatase (101) có năng lượng hấp phụ thấp hơn nhưng vẫn có vai trò quan trọng nhờ các tương tác tĩnh điện và liên kết hydro.

5. Nghiên cứu này có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
   Kết quả giúp thiết kế vật liệu TiO2 tối ưu cho xử lý nước thải công nghiệp chứa các hợp chất hữu cơ độc hại, giảm chi phí thử nghiệm thực tế và rút ngắn thời gian phát triển công nghệ xử lý môi trường.

Kết luận

• Luận văn đã xác định cấu trúc hình học bền và năng lượng hấp phụ của các phân tử hữu cơ chứa vòng benzen trên bề mặt TiO2 rutile (110) và anatase (101).
• Phân tích AIM và NBO làm rõ vai trò của các tương tác cộng hóa trị, liên kết hydro và tương tác tĩnh điện trong việc ổn định phức hấp phụ.
• Bề mặt rutile (110) thể hiện khả năng hấp phụ mạnh hơn so với anatase (101), đặc biệt với các nhóm chức acid Lewis như –COOH và –SO3H.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển vật liệu TiO2 tối ưu cho ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu với các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn và thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả hấp phụ trong điều kiện môi trường thực.

Để tiếp tục phát triển công nghệ xử lý môi trường hiệu quả, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích áp dụng kết quả này trong thiết kế vật liệu và quy trình xử lý nước thải.