I. Giới thiệu về phản ứng quang oxy hóa
Phản ứng quang oxy hóa là một quá trình quan trọng trong lĩnh vực xử lý môi trường, đặc biệt là trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Axit cinnamic, một hợp chất thuộc họ acid phenolic, thường xuất hiện trong nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm và dầu thực vật. Việc sử dụng xúc tác TiO2 trong quá trình này đã cho thấy hiệu quả cao nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng và hoạt tính quang hóa của nó. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng để nâng cao hiệu quả phân hủy axit cinnamic bằng cách sử dụng các tác nhân oxy hóa khác nhau như O2, O3 và H2O2. Mục tiêu là làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các đặc trưng lý hóa của xúc tác và hiệu quả quang phân hủy.
II. Đặc trưng của xúc tác TiO2 và biến tính Fe
Xúc tác TiO2 được điều chế bằng phương pháp sol-gel, cho phép kiểm soát kích thước hạt và cấu trúc tinh thể. Việc biến tính bằng Fe đã làm giảm kích thước hạt và tăng diện tích bề mặt riêng, từ đó nâng cao hoạt tính quang hóa. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, và UV-Vis đã được sử dụng để xác định các đặc trưng lý hóa của xúc tác. Kết quả cho thấy, xúc tác TiO2 biến tính Fe có năng lượng vùng cấm thấp hơn, cho phép hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, mở rộng khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải. Điều này chứng tỏ rằng việc biến tính xúc tác là một phương pháp hiệu quả để cải thiện hoạt tính quang hóa của TiO2.
III. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng quang phân hủy axit cinnamic
Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát các điều kiện phản ứng như hàm lượng xúc tác, nồng độ tác nhân oxy hóa, pH ban đầu và nhiệt độ. Kết quả cho thấy, độ chuyển hóa axit cinnamic đạt trên 90% sau 90 phút phản ứng với các tác nhân oxy hóa khác nhau. Sự hiện diện của O3 và H2O2 đã làm tăng đáng kể số lượng gốc tự do OH*, từ đó nâng cao hiệu quả phân hủy. Việc tối ưu hóa các điều kiện này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả xử lý mà còn giảm thiểu lượng xúc tác cần thiết, góp phần vào việc phát triển các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả và bền vững.
IV. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu
Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế hoạt động của xúc tác TiO2 trong phản ứng quang oxy hóa mà còn mở ra hướng đi mới cho việc xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải. Việc sử dụng xúc tác quang trong xử lý môi trường có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước. Hơn nữa, nghiên cứu này có thể được áp dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, từ chế biến thực phẩm đến xử lý nước thải đô thị, góp phần vào việc phát triển công nghệ xanh và bền vững.
