I. Giới thiệu về vật liệu khung hữu cơ kim loại MIL88B Fe
Vật liệu khung hữu cơ kim loại MIL88B-Fe được biết đến như một chất xúc tác quang hóa hiệu quả trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là thuốc nhuộm. MIL88B-Fe có cấu trúc đặc trưng với công thức hóa học Fe3O[C6H4(CO2)2]3OH.nH2O. Tuy nhiên, một trong những vấn đề lớn của vật liệu này là khả năng tái tổ hợp nhanh chóng của cặp electron-hold, làm giảm hiệu quả xúc tác. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp biến tính để cải thiện tính chất của MIL88B-Fe là rất cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc biến tính MIL88B-Fe thông qua việc thay thế một phần ion Fe3+ bằng các ion kim loại khác như Ni, Mg, Sn và Al, nhằm tạo ra các vật liệu M/Fe-MOF với những tính chất quang hóa tốt hơn.
II. Phương pháp dung nhiệt hỗ trợ vi sóng
Phương pháp dung nhiệt hỗ trợ vi sóng là một kỹ thuật mới, mang lại nhiều lợi ích trong việc tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại. Phương pháp này không chỉ giúp tăng tốc độ phản ứng mà còn cải thiện độ tinh khiết và tính đồng nhất của sản phẩm. Trong nghiên cứu này, các điều kiện như thời gian, nhiệt độ và công suất vi sóng được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả tổng hợp tốt nhất cho MIL88B-Fe. Việc sử dụng vi sóng giúp tạo ra nhiệt độ đồng đều, giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn. Kết quả cho thấy, thời gian và nhiệt độ tối ưu là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng của vật liệu tổng hợp.
III. Biến tính vật liệu khung hữu cơ kim loại
Biến tính MIL88B-Fe bằng cách thay thế ion Fe3+ bằng các ion kim loại khác đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính chất quang hóa của vật liệu. Các mẫu M/Fe-MOF được tổng hợp từ Ni, Mg, Sn, và Al đã được nghiên cứu và so sánh. Kết quả cho thấy, mẫu Ni/Fe-MOF có tỷ lệ Ni2+/Fe3+ tối ưu là 0.1 cho hiệu suất phân hủy RhB lên đến 96% chỉ sau 120 phút chiếu sáng. Phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và nhiễu xạ tia X (XRD) đã xác nhận sự thay đổi trong cấu trúc và hình thái của vật liệu sau khi biến tính. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các chất xúc tác quang hóa hiệu quả hơn từ các vật liệu MOFs.
IV. Ứng dụng và đánh giá hiệu quả xúc tác
Vật liệu biến tính M/Fe-MOF không chỉ thể hiện khả năng phân hủy RhB mà còn có tiềm năng ứng dụng trong việc xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khác. Đánh giá hiệu suất xúc tác cho thấy, các yếu tố như pH dung dịch, nồng độ RhB và khối lượng xúc tác đều ảnh hưởng đến hiệu quả phân hủy. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, cơ chế phản ứng quang hóa diễn ra chủ yếu thông qua sự hình thành các gốc tự do, với h+ là loài phản ứng chính. Tính ổn định và khả năng tái sử dụng của xúc tác Ni/Fe-MOF được xác định qua các thí nghiệm lặp lại, cho thấy hiệu suất không giảm đáng kể sau 5 lần sử dụng. Những phát hiện này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu trong việc phát triển các giải pháp xử lý môi trường hiệu quả.
