I. Nghiên cứu tổng hợp
Phần này tập trung vào nghiên cứu tổng hợp vật liệu MS2 (M: Mo, W) và GC3N4. Các phương pháp tổng hợp được sử dụng bao gồm phản ứng trạng thái rắn và kết hợp với GC3N4 để tạo ra vật liệu tổng hợp. Vật liệu MS2 như MoS2 và WS2 được chọn vì khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, phù hợp cho ứng dụng xúc tác quang học. Quá trình tổng hợp được đánh giá thông qua các kỹ thuật như XRD, SEM, TEM và XPS để xác định cấu trúc và tính chất vật liệu.
1.1. Tổng hợp vật liệu MS2
Tổng hợp vật liệu MS2 được thực hiện thông qua phản ứng trạng thái rắn, tạo ra các lớp MoS2 và WS2 với khoảng cách giữa các lớp khoảng 6 Å. Các vật liệu này có bandgap khoảng 1.35 eV, phù hợp cho quang xúc tác trong vùng ánh sáng nhìn thấy.
1.2. Kết hợp với GC3N4
GC3N4 được kết hợp với MS2 để tạo ra vật liệu tổng hợp nhằm giảm tỷ lệ tái hợp electron và lỗ trống. Quá trình này được đánh giá thông qua các kỹ thuật phân tích như XRD và FTIR, cho thấy sự hình thành của các liên kết hóa học giữa MS2 và GC3N4.
II. Biến tính vật liệu
Phần này tập trung vào biến tính hóa học của vật liệu MS2 và GC3N4 để cải thiện hiệu suất xúc tác quang học. Các phương pháp biến tính bao gồm thay đổi pH, sử dụng chất oxy hóa và thêm các chất bẫy để xác định các loại phản ứng quang hóa. Kết quả cho thấy biến tính vật liệu giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và giảm tỷ lệ tái hợp electron-lỗ trống.
2.1. Biến tính hóa học
Biến tính hóa học được thực hiện bằng cách thay đổi pH của dung dịch và sử dụng chất oxy hóa như H2O2. Các thí nghiệm cho thấy pH ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ như Rhodamine B và Methylene Blue.
2.2. Xác định loại phản ứng
Các chất bẫy như TEOA, BQ, TBA và DMSO được sử dụng để xác định các loại phản ứng quang hóa. Kết quả cho thấy sự tham gia của các gốc tự do như hydroxyl và superoxide trong quá trình phân hủy chất hữu cơ.
III. Ứng dụng xúc tác quang học
Phần này đánh giá hiệu suất xúc tác quang học của vật liệu tổng hợp trong việc phân hủy các chất hữu cơ như Rhodamine B, Methylene Blue và Enrofloxacin. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện ánh sáng nhìn thấy, sử dụng đèn LED xanh. Kết quả cho thấy vật liệu tổng hợp có hiệu suất cao hơn so với vật liệu đơn lẻ, đặc biệt là MoS2/g-C3N4.
3.1. Phân hủy chất hữu cơ
Vật liệu tổng hợp được sử dụng để phân hủy Rhodamine B và Methylene Blue trong điều kiện ánh sáng nhìn thấy. Kết quả cho thấy hiệu suất phân hủy đạt trên 90% sau 2 giờ, với tốc độ phản ứng tuân theo động học bậc nhất.
3.2. Phân hủy kháng sinh
Enrofloxacin, một loại kháng sinh phổ biến, được sử dụng để đánh giá hiệu suất của vật liệu tổng hợp. Kết quả cho thấy vật liệu MoS2/g-C3N4 có khả năng phân hủy Enrofloxacin với hiệu suất cao, đặc biệt ở pH 4.
IV. Thiết kế và đánh giá hệ thống pilot
Phần này mô tả quá trình thiết kế và đánh giá hệ thống pilot sử dụng vật liệu tổng hợp để xử lý nước thải. Hệ thống bao gồm các thành phần như bơm, cảm biến dòng chảy, đèn LED và cột lắng. Kết quả cho thấy hệ thống có khả năng tự động hóa cao và hiệu suất xử lý tốt, với tỷ lệ thu hồi chất xúc tác đạt trên 90%.
4.1. Thiết kế hệ thống
Hệ thống pilot được thiết kế với các thành phần chính như bơm, cảm biến dòng chảy và đèn LED. Hệ thống được tự động hóa thông qua vi điều khiển Arduino, giúp tối ưu hóa quá trình xử lý.
4.2. Đánh giá hiệu suất
Hệ thống được đánh giá thông qua các thí nghiệm phân hủy Rhodamine B và Methylene Blue. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý đạt trên 90%, với tỷ lệ thu hồi chất xúc tác cao thông qua quá trình lắng tự nhiên.
