I. Nghiên cứu tổng hợp TiO2
Nghiên cứu tổng hợp TiO2 là một phần quan trọng trong việc phát triển vật liệu composite. TiO2 có nhiều dạng thù hình, trong đó anatase và rutile là phổ biến nhất. Việc tổng hợp TiO2 từ các tiền chất như TiCl4 được thực hiện qua phương pháp thủy nhiệt, giúp tạo ra các hạt nano với kích thước và hình dạng mong muốn. TiO2 có khả năng hấp thụ ánh sáng và hoạt động như một chất xúc tác quang, đặc biệt trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của TiO2, mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường.
1.1. Các dạng thù hình của TiO2
Các dạng thù hình của TiO2 bao gồm anatase, rutile và brookite. Mỗi dạng có đặc điểm cấu trúc và tính chất quang học riêng. Anatase thường được ưa chuộng trong các ứng dụng quang xúc tác do khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn. Rutile, mặc dù có độ bền cao hơn, nhưng lại có hiệu suất quang xúc tác thấp hơn. Việc hiểu rõ các dạng thù hình này giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp và ứng dụng của TiO2 trong các lĩnh vực khác nhau.
II. Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite
Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite TiO2/g-C3N4 được khảo sát kỹ lưỡng trong nghiên cứu này. Graphit cacbon nitrua (g-C3N4) là một vật liệu bán dẫn không chứa kim loại, có năng lượng vùng cấm thấp, giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến. Sự kết hợp giữa TiO2 và g-C3N4 không chỉ cải thiện hiệu suất quang xúc tác mà còn giảm thiểu sự tái kết hợp của electron và lỗ trống quang sinh. Kết quả cho thấy composite TiO2/g-C3N4 có khả năng phân hủy Rhodamine B hiệu quả hơn so với từng thành phần riêng lẻ.
2.1. Cơ chế hoạt động của vật liệu composite
Cơ chế hoạt động của vật liệu composite TiO2/g-C3N4 dựa trên sự tạo ra cặp electron - lỗ trống khi được chiếu sáng. TiO2 cung cấp electron, trong khi g-C3N4 tạo ra lỗ trống. Sự chuyển giao electron giữa hai vật liệu này giúp tăng cường khả năng oxi hóa và khử, từ đó nâng cao hiệu suất phân hủy các hợp chất hữu cơ. Các gốc tự do như HO• và O2- cũng được tạo ra trong quá trình này, đóng vai trò quan trọng trong việc oxi hóa các chất ô nhiễm.
III. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu composite
Vật liệu composite TiO2/g-C3N4 có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực xử lý nước thải và ô nhiễm môi trường. Với khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại dưới ánh sáng mặt trời, vật liệu này có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Việc sử dụng năng lượng mặt trời để kích hoạt quá trình quang xúc tác không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả hơn trong tương lai.
3.1. Tiềm năng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm
Tiềm năng ứng dụng của vật liệu composite TiO2/g-C3N4 trong xử lý ô nhiễm là rất lớn. Các nghiên cứu cho thấy vật liệu này có thể phân hủy hiệu quả các hợp chất hữu cơ như Rhodamine B, một chất nhuộm phổ biến trong công nghiệp. Việc áp dụng vật liệu này trong các hệ thống xử lý nước thải có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời cải thiện chất lượng nước. Điều này không chỉ có lợi cho sức khỏe con người mà còn bảo vệ hệ sinh thái.
