Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 làm chất xúc tác quang phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước

Vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 được nghiên cứu với mục tiêu ứng dụng trong xúc tác quang phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong nước. Ag3VO4 là một chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm khoảng 2 eV, cho phép hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến. Tuy nhiên, hiệu suất quang xúc tác của nó bị hạn chế do tốc độ tái tổ hợp cặp electron - lỗ trống nhanh. Ngược lại, BiVO4 có năng lượng vùng cấm khoảng 2,4 eV, cũng có khả năng hoạt động tốt dưới ánh sáng nhìn thấy nhưng cũng gặp phải vấn đề tương tự về tốc độ tái kết hợp. Việc kết hợp hai vật liệu này tạo ra một heterojunction photocatalyst có thể cải thiện đáng kể hiệu suất quang xúc tác. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao khả năng phân hủy các chất ô nhiễm mà còn mở ra hướng đi mới trong xử lý nước ô nhiễm.

Quá trình tổng hợp composite materials Ag3VO4/BiVO4 được thực hiện thông qua các phương pháp như thủy nhiệt, siêu âm và kết tủa. Phương pháp thủy nhiệt cho phép tạo ra các hạt có kích thước đồng đều và cấu trúc tinh thể tốt. Trong khi đó, phương pháp siêu âm giúp tăng cường sự phân tán của các thành phần trong dung dịch, từ đó cải thiện tính đồng nhất của vật liệu. Kết quả từ các phương pháp này cho thấy rằng việc tối ưu hóa tỉ lệ khối lượng giữa Ag3VO4 và BiVO4 là rất quan trọng để đạt được hoạt tính quang xúc tác tối ưu. Các phương pháp đặc trưng như nhiễu xạ Rơnghen (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để xác định cấu trúc và hình thái của vật liệu tổng hợp.

Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 được đánh giá thông qua phản ứng phân hủy Rhodamine B và tetracycline hydrochloride. Kết quả cho thấy rằng composite này có khả năng phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm hiệu quả hơn so với từng thành phần riêng lẻ. Cơ chế quang xúc tác diễn ra thông qua sự hình thành các gốc tự do như HO• và O2•-, có khả năng oxi hóa mạnh mẽ các hợp chất hữu cơ. Việc khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ cũng cho thấy rằng composite này có khả năng hấp phụ tốt, từ đó nâng cao hiệu suất phân hủy. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng cho thấy rằng hoạt tính quang xúc tác vẫn được duy trì qua nhiều chu kỳ sử dụng, điều này chứng tỏ tính khả thi của vật liệu trong ứng dụng thực tế.

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn quan trọng trong xử lý nước ô nhiễm. Với khả năng phân hủy hiệu quả các chất hữu cơ ô nhiễm, vật liệu này có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, việc phát triển các nanocomposites như vậy có thể mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực xúc tác quang và cải thiện môi trường. Sự kết hợp giữa Ag3VO4 và BiVO4 không chỉ nâng cao hiệu suất quang xúc tác mà còn tạo ra một mô hình nghiên cứu mới cho các vật liệu composite trong tương lai.