Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite ag3vo4 bivo4 ứng dụng làm chất xúc tác quang phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 ứng dụng làm chất xúc tác quang phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm trong nước.

• Tác giả: Đinh Thị Hồng Vân
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Diệu Cẩm
• Trường học: Trường Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 ứng dụng làm chất xúc tác quang phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Giới thiệu về vật liệu xúc tác quang
• 1.1.1. Khái niệm xúc tác quang và cơ chế phản ứng
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu composite Ag3VO4 BiVO4

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.

II. Phương pháp tổng hợp vật liệu composite

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.

III. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác

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.

IV. Đánh giá giá trị và ứng dụng thực tiễn

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, đang trở thành thách thức nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng và sự phát triển bền vững. Theo ước tính, các hợp chất hữu cơ độc hại khó phân hủy trong môi trường nước góp phần làm tăng tỷ lệ mắc các bệnh mãn tính như viêm gan, viêm da và nguy cơ ung thư. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu xúc tác quang nhằm phân hủy các chất ô nhiễm này có ý nghĩa thiết thực và cấp bách. Luận văn tập trung vào tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 ứng dụng làm chất xúc tác quang phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước, với mục tiêu nâng cao hiệu quả quang xúc tác dưới ánh sáng khả kiến.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm tổng hợp và đặc trưng vật liệu Ag3VO4, BiVO4 và composite Ag3VO4/BiVO4, khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B và tetracycline hydrochloride trong dung dịch nước. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn tổng hợp và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, sử dụng các phương pháp thủy nhiệt, kết tủa, siêu âm và khuấy trộn. Nghiên cứu góp phần mở rộng hiểu biết về cơ chế quang xúc tác của vật liệu composite, đồng thời đề xuất giải pháp xử lý ô nhiễm nước hiệu quả, thân thiện môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ xanh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết xúc tác quang, trong đó ánh sáng kích thích tạo ra cặp electron (e⁻) và lỗ trống (h⁺) trong vật liệu bán dẫn, dẫn đến quá trình oxi hóa-khử phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm. Hai vật liệu chính là Ag3VO4 và BiVO4 đều có năng lượng vùng cấm hẹp (khoảng 2 eV và 2,4 eV), cho phép hấp thụ ánh sáng khả kiến hiệu quả. Tuy nhiên, nhược điểm của Ag3VO4 là tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống nhanh, còn BiVO4 có thế vùng dẫn không phù hợp, làm giảm hiệu suất quang xúc tác.

Mô hình composite Ag3VO4/BiVO4 được xây dựng dựa trên nguyên lý ghép nối các vật liệu bán dẫn nhằm giảm thiểu sự tái tổ hợp electron-lỗ trống, tăng cường chuyển giao điện tử và mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng. Các khái niệm chính bao gồm: vùng hóa trị (VB), vùng dẫn (CB), năng lượng vùng cấm (Eg), gốc tự do hydroxyl (•OH), gốc superoxide (•O2⁻), và cơ chế quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp vật liệu và khảo sát hoạt tính quang xúc tác trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Quy Nhơn. Cỡ mẫu vật liệu tổng hợp gồm các tỷ lệ khối lượng Ag3VO4/BiVO4 khác nhau (1:0.5; 1:1; 1:2; 1:3). Phương pháp chọn mẫu là tổng hợp thủy nhiệt, kết tủa và siêu âm nhằm đảm bảo kích thước hạt nhỏ, đồng đều và độ tinh khiết cao.

Phân tích vật liệu sử dụng các kỹ thuật hóa lý hiện đại: nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc tinh thể, hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát hình thái bề mặt, phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) xác định thành phần nguyên tố, phổ hồng ngoại (IR) nhận diện liên kết hóa học, phổ UV-Vis khuếch tán (DRS) xác định vùng hấp thụ ánh sáng và năng lượng vùng cấm. Hoạt tính quang xúc tác được đánh giá qua phản ứng phân hủy Rhodamine B và tetracycline hydrochloride dưới ánh sáng đèn LED 30W, xử lý số liệu bằng phương pháp chuẩn và mô hình động học Langmuir-Hinshelwood.

Thời gian nghiên cứu kéo dài khoảng 6 tháng, bao gồm tổng hợp vật liệu, đặc trưng, thử nghiệm hoạt tính và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc trưng vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4: Các mẫu composite với tỷ lệ Ag3VO4/BiVO4 khác nhau cho thấy cấu trúc tinh thể đơn pha, đồng nhất với kích thước hạt trung bình khoảng 50-100 nm. Phổ UV-Vis DRS xác định năng lượng vùng cấm giảm xuống còn khoảng 2,1 eV ở mẫu AB-12 (tỷ lệ 1:2), mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng khả kiến.

2. Hiệu suất quang xúc tác phân hủy Rhodamine B: Mẫu composite AB-12 đạt hiệu suất phân hủy Rhodamine B lên đến 97% sau 120 phút chiếu sáng, cao hơn 35% so với BiVO4 đơn lẻ và 28% so với Ag3VO4 đơn lẻ. Hằng số tốc độ phản ứng quang xúc tác của AB-12 là 0,023 min⁻¹, gấp 1,8 lần BiVO4 và 2,1 lần Ag3VO4.

3. Phân hủy tetracycline hydrochloride: Composite AB-12 cũng thể hiện khả năng phân hủy tetracycline hydrochloride hiệu quả với tỷ lệ loại bỏ khoảng 85% sau 150 phút, vượt trội so với các vật liệu đơn pha. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong xử lý các chất kháng sinh ô nhiễm.

4. Khả năng tái sử dụng: Vật liệu composite AB-12 duy trì hiệu suất phân hủy Rhodamine B trên 90% sau 3 chu kỳ sử dụng, chứng tỏ tính ổn định và khả năng tái sinh cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất quang xúc tác là do sự ghép nối giữa Ag3VO4 và BiVO4 tạo ra hiệu ứng phân tách điện tử hiệu quả, giảm thiểu sự tái tổ hợp electron-lỗ trống. Cấu trúc composite giúp mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng khả kiến, tận dụng tốt hơn nguồn năng lượng ánh sáng. So với các nghiên cứu trước đây về vật liệu đơn lẻ hoặc composite khác, kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng của Ag3VO4/BiVO4 trong xử lý ô nhiễm nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ động học phân hủy Rhodamine B, biểu đồ so sánh hiệu suất phân hủy giữa các mẫu, và bảng tổng hợp hằng số tốc độ phản ứng. Ngoài ra, ảnh SEM và phổ XRD minh họa rõ cấu trúc và hình thái vật liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng rộng rãi vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 trong xử lý nước thải công nghiệp: Khuyến khích các nhà máy sử dụng vật liệu composite này để phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước. Thời gian triển khai dự kiến trong 1-2 năm.

2. Phát triển quy trình tổng hợp vật liệu quy mô lớn: Đề xuất nghiên cứu mở rộng quy mô tổng hợp thủy nhiệt và siêu âm để sản xuất vật liệu composite với chi phí hợp lý, đảm bảo chất lượng đồng đều. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ môi trường.

3. Nâng cao hiệu quả tái sử dụng và thu hồi vật liệu: Khuyến nghị nghiên cứu thêm về phương pháp thu hồi vật liệu composite sau sử dụng, như kết hợp với vật liệu từ tính để dễ dàng tách lọc, giảm chi phí vận hành.

4. Mở rộng khảo sát ứng dụng với các chất ô nhiễm khác: Đề xuất thử nghiệm phân hủy các loại thuốc trừ sâu, chất kháng sinh khác và hợp chất hữu cơ phức tạp trong môi trường nước thực tế để đánh giá tính khả thi và hiệu quả thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Môi trường: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp và ứng dụng vật liệu xúc tác quang, giúp phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Doanh nghiệp công nghệ xử lý nước thải: Tham khảo để áp dụng vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 trong quy trình xử lý nước thải, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí vận hành.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các tiêu chuẩn, hướng dẫn công nghệ xử lý ô nhiễm nước phù hợp với xu hướng công nghệ xanh.

4. Nhà sản xuất vật liệu xúc tác quang: Tham khảo quy trình tổng hợp và đặc trưng vật liệu để phát triển sản phẩm mới, mở rộng thị trường ứng dụng trong lĩnh vực môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 có ưu điểm gì so với vật liệu đơn lẻ?
   Composite giảm thiểu sự tái tổ hợp electron-lỗ trống, mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng khả kiến, nâng cao hiệu suất quang xúc tác phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm.

2. Phương pháp tổng hợp vật liệu composite được thực hiện như thế nào?
   Sử dụng kết hợp phương pháp thủy nhiệt, siêu âm và khuấy trộn để tạo ra vật liệu đồng nhất, kích thước hạt nhỏ và độ tinh khiết cao, đảm bảo hiệu quả quang xúc tác.

3. Hiệu suất phân hủy Rhodamine B của vật liệu composite đạt bao nhiêu?
   Mẫu composite AB-12 đạt hiệu suất phân hủy lên đến 97% sau 120 phút chiếu sáng, vượt trội so với các vật liệu đơn lẻ.

4. Vật liệu có thể tái sử dụng bao nhiêu lần mà không giảm hiệu quả?
   Vật liệu composite duy trì trên 90% hiệu suất phân hủy Rhodamine B sau 3 chu kỳ sử dụng, cho thấy tính ổn định và khả năng tái sinh cao.

5. Có thể ứng dụng vật liệu này trong xử lý các chất ô nhiễm khác không?
   Có, vật liệu đã được thử nghiệm với tetracycline hydrochloride và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi với nhiều hợp chất hữu cơ độc hại khác trong môi trường nước.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 với cấu trúc tinh thể đồng nhất, kích thước hạt nano và năng lượng vùng cấm phù hợp (~2,1 eV).
• Vật liệu composite thể hiện hiệu suất quang xúc tác phân hủy Rhodamine B và tetracycline hydrochloride vượt trội so với vật liệu đơn lẻ, với hiệu suất phân hủy Rhodamine B đạt 97% sau 120 phút.
• Cơ chế quang xúc tác được cải thiện nhờ giảm thiểu sự tái tổ hợp electron-lỗ trống và mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng khả kiến.
• Vật liệu có khả năng tái sử dụng cao, duy trì hiệu suất trên 90% sau nhiều chu kỳ, phù hợp ứng dụng thực tiễn.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu quy mô tổng hợp, ứng dụng xử lý nước thải công nghiệp và phát triển công nghệ thu hồi vật liệu.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu ứng dụng thực tế tại các nguồn nước ô nhiễm, đồng thời phát triển quy trình sản xuất quy mô công nghiệp. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm hợp tác để phát huy tối đa tiềm năng của vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 trong xử lý ô nhiễm môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. Giới thiệu về vật liệu xúc tác quang 1. Khái niệm xúc tác quang và cơ chế phản ứng Trong hóa học, khái niệm xúc tác quang dùng để nói đến những phản ứng xảy ra dưới tác dụng của chất xúc tác trong điều kiện có mặt ánh sáng (ánh sáng nhân tạo hoặc bức xạ tự nhiên của mặt trời),… Hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra.

Khi có sự kích thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao đổi electron giữa các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn. Xúc tác quang là một trong những quá trình oxi hóa nhờ tác nhân ánh sáng, trong khoảng hơn hai mươi năm trở lại đây ngày càng được ứng dụng rộng rãi và đặc biệt quan trọng trong xử lý môi trường. Theo lí thuyết vùng, cấu trúc điện tử của kim loại gồm có một vùng gồm những obitan phân tử liên kết được xếp đủ electron, được gọi là vùng hóa trị (Valance band-VB) và một vùng gồm những obitan phân tử liên kết còn trống electron, được gọi là vùng dẫn (Conduction band-CB). Hai vùng này được chia cách nhau bởi một hố năng lượng được gọi là vùng cấm, đặc trưng bởi năng lượng vùng cấm Eg (Band gap energy) chính là độ chênh lệch giữa hai vùng nói trên.

Sự khác nhau giữa vật liệu dẫn điện, cách điện và bán dẫn chính là sự khác nhau về vị trí và năng lượng vùng cấm. Vật liệu bán dẫn là vật liệu có tính chất trung gian giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện, khi có một kích thích đủ lớn (lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg), các electron trong vùng hóa trị của vật liệu bán dẫn có thể vượt qua vùng cấm nhảy lên vùng dẫn, trở thành chất dẫn điện có điều kiện. Nói chung những chất có Eg lớn hơn 3,5 eV là chất cách điện ngược lại những chất có Eg thấp hơn 3,5 eV là chất bán dẫn. Những chất bán dẫn có Eg thấp hơn 3,5 eV đều có thể làm e 6 chất xúc tác quang (photocatalysts) vì khi được kích thích bởi các photon ánh sáng có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg, các electron hóa trị của chất bán dẫn sẽ nhảy lên vùng dẫn.

Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron mang điện tích âm, được gọi là electron quang sinh (photogenerated − electron 𝑒𝐶𝐵 ) và trên vùng hóa trị sẽ có các lỗ trống mang điện tích dương, + được gọi là lỗ trống quang sinh (photogenerated hole ℎ𝑉𝐵 ). Chính các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hóa + học xảy ra bao gồm quá trình oxi hóa đối với ℎ𝑉𝐵 và quá trình khử đối với − 𝑒𝐶𝐵. Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh có khả năng phản ứng cao hơn so với các tác nhân oxi hóa-khử đã biết trong hóa học. Dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp, các electron hóa trị của các chất bán dẫn bị tách khỏi liên kết từ vùng hóa chuyển đến vùng dẫn tạo ra lỗ trống khuyết điện tử (mang điện tích dương) ở vùng hóa trị.1) Các electron và lỗ trống chuyển đến bề mặt và tương tác với một số chất bị hấp thụ như nước và oxy tạo ra những chất tự do trên bề mặt chất bán dẫn.

Cơ chế phản ứng xảy ra như sau: hVB  H 2O  HO  H  (1.4)  H 2O2  eCB  HO  HO  (1.5)  hVB  HO   HO  (1.6) e 7 Các gốc tự do và sản phẩm trung gian tạo ra như HO, O2-, H2O2 đóng vai trò quan trọng trong cơ chế quang phân hủy các hợp chất hữu cơ, nấm khi tiếp xúc. Lỗ trống mang điện tích dương tự do chuyển động trong vùng hóa trị do các electron khác có thể nhảy vào lỗ trống để bão hòa điện tích, đồng thời tạo ra một lỗ trống mới ngay tại vị trí mà nó vừa đi khỏi. Các electron quang sinh trên vùng dẫn cũng có xu hướng tái kết hợp với các lỗ trống quang sinh trên vùng hóa trị, kèm theo việc giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng. Quá trình này làm giảm đáng kể hiệu quả xúc tác quang của vật liệu.

Gốc HO là một tác nhân oxi hóa rất mạnh, không chọn lọc và có khả năng oxi hóa hầu hết các chất hữu cơ. Quá trình phân hủy một số hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm trên hệ xúc tác quang như sau: - Các chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời tạo ra các gốc và sản phẩm trung gian như HO,O2-, H2O2 (cơ chế đã trình bày phần trên). Các gốc và sản phẩm này oxi hóa các thành phần hữu cơ theo cơ chế sau: RH  HO  R   H 2O (1.7) R  O2  H 2O  CO2  axit vô cơ (1.8) - Đối với hợp chất chứa nitơ dạng azo, phản ứng oxi hóa quang phân hủy xảy ra theo cơ chế sau: R  N  N  R'  HO  R  N  N   R'  OH (1.11)  R  HO  phân hủy (1. Quá trình oxi hóa hợp chất hữu cơ trên vật liệu xúc tác quang Hình 1.1 thể hiện quá trình quang xúc tác oxi hóa hợp chất hữu cơ.

Như vậy, sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm trên hệ xúc tác quang là khí CO2, H2O và các chất vô cơ. Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu xúc tác quang Ag3VO4 và BiVO4 Trong những năm gần đây, một số hợp chất chứa bạc, như Ag2CO3, Ag2O, Ag3PO4, AgX (X=I, Br, Cl), α-AgVO3, β-AgVO3, Ag3VO4, Ag4V2O7,… được biết đến là những chất xúc tác quang tiềm năng cho các phản ứng tách nước và phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm trong vùng ánh sáng nhìn thấy cũng được nghiên cứu rộng rãi. Kể từ khi Konta và cộng sự [35] báo cáo rằng Ag3VO4 cho thấy, hoạt tính xúc tác quang cho quá trình tạo O2. Tất cả các bạc vanadat đều cho thấy dải hấp phụ mạnh trong vùng ánh sáng khả kiến do sự chuyển đổi khoảng cách giữa các vùng năng lượng vùng cấm.

Vùng dẫn của Ag3VO4 bao gồm các obitan Ag 5s lai với obitan V 3d, và vùng hóa trị của nó bao gồm các obitan O 2p6 lai hóa với obitan Ag 4d10 được lấp đầy hoàn toàn, có thể tạo e 9 thành một vùng hóa trị ở mức năng lượng tích điện lớn hơn của obitan O 2p6. Mặt khác, trong oxit kim loại với cấu hình điện tử d10, phần dưới vùng dẫn bao gồm các obitan lai hóa s, p của kim loại, mặc dù vùng hóa trị cơ bản được hình thành bởi obitan O 2p. Các obitan lai hóa s, p có độ phân tán lớn, độ linh động của electron quang sinh tăng trong vùng dẫn nên thúc đẩy hoạt động xúc tác quang. Vì vậy, Ag3VO4 có hoạt tính xúc tác quang dưới ánh sáng nhìn thấy và có thể làm giảm tiêu thụ năng lượng đây cũng là chất xúc tác quang có tiềm năng oxy hóa mạnh và là ứng cử viên trong xử lý loại bỏ các chất hữu cơ độc hại trong môi trường.

Zou và các cộng sự đã tổng hợp thành công vật liệu composite Ag3VO4/TiO2 [51]. Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, vật liệu với tỉ lệ 1% Ag3VO4/TiO2 được tổng hợp có khả năng phân hủy toluene đến 70% sau phản ứng 4 giờ. Đồng thời cho thấy hoạt động xúc tác quang chiếm ưu thế có thể được quy cho sự hấp thụ mạnh của nó trong vùng ánh sáng khả kiến do sự tách điện tích của chúng. Barzegar và các cộng sự đã tổng hợp thành công vật liệu nano composite g-C3N4/Ag3VO4/AgBr [15].

Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, trong các vật liệu nano composite được tổng hợp thì vật liệu g-C3N4/Ag3VO4/AgBr với tỉ lệ 10% có hoạt tính quang xúc tác tối đa cho phản ứng phân hủy RhB với hằng số tốc độ 1366,6 x 10-4/phút, cao gấp 116 lần với g-C3N4; 7,23 lần với g-C3N4/AgBr (10%) và 38,5 lần so với g-C3N4/Ag3VO4 (30%). Mặc khác, kết quả thí nghiệm bẫy các gốc tự do cũng được đề cập đến trong nghiên cứu này, cụ thể người ta đã phát hiện ra rằng các gốc anion superoxide là loại phản ứng chiếm ưu thế. Do đó, vật liệu tổng hợp đã cho thấy khả năng hoạt động xúc tác quang vượt trội trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm dưới ánh sáng khả kiến và cho thấy tiềm năng lớn để khắc phục môi trường bởi hiệu suất quang hóa chúng mang lại. e 10 Trong thời gian gần đây, các công trình nghiên cứu về BiVO4 cũng được công bố, các kết quả về khả năng phân hủy ibuprofen bằng xúc tác quang BiVO4 biến tính với kim loại dưới ánh sáng nhìn thấy được công bố vào năm 2014 bởi Z.

Bian và các cộng sự [54]. Vật liệu biến tính của BiVO4 với kim loại Cu và Ag có khả năng phân hủy ibuprofen cao, hơn thế nữa vật liệu BiVO4 biến tính làm giảm sự tái kết hợp electron và lỗ trống quang sinh. Sharma và các cộng sự đã tổng hợp thành công đơn tinh thể BiVO4 bằng phương pháp thủy nhiệt và có khả năng phân hủy mạnh dung dịch xanh metylen trong dung dịch nước dưới ánh sáng khả kiến cũng như hoạt động kháng khuẩn đối với Ecoli. Tế bào vi khuẩn giảm với sự gia tăng nồng độ hạt nano m-BiVO4 từ 20 ppm đến 80 ppm trong suốt thời gian 2 giờ.

Tốc độ phân hủy xanh metylen đã được tăng lên tối đa ba lần trong sự hiện diện của các hạt nano m-BiVO4 làm chất xúc tác [36]. Ngoài ra, phải kể đến một số công trình khác như: nghiên cứu thiết kế mô hình 3D h-BN với Ag3VO4 như chất ổn đinh và xúc tiến quang xúc tác của L. Xiaomeng và các cộng sự [28]. Tổng hợp composite CoFe2O4/Ag/Ag3VO4 của L.

Jing [23], hay composite BiVO4/FeVO4 được tổng hợp thành công bởi J. Li và các cộng sự [16],… Các kết quả chỉ ra rằng, khi được biến tính, hoạt tính xúc tác quang của Ag3VO4 và BiVO4 được cải thiện rõ rệt, điều này tăng cường việc ứng dựng thực tế của nhóm vật liệu này và chúng được nâng lên một tầm cao mới. Mặc dù vậy, các công bố về nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 vẫn chưa có công trình nào công bố trong nước. Giới thiệu về bismuth orthovanadate 1.

Đặc điểm cấu tạo và đặc tính của BiVO4 1. Đặc điểm cấu tạo của BiVO4 Hình 1.