I. Tổng hợp xúc tác nano TiO2 trên SBA 15
Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp xúc tác nano TiO2 trên nền vật liệu mao quản trung bình SBA-15. Phương pháp tổng hợp xúc tác được thực hiện thông qua quy trình sol-gel, đảm bảo sự phân tán đồng đều của TiO2 trên bề mặt SBA-15. Kết quả cho thấy, vật liệu tổng hợp có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc mao quản đồng đều, và khả năng hấp phụ cao. Xúc tác nano TiO2/SBA-15 được đánh giá là một hệ thống hiệu quả trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là kháng sinh Norfloxacin.
1.1. Phương pháp tổng hợp
Quy trình tổng hợp xúc tác bao gồm các bước: chuẩn bị dung dịch tiền chất, thủy phân, và nung kết. TiO2 được cố định trên SBA-15 thông qua liên kết Ti-O-Si, tạo ra hệ thống xúc tác ổn định và có hoạt tính cao. Phương pháp này đảm bảo sự phân tán đồng đều của TiO2 trên bề mặt SBA-15, tăng cường khả năng hấp phụ và xúc tác.
1.2. Đặc trưng cấu trúc
Các phương pháp phân tích như XRD, TEM, và BET được sử dụng để đánh giá cấu trúc của vật liệu. Kết quả cho thấy, TiO2/SBA-15 có cấu trúc mao quản trật tự, diện tích bề mặt lớn (khoảng 600-1000 m²/g), và kích thước hạt TiO2 ở mức nanomet. Những đặc điểm này góp phần nâng cao hiệu quả xúc tác và khả năng hấp phụ của vật liệu.
II. Ứng dụng xử lý kháng sinh Norfloxacin
Nghiên cứu đã ứng dụng xúc tác nano TiO2/SBA-15 trong việc xử lý kháng sinh Norfloxacin. Kết quả cho thấy, vật liệu có hiệu quả cao trong việc phân hủy Norfloxacin dưới tác dụng của ánh sáng UV. Hiệu suất xử lý đạt trên 90% sau 120 phút phản ứng. Xúc tác nano TiO2/SBA-15 được đánh giá là một giải pháp tiềm năng trong việc xử lý nước thải chứa kháng sinh, đặc biệt trong bối cảnh ô nhiễm dược phẩm ngày càng gia tăng.
2.1. Cơ chế xử lý
Cơ chế xử lý kháng sinh dựa trên quá trình quang xúc tác, trong đó TiO2 hấp thụ ánh sáng UV tạo ra các gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh. Các gốc này phản ứng với Norfloxacin, phân hủy nó thành các sản phẩm vô hại như CO₂ và H₂O. Sự có mặt của SBA-15 giúp tăng cường khả năng hấp phụ và phân tán TiO2, nâng cao hiệu quả xử lý.
2.2. Hiệu quả xử lý
Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiệu suất xử lý Norfloxacin đạt trên 90% sau 120 phút phản ứng. Các yếu tố như hàm lượng xúc tác, thời gian phản ứng, và nồng độ Norfloxacin đều ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Vật liệu TiO2/SBA-15 cũng thể hiện độ ổn định cao, có thể tái sử dụng nhiều lần mà không giảm đáng kể hiệu suất.
III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực hóa học vật liệu và công nghệ nano, đặc biệt là trong việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả để xử lý nước thải. Xúc tác nano TiO2/SBA-15 không chỉ có hoạt tính cao mà còn thân thiện với môi trường, dễ dàng thu hồi và tái sử dụng. Ứng dụng của vật liệu này trong việc xử lý kháng sinh Norfloxacin mở ra hướng đi mới trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm dược phẩm.
3.1. Đóng góp khoa học
Nghiên cứu đã góp phần làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của xúc tác nano TiO2 trên nền SBA-15, đồng thời cung cấp các dữ liệu quan trọng về hiệu quả xử lý Norfloxacin. Những kết quả này là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực xúc tác quang hóa và xử lý nước thải.
3.2. Ứng dụng thực tiễn
Vật liệu TiO2/SBA-15 có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và y tế, đặc biệt là trong việc loại bỏ các hợp chất kháng sinh khó phân hủy. Việc sử dụng vật liệu này giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.
