I. Vật liệu composite và ứng dụng trong xử lý dư lượng kháng sinh
Vật liệu composite là một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học và công nghệ môi trường. Ag3VO4 và TiO2 là hai vật liệu bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, đặc biệt là xử lý dư lượng kháng sinh. Vật liệu composite kết hợp Ag3VO4 và TiO2 mang lại hiệu quả cao nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến và giảm tốc độ tái kết hợp electron-lỗ trống. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và ứng dụng vật liệu composite này trong xử lý dư lượng kháng sinh, một vấn đề cấp bách trong bối cảnh ô nhiễm môi trường hiện nay.
1.1. Tính chất vật liệu và cơ chế quang xúc tác
Ag3VO4 có năng lượng vùng cấm hẹp (khoảng 2.0 eV), cho phép hấp thụ ánh sáng khả kiến. TiO2, đặc biệt là dạng N-TiO2, có khả năng giảm năng lượng vùng cấm nhờ pha tạp nitơ, tăng hiệu quả quang xúc tác. Khi kết hợp hai vật liệu này, vật liệu composite tạo ra cơ chế dẫn truyền electron hiệu quả, giảm sự tái kết hợp electron-lỗ trống. Điều này làm tăng hiệu suất phân hủy các hợp chất hữu cơ, bao gồm kháng sinh, trong nước thải.
1.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải
Vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 được ứng dụng trong xử lý nước thải chứa dư lượng kháng sinh như tetracyline hydrochloride (TC). Nghiên cứu cho thấy, vật liệu này có khả năng phân hủy hiệu quả các hợp chất hữu cơ độc hại, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Quá trình xử lý dựa trên cơ chế quang xúc tác, tạo ra các gốc tự do như •OH và O2•−, có khả năng oxy hóa và phân hủy các chất ô nhiễm.
II. Phương pháp tổng hợp và đặc trưng vật liệu
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thủy nhiệt để tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2. Quá trình tổng hợp bao gồm các bước điều chế Ag3VO4 và N-TiO2 riêng biệt, sau đó kết hợp chúng để tạo thành vật liệu composite. Các phương pháp đặc trưng như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ hồng ngoại (IR) được sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất của vật liệu.
2.1. Tổng hợp vật liệu Ag3VO4 và N TiO2
Ag3VO4 được tổng hợp từ NH4VO3 và AgNO3 bằng phương pháp thủy nhiệt. N-TiO2 được điều chế từ titanium tetraisopropoxide (TTIP) bằng phương pháp sol-gel. Quá trình pha tạp nitơ vào TiO2 giúp giảm năng lượng vùng cấm, tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến. Kết quả phân tích XRD và SEM cho thấy cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của vật liệu được hình thành rõ ràng.
2.2. Đặc trưng vật liệu composite
Vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 được đặc trưng bằng các phương pháp hiện đại như phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) và phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến (UV-Vis-DRS). Kết quả cho thấy, vật liệu composite có diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt. Phổ UV-Vis-DRS xác nhận sự dịch chuyển vùng hấp thụ ánh sáng sang vùng khả kiến, tăng hiệu quả quang xúc tác.
III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 trong xử lý dư lượng kháng sinh. Vật liệu này có khả năng phân hủy rhodamine B (RhB) và tetracyline hydrochloride (TC) với hiệu suất cao. Kết quả thí nghiệm cho thấy, vật liệu composite có thể tái sử dụng nhiều lần mà không giảm hiệu suất, mang lại tiềm năng ứng dụng lớn trong công nghệ xử lý nước thải.
3.1. Hiệu quả xử lý kháng sinh
Vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 được thử nghiệm trong việc xử lý nước thải chứa TC. Kết quả cho thấy, vật liệu này có khả năng phân hủy TC với hiệu suất lên đến 90% trong thời gian ngắn. Quá trình phân hủy tuân theo mô hình động học Langmuir-Hinshelwood, cho thấy cơ chế quang xúc tác hiệu quả.
3.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải nuôi tôm
Vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 cũng được ứng dụng trong xử lý nước thải nuôi tôm. Kết quả phân tích COD cho thấy, nồng độ các chất ô nhiễm giảm đáng kể sau khi xử lý. Điều này chứng tỏ tiềm năng lớn của vật liệu trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh.
