I. Giới thiệu về ô nhiễm không khí và vật liệu nanocomposit
Ô nhiễm không khí là một vấn đề nghiêm trọng hiện nay, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Các hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt hàng ngày thải ra nhiều chất độc hại như CO, NOx, VOCs và vi khuẩn. Để xử lý ô nhiễm không khí, nhiều phương pháp đã được áp dụng, trong đó có phương pháp xúc tác quang hóa với TiO2. Vật liệu nanocomposit từ TiO2 có khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm nhờ vào tính chất quang xúc tác của nó. Việc kết hợp TiO2 với các vật liệu khác như hydroxyl apatit (HA) tạo ra các vật liệu nanocomposit có tính năng vượt trội trong việc hấp phụ và phân hủy các chất ô nhiễm.
1.1. Tác động của ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí gây ra nhiều tác động tiêu cực đến sức khỏe con người, bao gồm các bệnh hô hấp, tim mạch và các vấn đề về da. Các chất ô nhiễm như bụi mịn, khí độc hại có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, gây ra các bệnh mãn tính. Ngoài ra, ô nhiễm không khí còn ảnh hưởng đến môi trường sống, làm giảm chất lượng không khí và gây biến đổi khí hậu. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm không khí là rất cần thiết.
II. Vật liệu TiO2 và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm
TiO2 là một trong những vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong xúc tác quang hóa. Với cấu trúc nano, TiO2 có diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường khả năng hấp phụ và phản ứng với các chất ô nhiễm. Tuy nhiên, TiO2 có nhược điểm là chỉ hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng tử ngoại. Để khắc phục điều này, việc pha tạp TiO2 với các nguyên tố khác như nitơ đã được nghiên cứu. Việc này không chỉ giúp TiO2 hoạt động trong vùng ánh sáng khả kiến mà còn cải thiện hiệu suất quang xúc tác.
2.1. Cơ chế hoạt động của TiO2 trong xử lý ô nhiễm
Khi được chiếu sáng, TiO2 tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống, giúp phân hủy các chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại như CO2 và nước. Cơ chế này diễn ra thông qua quá trình oxi hóa - khử, trong đó các chất ô nhiễm được oxy hóa và phân hủy. Việc sử dụng TiO2 trong các hệ thống xử lý không khí không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, góp phần giảm thiểu ô nhiễm.
III. Nghiên cứu vật liệu nanocomposit HA TiO2
Vật liệu nanocomposit HA/TiO2 được phát triển nhằm kết hợp ưu điểm của cả hai vật liệu. HA có khả năng hấp phụ tốt, trong khi TiO2 mang lại khả năng quang xúc tác cao. Sự kết hợp này tạo ra một vật liệu có khả năng xử lý ô nhiễm hiệu quả hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc phủ HA lên bề mặt TiO2 không chỉ cải thiện tính ổn định của dung dịch huyền phù mà còn tăng cường khả năng xử lý các chất ô nhiễm như toluen và vi khuẩn.
3.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposit
Quá trình tổng hợp vật liệu nanocomposit HA/TiO2 bao gồm các bước như chuẩn bị dung dịch, pha trộn và xử lý nhiệt. Các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất của vật liệu. Kết quả cho thấy rằng vật liệu nanocomposit HA/TiO2 có cấu trúc đồng nhất và tính chất quang xúc tác tốt, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm không khí.
