I. Tình hình nghiên cứu vật liệu nano TiO2 trong và ngoài nước
Nghiên cứu về xúc tác nano TiO2 đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học trong và ngoài nước. Tại Việt Nam, nhiều công trình đã được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả quang xúc tác của TiO2. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào việc cải thiện hoạt tính quang xúc tác thông qua việc pha tạp các kim loại và oxit kim loại. Ví dụ, tác giả Đồng Kim Loan đã sử dụng phương pháp sol-gel để chế tạo màng TiO2 có tỷ lệ anatase cao, cho thấy khả năng xử lý hiệu quả chất màu trong nước thải. Tại nước ngoài, TiO2 được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về xử lý ô nhiễm nước, với nhiều phương pháp oxy hóa khác nhau được áp dụng. Giri và cộng sự đã nghiên cứu hiệu quả phân hủy dược phẩm bằng các kỹ thuật oxy hóa khác nhau, cho thấy TiO2 có khả năng xử lý tốt các hợp chất hữu cơ. Những nghiên cứu này chứng minh rằng titan đioxit là một trong những chất xúc tác quang hóa hiệu quả nhất hiện nay.
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về vật liệu nano TiO2 đã được thực hiện tại nhiều cơ sở nghiên cứu. Các nhà khoa học đã tìm cách nâng cao hiệu quả quang xúc tác của TiO2 thông qua việc pha tạp và biến tính. Nghiên cứu của Nguyễn Việt Cường cho thấy khả năng xử lý phenol lên đến 90% bằng chất xúc tác quang hóa N-TiO2/SiO2. Các nghiên cứu này không chỉ mang tính chất lý thuyết mà còn hướng tới ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải. Tuy nhiên, các vật liệu này vẫn gặp khó khăn trong việc ứng dụng do chỉ hoạt động hiệu quả trong vùng tử ngoại và khó thu hồi sau phản ứng.
1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Nghiên cứu về xúc tác nano TiO2 ở nước ngoài đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng TiO2 có khả năng xử lý hiệu quả nhiều loại dược phẩm ô nhiễm trong nước. Các phương pháp oxy hóa nâng cao (AOPs) đã được áp dụng để cải thiện hiệu quả xử lý. Nghiên cứu của Taicheng An cho thấy TiO2 có thể đạt hiệu quả xử lý trên 98% đối với các hợp chất hữu cơ. Những kết quả này khẳng định vị thế của TiO2 trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường.
II. Giới thiệu về vật liệu SBA 15
Vật liệu SBA-15 là một trong những chất mang quan trọng trong nghiên cứu xúc tác nano. Với cấu trúc mao quản đồng đều và diện tích bề mặt lớn, SBA-15 cho phép tăng cường khả năng hấp phụ của titan đioxit. Nghiên cứu cho thấy, việc cố định TiO2 trên SBA-15 không chỉ cải thiện độ phân tán của TiO2 mà còn tăng cường khả năng hoạt hóa các chất ô nhiễm hữu cơ. Diện tích bề mặt riêng của SBA-15 có thể lên tới 1000 m2/g, giúp tăng cường hiệu quả xử lý các hợp chất hữu cơ bền, khó phân hủy. Sự kết hợp giữa TiO2 và SBA-15 tạo ra một hệ xúc tác hấp phụ có khả năng xử lý nước thải chứa kháng sinh như Norfloxacin một cách hiệu quả.
2.1. Đặc điểm cấu trúc của SBA 15
SBA-15 có cấu trúc mao quản trung bình với kích thước lỗ xốp từ 2 đến 30 nm. Cấu trúc này cho phép tăng cường khả năng hấp phụ và hoạt hóa các chất ô nhiễm. Việc sử dụng SBA-15 làm chất mang cho TiO2 giúp cải thiện đáng kể hiệu quả quang xúc tác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc cố định TiO2 trên SBA-15 không chỉ tăng cường khả năng hấp phụ mà còn tạo ra các liên kết Ti-O-Si thuận lợi cho việc hoạt hóa các chất ô nhiễm hữu cơ.
2.2. Ứng dụng của SBA 15 trong xử lý nước thải
SBA-15 đã được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Việc kết hợp SBA-15 với TiO2 tạo ra một hệ xúc tác có khả năng xử lý hiệu quả Norfloxacin trong nước thải. Các nghiên cứu cho thấy, hệ xúc tác TiO2/SBA-15 có thể đạt hiệu quả xử lý cao, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm nước.
III. Nghiên cứu xử lý Norfloxacin
Norfloxacin là một loại kháng sinh phổ biến, gây ô nhiễm nghiêm trọng trong môi trường nước. Việc xử lý Norfloxacin bằng xúc tác nano TiO2/SBA-15 đã cho thấy hiệu quả cao trong các thí nghiệm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, thời gian phản ứng, hàm lượng xúc tác và nồng độ chất phản ứng đều ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Các thí nghiệm cho thấy, với hàm lượng xúc tác tối ưu, hiệu quả xử lý Norfloxacin có thể đạt trên 90%. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng TiO2/SBA-15 là một giải pháp khả thi trong xử lý nước thải chứa kháng sinh.
3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý
Các thí nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả xử lý Norfloxacin bằng hệ xúc tác TiO2/SBA-15. Kết quả cho thấy, hệ xúc tác này có khả năng phân hủy Norfloxacin hiệu quả, với thời gian phản ứng ngắn và hàm lượng xúc tác tối ưu. Việc sử dụng TiO2/SBA-15 không chỉ giúp xử lý hiệu quả mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
3.2. Ứng dụng thực tiễn
Việc ứng dụng TiO2/SBA-15 trong xử lý nước thải chứa Norfloxacin không chỉ mang lại hiệu quả cao mà còn có tính khả thi trong thực tiễn. Hệ xúc tác này có thể được áp dụng trong các nhà máy xử lý nước thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ nano trong xử lý ô nhiễm nước, đồng thời khẳng định vai trò quan trọng của titan đioxit trong lĩnh vực này.
