I. Tính cần thiết của nghiên cứu
Ô nhiễm nguồn nước và đất là một trong những vấn đề nghiêm trọng hiện nay. Sự phát triển không đồng bộ của các khu công nghiệp đã dẫn đến ô nhiễm nguồn nước bởi các hợp chất hữu cơ độc hại như phenol và methyl da cam. Các nguồn ô nhiễm này chủ yếu đến từ ngành công nghiệp sản xuất nhựa tổng hợp, thuốc trừ sâu và nhuộm. Việc xử lý các chất ô nhiễm này là một chủ đề nóng không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn cầu. Các phương pháp xử lý truyền thống như hấp phụ và xử lý sinh học thường không hiệu quả với các hợp chất khó phân hủy. Do đó, việc sử dụng xúc tác quang như TiO2 để xử lý nước ô nhiễm đã trở thành một giải pháp thân thiện với môi trường, sử dụng năng lượng mặt trời để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. TiO2 được nghiên cứu nhiều nhất do tính an toàn, chi phí thấp và khả năng oxi hóa mạnh mẽ.
II. Mục tiêu của nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là sản xuất các xúc tác quang TiO2 được cải tiến với carbon hoạt tính và graphene oxide, được phủ trên các vật liệu khác nhau để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, cụ thể là methyl da cam và phenol. Nghiên cứu cũng nhằm điều tra các thông số quy trình trong tổng hợp xúc tác, tìm ra các xúc tác tối ưu cho từng phương pháp tổng hợp, và chế tạo các màng mỏng xúc tác trên các nền khác nhau để phân hủy methyl da cam. Việc cải tiến xúc tác để đạt được kết quả tích cực trong điều kiện ánh sáng toàn phần cũng là một trong những mục tiêu quan trọng.
III. Nội dung của luận án
Luận án sẽ tiến hành tổng quan tài liệu về các nghiên cứu trước đó để lựa chọn phương pháp chế tạo xúc tác, vật liệu cải tiến xúc tác, kỹ thuật phủ và các chất ô nhiễm mô hình. Xúc tác quang TiO2 sẽ được tổng hợp bằng các phương pháp sol-gel, đồng kết tủa và thủy nhiệt. Sau đó, các xúc tác sẽ được cải tiến với carbon hoạt tính và graphene oxide, silica gel và được đặc trưng hóa bằng các phương pháp như hấp phụ vật lý, SEM, XRD, UV-Vis. Hoạt tính xúc tác của các xúc tác này sẽ được kiểm tra đối với methyl da cam và phenol trong điều kiện UV-C và ánh sáng toàn phần. Các thông số quy trình chính trong quá trình phân hủy phenol của các xúc tác tối ưu sẽ được đánh giá và thực hiện nghiên cứu động học cho quá trình này.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sẽ sử dụng phương pháp tổng quan tài liệu để thu thập dữ liệu liên quan đến các phương pháp chế tạo xúc tác, vật liệu cải tiến và kỹ thuật phủ. Các phương pháp tổng hợp xúc tác sẽ bao gồm sol-gel, đồng kết tủa và thủy nhiệt. Sau khi tổng hợp, các xúc tác sẽ được đặc trưng hóa bằng các phương pháp như SEM, XRD và UV-Vis để đánh giá cấu trúc và tính chất quang học. Hoạt tính xúc tác sẽ được kiểm tra thông qua các thí nghiệm phân hủy methyl da cam và phenol dưới ánh sáng UV và ánh sáng toàn phần. Các thông số quy trình sẽ được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất trong việc phân hủy các chất ô nhiễm này.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Việc phát triển các xúc tác quang hiệu quả từ TiO2 có thể giúp cải thiện khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy như phenol và methyl da cam. Điều này sẽ góp phần vào việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Hơn nữa, việc sử dụng các vật liệu như carbon hoạt tính và graphene oxide trong việc cải tiến xúc tác có thể mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý nước thải, giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên nước.
