I. Tổng quan về oxit kẽm carbon
Oxit kẽm carbon (ZnO-C) là một vật liệu bán dẫn có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực quang xúc tác. Việc tổng hợp xanh ZnO-C từ vỏ quả Garcinia mangostana không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra một nguồn nguyên liệu bền vững. ZnO-C có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn nhờ vào việc pha tạp carbon, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng vật liệu xanh như vỏ măng cụt không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường. Theo một nghiên cứu, việc pha tạp carbon vào cấu trúc tinh thể của ZnO tạo ra các mức năng lượng trung gian trong vùng cấm, giúp cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến.
1.1. Tính chất hóa học của ZnO C
ZnO-C có nhiều tính chất hóa học đặc biệt, bao gồm khả năng quang xúc tác mạnh mẽ trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ như methylene blue. Cơ chế quang xúc tác của ZnO-C liên quan đến sự hình thành các gốc tự do, giúp phân hủy các chất ô nhiễm trong nước. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hiệu suất phân hủy của ZnO-C có thể đạt tới 90% trong điều kiện tối ưu. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của ZnO-C trong việc xử lý nước thải chứa phẩm màu, đồng thời góp phần vào việc bảo vệ môi trường.
II. Ứng dụng trong phân hủy methylene blue
Việc sử dụng ZnO-C trong phân hủy methylene blue đã được nghiên cứu sâu rộng. Các yếu tố như pH, nồng độ chất xúc tác và nồng độ phẩm màu đều ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy. Nghiên cứu cho thấy, ở pH 7 và nồng độ chất xúc tác 60 mg, hiệu suất phân hủy đạt mức tối ưu. Cơ chế phân hủy liên quan đến sự hình thành các gốc hydroxyl và superoxide, giúp phá vỡ cấu trúc của methylene blue. Điều này không chỉ giúp làm sạch nước mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và sinh thái.
2.1. Cơ chế quang xúc tác
Cơ chế quang xúc tác của ZnO-C trong việc phân hủy methylene blue được giải thích qua sự hình thành các gốc tự do. Khi ZnO-C được chiếu sáng, các electron được kích thích từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra các lỗ trống và electron tự do. Những electron này phản ứng với nước và oxy để tạo ra các gốc hydroxyl, có khả năng tấn công và phân hủy các phân tử methylene blue. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng các chất cho electron như methanol có thể tăng cường hiệu suất phân hủy, mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước thải.
III. Sản xuất hydrogen peroxide
ZnO-C không chỉ có khả năng phân hủy methylene blue mà còn có thể được sử dụng trong sản xuất hydrogen peroxide (H2O2). Quá trình này diễn ra thông qua quang xúc tác, nơi ZnO-C đóng vai trò là chất xúc tác chính. Nghiên cứu cho thấy, việc điều chỉnh các yếu tố như nồng độ chất cho electron và lượng chất xúc tác có thể tối ưu hóa sản lượng H2O2. H2O2 là một chất oxy hóa mạnh, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y tế, từ khử trùng đến sản xuất hóa chất.
3.1. Cơ chế sản xuất H2O2
Cơ chế sản xuất H2O2 từ ZnO-C liên quan đến sự tương tác giữa các gốc tự do và các phân tử oxy. Khi ZnO-C được chiếu sáng, các electron tự do sẽ phản ứng với oxy để tạo ra H2O2. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng các chất cho electron như methanol có thể làm tăng đáng kể sản lượng H2O2. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn mở ra cơ hội mới cho việc ứng dụng ZnO-C trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.
