Nhóm nghiên cứu tại Viện KHVL đã đánh giá hiệu quả xúc tác quang hóa của các tinh thể nano TiO2 trong phân hủy chất màu hữu cơ Rhodamine B và Rose Bengal

Vật liệu xúc tác quang trên cơ sở vật liệu nano TiO2 đã được nghiên cứu mạnh mẽ và ngày càng được ứng dụng nhiều trong giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường. Trong dự án hợp tác quốc tế “Vật liệu quang xúc tác để xử lí chất thải hữu cơ công nghiệp khó phân hủy (Photocatalytic Materials for the Destruction of Recalcitrant Organic Industrial Waste, PCATDES)” thuộc chương trình Vật liệu quang xúc tác để xử lý ô nhiễm của Ủy ban Châu Âu, nhóm nghiên cứu của GS. TS. Nguyễn Quang Liêm (chủ dự án nhánh phía Việt Nam) cũng đã lựa chọn TiO2 làm đối tượng nghiên cứu. Trong đó, các nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano TiO2 đơn pha brookite đã được TS. Trần Thị Thương Huyền (thành viên nhóm) thực hiện triển khai. Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến chế tạo và khai thác tiềm năng ứng dụng của pha tinh thể brookite còn rất hạn chế do gặp khó khăn trong tổng hợp vật liệu. Brookite luôn có xu hướng kết tinh trong pha hỗn hợp với anatase hoặc rutile do vậy làm giảm hoạt tính, cũng như thu hẹp sự quan tâm nghiên cứu, phạm vi ứng dụng của pha tinh thể này. Việc chủ động điều khiển được quy trình chế tạo các tinh thể nano này đã giúp nhóm nghiên cứu tiếp tục triển khai các khảo sát về vai trò xúc tác quang trong các phản ứng phân hủy/loại bỏ hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong nước thải.

Hình 1: (Trái) Ảnh HR-TEM và (phải) cơ chế phản ứng quang xúc tác của các nano tinh thể TiO2 đơn pha brookite

     Vừa qua, TS. Huyền cùng nhóm nghiên cứu đã công bố công trình khoa học đánh giá hiệu quả xúc tác quang hóa của các tinh thể nano TiO2 pha brookite trong phân hủy chất màu hữu cơ rhodamine b và rose bengal. Ô nhiễm nước thải bởi chất màu/thuốc nhuộm ngày càng gia tăng theo tốc độ phát triển kinh tế và gia tăng dân số. Chất màu đạt độ bền màu cao, dễ tan trong nước nhưng khó phân hủy hoàn toàn dù ở nồng độ rất thấp (< 1ppm). Ngưỡng nồng độ này cũng có thể gây ngộ độc cho các sinh vật sinh sống dưới nước và con người thường xuyên tiếp xúc với các nguồn nước thải bị ô nhiễm. Trong công bố này, các tinh thể nano brookite được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt có đường kính khoảng 10 nm; dạng tựa cầu (Hình 1); độ rộng vùng cấm ~ 3,25 eV; thể hiện hiệu quả xúc tác quang hóa cao, so sánh được với vật liệu TiO2 thương mại P25 và pha tinh thể anatase chế tạo cùng quy trình (Hình 2). Các thông tin đánh giá hiệu quả xúc tác quang hóa dựa vào độ suy giảm cường độ và dịch bước sóng của đỉnh hấp thụ cực đại, độ suy giảm hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC) của các dung dịch chất màu sau xử lý. Hệ phản ứng quang xúc tác sử dụng nguồn sáng mô phỏng phần ánh sáng tử ngoại UV-A của ánh sáng mặt trời đến được mặt đất, không bị lớp ozon hấp thụ (về cả phân bố năng lượng và cường độ phát xạ) với dải phổ liên tục trong khoảng 370-400 nm, hàm lượng chất xúc tác thấp (tỷ lệ chất xúc tác/chất màu = 4).

Hình 2: So sánh hiệu quả quang xúc tác của các nano tinh thể TiO2 đơn pha brookite với anatase và rutile trong phân hủy chất màu (trái) rose bengal và (phải) rhodamine B.

    Kết quả này của nhóm nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí quốc tế uy tín Progress in Natural Science: Materials International (IF = 3,310). Tran Thi Thuong Huyen, Tran Thi Kim Chi, Hendrik Kosslickb and Nguyen Quang Liem, “Highly active brookite TiO2-assisted photocatalytic degradation of dyes under the simulated solar-UVA radiation”.

Link: https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2019.10.001