Titan dioxit (TiO2) là một oxit kim loại bán dẫn, được dùng như chất quang xúc tác thông dụng nhờ những đặc tính nổi trội như hoạt tính quang xúc tác và tính bền quang cao, thế oxi hóa mạnh, và không độc hại. Vật liệu này có những ứng dụng tiềm năng trong khử nhiễm môi trường đối với nhiều loại chất hữu cơ, vi khuẩn, virus, nấm, tảo, và tế bào ung thư trong pha khí và pha lỏng, nhưng vẫn có những hạn chế nhất định trong ứng dụng thực tế khi sử dụng TiO2 dạng bột hoặc hạt nano như:

Khó tách TiO2 khỏi môi trường phản ứng:

Khó ứng dụng huyền phù TiO2 trong các quá trình liên tục;

Nguy cơ gây ô nhiễm thứ cấp khi các hạt bị phân tán;

Khả năng hấp phụ kém với nhiều chất;

Sự cần thiết của quá trình khuếch tán phân tử chất ô nhiễm đến các vị trí hoạt động;

Sự tái tổ hợp của điện tử - lỗ trống cần được ngăn chặn để quá trình quang xúc tác diễn ra hiệu quả.

TiO2 kết hợp là một lựa chọn phù hợp để giải quyết các vấn đề này. Trong số các chất nền, sợi than hoạt tính (activated carbon fiber, ACF) thường được sử dụng làm chất mang xúc tác cho các mục đích khác nhau vì đây là loại vật liệu carbon xốp mịn với sự phân bố kích cỡ lỗ vi xốp đồng đều hơn và thể tích lỗ xốp lớn hơn so với than hoạt tính dạng hạt. Mặc dù có khả năng hấp phụ hiệu quả nhiều chất bị hấp phụ nhờ vào diện tích bề mặt riêng rất lớn, bản thân ACF vẫn không thể phân hủy các chất này.

Các silicat lớp chức hóa bằng aminopropyl (gọi tắt là aminoclay) là một trong những loại vật liệu “clay-mimicking” (tạm dịch: “bắt chước đất sét” với những ưu điểm: khả năng hấp phụ cao, khả năng phân tán tốt trong nước và xếp chồng trong dung môi phân cực kém, nhiều nhóm chức và kích thước hạt có thể kiểm soát được, sự hòa tan của aminoclay diễn ra ở một khoảng pH rộng. Aminoclay được mô tả có cấu trúc là các cation kim loại ở trung tâm, bắt cặp (tỉ lệ 1 : 1 thành cấu trúc bát diện đôi) hoặc xen kẽ với nhóm chức amino theo (tỉ lệ 2 : 1 thành cấu trúc bát diện ba) bằng liên kết cộng hóa trị. Magie aminoclay (MgAC) đã được nghiên cứu để ứng dụng trong xử lí chất ô nhiễm và làm chất nền hoặc bản mẫu cho sự phát triển của hạt nano.

Để khắc phục nhược điểm của mỗi loại vật liệu và xử lí triệt để chất bị hấp phụ, TiO2 có thể kết hợp với các chất hấp phụ như ACF hay aminoclay để phân hủy các chất dưới sự chiếu tia cực tím. MgAC-TiO2/ACF đã được tác giả tổng hợp và chứng minh có hiệu suất quang xúc tác phân hủy cao đối với xanh methylen ở nồng độ 10 ppm dưới sự chiếu tia cực tím 365 nm. Trong nghiên cứu này, MgAC-TiO2/ACF được tổng hợp lại từ các vật liệu được cung cấp tại Việt Nam thông qua phản ứng sol-gel đơn giản và khả năng quang xúc tác phân hủy xanh malachite của vật liệu được đánh giá ở các nồng độ xanh malachite khác nhau.

Sự thay đổi nồng độ tương đối của xanh malachite theo thời gian trong thí nghiệm đánh giá hoạt tính quang xúc tác của MgAC-TiO2/ACF (kích cỡ mẫu 1 cm × 1 cm, pH = 6,5)

Kết quả của nghiên cứu cho thấy nồng độ ban đầu của chất nhuộm có ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác phân hủy xanh malachite của MgAC-TiO2/ACF. Nồng độ xanh malachite có ảnh hưởng nghịch đến hiệu suất quang xúc tác của MgAC-TiO2/ACF. Ở nồng độ xanh malachite 10 ppm, MgAC-TiO2/ACF thể hiện hiệu suất quang xúc tác cao nhất (27,36 %). Ở nồng độ xanh malachite 15 ppm, MgAC-TiO2/ACF thể hiện hiệu suất quang xúc tác thấp nhất (0,82 %).

lttsuong