Thuốc nhuộm hữu cơ được biết đến như một nhóm chất ô nhiễm chính, xuất hiện trong nước thải của các ngành công nghiệp như mỹ phẩm, dệt, da, in ấn, thuốc và cao su. Đây là những mối đe dọa lớn đối với con người, động vật và hệ sinh thái dưới nước bởi khả năng phân hủy sinh học kém và xu hướng gây ung thư của chúng. Hơn nữa, các chất ô nhiễm này cũng có tác động xấu đến tính chất và chất lượng của nước, cản trở sự thẩm thấu của ánh sáng mặt trời làm bất lợi cho cây thủy sinh quang hợp. Việc sử dụng thuốc nhuộm xanh methylen trong nước có thể gây ra nhiều bệnh lý như rối loạn tiêu hóa, khó chịu và thiếu máu, do đó cần thiết phải ngăn chặn tác hại của các thuốc nhuộm này đối với hệ sinh thái. Trong nhiều năm qua, đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện để cải thiện nước bị ô nhiễm bằng cách sử dụng các kỹ thuật xử lý nước như sinh học, hóa học, hấp phụ, đông tụ và tách màng. Tuy nhiên, các kỹ thuật trên chỉ tập trung vào việc chuyển đổi các chất ô nhiễm trong nước vào pha rắn dẫn đến việc tạo ra các chất ô nhiễm thứ cấp có thể có tác động gây hại tương đương đối với hệ sinh thái. Vì vậy, cần tìm ra một phương pháp hiệu quả và an toàn để loại bỏ thuốc nhuộm mà không tạo ra chất độc hại thứ cấp nào. Xúc tác quang bán dẫn là một công nghệ để xử lý và cải tạo các vùng nước bị ô nhiễm đã được khám phá trong thời gian gần đây. Công nghệ này có nhiều tiềm năng với ưu điểm là thân thiện với môi trường, chi phí thấp và bền vững, có thể làm sạch nước bị ô nhiễm bởi các thuốc nhuộm mà không tạo ra sản phẩm trung gian độc hại trong hầu hết các trường hợp. Các chất xúc tác quang đã được khám phá trong những năm gần đây bao gồm titan đioxit (TiO2), kẽm oxit (ZnO), vonfram oxit (WO3) và nhiều chất khác. Trong số các oxit kim loại bán dẫn, ZnO là một trong những bán dẫn loại n tốt nhất về mặt kỹ thuật, rẻ và không độc hại, với các đặc tính điện và quang học độc đáo. Khi ở dạng nano, ZnO trở thành một chất xúc tác quang tuyệt vời. Nano ZnO có thể được tổng hợp bằng các kỹ thuật vật lý và hóa học khác nhau, bao gồm cắt lazer, phún xạ, nghiền bi, đốt cháy, kết tủa, thủy nhiệt và dung nhiệt.

Trong nghiên cứu này, các hạt nano oxit kẽm được tổng hợp bằng kỹ thuật sol-gel, hoạt tính quang của các hạt nano ZnO ở các nhiệt độ nung khác nhau đã được khảo sát, đồng thời được sử dụng làm chất xúc tác quang để phân hủy xanh methylen trong dung dịch nước dưới ánh sáng mô phỏng mặt trời.

Hình ảnh SEM của ZnO tại nhiệt độ nung a) 400 độ C; b) 500 độ C; c) 600 độ C và d) 700 độ C

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu nano ZnO bằng phương pháp sol-gel. Cấu trúc đặc trưng của vật liệu nano ZnO được xác định bởi phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Phổ XRD chứng tỏ rằng mẫu có cấu trúc wurtzite với kích thước tinh thể nano oxit kẽm trong khoảng 22-32 nm. Các hình ảnh SEM cho thấy sự phân bố đồng đều của các hạt nano. Hơn nữa vật liệu có hiệu quả cao trong quang xúc tác phân hủy xanh methylen, đạt hiệu suất 95,1% sau 4 giờ xử lý dưới ánh sáng khả kiến. Kết quả thu được sẽ là cơ sở để phát triển các chất xúc tác quang nano ZnO ứng dụng trong xử lý môi trường.