Do gốc *OH có khả năng oxy hóa rất mạnh, tốc độ phản ứng oxy hóa rất nhanh và không chọn lựa khi phản ứng với các hợp chất khác nhau nên các quá trình oxy hóa nâng cao trên cơ sở gốc *OH đã được nghiên cứu và áp dụng trong việc xử lý trong nước và nước thải. Các phản ứng tạo ra gốc *OH của từng quá trình oxy hóa nâng cao cụ thể được trình bày trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3 Phản ứng tạo gốc *OH của các quá trình oxy hóa nâng cao
Xúc tác quang dị thể sử dụng các chất bán dẫn là oxit kim loại chuyển tiếp như TiO2, ZnO2, MnO2, … đang được nghiên cứu một cách mạnh mẽ để phân hủy chất màu, các tồn dư thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm trong môi trường nước. Cơ chế của quá trình xúc tác dị thể để phân hủy thuốc nhuộm azo (ví dụ sử dụng ZnO nano) là do các electron trong dải hóa trị chuyển sang dải dẫn dưới sự chiếu xạ UV của chất xúc tác quang. Năng lượng tương ứng cao hơn khoảng cách dải của ZnO (3,37 eV), do đó thúc đẩy việc tạo ra các electron dải dẫn (e−) và lỗ bằng dải hóa trị (h+). Các lỗ mang điện
tích dương được tạo ra có thể oxy hóa trực tiếp thuốc nhuộm azo hoặc phản ứng với hydroxyl (OH−) hoặc H2O để tạo ra các gốc hydroxyl (*OH). Các quang điện tử làm giảm oxy (O2) được hấp phụ trên bề mặt xúc tác quang thành gốc superoxide (*O2-). Cuối cùng, thuốc nhuộm azo đã bị phân hủy bởi *OH và *O2-. Các công thức phản ứng có liên quan được hiển thị như sau:
𝑍𝑛𝑂 + ℎ𝜈 → ℎ++ 𝑒− (2.5) ℎ++ 𝑂𝐻−ℎ𝑜ặ𝑐 𝐻2𝑂 → 𝑂𝐻 (2.6)
𝑒−+ 𝑂2 → 𝑂2− (2.5)
OH-/*O2- +𝑐ℎấ𝑡 𝑚à𝑢 → 𝐶𝑂2+ 𝐻2𝑂 + 𝐶á𝑐 𝑝ℎâ𝑛 𝑡ử 𝑣ô 𝑐ơ (2.6) Cơ chế xúc tác quang dị thể có thể được biểu diễn theo Hình 2.3 dưới đây
Hình 2.2. Cơ chế xúc tác quang phân hủy chất màu dệt nhuộm bằng nano ZnO khi chiếu