Các loại hợp chất hữu cơ độc hại mang màu như MB, MO, RhB được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như mỹ phẩm, dược phẩm, dệt, giấy, nhuộm, nhựa,… việc thải ra môi trường các loại phẩm màu sẽ gây nguy hiểm cho sinh vật và môi trường. Hiện nay, có nhiều phương pháp như hấp phụ, lọc màng, đông tụ/tạo bông, phân hủy sinh học hiếu khí, điện hóa đã được sử dụng để xử lý phẩm màu hữu cơ độc hại trước khi thải ra môi trường. Trong số đó, phương pháp quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ mang màu sử dụng nano oxit kim loại được nghiên cứu rộng rãi và có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác như loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ, có khả năng hoạt động ở nhiệt độ thường, không tạo bùn thải… Có thể nói, xúc tác quang là phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường để xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại nói riêng và xử lý nước thải nói chung.
Các loại oxit kim loại thể hiện hoạt tính xúc tác quang tốt và thường được sử dụng để nghiên cứu phân hủy các hợp chất hữu cơ ô nhiễm thành CO2 và H2O như TiO2, ZnO, ZrO2, Fe2O3, V2O5,…Cơ chế của quá trình xúc tác quang hóa phân hủy phẩm màu sử dụng oxit kim loại được mô tả như sau [14]:
- Quá trình kích thích oxit kim loại (MOx) bởi ánh sáng thích hợp tạo thành các cặp điện tử (e-) và lỗ trống quang sinh (h+) :
MOx + hυ → e- + h+
tử H2O bị hấp phụ:
MOx(h+) + H2O → *
OH + H+ + MOx
- Các điện tử (e-) di chuyển đến bề mặt xúc tác và phân tử O2 hòa tan trong dung dịch đóng vai trò như chất nhận điện tử:
MOx(e-) + O2 → O2- + MOx - Phản ứng của anion O2-
O2- + H2O → HO2-
+ OH- HO2- + H2O → H2O2 + OH-
-Sự chuyển đổi quang của H2O2 để tạo ra nhiều gốc *OH hơn H2O2 + MOx(e-) → MOx + OH- + *OH
- Phản ứng tổng quát:
Hợp chất hữu cơ độc hại + MOx + hυ → CO2 + H2O
Như vậy, xử lý hợp chất hữu cơ độc hại bằng phương pháp quang xúc tác là phương pháp đơn giản và thân thiện môi trường. Việc tìm ra vật liệu có khả năng xúc tác quang dưới ánh sáng mặt trời luôn được các nhà khoa học quan tâm.