Trên cơ sở phân tích tổng quan tài liệu có thể rút ra kết luận như sau:
- Vật liệu TiO2 có thể kết hợp với CNTs nhằm tận dụng các tính chất ưu việt của CNTs như độ đen tuyệt đối, tính dẫn điện cao, khả năng lưu giữ electron tốt. Đồng thời sự có mặt của CNTs trong tổ hợp TiO2/CNTs sẽ giúp electron quang sinh dễ dàng di chuyển vào nhân ống nano carbon. Quá trình thu nhận và lưu giữ electron quang sinh từ TiO2 trong quá trình quang xúc tác sẽ được tăng cường, dẫn đến lỗ trống quang sinh được tồn tại độc lập, tự do di chuyển ra bề mặt, khi đó toàn bộ bề mặt TiO2 được dành cho quá trình oxy hóa, tạo ra các vùng oxy hoá – khử riêng biệt;
- Các nghiên cứu về xúc tác TiO2/CNTs phần lớn tập trung vào nguồn TiO2
thương mại hoặc hạt TiO2 nano. Trong khi đó, vật liệu ống nano TiO2 đang ngày càng thể hiện những ưu điểm vượt trội so với các dạng TiO2 nêu trên nhờ cấu trúc rỗng của nó. Cấu trúc ống nano TiO2 tạo điều kiện thuận lợi cho sự vận chuyển electron quang sinh, lỗ trống quang sinh hoặc các ion thuận lợi không chỉ trong lỗ trống mà còn theo thành ống nên thời gian chuyển vận nhanh hơn, ít bị giữ lại trong khi di chuyển, góp phần hạn chế khả năng tái kết hợp của điện tử quang sinh là lỗ trống quang sinh. Ngoài ra, cấu trúc lỗ rỗng của vật liệu còn giúp tăng cường khả năng lọc xúc tác cũng như khuếch tán các ion ở bề mặt giao tiếp chất bán dẫn;
- TiO2/CNTs chủ yếu được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, phương pháp này thường sử dụng nguyên liệu là các alkoxit titan có giá thành cao, cộng thêm các điều kiện khắt khe trong xử lý nhiệt khi có mặt của cacbon để tạo
pha tinh thể hoạt tính anatas. Điều này dẫn đến các xúc tác tổng hợp được theo phương pháp này thường có giá thành rất cao, khó triển khai vào thực tế;
- TiO2 có thể được mang trên các chất mang có diện tích bề mặt riêng lớn để phân tán pha hoạt tính. Các chất mang có thể là trơ hoặc có thể có hiệu ứng hiệp trợ với pha hoạt tính, rất nhiều chất mang đã được lựa chọn để làm chất mang cho pha hoạt tính TiO2, chẳng hạn như silica, nhôm oxit, kẽm oxit, các viên thủy tinh, … Đặc biệt, sự kết hợp giữa TiO2 và vật liệu trên cơ sở nano ZnO có khả năng tạo ra một loại xúc tác nano composit có hoạt tính cao, hoạt động ổn định trong vùng ánh sáng khả kiến;
- Các nghiên cứu về xúc tác TiO2 chủ yếu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, khảo sát trên hệ phản ứng gián đoạn. Xúc tác được tổng hợp dưới dạng bột nên khó khăn trong việc lọc, thu hồi và tái sử dụng xúc tác. Đây là một trở ngại lớn khi áp dụng vào các hệ thống xử lý chất thải theo nguyên lý liên tục ở thực tế;
- Các hệ thống phản ứng quang hoá theo nguyên lý liên tục đòi hỏi chất xúc tác không những tiếp xúc tốt với các tác chất mà còn phải tiếp xúc với ánh sáng theo cường độ cao nhất. Vì vậy, ngoài xúc tác quang hoá dạng bột, dạng hạt cần nghiên cứu một dạng xúc tác quang hoá đặc thù, có liên kết tốt với hệ thống phản ứng và đáp ứng được các yêu cầu trên;
- Sử dụng ánh sáng mặt trời làm tác nhân quang hoá góp phần tiết kiệm năng lượng nhưng đòi hỏi phải được nghiên cứu một cách hệ thống vì đó là nguồn ánh sáng không ổn định theo thời gian, địa điểm và thời tiết.
Với những lý do trên, ý tưởng của đề tài luận án là hướng tới việc nghiên cứu phát triển các chất xúc tác quang hóa trên cơ sở TiO2 nano có hoạt tính cao, được điều chế đơn giản từ các nguồn nguyên liệu sẵn có, xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm, có khả năng áp dụng linh hoạt trên các hệ phản ứng gián đoạn và liên tục. Cụ thể:
- Điều chế ống TiO2 nano từ các nguồn nguyên liệu khác nhau trong đó có TiO2
- Kết hợp ống TiO2 nano với vật liệu có hoạt tính quang hoá trong vùng ánh sáng khả kiến trên cơ sở ống nano carbon (CNTs), ZnO, SiO2;
- Tổng hợp sol TiO2 và đưa lên bề mặt vật liệu thuỷ tinh bằng phương pháp nhúng phủ, sử dụng chất kết dính sol SiO2
- Đánh giá hoạt tính quang oxi hoá của xúc tác bằng cách sử dụng chất phản ứng giả lập (model) là xanh metylen;
- Thiết kế chế tạo hệ thiết bị làm việc theo chế độ dòng liên tục, sử dụng ánh sáng mặt trời.