CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.6. Ứng dụng của vật liệu TiO2 và vật liệu từ tính trên cơ sở TiO2
Vật liệu quang xúc tác TiO2 đã được ứng dụng rộng rãi trong xử lý các chất ô nhiễm. Đối với các chất hữu cơ nói chung, TiO2 có khả năng xử lý thành các chất vơ cơ ít độc hại với mơi trường như CO2, H2O…
TiO2 cũng được ứng dụng để xử lý nước thải từ các nhà máy công nghiệp chứa phần lớn các chất hữu cơ như benzen, phenol, thuốc trừ sâu, các loại thuốc nhuộm azo,… Dưới tác dụng của quang xúc tác TiO2 có thể phân hủy thành các chất vơ cơ đơn giản ít độc hại hơn như CO2, H2O, 15 các axit vô cơ,… [11].
Với các chất vô cơ độc hại như các ion nitrit, sunfit, xyanua… thì dưới tác dụng của ánh sáng kích thích, TiO2 có khả năng xử lý thành các chất ít độc hại hơn như NO3-, SO42- CO2, N2…
TiO2 cũng được ứng dụng để diệt khuẩn, khử trùng. Q trình quang xúc tác có thể phá hủy các vật liệu sinh học như vi khuẩn, vi rút và nấm mốc… Cơ chế diệt khuẩn này chủ yếu là do các lỗ trống quang sinh, electron quang sinh có trên bề mặt xúc tác có tác dụng phá hủy hoặc làm biến dạng thành tế bào, làm đứt gãy chuỗi AND của các vật liệu sinh học kể trên làm cho chúng không hoạt động hoặc chết. Xúc tác quang hóa khơng chỉ tiêu diệt các tế bào vi khuẩn mà còn phân hủy các tế bào đó. Hiệu quả khử mùi, làm sạch khơng khí. Trong ứng dụng khử mùi, các gốc hydroxyl thúc đẩy nhanh quá trình phá vỡ của các hợp chất hữu cơ không bền hay VOCs bằng cách phá hủy các liên kết trong phân tử. Điều này giúp kết hợp các khí hữu cơ để tạo thành các đơn phân tử mà khơng gây hại cho con người vì thế làm tăng hiệu quả làm sạch khơng khí. Vài ví dụ về các phân tử có mùi như mùi thuốc lá, HCHO, NO2, mùi nước tiểu, dầu hỏa và bất kì phân tử hydrocarbon nào trong khí quyển.
Máy làm sạch khơng khí với TiO2 có thể ngăn khói thuốc và chất bẩn, phấn hoa, vi khuẩn, virus và các khí độc cũng như bắt giữ các vi khuẩn tự do trong khơng khí bằng cách lọc khoảng 99.9% với sự trợ giúp của quang xúc tác TiO2. Các thành phần khơng khí như chlorofluorocarbon (CFCs), CFC và các hợp chất nitrogen, lưu huỳnh trải qua các phản ứng quang hóa trực tiếp hoặc gián tiếp khi có ánh sáng mặt trời. Trong vùng ơ nhiễm, các chất ơ nhiễm này cuối cùng có thể bị loại bỏ.
Ngoài ra, TiO2 được sử dụng để chế tạo vật liệu có bề mặt chống bám sương, tự làm sạch [14,36].
Một số cơng trình đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tính trên cơ sở TiO2 và ứng dụng để xử lý nhiều đối tượng chất ô nhiễm khác nhau. Tổng hợp các nghiên cứu này được trình bày trong bảng 1.5.
Bảng 1.5. Một số nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tính trên cơ sở TiO2
Vật liệu Phƣơng pháp tổng hợp
Đối tƣợng, điều kiện thử hoạt tính, hiệu quả
Số TLTK
TiO2@SiO2@Fe3O4 Phương pháp sol-gel
Đối tượng: sự phân huỷ của diclofenac.
Điều kiện: đèn LED và ánh sáng mặt trời, thời gian chiếu xạ 213.85 phút, pH = 4,31, khối lượng xúc tác quang 0,06g và nồng độ diclofenac 10,25 mg/L.
Hiệu quả: Tỷ lệ phần trăm suy giảm quang xúc tác của diclofenac là 99,56%. [46] Fe3O4@SiO2@TiO2- Co/rGO Phương pháp sol-gel và phương pháp thủy nhiệt
Đối tượng: methylene xanh (MB). Điều kiện: Đèn Xe 300 W, nồng độ MB 10mg/L, lượng xúc tác 0,3g/L, thời gian 160 phút.
Hiệu quả: Hiệu suất phân huỷ
metylen xanh 92,41%, hiệu quả xử lý vẫn được duy trì sau khi sử dụng trong 5 lần.
N-
TiO2@SiO2@Fe3O4
Phương pháp hydrazine
Đối tượng: para-nitrophenol (p- NP) và xanh methylene (MB) Điều kiện: Ánh sáng khả kiến, nồng độ 10 ppm.
Hiệu quả xử lý: Hiệu quả xử lý MB là 92.34%, p-NB là 78,61%. [34] N- TiO2@SiO2@Fe3O4 Phương pháp sol-gel
Đối tượng: paraquat (PQ)
Điều kiện: Ánh sáng khả kiến, thời gian 180 phút, nồng độ 10mg/L.
Hiệu suất: 84,71%
[15]
TiO2/SiO2@Fe3O4 Phương pháp sol-gel
Đối tượng: RhB
Điều kiện: Tia UV, thời gian 60 phút, 10mg/L RhB Hiệu suất: 98,1% [27] γ-Fe2O3@ SiO2@TiO2 Phương pháp giảm nhiệt dung
biến đổi, phương pháp sol-gel Đối tượng: RhB Điều kiện: Đèn Xe 300W, 10mg/L RhB
Hiệu suất: 80% trong 80 phút