Các phản ứng có thể xảy ra giữa cation kim loại (Mn+) và spinel ferrite bởi các nhóm hydroxyl hoặc anion O- trên bề mặt, thể hiện ở phản ứng sau:
SFNP - OH + Mn+ → SFNP - O - M(n-1)+ + H+ (phức nội cầu) SFNP - O- + Mn+ → SFNP - O … M(n-1)+ (phức ngoại cầu)
Nói chung, cơ chế hấp phụ có thể khác nhau tùy thuộc vào chất gây ô nhiễm và spinel ferrite được sử dụng. Ví dụ, đối với sự hấp phụ Pb2+ bởi Co0.6Fe2.4O4 thì sự trao đổi ion hóa học được xác định là cơ chế chính. Khi pH < 7 nó là sự trao đổi ion và hình thành phức ngoại cầu, trong khi pH > 7 nó lại là sự hình thành phức nội cầu [45]. Trong nghiên cứu của nhóm tác giả Neyaz đã đưa ra cơ chế hấp phụ chính của q trình loại bỏ Cu2+ bởi vật liệu Fe3O4 phủ silica là sự trao đổi ion và lực hút tĩnh điện [134]. Trong khi đó, cơ chế hấp phụ loại bỏ Cr(VI) bởi NiFe2O4 được xác định là q trình hấp phụ vật lý [85]. Tóm lại, bản chất của chất gây ô nhiễm và chất hấp phụ như các nhóm chức, cấu trúc xốp, trạng thái oxy hóa và điện tích bề mặt đóng vai trị quyết định đến cơ chế hấp phụ.
1.2. Vật liệu TiO2
1.2.1. Cấu trúc và tính chất của TiO2
TiO2 là một oxit kim loại chuyển tiếp thuộc phân nhóm IVB, có 4 dạng thù hình. Ngồi dạng vơ định hình, nó có ba dạng tinh thể là anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) và brookite (orthorhombic) (Hình 1.4). Rutile là dạng bền phổ biến nhất của TiO2, có mạng lưới tứ phương trong đó mỗi ion Ti4+ được ion O2-
bao quanh kiểu bát diện, đây là kiến trúc điển hình của hợp chất có cơng thức MX2, anatas và brookite là các dạng giả bền và chuyển thành rutile khi nung nóng. Trong anatas, liên kết Ti-Ti dài hơn, trong khi liên kết Ti-O lại ngắn hơn so với trong rutile. Bên cạnh đó, trong cấu trúc rutile mỗi mặt bát diện của tinh thể này lại tiếp xúc với 10 mặt bát diện của 10 đơn vị tinh thể xung quang. Còn trong cấu trúc anatas, mỗi mặt bát diện của tinh
thể này lại tiếp xúc với 8 mặt bát diện của 8 đơn vị tinh thể xung quanh [169]. Chính sự khác biệt trên đã tạo ra sự khác nhau về mật độ khối lượng cũng như năng lượng vùng cấm của hai dạng tinh thể của TiO2.