Bảng 1.2. Trình bày một số báo cáo gần đây về cách điều chế và ứng dụng của vật liệu tổng hợp dựa trên graphen trong việc xử lý môi trường
loại bỏ các hợp chất hữu cơ
Vật liệu Cách chế tạo vật liệu Chất gây ô nhiễm
TiO2/GO TiO2 phân tán trong axit oleic ở nhiệt độ thấp.
Phương pháp thủy nhiệt để trộn hỗn hợp trên với GO phân tán trong tolen
Xanh metylen
TiO2/
Graphen
Trộn GO, nước và natri đođexylsulfat, sau đó
thêm từ từ hỗn hợp TiCl3, Na2SO4 và H2O2.
Methyl da cam
CoFe2O4/
Graphen
Sử dụng phương pháp thủy nhiệt với hỗn hợp
GO được phân tán trong ethanol với Co2+, Fe3+.
Phenol
MnFe2O4/
Graphen
Hỗn hợp GO phân tán trong dung dịch
Mn(NO3)2 và Fe(NO3)3 trong etanol với tỉ lệ
pH phù hợp và sử dụng phương pháp thủy nhiệt
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành Hóa môi trường
20
Graphen là chất bán dẫn n với diện tích bề mặt lớn, tính dẫn điện tốt và các electron di chuyển nhanh. Việc hợp nhất 2 thành phần (ví dụ như oxit kim loại, các hạt nano kim loại) từ những tác động qua lại lẫn nhau và sắp xếp dải đều trên graphen hay trên GO đã xuất hiện các tính chất đặc biệt, có thể ứng dụng làm chất xúc tác, đặc biệt là xúc tác quang. Hiệu suất của các vật liệu tổng hợp dựa trên graphen được cải thiện có thể làm tăng hiệu quả di chuyển của các electron cảm quang và làm giảm sự kết hợp trở lại của các electron.
Vật liệu TiO2/graphen được coi là xúc tác quang hóa phổ biến nhất trong
việc làm giảm hoạt tính của các gốc hóa trị II và các chất gây ô nhiễm. Nguyên
nhân là do TiO2 có kích thước nano nên diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và graphen
đồng nhất có khả năng dẫn điện tốt. Vì vậy điện trở tích điện và tốc độ kết hợp lại của điện tích giảm. Điều này cho thấy hoạt tính quang hóa tăng lên là do sự hấp phụ và sự chuyển động nhanh của electron khi có mặt graphen. Do đó vật liệu hấp thu
một phần lớn năng lượng quang hóa, dẫn đến gốc OH. được tạo ra nhiều hơn TiO2
trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Hình dạng và cách sắp xếp của các hạt TiO2 nano
trên graphen có ảnh hưởng lớn đến hoạt tính quang hóa của vật liệu TiO2/graphen.
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành Hóa môi trường
21
Hình 1.13. So sánh nhu cầu COD của thuốc nhuộm hoạt tính 195 (RR 195), Axit 2,4-điclophenoxyaxetic (2,4-D) dưới bức xạ UV
So sánh hoạt tính quang hóa của các vật liệu: CeO2-TiO2-graphen (CT-GR),
CeO2-TiO2-Cacbon ống nano (CT-CNTs) và CeO2-TiO2-cacbon hoạt tính (CT-AC)
ta thấy: khi giảm hoạt tính quang hóa và giảm nhu cầu oxi hóa học (COD) của thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 195 (RR 195), axit 2,4-điclophenoxyxetic (2,4-D) dưới bức xạ UV, phản ứng có xúc tác CT-GR nano cao nhất và cao hơn các xúc tác khác trong điều kiện phản ứng tương tự (hình 1.13). Sự tăng hoạt tính quang hóa được cho là do diện tích bề mặt cao hơn, tốc độ kết hợp trở lại của electron và không lỗ trống thấp hơn.
Ngoài các vật liệu TiO2/graphen, nhiều chất xúc tác quang hóa biến tính khác
cũng được nghiên cứu như Au/GO, ZnO/graphen, XFe2O4/graphen (X = Zn, Mn,
Co), Cu/rGO, CuO/graphen, Mn2O3/graphen, SiC/graphen, CdS/graphen,…
Theo nghiên cứu của Fu, sự kết nối các hạt nano MnFe2O4 với graphen dẫn
đến hoạt tính xúc tác quang hóa cao khi làm giảm hoạt tính của Xanh metylen trong
vùng ánh sáng nhìn thấy, mặc dù MnFe2O4 không có hoạt tính xúc tác quang hóa.