Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp nano trên cơ sở TiO2 - Graphene oxide (GO) định hướng ứng dụng trong xử lý nước

Ô nhiễm nguồn nước là một thách thức nghiêm trọng trong thế kỷ 21, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Các phương pháp xử lý nước truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế về hiệu quả và tác động môi trường. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển vật liệu tiên tiến có khả năng khử trùng nước hiệu quả và thân thiện với môi trường là yêu cầu cấp thiết. Vật liệu xúc tác quang, đặc biệt là TiO2, đã chứng minh tiềm năng lớn trong xử lý nước nhờ khả năng phân hủy chất hữu cơ và khử trùng vi khuẩn. Tuy nhiên, TiO2 có hạn chế về phổ hấp thụ ánh sáng (chỉ hoạt động hiệu quả dưới tia UV) và tỷ lệ tái tổ hợp electron-lỗ trống cao.

Luận án này hướng đến các nhà khoa học, nghiên cứu sinh, sinh viên và chuyên gia trong lĩnh vực khoa học vật liệu, hóa học vô cơ, công nghệ nano và kỹ thuật môi trường, đặc biệt là những người quan tâm đến ứng dụng vật liệu nano trong xử lý nước.

Luận án tập trung nghiên cứu và phát triển các vật liệu tổ hợp nano đa chức năng tiên tiến nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm và khử trùng nước hiệu quả, thân thiện với môi trường. Nhận thấy những hạn chế của các phương pháp xử lý nước truyền thống và vật liệu TiO2 đơn lẻ (phổ hấp thụ hẹp, tái tổ hợp electron-lỗ trống nhanh), nghiên cứu này đề xuất tích hợp TiO2 với graphene oxide (GO) và bổ sung thêm thành phần thứ ba là hạt nano bạc (AgNPs) hoặc oxide sắt từ (Fe3O4). Mục tiêu là tạo ra các vật liệu tổ hợp có khả năng quang xúc tác vượt trội dưới ánh sáng khả kiến, hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ, đồng thời dễ dàng thu hồi và tái sử dụng. Cụ thể, luận án nghiên cứu tổng hợp hai loại vật liệu tổ hợp chính: GO-Fe3O4-TiO2 (GMT) và GO-AgNPs-TNTs (GAT). Đối với GMT, các hạt nano TiO2 hình cầu và Fe3O4 được tổng hợp trên nền GO bằng phương pháp hóa học. Đối với GAT, ống nano TiO2 và nano bạc được gắn trên GO thông qua phương pháp chiếu xạ gamma (60Co). Các phương pháp tổng hợp này được lựa chọn để đảm bảo sự gắn kết đồng nhất giữa các thành phần, tối ưu hóa hiệu suất. Luận án tiến hành đánh giá chi tiết các đặc tính lý-hóa của vật liệu tổ hợp, bao gồm cấu trúc, hình thái, diện tích bề mặt và tính chất nhiệt, sử dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại như FTIR, UV-Vis, XRD, SEM, TEM, TGA, ICP-MS. Đặc biệt, hiệu quả ứng dụng của các vật liệu này trong xử lý nước được khảo sát thông qua thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác phân hủy phẩm nhuộm hữu cơ (như Rhodamine B, Methylene blue) và hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn E. coli dưới điều kiện ánh sáng tự nhiên. Kết quả nghiên cứu kỳ vọng sẽ cung cấp các giải pháp vật liệu mới, hiệu quả và bền vững cho công nghệ xử lý nước trong tương lai.