Tóm tắt Luận án Tiến sĩ khoa học vật chất: Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng xúc tác trên cơ sở nano titan dioxide và khung cơ kim-zirconi (Zr-MOFs) ứng dụng xử lý chất độc thần kinh cơ phốt pho

Luận án nghiên cứu về tổng hợp và đặc trưng xúc tác trên cơ sở nano titan dioxide (TiO2) và khung cơ kim - zirconi (Zr-MOFs) nhằm ứng dụng trong xử lý chất độc thần kinh cơ phốt pho (OPNAs). Các phương pháp xử lý OPNAs bao gồm hấp phụ, oxy hóa nâng cao, phân hủy quang xúc tác, quang Fenton và phương pháp sinh học. Luận án tập trung vào phát triển vật liệu xúc tác có khả năng phân hủy hiệu quả chất độc thần kinh cơ phốt pho, đặc biệt là sử dụng TiO2 và Zr-MOFs, do những ưu điểm vượt trội về diện tích bề mặt, cấu trúc mao quản và khả năng biến tính.

Luận án này hướng đến việc tổng hợp các vật liệu xúc tác mới, đặc biệt là trên cơ sở nano TiO2 và Zr-MOFs, để xử lý chất độc thần kinh cơ phốt pho (DMNP) hiệu quả. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực quân sự và bảo vệ môi trường, đồng thời mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý các hợp chất cơ phốt pho trong công nghiệp và dân sinh.

Luận án đã đạt được những kết quả chính sau:

1. **Tổng hợp và đặc trưng vật liệu:** Đã tổng hợp thành công nano TiO2 và 9 loại Zr-MOFs với cấu trúc và tính chất khác nhau. Đặc biệt, UiO-66C và UiO-66C/g-C3N4 được tổng hợp từ chất liên kết H2BDC tái chế từ nhựa PET phế thải, thể hiện tính ứng dụng cao trong bảo vệ môi trường.

2. **Đánh giá hoạt tính xúc tác của nano TiO2:** Nano TiO2-100 thể hiện khả năng phân hủy quang xúc tác DMNP đạt 96,14% sau 120 phút trong điều kiện tối ưu. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự kết hợp giữa thủy phân và quang xúc tác làm tăng hiệu quả xử lý DMNP.

3. **Nghiên cứu vật liệu UiO-66C/g-C3N4:** UiO-66C/g-C3N4-30% cho thấy hiệu suất phân hủy quang xúc tác DMNP lớn nhất đạt 98,9% (60 phút) trong môi trường nước (pH = 7), cao hơn so với UiO-66C đơn thuần. Việc đưa UiO-66C lên g-C3N4 giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và hạn chế tái tổ hợp điện tử, từ đó nâng cao hiệu quả phân hủy.

4. **Phân tích vật liệu Ti-MOF-808(Zr):** So sánh hiệu quả phân hủy quang xúc tác DMNP của MOF-808(Zr) và 4%Ti–MOF-808(Zr) cho thấy, 4%Ti–MOF-808(Zr) có thời gian bán hủy DMNP ngắn hơn (0,25 phút) và khả năng phân hủy hoàn toàn DMNP nhanh hơn (1,34 phút). Điều này chứng tỏ sự hiện diện của ion Ti4+ trong vật liệu giúp tăng cường hoạt tính xúc tác.

5. **Đề xuất cơ chế phản ứng:** Luận án đã đề xuất cơ chế phân hủy DMNP trên các xúc tác UiO-66C/g-C3N4-30% và 4%Ti–MOF-808(Zr), làm cơ sở cho việc phát triển vật liệu xử lý chất độc thần kinh cơ phốt pho hiệu quả.