Nhằm nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác của vật liệu khung cơ kim (MOFs) trong phân hủy các hợp chất hữu cơ dưới bức xạ của ánh sáng khả kiến; tìm kiếm những vật liệu MOFs có hoạt tính quang xúc tác trong phân hủy các thuốc nhuộm hữu cơ dưới bức xạ của ánh sáng khả kiến; nghiên cứu phương pháp gắn kết TiO2 lên khung cơ kim nhằm tạo ra TiO2@MOF; tìm kiếm những TiO2@MOFs có hoạt tính quang xúc tác trong phân hủy các thuốc nhuộm hữu cơ dưới bức xạ của ánh sáng khả kiến; và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên hoạt tính quang xúc tác của MOFs và TiO2@MOFs, nhóm nghiên cứu từ  Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam do TS. Nguyễn Quốc Thiết làm chủ nhiệm đã đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác của vật liệu khung cơ kim trong phân hủy các thuốc nhuộm hữu cơ dưới bức xạ ánh sáng khả kiến”.

Qua quá trình nghiên cứu, đề tài của đã đạt được những kết quả như sau:

- Tổng hợp thành công một số vật liệu khung cơ bằng phương pháp dung môi nhiệt như: MIL-100(Fe), MIL-110(Cr), MIL101(Fe), MIL-101(Cr), MIL-53(Fe) và MIL-53 (Cr), UiO-66, MOF-199, Cu-1,3-BDC, MOF-5 với các đặc trưng hóa lý như mong muốn.

- Khảo sát độ bền trong nước của các vật liệu khung cơ kim: MIL-100(Fe), MIL-100(Cr), MIL-101(Fe), MIL-101(Cr), MIL-53(Fe) và MIL-53 (Cr), UiO-66, MOF-199, Cu-1,3-BDC, MOF-5 dựa trên kết quả phân tích nhiễu xạ tia X. Kết quả cho thấy các vật liệu khung cơ kim UiO-66, MOF-199, Cu-1,3-BDC, MOF-5 không bền trong nước. Các vật liệu khung cơ kim bền trong nước mở ra khả năng ứng dụng của vật liệu khung cơ kim trong môi trường ẩm hoặc môi trường nước đặc biệt là ứng dụng làm xúc tác.

- Khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MIL-100(Fe) trong phản ứng quang phân hủy các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước, và đã xác định được điều kiện phù hợp nhất cho từng tác nhân ô nhiễm khác nhau. Cụ thể:

+ Điều kiện tốt nhất đối với quá trình xử lý thuốc nhuộm OG là: H2O2 nồng độ 0,125 mol/L, hàm lượng xúc tác 160 mg/L và nồng độ tác nhân ô nhiễm thuốc nhuộm OG 5×10-4 mol/L.

+ Điều kiện tốt nhất đối với quá trình xử lý thuốc nhuộm MB là: H2O2 nồng độ 0,1 mol/L, hàm lượng xúc tác 160 mg/L và nồng độ tác nhân ô nhiễm thuốc nhuộm MB 10-4 mol/L.

+ Điều kiện tốt nhất đối với quá trình xử lý thuốc nhuộm CR là: H2O2 nồng độ 0,15 mol/L, hàm lượng xúc tác 140 mg/L và nồng độ tác nhân ô nhiễm thuốc nhuộm OG 10-4 mol/L.

+ Điều kiện tốt nhất đối với quá trình xử lý thuốc nhuộm RB là: H2O2 nồng độ 0,075 mol/L, hàm lượng xúc tác 140 mg/L và nồng độ tác nhân ô nhiễm thuốc nhuộm RB 4×10-5 mol/L.

+ Điều kiện tốt nhất đối với quá trình xử lý thuốc nhuộm RBBR là: H2O2 nồng độ 0,15 mol/L, hàm lượng xúc tác 180 mg/L và nồng độ tác nhân ô nhiễm thuốc nhuộm RBBR 1,4×10-4 mol/L.

+ Điều kiện tốt nhất đối với quá trình xử lý phenol là: H2O2 nồng độ 0,15 mol/L, hàm lượng xúc tác 160 mg/L và nồng độ tác nhân ô nhiễm phenol 1,3×10-4 mol/L.

- Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của MIL-100(Fe), MIL-100(Cr), MIL-101(Fe), MIL-101(Cr), MIL-53(Fe) và MIL-53 (Cr). Kết quả cho thấy, trong phản ứng quang phân hủy các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong nước, các vật liệu khung cơ kim có tâm kim loại Fe cho hoạt tính xúc tác cao hơn nhiều so với tâm Cr, đồng thời các vật liệu khung cơ kim được tạo ra từ ligand benzene-1,4-dicarboxylic acid (H2BDC) cho hoạt tính xúc tác cao hơn các vật liệu được tạo ra từ ligand benznene1,3,5-tricarboxylic acid (H3BTC). Khả năng quang xúc tác của các vật liệu khung cơ kim thể hiện một đặc điểm thú vị khác của loại vật liệu này. Tuy nhiên, bản chất cơ chế xúc tác quang vẫn chưa được nghiên cứu sâu. Đây là vấn đề còn bỏ ngõ cho các nhóm nghiên cứu có thể nghiên cứu sâu hơn.

 - Các vật liệu khung cơ kim MIL-100(Fe), MIL-101(Fe), MIL-53(Fe) có hoạt tính quang xúc tác cao trong phản ứng phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước và có khả năng tái sử dụng nhiều lần.

- TiO₂ có kích thước nano được mang thành công lên trên một số vật liệu khung cơ kim: MIL-100(Fe), MIL-101(Fe), MIL53(Fe)… và đã tăng đáng kể hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu này. Đây là điểm mới Tuy nhiên, bản chất thực sự của vật liệu TiO₂ vẫn còn chưa rõ và cần nghiên cứu sâu hơn.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy một số vật liệu khung cơ kim có hoạt tính phân hủy chất ô nhiễm trong điều kiện có bức xạ khả kiến dưới sự có mặt của H₂O₂. Kết quả nghiên cứu này mở ra khả năng ứng dụng vật liệu khung cơ kim làm chất xúc tác trong xử lý chất ô nhiễm. Tuy nhiên, nội dung nghiên cứu chưa thực sự đi sâu vào cơ chế phân hủy chất ô nhiễm xảy ra trên xúc tác khung cơ kim. Do đó, nhằm làm rõ bản chất xúc tác của các vật liệu khung cơ kim nhóm tác giả mong muốn được nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phân hủy chất ô nhiễm xảy ra trên các xúc tác này. Ngoài ra, nhóm đề tài cũng mong muốn được nghiên cứu khả năng ứng dụng trong thực tiễn của các vật liệu này.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17985/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)