Vật liệu

Nguồn nguyên liệu bẹ lá dừa nước được thu gom từ khu vực vùng ngập mặn, tỉnh Tiền Giang, Việt Nam. Bẹ dừa nước sau khi chặt được loại bỏ phần vỏ và chẻ thành từng đoạn nhỏ dài 25-30 cm, dày khoảng 1 cm, sau đó được cán trên máy cán hai trục. Sau khi cán, sản phẩm được phơi khô và tách ra thành sợi. Sau đó sợi được đem đi xay nhuyễn thành bột mịn để sử dụng cho các bước xử lý tiếp theo. NaOH, HCOOH, HO, NH và HCl đều là hóa chất thương mại có xuất xứ Trung Quốc. Tiền chất của sắt là Iron (III) chloride hexahydrate (FeCl.6HO) và phẩm nhuộm Methylene Blue (CHNClS) cũng đều là hóa chất của Trung Quốc. Tất cả các hóa chất được sử dụng trực tiếp mà không cần phải tinh chế lại.

Phương pháp phân tích

Phổ FTIR được phân tích trên máy quang phổ TENSOR 27 (Bruker, Đức) trong vùng số sóng từ 4000 cm đến 400 cm với độ phân giải là 4 cm. Các mẫu trước khi phân tích được nghiền mịn và sấy 24 giờ ở 80°C. Sau đó một lượng nhỏ mẫu (2–3 mg) được ép viên với KBr theo tỷ lệ khối lượng mẫu và KBr là 1:100 ở lực nén 250 kN.Cấu trúc tinh thể và thành phần pha của các mẫu bột khô trong nghiên cứu này được xác định thông qua giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD). Giản đồ XRD được phân tích với góc quét 2θ từ 10° đến 80° và bước chuyển 0,02°/phút trên máy D2 PHARSER (Bruker, Đức). Hình thái bề mặt vật liệu được phân tích bằng ảnh SEM và FESEM của các mẫu dạng bột. Ảnh SEM được phân tích tại thế gia tốc 20 kV trên thiết bị QUANTA 650 (FEI, Mỹ). Ảnh FESEM được phân tích trên thiết bị S–4800 với thế gia tốc 10kV hoặc 5kV. Hàm lượng nguyên tố hiện diện trên bề mặt được xác định thông qua phổ EDX, sử dụng hệ EMAX ENERGY kết hợp trên thiết bị S-4800. Diện tích bề mặt của vật liệu được xác định bằng phương pháp hấp phụ - giải hấp phụ nitrogen trên máy NOVA 1000e analyzer (Quantachrome Instruments). Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của mẫu CNCs trong nghiên cứu này được chụp trên thiết bị JEOL JEM-1400 (Nhật Bản). Trước khi phân tích, mẫu CNCs được phân tán trong nước (0,01 mg/mL) bằng siêu âm trong 30 phút, sau đó một giọt của hệ huyền phù này được đưa lên lưới đồng và phủ lên một lớp carbon mỏng, tiếp đến mẫu được sấy khô trước khi phân tích. Phổ UV-Vis được đo bằng máy UV-Vis V-670, trong vùng bước sóng từ 200–800 nm, với tốc độ 400 nm/phút.

Cô lập cellulose từ bẹ lá dừa nước và thủy phân tạo CNCs

Quá trình cô lập cellulose từ bẹ lá dừa nước được tiến hành tuần tự qua 3 bước theo như kết quả nghiên cứu trước đây của nhóm chúng tôi36 bao gồm xử lý HCOOH, xử lý peroxyformic acid (PFA) và tẩy trắng bằng hỗn hợp NaOH/HO. Đầu tiên, mẫu bột dừa nước thô được rửa bằng nước ở 90C trong 2 giờ. Sau khi lọc, rửa lại nhiều lần bằng nước cất và sấy khô, mẫu được khuấy trộn đều trong 2 giờ với HCOOH 90% (tỉ lệ giữa khối lượng sợi và thể tích HCOOH 90% là 1:15) ở 80°C. Kết thúc, mẫu được lọc, rửa nhiều lần bằng nước nóng và sấy khô ở 80C trong 6 giờ. Tiếp đến, mẫu được khuấy hoàn lưu với dung dịch PFA (90% HCOOH, 4% HO, 6% HO) ở 80°C trong 2 giờ. Hỗn hợp thu được sau khi xử lý được lọc, rửa với nước cất đến khi pH = 6–7 và sấy khô ở 80C trong 12 giờ. Giai đoạn thứ ba là tẩy trắng bằng hỗn hợp NaOH/HO. Cụ thể, mẫu sau khi xử lý PFA được tạo dung dịch huyền phù 4% với nước, huyền phù được điều chỉnh đến pH = 11 bằng dung dịch NaOH 1M, tiếp đến HO 30% (khối lượng chiếm 40% khối lượng sợi) được thêm vào từ từ và hỗn hợp được khuấy ở 80°C trong 1 giờ. Sản phẩm cô lập sau giai đoạn này được thủy phân bằng dung dịch HCl 6M (tỷ lệ khối lượng sợi: thể tích acid là 1:25) ở 90C trong 90 phút. Phản ứng được kết thúc bằng cách đổ hỗn hợp vào bercher chứa 1000 mL nước cất, thu được huyền phù. Huyền phù được để lắng, dung dịch được thay nước vài lần đến khi trung hòa (pH = 6–7). Sau đó tiến hành ly tâm dung dịch thu được bằng nước cất hai lần và ly tâm bằng acetone ba lần với tốc độ 4000 vòng/phút trong vòng 10 phút. Kết quả thu được mẫu dạng bột trắng sau khi sấy khô ở 80C trong 6 giờ. Sản phẩm sau quá trình thủy phân được ký hiệu là CNCs.

Điều chế α-FeO/CNCs bằng phương pháp sol-gel

0,50 gam CNCs được phân tán trong 13,80 gam nước bằng siêu âm trong 10 phút để tạo dung dịch huyền phù CNCs. Dung dịch chloride sắt được điều chế bằng cách cho 0,416 gam sắt (III) chloride hexahydrate (FeCl.6HO) hòa tan trong 25 mL nước khử ion. Dung dịch chloride sắt được thêm từng giọt vào hệ huyền phù CNCs và hỗn hợp được khuấy từ ở 40°C trong 10 phút. Tiếp đến, dung dịch ammoniac được thêm vào để duy trì pH của dung dịch ở mức 10 và phản ứng tiếp tục trong 2 giờ. Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt lên 90°C để tạo gel, gel hình thành được ủ nhiệt trong 3 giờ. Hỗn hợp phản ứng sau khi ủ nhiệt được ly tâm 3 lần bằng nước cất, 2 lần bằng ethanol để loại bỏ tạp chất và tác chất còn dư với tốc độ 4000 vòng/phút trong 10 phút. Mẫu tiếp tục được sấy khô ở 90°C trong khoảng 12 giờ, tiếp đến được nung ở nhiệt độ 500C trong 2 giờ với tốc độ gia nhiệt là 10C/phút để thu được α-FeO. Để so sánh, mẫu α-FeO không có giá mang CNCs cũng được tạo ra theo điều kiện tương tự.

Khảo sát hoạt tính quang xúc tác

0,05 gam các mẫu α-FeO và α-FeO/CNCs sau khi nung được phân tán vào 100 mL dung dịch MB nồng độ 20 ppm. Hỗn hợp được khuấy trong tối 1 giờ để quá trình hấp phụ - giải hấp phụ đạt cân bằng. Sau đó, hệ phản ứng được khuấy dưới ánh sáng mô phỏng ánh sáng mặt trời của bóng đèn tròn Xenon 40W E27. Đèn được đặt cách hỗn hợp 15 cm. Sau mỗi khoảng thời gian 30 phút, 4 mL dung dịch mẫu được lấy ra, ly tâm để loại bỏ xúc tác rắn và thu phần dung dịch. Hàm lượng MB còn lại trong các khoảng thời gian được xác định thông qua phổ UV–Vis tại bước sóng 663 nm.

Phân tích cellulose tinh thể thông qua ảnh chụp TEM

Kết quả ảnh hiển vi điện tử truyền qua của nano tinh thể cellulose sau khi thủy phân bằng chlohydric acid HCl 6M (Figure 1) cho thấy CNCs thu được có dạng sợi, với chiều dài và đường kính trung bình lần lượt là 410 nm và 10 nm, tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính là 41. Trong nghiên cứu của Cheng và cộng sự37, nhóm tác giả đã tổng hợp CNCs từ cellulose vi tinh thể (MCC) bằng phương pháp thủy nhiệt. Kết quả cho thấy CNCs có chiều dài và đường kính trung bình lần lượt là 245 nm và 23 nm, tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính là 10,6. Từ nguồn sơ quả cọ khô, Hastuti và cộng sự38 đã tổng hợp CNCs bằng phương pháp hóa học. CNCs thu được có chiều dài và đường kính trung bình lần lượt là 301 nm và 13 nm, tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính là 24. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này nguồn nguyên liệu thô cần được tẩy trắng bằng dung dịch NaOH với thời gian lâu, và quy trình tổng hợp đòi hỏi nhiều giai đoạn xử lý phức tạp. Như vậy, so với các nghiên cứu trên, CNCs được tổng hợp từ nguồn bẹ lá dừa nước của chúng tôi có đường kính nhỏ hơn (10 nm) và tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính lớn hơn. Tỉ lệ chiều dài và đường kính của CNCs càng lớn thì tiềm năng ứng dụng làm pha gia cường trong lĩnh vực chế tạo vật liệu nanocomposite càng cao, đồng thời các tính chất liên quan đến hình thái học cũng ổn định hơn.

Phân tích phổ FTIR

Kết quả FTIR (Figure 2) của ba mẫu dừa nước thô, cellulose và CNCs cho thấy có hai vùng hấp thu chính ở số sóng thấp trong khoảng 1800–700 cm và ở số sóng cao hơn trong khoảng 3500–2700 cm. Mũi hấp thu tại 3400 cm là dao động kéo giãn của liên kết O–H, xuất hiện do sự tồn tại của nhiều nhóm chức hydroxyl hoặc mạng lưới các liên kết hydrogen dày đặc, đặc trưng cho cellulose39. Mũi hấp thu tại số sóng 2900 cm đặc trưng cho dao động kéo giãn của liên kết C–H (trong nhóm CH) trong các thành phần cellulose, hemicellulose và lignin39. Thành phần hemicellulose và lignin trong mẫu dừa nước thô được xác định qua mũi phổ tại 1730 cm. Đây là mũi hấp thu cho thấy sự hiện diện của nhóm acetyl hoặc nhóm ester có trong hemicellulose hoặc nhóm carboxyl của axit ferulic và axit p-coumeric trong lignin40. Sự biến mất của mũi hấp thu này trong mẫu cellulose chứng tỏ hemicellulose và lignin đã được loại bỏ hiệu quả sau quá trình tẩy trắng. Ngoài ra, các mũi hấp thu trong khoảng 1600–1500 cm tương ứng với những dao động của liên kết vòng thơm trong lignin, cụ thể mũi tại 1513 cm đặc trưng cho dao động kéo giãn của liên kết C=C, các mũi hấp thu tại số sóng 1253–1242 cm là dao động kéo giãn của liên kết C–O từ nhóm aryl có trong lignin41. Các mũi dao dộng này cũng chỉ xuất hiện ở mẫu thô, điều này cũng đã chứng minh cho dữ kiện hemicellulose và lignin đã bị loại bỏ sau quá trình tẩy trắng.

Mũi hấp thu ở số sóng 1640 cm đặc trưng cho dao động uốn của liên kết O–H trong phân tử nước hấp phụ trong cả ba mẫu. Tín hiệu ở vùng 1076–1023 cm đặc trưng cho dao động C–O–C trong vòng pyranose. Xuất hiện tín hiện ở số sóng 895 cm đối với mẫu cellulose và mẫu CNCs là dao động kéo giãn C–O–C của vòng pyranose và liên kết β-glycoside. Đây chính là mũi đặc trưng cho cấu trúc của cellulose41, 42. Quá trình thủy phân acid đã loại bỏ các cellulose vô định hình, do đó nhiều liên kết C–OH, C–O–C và C–C trên cấu trúc tinh thể đã tương tác với nhau, chính sự tương tác này làm xuất hiện những mũi hấp thu tại 710 cm và vai yếu tại 750 cm42, 43.

Qua quá trình xử lý từ mẫu thô ban đầu đến mẫu tẩy trắng, các mũi đặc trưng cho các nhóm chức trong thành phần lignin và hemicellulose như nhóm C=O, C=C, C–O đã biến mất, cùng với sự tăng lên về cường độ của mũi phổ đặc trưng cho liên kết β–glucoside tăng lên, chứng tỏ rằng sau quá trình tẩy trắng, các thành phần vô định hình (hemicellulose và lignin) đã hầu như bị loại bỏ hết, chỉ còn lại phần cellulose tinh khiết.

Figure 3 là phổ FTIR của các mẫu FeO/CNCs trước (a) và sau khi nung (b), cùng với đó là mẫu FeO được chế tạo trong điều kiện không có giá mang CNCs. Kết quả cho thấy quá trình loại bỏ CNCs ở nhiệt độ 500C là khá rõ ràng. Đối với mẫu FeO/CNCs trước khi nung, sự tồn tại của CNCs được xác định thông qua các mũi hấp thu tại 2900, 1460 và 1058 cm. Đây là các tín hiệu đặc trưng cho dao động kéo giãn của liên kết C-H, dao động uốn của -CH và cấu trúc saccharide của CNCs. Dao động kéo giãn và biến dạng của nước hấp phụ được quan sát tại số sóng 3435 cm và 1630 cm. Mẫu FeO/CNCs chưa nung, do số lượng các nhóm -OH trên bề mặt CNCs nhiều nên hai mũi hấp thu này có cường độ lớn hơn so với hai mẫu còn lại. Nguyên nhân là do sau khi nung thì số lượng các nhóm -OH ưa nước này đã bị giảm đi đáng kể do quá trình phân hủy của CNCs. Liên kết Fe-O trong cấu trúc tinh thể của hematite sẽ có mũi hấp thu đặc trưng trong vùng số sóng 1110 cm 1080 cm44. Ở mẫu FeO/CNCs chưa nung, vùng này cũng là tín hiệu của dao động kéo giãn C-O-C trong vòng pyranose đặc trưng cho cấu trúc cellulose nên có thể xảy ra hiện tượng chồng chập, dẫn đến mũi hấp thu tại đây có cường độ lớn hơn so với hai mẫu còn lại.

Dưới tác động ở nhiệt độ cao, CNCs bị phân hủy làm cho các tín hiệu trên gần như biến mất hoàn toàn trong mẫu FeO/CNCs sau khi nung. Quá trình nung xảy ra đã giúp cho pha α–FeO được hình thành45. Điều này được minh chứng thông qua sự xuất hiện với cường độ mạnh của mũi đôi hấp thu tại số sóng 549 và 466 cm đặc trưng cho dao động kéo giãn của liên kết Fe-O trong cấu trúc α–FeO. Cường độ của mũi đôi này lớn hơn nhiều so với mẫu FeO/CNCs chưa nung. Như vậy, phổ FTIR cho thấy quá trình gắn FeO lên CNCs bằng phương pháp sol-gel và tiếp đến là thiêu kết mẫu ở nhiệt độ cao cho CNCs phân hủy, cơ bản đã đạt được.

Phân tích phổ EDX

Kết quả phổ EDX (Figure 4) của mẫu FeO/CNCs sau khi nung cho thấy sự tồn tại của hai nguyên tố Fe và O đặc trưng cho FeO, cùng với sự hiện diện của nguyên tố C ở hàm lượng nhỏ. Có thể giải thích nguyên nhân của sự tồn tại của C là do lượng tro còn lại của CNCs sau khi nung vẫn còn sót lại, chưa phân hủy hoàn toàn. Đồng thời, phổ EDX đã chứng minh rằng các hạt nano bao gồm các nguyên tố Fe và O có tỷ lệ mol gần bằng 2:3. Như vậy, có thể khẳng định α-FeO đã được hình thành, điều này cũng phù hợp với phổ FTIR ở trên và kết quả giản đồ XRD (Figure 5). Ngoài ra, từ kết quả ảnh EDX mapping có thể nhận thấy sự phân bố đồng đều của cả ba nguyên tố C, Fe và O trong toàn khối cấu trúc của vật liệu. CNCs với bề mặt tích điện âm gây ra bởi số lượng lớn các nhóm chức hydroxyl trên bề mặt. Khi thêm CNCs vào dung dịch muối sắt (có chứa Fe), những cation này sẽ tương tác tĩnh điện với các nhóm hydroxyl của CNCs và tạo thành dung dịch CNCs – Fe, có sự phân tán đồng đều của Fe trên bề mặt CNCs. Liên kết ở đây là liên kết phối trí cho – nhận electron, được hình thành giữa cặp electron tự do của các nhóm -OH trên bề mặt CNCs và các orbitan trống tại phân lớp d của Fe. Tiếp đến, dung dịch ammoniac được thêm vào đến pH = 10. Trong môi trường kiềm, Fe tạo thành Fe(OH), tiếp đến là quá trình sol-gel giúp cho Fe(OH) kết khối và bao bọc xung quanh CNCs. Cuối cùng, quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao làm cho CNCs phân hủy và hình thành α-FeO. Từ đó, vật liệu FeO/CNCs tổng hợp được sẽ có các nguyên tố phân bố đồng đều trong cấu trúc như kết quả thu được trên ảnh EDX mapping.

Phân tích giản đồ XRD

Giản đồ XRD của mẫu FeO/CNCs (Figure 5b) xuất hiện các mũi đặc trưng cho CNCs tại các vị trí 2θ lần lượt là 16,10; 22,65 và 34,65 tương ứng với các mặt phẳng (110), (200) và (004). So với CNCs (Figure 5a), các mũi này có cường độ thấp hơn rất nhiều. Điều này là do trong quá trình sol-gel đã có sự hình thành của các tiểu phân FeO trong cấu trúc và trên bề mặt CNCs, làm cho cấu trúc tinh thể của CNCs suy giảm. Tuy nhiên, kết quả XRD không phát hiện thấy sự có mặt của pha FeO trong mẫu FeO/CNCs. Ở nhiệt độ nung 500C, các mũi nhiễu xạ của hematite xuất hiện rõ ràng với cường độ cao. Giản đồ XRD của cả FeO (Figure 5d) và FeO/CNCs (Figure 5c) cho thấy sự hiện diện của các mũi tại các giá trị 2θ lần lượt là 2θ = 24,20; 33,24; 35,72; 40,92; 49,56; 54,14; 57,85; 62,54 và 64,06, tương ứng với các mặt mạng (102), (104), (110), (113), (024), (116), (018), (214) và (300) trong cấu trúc của α-FeO46. Không phát hiện các mũi nhiễu xạ của các tạp chất khác, cho thấy mẫu α-FeO được tổng hợp có độ tinh khiết cao. Ngoài ra, sau khi nung ở 500C thì các mũi kết tinh của CNCs trong mẫu FeO/CNCs không còn nữa. Như vậy, dưới tác động của nhiệt độ, quá trình phân hủy của CNCs và hình thành tinh thể α-FeO diễn ra đồng thời, điều này giúp cho vật liệu α-FeO/CNCs có cấu trúc rỗng xốp và sẽ giúp cho hoạt tính quang xúc tác của vật liệu được tăng cường.

Kích thước tinh thể của α-FeO được tính dựa trên hai mặt mạng (104) và (110), theo công thức (1) của Debye-Scherrer47:

Với k là hằng số Scherrer = 0,91, bước sóng 𝜆 = 0,154060 nm, 𝛽 là độ bán rộng tính theo radian và θ là góc nhiễu xạ. Kết quả cho thấy kích thước tinh thể của vật liệu α-FeO/CNCs là 17,69 nm nhỏ hơn so với vật liệu α-FeO thuần là 19,35 nm.

Phân tích ảnh SEM, FESEM

Kết quả ảnh SEM của mẫu α-FeO (Figure 6a) và α-FeO/CNCs (Figure 6b) cho thấy rõ sự khác nhau về mặt hình thái của hai mẫu. Tinh thể α-FeO sau khi chế tạo bằng phương pháp sol – gel và thiêu kết ở 500C với tốc độ gia nhiệt 10C/phút đã hình thành cấu trúc oxit kim loại khối cứng chắc. Trong khi đó, mẫu α-FeO/CNCs, như đã được đề cập ở trên, quá trình phân hủy CNCs trong khối vật liệu dưới tác động của nhiệt độ cao làm cho hình thái bề mặt của mẫu α-FeO/CNCs trở nên xốp hơn nhiều so với mẫu α-FeO khi tổng hợp mà không có giá mang CNCs. So sánh ảnh FESEM của hai mẫu α-FeO nung ở nhiệt độ 500C có và không có giá mang CNCs (Figure 6c và Figure 6d) ta thấy hình thái của hai mẫu này khác nhau hoàn toàn, mẫu α-FeO có giá mang CNCs có dạng hạt nhỏ, đồng đều hơn so với mẫu không có giá mang CNCs. Mẫu α-FeO có giá mang CNCs có cấu trúc xốp, hình dạng khe dài đặc trưng cho các giá mang xốp có nguồn gốc từ CNCs. Trong khi mẫu α-FeO không có giá mang CNCs có cấu trúc cứng và thô, dạng hạt cầu nhỏ với đường kính trung bình khoảng 50 nm. Ngoài ra, các hạt α-FeO thuần có xu hướng kết tụ lại với nhau.

Xác định diện tích bề mặt bằng phép đo hấp phụ - giải hấp N (BET)

Đường cong hấp phụ - giải hấp phụ nitrogen của các mẫu α-FeO và α-FeO/CNCs sau khi nung được thể hiện trên Figure 7.

Kết quả phân tích cho thấy, các đường hấp phụ và giải hấp phụ có hình dạng thuộc dạng IV, kiểu H1 theo phân loại của IUPAC đặc trưng của vật liệu mao quản trung bình, có sự xuất hiện vòng trễ gây ra bởi sự ngưng tụ mao quản. Ở đây, vòng trễ ở áp suất cao cho biết sự hiện diện của kích thước lỗ trống lớn với kích thước giới hạn46. Khi so sánh giữa mẫu tổng hợp có CNCs và mẫu không có CNCs thì các mẫu α-FeO/CNCs có giá mang CNCs có diện tích bề mặt lớn hơn nhiều. Kết quả này cho thấy chính quá trình phân hủy của CNCs ở nhiệt độ cao đã tạo ra cấu trúc rỗng xốp cho các mẫu α-FeO làm cho diện tích bề mặt mẫu tăng lên. Trong nghiên cứu của Modi và cộng sự48 về quá trình quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu composite ZnO/CNCs, kết quả BET cho thấy diện tích bề mặt của mẫu ZnO thuần và mẫu ZnO/CNCs lần lượt là 13,1 m.g và 32,2 m.g Với cùng cách tiếp cận trên, trong nghiên cứu gần đây của nhóm chúng tôi, vật liệu ZnO/CNCs có diện tích bề mặt là 74,8 m.g49. Khi tổng hợp TiO trên giá mang CNCs với định hướng ứng dụng làm vật liệu quang xúc tác, Yoon và các cộng sự50 đã thu được kết quả diện tích bề mặt của mẫu TiO/CNCs là 103,0 m.g. Từ đó cho thấy vật liệu α-FeO/CNCs trong nghiên cứu của chúng tôi có diện tích bề mặt có giá trị xấp xỉ các nghiên cứu trên. Hơn nữa, độ rộng vùng cấm của ZnO là 3,37 eV, TiO là 3,20 eV (đối với pha anatase) cao hơn nhiều so với α-FeO là 2,10 eV51. Điều này cho thấy vật liệu α-FeO/CNCs cấu trúc xốp có tiềm năng lớn, thích hợp trong vấn đề xử lý nước thải phẩm nhuộm.

So sánh hoạt tính quang xúc tác của α-FeOvà α-FeO/CNCs

Hoạt tính quang xúc tác của α-FeO được tổng hợp trên các loại giá mang khác nhau hay bằng cách pha tạp hiện đang được nghiên cứu khá rộng rãi. Keerthana cùng các cộng sự52 đã tổng hợp α-FeO được pha tạp với Co bằng phương pháp thủy nhiệt. Kết quả cho thấy khi hàm lượng Co pha tạp là 4% thì vật liệu Co-FeO có hoạt tính quang xúc tác cao khi được kích thích với bức xạ UV (λ = 364 nm). Vật liệu có khả năng phân hủy MB với hiệu suất 92% sau 120 phút. Cũng bằng phương pháp thủy nhiệt, Rajiv cùng các cộng sự53 đã tổng hợp α-FeO trên giá mang graphitic carbon nitride (g-CN), ứng dụng làm xúc tác phân hủy ciprofloxacin (CIP). Khả năng phân hủy CIP thu được sau 60 phút dưới bức xạ UV là gần như hoàn toàn, xấp xỉ 100%, khi lượng chất xúc tác dùng là 0,3 g.L. Gần đây, nhóm nghiên cứu của Zhou đã tổng hợp vật liệu tổ hợp giữa α-FeO và TiO rutile bằng phương pháp thủy nhiệt54. Hạt cầu rỗng α-FeO/TiO Rutile thu được trong nghiên cứu này có khả năng phân hủy MB khoảng 93% sau khi được chiếu xạ bằng ánh sáng trong vùng khả kiến. Vật liệu α-FeO dạng đĩa có kích thước nanomet đã được chế tạo trên giá mang là cellulose vi khuẩn (BC)55. Tổ hợp vật liệu này có khả năng phân hủy tốt các phẩm nhuộm dạng cation dưới sự có mặt của tác nhân oxi hóa là peroxymonosulfate.

Trong nghiên cứu này, hoạt tính quang xúc tác của hai mẫu α-FeO và α-FeO/CNCs được khảo sát dưới điều kiện mô phỏng ánh sáng mặt trời, nồng độ MB ban đầu là 20ppm. Kết quả UV-Vis và đường cong phân hủy MB được thể hiện qua Figure 8. Hàm lượng MB giảm dần theo thời gian khi được xử lý bởi α-FeO, qua đó cho thấy α-FeO có hiệu quả quang xúc tác. Tuy nhiên, hoạt tính xúc tác của α-FeO không cao khi lượng MB còn lại sau 210 phút khá nhiều, khoảng 79,9%. Kết quả quang xúc tác của mẫu α-FeO/CNCs rõ ràng có những khác biệt so với mẫu α-FeO. Sau 210 phút, lượng MB chưa bị phân hủy chỉ còn lại khoảng 16,53%. Điều này chứng tỏ hiệu quả quang xúc tác phân hủy MB dưới bức xạ ánh sáng mặt trời của α-FeO/CNCs tốt hơn α-FeO rất nhiều. Vai trò giá mang của CNCs đã giúp cho các hạt α-FeO có kích thước nhỏ và phân bố đồng đều hơn. Các vật liệu nano có diện tích bề mặt lớn và kích thước hạt nhỏ thì hiệu suất quang xúc tác sẽ tốt hơn so với vật liệu khối. Khi kích thước của chất quang xúc tác nhỏ hơn, một số lượng lớn nguyên tử sẽ tập trung trên bề mặt, làm tăng tỉ lệ diện tích/thể tích. Điều này làm tăng số lượng các vị trí mang hoạt tính và tốc độ truyền hạt tải điện trên bề mặt, nhờ đó đạt được hoạt tính quang xúc tác cao hơn56. Đồng thời sự phân hủy của CNCs trong quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao sẽ để lại cấu trúc rỗng xốp trong cấu trúc α-FeO/CNCs, giúp cho diện tích bề mặt vật liệu lớn hơn so với α-FeOkhông có giá mang CNCs. Cấu trúc xốp cho phép sự phản xạ nhiều lần của photon tới trong các lỗ xốp, thúc đẩy tối đa sự hấp thu photon. Trong cấu trúc xốp, các lỗ xốp kích thước macro (macroporous) đóng vai trò như là con đường truyền ánh sáng cho dòng photon đến bề mặt bên trong của cấu trúc, dẫn đến sự tương tác tốt hơn giữa ánh sáng với chất quang xúc tác47.

Như vậy, vật liệu α-FeO/CNCs cho thấy có hoạt tính quang xúc tác dưới bức xạ ánh sáng mặt trời là khá tốt khi so sánh với kết quả của các công bố đã được đề cập ở trên. So với các nghiên cứu trên, vật liệu α-FeO/CNCs trong nghiên cứu này được tổng hợp với quy trình đơn giản bằng cách kết hợp phương pháp sol-gel với xử lý nhiệt ở 500C. Đồng thời nghiên cứu cũng đã tận dụng được nguồn nguyên liệu có giá thành thấp là bẹ lá dừa nước để tổng hợp giá mang CNCs.