Luận án: Nanocomposite Graphene Aerogel Hấp phụ và Quang phân hủy Chất màu Hữu cơ

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu "Tổng hợp vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene aerogel để hấp phụ, quang phân hủy chất màu hữu cơ trong nước" do nghiên cứu sinh Trương Thị Phượng Nguyệt Xuân Trinh thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (Chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, Mã số 9.01) dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Mai Thanh Phong và PGS. TS. Nguyễn Hữu Hiếu, đã giải quyết một thách thức cấp bách trong kỹ thuật môi trường và khoa học vật liệu tiên tiến. Bối cảnh khoa học của luận án xuất phát từ thực trạng ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng do chất thải dệt nhuộm và hóa chất công nghiệp. Thống kê toàn cầu chỉ ra rằng "200 tỷ lít chất màu được sản xuất hàng năm và 50% lượng nước thải đưa trực tiếp vào môi trường nước", trong đó ước tính khoảng "280.000 tấn thuốc dệt nhuộm bị thất thoát trong lĩnh vực này" [11]. Các hợp chất màu hữu cơ có cấu trúc vòng thơm phức tạp như methylen xanh (Methylene Blue – MB, cationic dye, $C_{16}H_{18}ClN_3S\cdot 3H_2O$) và methyl cam (Methyl Orange – MO, anionic dye, $C_{14}H_{14}N_3O_3SNa$) rất bền vững nhiệt, quang hóa, gây suy giảm khả năng hòa tan oxy, phá hủy hệ sinh thái thủy sinh và tiềm ẩn nguy cơ gây đột biến, ung thư ở người [17, 18].

                +-------------------------------------------------------+
                |   GO (Graphene Oxide) Precursor (Modified Hummers)   |
                +-------------------------------------------------------+
                                           |
                   +-----------------------+-----------------------+
                   | (EDA Chemical Red.)   | (TIP Sol-Gel / EDA)   | (AgNO3 + TIP + EDA)
                   v                       v                       v
        +---------------------+ +----------------------+ +-----------------------+
        | Graphene Aerogel    | | TiO2/Graphene        | | Ag-TiO2/Graphene      |
        | (GA-9) Monolith     | | Aerogel (TiGA-E18)   | | Aerogel (ATGA-18)     |
        +---------------------+ +----------------------+ +-----------------------+
                   |                       |                       |
                   v                       v                       v
        +---------------------+ +----------------------+ +-----------------------+
        | High Adsorption     | | UV Photodegradation  | | Full Solar/Vis        |
        | Capacity            | | & Rapid Separation   | | Degradation + LSPR    |
        | (pi-pi, H-bonds)    | | (pi-d coupling)      | | (Schottky Barrier)    |
        +---------------------+ +----------------------+ +-----------------------+
                   |                       |                       |
                   +-----------------------+-----------------------+
                                           |
                                           v
        +------------------------------------------------------------------------+
        | Superior Wastewater Remediation: 10 Reuse Cycles, TOC Mineralization   |
        +------------------------------------------------------------------------+

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi được xác định rõ ràng: các phương pháp xử lý truyền thống như hấp phụ đơn thuần bằng than hoạt tính, zeolit hoặc nhựa trao đổi ion chỉ chuyển pha chất ô nhiễm mà không phân hủy triệt để, dễ gây ô nhiễm thứ cấp; ngược lại, chất xúc tác quang bán dẫn truyền thống như $TiO_2$ bột thương mại (Degussa P25) gặp phải ba rào cản kỹ thuật lớn:

1. Năng lượng vùng cấm lớn ($E_g = 3{,}0 - 3{,}2\text{ eV}$) chỉ hấp thụ được bức xạ tử ngoại (UV, chiếm $\sim 5%$ phổ năng lượng mặt trời) [6, 53];
2. Tốc độ tái tổ hợp nhanh chóng của các cặp hạt mang điện cảm ứng quang (electron – lỗ trống, $e^- - h^+$) làm suy giảm hiệu suất lượng tử [56];
3. Dạng bột mịn phân tán trong nước cực kỳ khó thu hồi, gây thất thoát vật liệu và cản trở ứng dụng thực tế quy mô lớn.

Để giải quyết triệt để các hạn chế trên, luận án đặt ra 4 câu hỏi nghiên cứu (Research Questions - RQ) và 3 giả thuyết khoa học (Hypotheses - H):

• RQ1: Các thông số công nghệ khử hóa học (thể tích ethylenediamine - EDA, tỷ lệ dung môi nước:etanol) điều khiển cấu trúc xốp 3D và dung lượng hấp phụ của Graphene Aerogel (GA) đối với chất màu cation (MB) và anion (MO) như thế nào?
• RQ2: Cơ chế tương tác điện tử liên pha giữa mạng lưới $rGO$ và nano $TiO_2$ dạng anatase trong composite TiGA giúp ức chế tái tổ hợp $e^- - h^+$ và nâng cao hiệu suất quang xúc tác phân hủy chất màu hữu cơ ra sao?
• RQ3: Việc pha tạp đồng thời hạt nano bạc (AgNPs) và $TiO_2$ trên khung mang 3D GA (vật liệu ATGA) có tạo ra hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR) và rào cản Schottky nhằm mở rộng hoạt tính quang hóa sang vùng ánh sáng khả kiến (visible light) hay không?
• RQ4: Độ ổn định cấu trúc pha, khả năng tái sử dụng qua nhiều chu kỳ và mức độ khoáng hóa hoàn toàn (thể hiện qua tổng lượng carbon hữu cơ - TOC) của vật liệu nanocomposite đạt được ở mức độ nào?

Hệ thống giả thuyết tương ứng:

• H1: Cấu trúc aerogel ba chiều với hệ thống liên hợp $\pi - \pi$ phục hồi một phần và các nhóm chức chứa oxy còn lại sẽ tối ưu hóa dung lượng hấp phụ đơn lớp theo mô hình Langmuir đối với cả MB và MO.
• H2: Sự hình thành liên kết hóa học $Ti-O-C$ thông qua ghép đôi điện tử $\pi - d$ giữa $TiO_2$ và các tấm $rGO$ trong TiGA đóng vai trò bẫy điện tử, kéo dài thời gian sống của hạt mang điện.
• H3: Hệ nanocomposite tam hợp dị thể Ag-$TiO_2$/GA (ATGA) sẽ kích hoạt đồng thời hiệu ứng LSPR của AgNPs và sự chuyển dịch điện tử đa tầng, mang lại hiệu suất quang phân hủy vượt trội dưới ánh sáng khả kiến và cho phép thu hồi nguyên khối sau 10 chu kỳ phản ứng.

Khung lý thuyết (Theoretical Framework) của luận án tích hợp chặt chẽ: Thuyết vùng năng lượng bán dẫn (Bandgap Theory), Thuyết tiếp xúc dị thể kim loại - bán dẫn hình thành rào cản Schottky (Schottky Barrier), Thuyết cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ (Localized Surface Plasmon Resonance - LSPR), Động học hấp phụ dị thể (Pseudo-first/second order kinetics) và Nhiệt động học đẳng nhiệt Langmuir - Freundlich - Temkin. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành toàn diện với quy trình chuẩn hóa từ tổng hợp tiền chất Graphene Oxide (GO) theo phương pháp Hummers cải tiến, tạo hydrogel (GH) qua khử hóa học bằng EDA, sấy thăng hoa bảo toàn cấu trúc xốp, đến tối ưu hóa điều kiện phản ứng quang xúc tác bằng Phương pháp Bề mặt Đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) theo thiết kế Plackett - Burman và Box - Behnken. Đóng góp đột phá của luận án được định lượng cụ thể: chế tạo thành công vật liệu khối aerogel có mật độ dòng quang cao gấp 3,3 lần so với $TiO_2$ tinh khiết [61], tốc độ hấp phụ bão hòa nhanh gấp 5 lần so với dạng màng $TiO_2/rGO$ [63], đạt hiệu suất phân hủy quang xúc tác trên 95% đối với cả hai hệ chất màu đại diện và duy trì độ bền pha ổn định sau 10 chu kỳ tái sử dụng liên tục.

Literature Review và Positioning

Tổng quan tài liệu trong luận án tổng hợp ba dòng nghiên cứu chính trong vật lý hóa học và kỹ thuật môi trường: (1) Vật liệu carbon xốp nano tiên tiến làm chất hấp phụ; (2) Biến tính chất xúc tác quang bán dẫn kim loại chuyển tiếp; (3) Cấu trúc lai nanocomposite đa chức năng trên nền graphene 3D.

Dòng nghiên cứu thứ nhất tập trung vào việc chuyển đổi graphite tự nhiên thành graphene oxide (GO) và graphene oxide dạng khử ($rGO$). Kể từ công trình kinh điển của Hummers và Offeman, việc cải tiến phương pháp oxy hóa bằng cách loại bỏ $NaNO_3$ và thay thế bằng hỗn hợp $H_2SO_4/H_3PO_4$ (tỷ lệ 9:1) đã giảm thiểu việc sinh ra khí độc ($NO_2, N_2O_4$) và tăng tỷ lệ chuyển hóa mạng tinh thể graphite ($d_{002} = 0{,}34\text{ nm}$) sang GO có khoảng cách giữa các lớp mở rộng lên $0{,}65 - 0{,}75\text{ nm}$ [28, 32]. Khi khử GO thành aerogel, vật liệu thu được có "khối lượng riêng thấp khoảng 0,16 – 500 mg/cm3, độ xốp cao (> 80%), diện tích bề mặt khoảng 400 – 1200 m2/g" [31]. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu dừng lại ở quá trình hấp phụ tĩnh, chưa giải quyết được bài toán giải hấp phức tạp và nguy cơ phát sinh chất thải thứ cấp [22, 29].

Dòng nghiên cứu thứ hai liên quan đến động học quang xúc tác dị thể trên cơ sở $TiO_2$. Từ công bố đầu tiên của Kato và cộng sự năm 1964 về khả năng quang phân hủy hợp chất hữu cơ dưới tia UV [54], $TiO_2$ pha anatase ($E_g = 3{,}2\text{ eV}$) được khẳng định có hoạt tính xúc tác cao hơn dạng rutile ($E_g = 3{,}0\text{ eV}$) và brookite do cấu trúc bát diện $TiO_6$ biến dạng lớn hơn, tạo mật độ tâm hoạt động bề mặt cao hơn [53]. Tuy nhiên, hạn chế cố hữu về bước sóng kích thích hẹp ($\lambda < 387\text{ nm}$) và sự tái tổ hợp cực nhanh của cặp $e^- - h^+$ nội tại đã thúc đẩy hàng loạt nghiên cứu pha tạp kim loại quý (Ag, Au, Pt) hoặc kết hợp với chất nền dẫn điện [6, 50, 73].

Trong dòng nghiên cứu thứ ba – tích hợp $TiO_2$ lên chất nền carbon, tồn tại hai quan điểm học thuật đối lập về cơ chế truyền điện tích:

• Trường phái thứ nhất (đại diện bởi Kamat và cộng sự, 2010; Zhang và cộng sự, 2011) cho rằng $rGO$ chỉ đóng vai trò thụ động như một "bể chứa điện tử" (electron sink) thu nhận $e^-$ từ vùng dẫn (CB) của $TiO_2$ nhờ thế Fermi phù hợp, qua đó ngăn chặn sự tái tổ hợp nội tại [67, 69].
• Trường phái thứ hai (đại diện bởi Zhang và cộng sự, 2012; Tayebi và cộng sự; Williams và cộng sự, 2018) chứng minh qua phân tích phổ cộng hưởng spin điện tử (EPR) và phổ phát quang (Photoluminescence – PL) rằng có sự dịch chuyển điện tích hai chiều: không chỉ $e^-$ chuyển sang $rGO$, mà các lỗ trống ($h^+$) từ vùng hóa trị (VB) của $TiO_2$ cũng có thể tương tác với các nhóm chức bề mặt của graphene, đồng thời $rGO$ có thể đóng vai trò chất nhạy hóa quang học (photosensitizer) truyền ngược điện tử kích thích lên vùng CB của $TiO_2$ dưới bức xạ khả kiến [61, 71].

So sánh định lượng với các công bố quốc tế nêu trên cho thấy luận án của tác giả Trương Thị Phượng Nguyệt Xuân Trinh đã định vị chính xác khoảng trống công nghệ: tạo ra một hệ vật liệu dị thể tam khối $Ag-TiO_2/GA$ hoàn chỉnh không cần chất độn polymer ngoại lai, giải quyết triệt để sự đánh đổi giữa hoạt tính quang hóa vùng khả kiến, tốc độ hấp phụ tiền cân bằng và khả năng thu hồi cơ học nguyên khối sau phản ứng.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

                        +------------------------------------+
                        | Visible Light / UV Photon Energy   |
                        +------------------------------------+
                                           |
                   +-----------------------+-----------------------+
                   | (LSPR Effect)                                 | (Bandgap Excitation)
                   v                                               v
        +---------------------+                         +----------------------+
        | Ag Nanoparticles    | --(Schottky Barrier)--> | TiO2 Semiconductor   |
        | (Plasmonic Hot e-)  |                         | CB: -0.5V | VB: +2.7V|
        +---------------------+                         +----------------------+
                   |                                               |
                   |            +----------------------+           | (Fast Electron Transfer)
                   +----------> | 3D rGO Aerogel Sheet | <---------+
                                | (Electron Reservoir) |
                                +----------------------+
                                           |
                   +-----------------------+-----------------------+
                   |                                               |
                   v                                               v
        +----------------------+                        +----------------------+
        | Conduction Band e-   |                        | Valence Band h+      |
        | e- + O2 -> .O2-      |                        | h+ + H2O/OH- -> .OH  |
        +----------------------+                        +----------------------+
                   |                                               |
                   +-----------------------+-----------------------+
                                           |
                                           v
                        +------------------------------------+
                        | Degradation of MB / MO Dyes        |
                        | Complete Mineralization: CO2 + H2O |
                        +------------------------------------+

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đóng góp quan trọng vào lý thuyết xúc tác quang dị thể (heterogeneous photocatalysis) và lý thuyết tiếp xúc liên pha nano thông qua bốn luận điểm học thuật then chốt:

1. Mở rộng Thuyết Rào cản Schottky trong hệ dị thể ba pha: Luận án đã mô hình hóa sự hình thành tiếp xúc Schottky giữa hạt nano kim loại Ag và chất bán dẫn $TiO_2$ trên nền dẫn điện $rGO$. Hàm công thoát của Ag ($\Phi_{Ag} \approx 4{,}26\text{ eV}$) khi tiếp xúc với $TiO_2$ có ái lực điện tử thấp hơn đã tạo ra một rào thế năng định hướng, biến các hạt Ag kích thước nhỏ thành các bẫy điện tử hiệu năng cao, ngăn chặn tuyệt đối dòng điện tử tái tổ hợp ngược trở lại vùng hóa trị của $TiO_2$ [9, 10, 74].
2. Cơ chế cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR) đa cấp: Luận án chứng minh rằng các hạt AgNPs phân tán đều trên mạng aerogel hoạt động như những ăng-ten quang học nano. Dưới tác xạ ánh sáng khả kiến, dao động tập thể của các electron dẫn tự do trên bề mặt hạt Ag tạo ra điện trường cục bộ cực mạnh, giải phóng các electron "nóng" (hot electrons) vượt qua rào cản thế năng để truyền trực tiếp vào vùng dẫn (CB) của $TiO_2$, mở khóa hoạt tính quang hóa vùng ánh sáng nhìn thấy mà $TiO_2$ nguyên bản không thể có được [72, 76].
3. Lý thuyết ghép đôi điện tử $\pi - d$ trên chất nền graphene 3D: Khác với các mô hình tiếp xúc cơ học thuần túy, luận án xác lập sự tồn tại của liên kết hóa học $Ti-O-C$ được hình thành trong quá trình khử bằng EDA. Liên kết này tạo ra đường cao tốc vận chuyển điện tử liên pha thông qua sự xen phủ giữa obitan $d$ của $Ti^{4+}$ và hệ thống obitan liên hợp $\pi$ của khung carbon $sp^2$, hạ thấp đáng kể điện trở truyền điện tích mặt phân giới [57, 58, 61].
4. Mô hình động học bắt gốc tự do đa kênh: Luận án đã làm sáng tỏ cơ chế oxy hóa khử phân tử chất màu thông qua việc cô lập và định lượng mức độ đóng góp của từng tác nhân phản ứng hoạt động cao ($\bullet OH$, $\bullet O_2^-$, và $h^+$). Dữ liệu thực nghiệm bác bỏ giả định cho rằng quá trình phân hủy chỉ phụ thuộc vào một gốc duy nhất, đồng thời xác lập vị trí chiếm ưu thế tuyệt đối của gốc superoxide ($\bullet O_2^-$) và hydroxyl ($\bullet OH$) trong hệ xúc tác nanocomposite 3D.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp ba trụ cột phương pháp luận:

• Tích hợp liên hoàn Hấp phụ – Quang phân hủy (Synergistic Adsorption-Photocatalysis Framework): Cấu trúc xốp của GA đóng vai trò tiền bão hòa cục bộ nồng độ chất màu xung quanh các tâm xúc tác $TiO_2$ và AgNPs thông qua tương tác tĩnh điện và lực liên kết $\pi - \pi$. Điều này rút ngắn quãng đường khuếch tán của các gốc tự do có thời gian sống cực ngắn ($\sim 10^{-9}\text{ s}$ đối với $\bullet OH$), làm tăng xác suất va chạm hiệu quả giữa gốc tự do và phân tử thuốc nhuộm lên gấp hàng chục lần so với hệ huyền phù đồng thể.
• Mô hình hóa động học và nhiệt động học bề mặt kép: Dữ liệu hấp phụ được đánh giá đồng thời qua 2 mô hình động học (biểu kiến bậc 1 Lagergren và bậc 2 Ho-McKay) cùng 3 mô hình đẳng nhiệt kinh điển: $$\text{Langmuir: } q_e = \frac{q_m K_L C_e}{1 + K_L C_e}$$ $$\text{Freundlich: } q_e = K_F C_e^{1/n}$$ $$\text{Temkin: } q_e = \frac{RT}{b_T} \ln(A_T C_e)$$
• Quy hoạch thực nghiệm đa biến theo Phương pháp Bề mặt Đáp ứng (RSM): Ứng dụng mô hình sàng lọc Plackett - Burman để cô lập 3 biến số có ảnh hưởng lớn nhất từ tập hợp 6 biến công nghệ đầu vào, sau đó tối ưu hóa tương tác phi tuyến bậc hai bằng ma trận Box - Behnken, xác lập điều kiện biên chính xác cho hệ thống phản ứng.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                    RESEARCH METHODOLOGY PIPELINE                                   |
+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
| [PHASE 1: MATERIAL SYNTHESIS & STRUCTURAL TUNING]                                                  |
| Natural Graphite -> Modified Hummers Method -> GO Suspension -> Chemical Reduction (EDA)           |
| -> Cryogenic Freezing & Freeze-Drying (-50 deg C, 0.05 mbar) -> 3D Monolithic Aerogels (GA/TiGA/ATGA)|
+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
                                                  |
                                                  v
+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
| [PHASE 2: ADVANCED MULTI-SCALE CHARACTERIZATION]                                                   |
| - Crystal Phase & Lattice: XRD (Rigaku SmartLab, Cu-Ka), HR-TEM & SAED (FEI Tecnai G2)             |
| - Chemical Bonding & Defects: FTIR (Bruker Vertex 70), Raman (Horiba LabRAM, ID/IG ratio), XPS     |
| - Morphology & Composition: FE-SEM, EDS Elemental Mapping, N2 Physisorption (BET surface area)      |
+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
                                                  |
                                                  v
+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
| [PHASE 3: KINETIC, THERMODYNAMIC & PHOTOCATALYTIC ASSAYS]                                          |
| - Adsorption Assays: Variable pH (2-12), Kinetics (Pseudo-1st/2nd), Isotherms (Langmuir/Freundlich)|
| - Design of Experiments (DoE): Plackett-Burman Screening (6 factors) -> Box-Behnken RSM (3 factors)|
| - Radical Scavenging: IPA (.OH), p-BQ (.O2-), EDTA-Na2 (h+) | TOC Analyzer (Elementar Vario TOC)   |
| - Durability & Reusability: 10-cycle stability tests evaluated by post-reaction XRD/FTIR           |
+----------------------------------------------------------------------------------------------------+

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên lập trường nhận thức luận thực chứng (positivism) kết hợp trường phái thực tế phê phán (critical realism), áp dụng phương pháp tiếp cận thực nghiệm định lượng nghiêm ngặt. Hệ thống thiết kế nghiên cứu đa tầng (multi-level experimental design) được tổ chức thành ba phân hệ vật liệu tịnh tiến:

1. Cấp độ 1 (Vật liệu đơn cấu tử GA): Khảo sát ảnh hưởng của thể tích chất khử EDA ($10, 20, 30, 40, 50, 60\ \mu\text{L}$) và tỷ lệ dung môi nước:etanol ($0; 0{,}25; 0{,}5; 0{,}75; 1$) đến khối lượng riêng, độ xốp và dung lượng hấp phụ chất màu ion lưỡng cực (MB/MO).
2. Cấp độ 2 (Vật liệu nhị hợp TiGA): So sánh đối đầu giữa hai phương pháp chế tạo: Khử hóa học bằng EDA (TiGA-E) và Thủy nhiệt (TiGA-T); tối ưu hóa thể tích tiền chất titanium (IV) isopropoxide (TIP), nhiệt độ và thời gian phản ứng khử.
3. Cấp độ 3 (Vật liệu tam hợp ATGA): Tối ưu hóa tỷ lệ thể tích $TIP:AgNO_3$, khảo sát động học phân hủy dưới hai nguồn bức xạ riêng biệt (đèn tử ngoại UV và đèn ánh sáng khả kiến).

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình chế tạo và phân tích tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt:

• Giai đoạn 1 - Tổng hợp GO: Oxy hóa graphite vảy tự nhiên bằng $KMnO_4$ trong môi trường acid hỗn hợp $H_2SO_4/H_3PO_4$ (tỷ lệ 9:1 thể tích), kiểm soát nhiệt độ phản ứng dưới $50^\circ\text{C}$, rửa sạch ion kim loại bằng $HCl\ 5%$ và lọc rửa đến $pH \approx 7$, phân tán bằng sóng siêu âm công suất cao để thu huyền phù GO đơn/ít lớp [28].
• Giai đoạn 2 - Tạo khối Hydrogel (GH): Sử dụng chất khử alkylamine ethylenediamine (EDA). Nhóm amin lưỡng chức của EDA thực hiện phản ứng mở vòng epoxy trên bề mặt GO thông qua cơ chế tấn công nucleophile, loại bỏ một phần nhóm oxy, khôi phục liên hợp $sp^2$ và đồng thời đóng vai trò cầu nối liên kết chéo cộng hóa trị giữa các phiến graphene [35].
• Giai đoạn 3 - Tạo Aerogel bằng sấy thăng hoa (Lyophilization): Làm lạnh sâu khối hydrogel ở $-50^\circ\text{C}$ để định hình mạng tinh thể băng, sau đó thăng hoa dung môi dưới áp suất chân không thấp ($< 0{,}05\text{ mbar}$) trong 48 giờ. Phương pháp này triệt tiêu hoàn toàn sức căng bề mặt của pha lỏng - khí, bảo toàn cấu trúc rỗng xốp 3D và ngăn ngừa hiện tượng sụp đổ mao quản vốn thường xảy ra trong sấy nhiệt thông thường [37, 38].
• Độ tin cậy và Tính hợp lệ: Tất cả các phép đo quang phổ UV-Vis xác định nồng độ chất màu được lặp lại tối thiểu 3 lần ($n=3$) để tính toán sai số chuẩn và khoảng tin cậy. Các phép đo đẳng nhiệt hấp phụ và phân hủy quang hóa được chuẩn hóa với các mẫu đối chứng trắng (blank) và đối chứng tối (dark control).

Data và phân tích

Luận án đã huy động một tổ hợp phương pháp phân tích cấu trúc vật lý - hóa học hiện đại nhất hiện nay:

• XRD (X-ray Diffraction): Xác định bước chuyển pha tinh thể từ đỉnh $(002)$ đặc trưng của Graphite ($2\theta = 26{,}5^\circ, d = 0{,}34\text{ nm}$) sang đỉnh $(001)$ của GO ($2\theta = 10{,}5^\circ, d = 0{,}84\text{ nm}$), và sự xuất hiện các mặt mạng $(101), (004), (200), (105), (211)$ đặc trưng cho pha $TiO_2$ anatase tinh khiết cũng như các mặt $(111), (200), (220)$ của tinh thể nano Ag kim loại.
• FTIR & Raman Spectroscopy: Xác thực sự suy giảm của các dao động liên kết $C=O$ ($1730\text{ cm}^{-1}$), $C-O-C$ ($1050\text{ cm}^{-1}$) và sự xuất hiện của liên kết $Ti-O-Ti$ ($450 - 700\text{ cm}^{-1}$), $Ti-O-C$ ($1100 - 1200\text{ cm}^{-1}$). Tỷ số cường độ $I_D/I_G$ trong phổ Raman được phân tích chi tiết để định lượng mật độ khuyết tật mạng và mức độ tái lập mạng tinh thể carbon $sp^2$.
• SEM, EDS, TEM, HR-TEM & SAED: Ảnh hiển vi điện tử quét và truyền qua phân giải cao chứng minh hình thái mạng xốp 3D liên tục, các hạt nano $TiO_2$ ($10 - 20\text{ nm}$) và nano Ag ($5 - 10\text{ nm}$) bám dính đồng đều trên các nếp gấp graphene mà không bị kết tụ. Giản đồ SAED khẳng định tính chất đa tinh thể của các cấu tử nano.
• XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy): Giải chập phổ mức năng lượng liên kết của $C\ 1s, O\ 1s, Ti\ 2p$ ($Ti\ 2p_{3/2}$ tại $458{,}8\text{ eV}$ và $Ti\ 2p_{1/2}$ tại $464{,}5\text{ eV}$) và phổ $Ag\ 3d$ ($Ag\ 3d_{5/2}$ tại $368{,}2\text{ eV}$ và $Ag\ 3d_{3/2}$ tại $374{,}2\text{ eV}$), chứng minh trạng thái oxy hóa $Ti^{4+}$ và $Ag^0$ kim loại trong mạng composite.
• Phân tích bề mặt riêng BET: Đo lường đường cong hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt $N_2$ ở $77\text{ K}$, xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố kích thước lỗ xốp mao quản trung bình (mesopores).
• TOC (Total Organic Carbon): Đo lường trực tiếp mức độ khoáng hóa chất màu thành $CO_2$ và $H_2O$ bằng máy phân tích carbon hữu cơ tổng, loại trừ trường hợp dung dịch chỉ bị mất màu do biến đổi cấu trúc nhóm mang màu sắc.
• Thiết kế thống kê RSM: Sử dụng phần mềm chuyên dụng để phân tích ANOVA, đánh giá các hệ số hồi quy bậc hai, giá trị $F$-test, $p$-value ($p < 0{,}0001$) và hệ số tương quan hiệu chỉnh ($R^2 > 0{,}98$).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| SUMMARY OF BREAKTHROUGH FINDINGS & EMPIRICAL EVIDENCE                                             |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| 1. GA-9 Optimization: 20 uL EDA, Solvent Ratio H2O:EtOH = 1:0.75                                  |
|    - Ultra-low density (0.015-0.035 g/cm3), High porosity (>90%).                                 |
|    - Fast adsorption equilibrium in 2 min (5x faster than 2D films).                              |
|    - Fits Langmuir Isotherm (R2 > 0.99) & Pseudo-2nd Order Kinetics.                              |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| 2. TiGA-E18 vs TiGA-T Superiority:                                                                |
|    - TiGA-E18 (Chemical Reduction with EDA) achieved 3.3x higher photocurrent density than pure   |
|      TiO2, with homogeneous Ti-O-C bonding avoiding thermal agglomeration.                         |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| 3. ATGA-18 Ternary Synergy:                                                                       |
|    - Ag NPs (5-10 nm) generate LSPR under visible light; form Schottky barrier trapping e-.       |
|    - Photodegradation efficiency >95% for both MB & MO under UV and visible light.                 |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| 4. Free Radical Mapping:                                                                          |
|    - Scavenger tests: IPA (.OH), p-BQ (.O2-), EDTA-Na2 (h+).                                      |
|    - Main active species identified: .O2- and .OH dominant in dye degradation pathways.            |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| 5. Mineralization & High Recyclability:                                                           |
|    - TOC analysis confirms direct mineralization into CO2 + H2O.                                  |
|    - Maintains structural integrity and phase stability over 10 consecutive cycles (XRD/FTIR).    |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+

Dữ liệu thực nghiệm của luận án đã đem lại 5 phát hiện mang tính bước ngoặt:

1. Xác lập điều kiện chế tạo tối ưu cho vật liệu GA-9: Mẫu GA-9 được tổng hợp với thể tích EDA tối ưu ($20\ \mu\text{L}$) và tỷ lệ dung môi nước:etanol ($1:0{,}75$) đạt cấu trúc aerogel xốp đồng nhất, khối lượng riêng siêu nhẹ, diện tích bề mặt riêng vượt trội. Động học hấp phụ của GA-9 đối với cả hai chất màu MB và MO tuân theo hoàn hảo mô hình động học biểu kiến bậc hai ($R^2 > 0{,}99$), và đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp tốt nhất với mô hình Langmuir, chứng minh quá trình hấp phụ diễn ra đơn lớp trên các tâm hoạt động đồng nhất bề mặt.
2. Ưu thế tuyệt đối của phương pháp khử hóa học EDA so với thủy nhiệt trong TiGA: Mẫu TiGA-E18 (tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học với EDA) cho hiệu suất quang phân hủy MB và MO vượt trội so với mẫu thủy nhiệt TiGA-T. Phân tích TEM và XRD chứng minh EDA vừa khử GO vừa hoạt hóa sự gắn kết phân tán cao của các tinh thể $TiO_2$ anatase mà không làm kết tụ hạt như quá trình xử lý nhiệt độ - áp suất cao trong bình Teflon thủy nhiệt.
3. Hiệu ứng hiệp đồng tam nguyên (Ternary Synergy) trong ATGA-18: Mẫu vật liệu ATGA-18 (tổng hợp với tỷ lệ thể tích $TIP:AgNO_3$ tối ưu) tạo ra bước nhảy vọt về hiệu suất quang hóa. Dưới tác động chiếu xạ của tia UV cũng như ánh sáng khả kiến, ATGA-18 loại bỏ trên $95%$ nồng độ chất màu chỉ trong thời gian ngắn. Kết quả đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) cho thấy bờ hấp thụ của ATGA-18 dịch chuyển mạnh về phía bước sóng dài (red-shift), năng lượng vùng cấm biểu kiến thu hẹp đáng kể nhờ sự đan xen của hiệu ứng LSPR từ AgNPs và cầu nối điện tử graphene.
4. Bản đồ đóng góp của các gốc tự do phản ứng: Thí nghiệm với các chất bắt gốc chuyên biệt đã định lượng chính xác cơ chế quang xúc tác:
   • Thêm Isopropyl alcohol (IPA) để bắt gốc hydroxyl ($\bullet OH$) làm suy giảm mạnh tốc độ phản ứng;
   • Thêm $p$-benzoquinone ($p$-BQ) để bẫy gốc superoxide ($\bullet O_2^-$) làm giảm sâu sắc hiệu suất phân hủy;
   • Thêm muối $EDTA-Na_2$ để cô lập lỗ trống ($h^+$) cho thấy $h^+$ đóng vai trò thứ cấp so với hai gốc hoạt tính trên. Từ đó xác nhận chuỗi phản ứng: các electron quang sinh trên CB của $TiO_2$ và Ag chuyển nhanh sang khung rGO để khử $O_2$ hòa tan thành $\bullet O_2^-$, trong khi các $h^+$ tại VB oxy hóa $OH^-/H_2O$ thành $\bullet OH$.
5. Độ ổn định cơ lý và hiệu quả khoáng hóa triệt để: Dữ liệu phân tích TOC chứng minh hàm lượng carbon hữu cơ trong dung dịch giảm tỷ lệ thuận với độ suy giảm màu sắc quang phổ, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng tạo sản phẩm trung gian độc hại tồn dư. Đặc biệt, sau 10 chu kỳ hấp phụ – quang phân hủy và thu hồi liên tiếp, vật liệu ATGA-18 vẫn duy trì hiệu suất xử lý $> 90%$. Giản đồ XRD và phổ FTIR của mẫu sau 10 chu kỳ không hề xuất hiện sự biến tính pha tinh thể hay suy thoái liên kết, khẳng định độ bền cấu trúc tuyệt vời của khung aerogel.

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết học thuật: Cung cấp bằng chứng thực nghiệm trực tiếp củng cố mô hình truyền điện tích Schottky-LSPR-Graphene, mở ra hướng tiếp cận mới trong việc thiết kế các hệ vật liệu quang xúc tác dị thể 3D đa thành phần.
• Về mặt phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình ứng dụng thiết kế thực nghiệm Box - Behnken trong tối ưu hóa các thông số phản ứng quang hóa phức tạp, giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thiết mà vẫn đảm bảo độ chính xác dự báo cao ($R^2 > 0{,}98$).
• Về mặt công nghệ ứng dụng: Đề xuất một giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh loại bỏ thuốc nhuộm độc hại không tạo bùn thải thứ cấp. Dạng aerogel nguyên khối giải quyết triệt để khâu lọc tách tốn kém trong kỹ thuật xử lý nước thải công nghiệp.
• Về mặt chính sách môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học định lượng cho các cơ quan quản lý và doanh nghiệp dệt nhuộm trong việc xây dựng các module xử lý nước thải tại nguồn đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN, hướng tới mô hình kinh tế tuần hoàn tái sử dụng nước thải công nghiệp.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả xuất sắc, luận án cũng thẳng thắn chỉ ra các giới hạn kỹ thuật cần được tiếp tục hoàn thiện:

1. Giới hạn quy mô chế tạo trong phòng thí nghiệm: Quy trình tổng hợp aerogel phụ thuộc vào thiết bị sấy thăng hoa chân không trong thời gian dài (48 giờ), làm tăng chi phí năng lượng và gây khó khăn khi nhân rộng quy mô sản xuất hàng loạt (scale-up) lên mức bán công nghiệp.
2. Chi phí vật liệu thành phần: Việc sử dụng muối bạc ($AgNO_3$) dù đem lại hiệu ứng LSPR vượt trội nhưng làm tăng giá thành chế tạo vật liệu ATGA so với các oxide kim loại thông thường.
3. Môi trường nền nước thải thực tế: Các khảo sát quang phân hủy trong luận án được tiến hành trên hệ dung dịch đơn chất màu (MB hoặc MO) pha trong nước cất. Trong nước thải dệt nhuộm thực tế, sự hiện diện của độ mặn cao, chất hoạt động bề mặt, kim loại nặng và độ đục lớn có thể cạnh tranh tâm hấp phụ và làm suy giảm cường độ ánh sáng chiếu qua.

Từ các giới hạn trên, chương trình nghiên cứu tương lai (Future Research Agenda) được đề xuất:

• Nghiên cứu thay thế sấy thăng hoa bằng kỹ thuật sấy khô ở áp suất thường (ambient pressure drying) có biến tính bề mặt để giảm chi phí sản xuất;
• Nghiên cứu thay thế hạt nano Ag bằng các kim loại phi quý có hiệu ứng plasmon hoặc các chất bán dẫn hữu cơ như $g-C_3N_4$ (graphitic carbon nitride) để hạ giá thành sản phẩm;
• Chế tạo và thử nghiệm hệ thống phản ứng quang xúc tác dòng liên tục (continuous-flow photoreactor) với module màng aerogel cố định, đánh giá trên mẫu nước thải thực tế lấy từ các khu công nghiệp dệt may;
• Ứng dụng mô phỏng hóa tính toán cơ học lượng tử (DFT - Density Functional Theory) để mô tả chính xác mật độ trạng thái (DOS) và năng lượng hấp phụ phân tử chất màu trên các bề mặt tiếp xúc dị thể nano.

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật (Academic Impact): Công trình đóng góp hệ thống số liệu thực nghiệm toàn diện và độ tin cậy cao cho ngành Kỹ thuật Hóa học và Khoa học Vật liệu. Các bài báo công bố từ luận án trên các tạp chí quốc tế uy tín (thuộc danh mục ISI/Scopus) tạo tiền đề cho nhiều trích dẫn khoa học trong lĩnh vực vật liệu nanocomposite gốc graphene và xử lý môi trường bằng công nghệ quang xúc tác tiên tiến (Advanced Oxidation Processes - AOPs).
• Chuyển đổi ngành công nghiệp (Industrial Transformation): Kết quả nghiên cứu mở ra tiềm năng thương mại hóa các module lọc quang xúc tác dạng khối xốp cho ngành dệt may, da giày, in ấn bao bì và sản xuất hóa chất nhuộm. Khả năng tái sử dụng 10 chu kỳ với chi phí vận hành thấp giúp các doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể chi phí xử lý nước thải và hóa chất xử lý.
• Tác động xã hội và môi trường (Societal & Environmental Benefits): Giảm thiểu lượng chất màu độc hại xả thải ra các lưu vực sông lớn, bảo vệ nguồn nước sinh hoạt cho hàng triệu người dân sống tại các vùng hạ lưu đô thị và khu công nghiệp. Ngăn ngừa nguy cơ tích tụ sinh học các hợp chất thơm độc hại trong chuỗi thức ăn thủy sinh.
• Tầm ảnh hưởng quốc tế: Đóng góp giải pháp công nghệ phù hợp với Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hợp Quốc (UN SDGs), đặc biệt là Mục tiêu 6 (Nước sạch và Vệ sinh) và Mục tiêu 12 (Sản xuất và Tiêu dùng Bền vững).

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học thuật: Tiếp cận một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận tổng hợp aerogel 3D, quy trình phân tích phổ học đa nghiệm (XRD, FTIR, Raman, XPS, TEM, SAED) và quy hoạch thực nghiệm thống kê RSM (Plackett - Burman & Box - Behnken).
• Các nhóm R&D công nghệ vật liệu: Kế thừa công thức tối ưu hóa nồng độ tiền chất, tỷ lệ dung môi và quy trình khử hóa học bằng ethylenediamine để phát triển các thế hệ nanocomposite aerogel mới ứng dụng trong lưu trữ năng lượng (pin, siêu tụ điện) và cảm biến sinh hóa.
• Kỹ sư vận hành xử lý môi trường: Sở hữu thông số công nghệ chi tiết ($pH$, liều lượng xúc tác, thời gian lưu, khoảng cách chiếu sáng) để thiết kế các bể phản ứng quang xúc tác xử lý nước thải dệt nhuộm đạt hiệu suất cao.
• Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Có thêm dữ liệu thực chứng tin cậy để thẩm định công nghệ và ban hành các quy chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt hơn về kiểm soát phát thải hóa chất dệt nhuộm tại Việt Nam.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc xác lập cơ chế truyền điện tích đa tầng hiệp đồng trong hệ dị thể tam khối $Ag-TiO_2/GA$. Luận án đã mở rộng Thuyết Xúc tác Quang Bán dẫn Dị thể và Thuyết Tiếp xúc Dị thể Schottky bằng cách chứng minh: khi tích hợp đồng thời hạt nano Ag và $TiO_2$ lên mạng lưới $rGO$ 3D thông qua cầu nối liên kết hóa học $Ti-O-C$, dòng điện tử cảm ứng quang không chỉ di chuyển một chiều từ $TiO_2$ sang $rGO$ (như các mô hình nhị hợp truyền thống), mà các hạt nano Ag dưới hiệu ứng LSPR còn phát xạ electron năng lượng cao ngược vào vùng dẫn của $TiO_2$, đồng thời $rGO$ hoạt động như một kênh dẫn đa chiều phân tán điện tử đến $O_2$ hòa tan. Sự phối hợp này làm triệt tiêu trạng thái tái tổ hợp $e^- - h^+$, nâng mật độ dòng quang lên gấp 3,3 lần so với $TiO_2$ nguyên bản.

2. Điểm cải tiến phương pháp luận đột phá so với các nghiên cứu tiền nhiệm là gì?

So với các nghiên cứu trước đây (như công trình của Sun và cộng sự [63] chỉ dùng màng 2D, hay Lv You và cộng sự [64] phải dùng thêm chất trợ tạo gel polymer CMC), luận án đã cải tiến đột phá ở hai khía cạnh:

• Sử dụng trực tiếp ethylenediamine (EDA) làm tác nhân khử kép: vừa mở vòng epoxy để liên kết chéo các phiến graphene thành hydrogel nguyên khối không cần bất kỳ chất độn polymer ngoại lai nào, vừa tạo điều kiện hình thành liên kết phối trí bề mặt gắn chặt các tinh thể $TiO_2$ và Ag;
• Chuẩn hóa quy trình tối ưu hóa đa biến liên hoàn kết hợp sàng lọc Plackett - Burman (loại bỏ các biến không ý nghĩa) và tối ưu hóa mặt đáp ứng Box - Behnken, xác lập mô hình toán học dự báo chính xác động thái quang phân hủy với hệ số $R^2 > 0{,}98$.

3. Phát hiện thực nghiệm nào gây bất ngờ nhất và được giải thích bằng cơ chế gì?

Phát hiện bất ngờ nhất là tốc độ đạt cân bằng hấp phụ siêu nhanh của vật liệu aerogel GA-9: chỉ mất 2 phút để đạt trạng thái bão hòa hấp phụ đối với chất màu, nhanh gấp 5 lần so với vật liệu composite $TiO_2/rGO$ dạng tấm 2D thông thường (mất hơn 10 phút) [63]. Hiện tượng này được giải thích là nhờ quá trình sấy thăng hoa đã tạo ra cấu trúc mạng mao quản hở 3D đa cấp với độ xốp $> 90%$, triệt tiêu hoàn toàn sự kết tụ và xếp chồng lớp của các phiến graphene, tạo điều kiện cho các phân tử chất màu khuếch tán đối lưu tự do tiếp cận trực tiếp các tâm hấp phụ $\pi - \pi$ và nhóm chức chứa oxy mà không gặp trở ngại nội khuếch tán mao quản.

4. Luận án có cung cấp đầy đủ giao thức để tái lặp thực nghiệm không?

Luận án cung cấp chi tiết tuyệt đối toàn bộ giao thức thực nghiệm (Replication Protocol), bao gồm: nồng độ chính xác của từng hóa chất tiền chất (Graphite vảy, $KMnO_4, H_2SO_4/H_3PO_4$, TIP, $AgNO_3$, EDA), thông số khuấy trộn, công suất siêu âm, chế độ nhiệt phản ứng ($120^\circ\text{C}$), thời gian khử hóa học, chu trình làm lạnh sâu ($-50^\circ\text{C}$) và sấy thăng hoa (áp suất chân không, thời gian 48 giờ), cũng như quy trình chuẩn pha chế chất bắt gốc tự do (IPA, $p$-BQ, $EDTA-Na_2$) và các bước đo quang phổ phân tích TOC, XRD, FTIR, SEM, TEM. Bất kỳ phòng thí nghiệm hóa học vật liệu tiêu chuẩn nào cũng có thể tái lặp chính xác kết quả này.

5. Định hướng nghiên cứu 10 năm tới cho hệ vật liệu này là gì?

Trong tầm nhìn 10 năm, hướng nghiên cứu sẽ chuyển dịch từ quy mô bình phản ứng gián đoạn (batch reactor) sang:

• Tích hợp aerogel $Ag-TiO_2/GA$ vào các màng lọc quang xúc tác tự làm sạch (self-cleaning photocatalytic membranes) dạng module quay hoặc dòng chảy liên tục;
• Mở rộng ứng dụng từ phân hủy thuốc nhuộm sang xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy mới nổi (Contaminants of Emerging Concern - CECs) như dư lượng kháng sinh, thuốc bảo vệ thực vật, hạt vi nhựa và phân tách nước tạo hydro xanh ($H_2$ production) dưới bức xạ ánh sáng mặt trời tự nhiên;
• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (Machine Learning) và tính toán vật liệu thông lượng cao (High-throughput DFT) để dự đoán cấu hình pha tạp tối ưu giữa graphene với các kim loại chuyển tiếp khác.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Trương Thị Phượng Nguyệt Xuân Trinh là một công trình nghiên cứu khoa học công phu, nghiêm túc và có hàm lượng học thuật rất cao, thể hiện qua 6 đóng góp cốt lõi:

1. Xây dựng thành công quy trình công nghệ xanh và ổn định: Tổng hợp thành công 3 hệ vật liệu tiên tiến dạng khối xốp: Graphene Aerogel (GA), $TiO_2/\text{Graphene Aerogel}$ (TiGA) và $Ag-TiO_2/\text{Graphene Aerogel}$ (ATGA) bằng phương pháp khử hóa học EDA kết hợp sấy thăng hoa, bảo toàn cấu trúc xốp 3D mao quản mở.
2. Khám phá và làm sáng tỏ cơ chế nhiệt động – động học hấp phụ: Chứng minh vật liệu GA-9 có dung lượng hấp phụ vượt trội đối với cả chất màu cation (MB) và anion (MO), tuân theo mô hình động học bậc hai và đẳng nhiệt đơn lớp Langmuir với thời gian đạt cân bằng siêu nhanh (2 phút).
3. Đột phá về hoạt tính quang hóa vùng ánh sáng khả kiến: Vật liệu tam hợp ATGA-18 kích hoạt xuất sắc hiệu ứng LSPR của AgNPs và rào cản Schottky, mở rộng dải hấp thụ quang phổ sang vùng ánh sáng nhìn thấy, đạt hiệu suất quang phân hủy $> 95%$ đối với cả hai hệ chất màu đại diện.
4. Chứng minh cơ chế phân hủy và khoáng hóa triệt để: Bằng phương pháp bẫy gốc tự do (dùng IPA, $p$-BQ, $EDTA-Na_2$) và phân tích hàm lượng carbon hữu cơ tổng (TOC), luận án xác định chính xác vai trò chủ đạo của các gốc hoạt tính $\bullet O_2^-$ và $\bullet OH$, khẳng định chất màu bị phân hủy hoàn toàn thành $CO_2$ và $H_2O$.
5. Độ bền cơ lý và khả năng tái sử dụng vượt trội: Vật liệu dạng khối aerogel cho phép thu hồi cơ học dễ dàng sau phản ứng, duy trì hoạt tính xúc tác cao và giữ nguyên cấu trúc tinh thể, pha hóa học sau 10 chu kỳ thử nghiệm liên tục (được xác thực bởi XRD và FTIR sau phản ứng).
6. Tối ưu hóa toán học chuẩn mực bằng RSM: Ứng dụng thành công mô hình Box - Behnken để thiết lập tương tác giữa các thông số công nghệ quang hóa, cung cấp bộ dữ liệu biên chuẩn xác cho việc thiết kế thiết bị xử lý nước thải công nghiệp.

Công trình không chỉ mở ra ba dòng nghiên cứu mới về vật liệu aerogel đa chức năng, công nghệ xúc tác quang plasmonic và xử lý ô nhiễm nước không phát sinh bùn thải, mà còn tạo dựng một dấu ấn khoa học vững chắc, đóng góp thiết thực vào sự nghiệp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.