Hình. Sơ đồ quy tình tổng hợp FeCo-ZIFs

Trong các phương pháp trên thì quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) mang lại hiệu quả cao bởi các AOPs như γ-radiolysis và sonolysis có khả năng tạo ra gốc ·OH, giúp phá hủy hoàn toàn nhóm chromophore của AO7, khoáng hóa một phần và phân hủy hoàn toàn thuốc nhuộm, với sản phẩm cuối cùng là các ion oxalate và formate (Vinodgopal & Peller, 2003). Các AOPs khác như Fenton, ozone hóa và peroxone cho thấy hiệu hiệu quả cao trong việc phân hủy AO7 nhờ vào khả năng khoáng hóa và loại bỏ carbon hữu cơ giúp nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý các chất ô nhiểm có trong nước thải (Papić et al., 2006). Một ưu điểm nổi bật của AOPs so với các phương pháp khác là các ion carbonate trong nước thải thực tế có thể tăng cường quá trình phân hủy AO7 trong các AOPs (Rayaroth et al., 2023). Từ những ưu điểm nêu trên cho thấy AOPs là phương pháp hiệu quả để xử lý AO7 với khả năng phân hủy hoàn toàn thuốc nhuộm, tạo ra các sản phẩm cuối cùng ít độc hại hơn. Phương pháp này có thể hoạt động tốt trong điều kiện nước thải thực tế, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong  công nghiệp.

Chất xúc tác đóng vai trò quan trọng trong các quy trình oxy hóa nâng cao, giúp tăng tốc độ phản ứng, tạo ra các gốc tự do như hydroxyl (^•OH) và sulfate (SO4^•-) (Huang & Zhang, 2019; Niu et al., 2020). Xúc tác dị thể là một dạng chất xúc tác tồn tại ở pha khác với các chất phản ứng, thường là chất xúc tác rắn trong các phản ứng lỏng. Chất xúc tác dị thể có ưu điểm là dễ tách và tái sử dụng sau quá trình xúc tác phản ứng. Do đó, việc sử dụng chất xúc tác dị thể giúp đẩy nhanh quá trình phân hủy AO7 bằng AOPs là một phương pháp đầy hứa hẹn để để xử lý AO7 có trong nước thải bởi khả năng khoáng hóa hoàn toàn phẩm nhuộm dưới tác động của loại loại xúc tác này (Gui et al., 2019; Zhang, 2020).

Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) là loại vật liệu được tổng hợp từ các cation kim loại (ví dụ: Co²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺) kết hợp với imidazolate hoặc dẫn xuất của nó hình thành loại vật liệu có đặc tính nổi bật là độ xốp cao và diện tích bề mặt lớn. ZIFs đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm xúc tác, hấp phụ và đặc biệt là xử lý nước thải (Corma & Garcia, 2008; Zhu et al., 2019; Kaur et al., 2020). ZIFs có thể được sử dụng làm chất xúc tác để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, chẳng hạn như thuốc nhuộm và thuốc trừ sâu, thông qua các quy trình oxy hóa nâng cao. Diện tích bề mặt lớn và độ xốp cao của ZIFs cung cấp nhiều vị trí hoạt động cho các phản ứng xúc tác từ đó nâng cao hiệu quả xúc tác phân hủy các chất ô nhiễm (Elaouni et al., 2022; Le et al., 2023). Các nghiên cứu gần đây về khả năng ứng dụng ZIFs như chất xúc tác xử lý phẩm nhuộm trong nước thải đã có được những thành tựu nhất định có thể được kể đến như: Co/ZnZIF-8 đã được báo cáo có khả năng phân hủy hơn 90% methyl orange trong vòng 50 phút (Abuzalat et al., 2022), Cu/ZIF-67 đạt khả năng phân hủy 98% Congo Red ở nồng độ 40 ppm trong vòng 50 phút (Dang et al., 2023), Zn/Co-ZIF có thể phân hủy 98,2% methylene blue trong vòng 4 phút (Nguyen et al., 2024). 

Tuy nhiên, các vấn đề liên quan đến tính ổn định, phương pháp loại bỏ chất xúc tác sau xử lý, khả năng mở rộng quy mô và ứng dụng thực tế của vật liệu trong xử lý nước thải vẫn chưa được giải quyết triệt để (Ahmad et al., 2024). Bên cạnh đó, hiệu suất xúc tác của các vật liệu ZIFs có xu hướng suy giảm theo thời gian, làm hạn chế tiềm năng ứng dụng, cùng với chi phí tổng hợp cao đặt ra thách thức không nhỏ cho việc triển khai trong thực tiễn (Kholdeeva & Maksimchuk, 2021). Chính vì vậy, việc tổng hợp vật liệu FeCo-ZIFs trong dung môi methanol bằng phương pháp nhiệt dung môi được tập trung nghiên cứu. Mục tiêu chính là xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý AO7 trong nước. Cụ thể, vật liệu này đóng vai trò như một chất xúc tác, kích hoạt quá trình oxy hóa và thúc đẩy sự hình thành các gốc tự do từ chất oxy hóa. Các gốc tự do này tấn công và phân hủy các phân tử thuốc nhuộm AO7 một cách hiệu quả, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu trong xử lý ô nhiễm môi trường.

Trong nghiên cứu này, vật liệu FeCo-ZIFs có cấu trúc tinh thể cao đã được tổng hợp thành công trong methanol bằng phương pháp nhiệt dung môi. Đặc điểm cấu trúc của FeCo-ZIFs được xác định bằng các phương pháp phân tích hiện đại như PXRD, FT-IR, EDX, SEM, TGA và khả năng hấp phụ khí nitơ. FeCo-ZIFs thể hiện khả năng xúc tác phân hủy acid orange 7 (AO7) tốt với sự hiện diện của chất oxy hóa potassium peroxydisulfate trong môi trường nước giả thải. Vật liệu FeCo-ZIFs đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp nhiệt dung môi. Vật liệu này được phân tích đặc trưng cấu trúc bằng nhiều phương pháp phân tích hiện đại. Kết quả phân tích đặc trưng cấu trúc của FeCo-ZIFs hoàn toàn phù hợp với các công bố trước đây. Hơn nữa, FeCo-ZIFs được ứng dụng như một chất xúc tác để loại phẩm nhuộm AO7 với sự hiện diện của chất oxy hóa potassium peroxydisulfate. FeCo-ZIFs có khả năng phân hủy 99,2% AO7 ở nồng độ 30 mg.L^-1 sau 20 phút xử lý ở điều kiện nhiệt độ phòng khi với các mức nhân tố như sau 0,1 g.L^-1 PDS, 0,2 g.L^-1 FeCoZIFs. Qua đó có thể thấy FeCo-ZIFs là một vật liệu tiềm năng trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ bền độc hại trong nước, góp phần cung cấp một phương pháp bền vững giúp bảo vệ môi trường.