Nghiên cứu phân hủy chất rhodamine b sử dụng kỹ thuật plasma jet

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẦN HỒNG QUÂN Trần Hồng Quân VẬT LÝ CHẤT RẮN NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY CHẤT RHODAMINE B SỬ DỤNG KỸ THUẬT PLASMA JET LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN 2021 Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Trần Hồng Quân NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY CHẤT RHODAMINE B SỬ DỤNG KỸ THUẬT PLASMA JET Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH VẬT LÝ CHẤT RẮN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐÀO NGUYÊN THUẬN Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu luận văn cơng trình nghiên cứu tơi dựa tài liệu, số liệu tơi tự tìm hiểu nghiên cứu hướng dẫn TS Đào Ngun Thuận Chính vậy, kết nghiên cứu đảm bảo trung thực khách quan Đồng thời, kết chưa xuất nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực sai tơi hồn chịu trách nhiệm Tác giả Trần Hồng Qn LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Học viện Khoa học Công nghệ tạo điều kiện hỗ trợ cơng việc hành để tơi hồn thành thủ tục bảo vệ thời hạn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn TS Đào Ngun Thuận - Trưởng phịng Cơng nghệ Plasma, Viện Khoa học Vật liệu tận tình hướng dẫn, giải đáp thắc mắc, tạo điều kiện cho học tập nghiên cứu để hoàn thành luận văn thạc sĩ Không kiến thức, thầy chia sẻ kỹ năng, kinh nghiệm quý báu nghiên cứu nói riêng sống nói chung tâm huyết Tôi xin cảm ơn NCS Lê Thị Quỳnh Xn, phịng Cơng nghệ Plasma, Viện Khoa học Vật liệu, ln nhiệt tình giúp đỡ, bảo tơi thời gian tơi hồn thành luận văn phịng Công nghệ Plasma, Viện Khoa học Vật liệu Cuối người quan trọng không thiếu, cho gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh em gia đình, nguồn động lực to lớn giúp tơi vượt qua khó khăn, theo dõi, ủng hộ giúp đỡ vượt qua trở ngại đường học tập Tôi mong nhận những ý kiến góp ý, bổ sung thầy cô, bạn bè để hồn thiện luận văn cách trọn vẹn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2021 Học viên Trần Hồng Quân MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu đề tài Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ plasma 1.1.1 Tổng quan công nghệ plasma 1.1.2 Ứng dụng công nghệ plasma 1.1.3 Tình hình nghiên cứu plasma lạnh 1.2 Chất màu Rhodamine B 10 1.2.1 Tổng quan Rhodamine 10 1.2.3 Ứng dụng Rhodamine B 11 1.2.4 Độc tính thuốc nhuộm Rhodamine B 12 1.3 Các phương pháp xử lý Rhodamine B 12 1.4 Các phương pháp đo đặc trưng 14 1.4.1 Phổ hấp thụ UV-Vis 14 1.4.2 Phương pháp đo nồng độ H2O2 17 1.4.3 Phương pháp đo độ pH 18 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Hóa chất 19 2.2 Thiết lập hệ plasma phân hủy chất màu Rhodamine B 19 2.2.1 Hệ plasma jet 19 2.2.2 Bố trí thí nghiệm plasma trình phân hủy Rhodamine B 19 2.3 Quy trình tiến hành thí nghiệm 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.1 Xây dựng đồ thị phụ thuộc nồng độ Rhodamine B vào phổ hấp thụ 21 3.2 Phân hủy Rhodamine B plasma jet 21 3.3 Cơ chế trình phân hủy Rhodamine B tia plasma 24 3.3.1 Gốc hydroxyl (• OH) chất oxy hóa quan trọng 24 3.3.2 Ảnh hưởng hydro peroxit (H2O2) trình xử lý plasma 25 3.4 Sự phu thuộc tốc độ phân hủy Rhodamine B vào thông số hệ plasma jet 27 3.4.1 Cơng suất nguồn phát tốc độ dịng khí 27 3.4.2 Khoảng cách từ ống kim loại tới bề mặt dung dịch 28 3.5 Tìm phương pháp tăng tốc độ xử lý Rhodamine B 30 3.5.1 Thí nghiệm sử dụng khí Ni-tơ (N2) thay khí argon (Ar) 30 3.5.2 Thí nghiệm sử dụng ống thạch anh đục lỗ 32 3.5.3 Thí nghiệm sử dụng kết hợp khí argon khí oxy 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 KẾT LUẬN 37 KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh trạng thái vật chất hình ảnh trạng thái plasma Hình 1.2 Hình ảnh Mặt Trời Hình 1.3.Các tính chất plasma lạnh ứng dụng [2] Hình 1.4 Cấu tạo chung họ Triphenylmethane cấu tạo Rhodamine B 10 Hình 1.5 (A) Mẫu bột Rhodamine B (B) dung dịch Rhodamine B 11 Hình 1.6 Sơ đồ hoạt động hệ đo phổ hấp thụ UV-Vis [31] 14 Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo thiết kế chùm đơn chùm đơi [30] 15 Hình 1.8 Hệ đo phổ UV-Vis ghép nối với máy tính 17 Hình 1.9 Máy đo pH cầm tay AD11 18 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thí nghiệm 20 Hình 3.1 (A) Phổ hấp thụ dung dịch Rhodamine B có nồng độ khác nhau, (B) Xây dựng đồ thị phụ thuộc đỉnh phổ hấp thụ (554 nm) vào nồng độ Rhodamine B dung dịch 21 Hình 3.2 Hình ảnh 10 ml dung dịch Rhodamine B (50mg/l) (A) trước xử lý với plasma (B) sau xử lý với plasma 24 phút (C) Phổ hấp thụ Rhodamine B (0 phút, đường màu đen) trước (24 phút, đường cong màu đỏ) sau xử lý với plasma Phần cấu trúc hóa học Rhodamine B 22 Hình 3.3 (A) Sự phụ thuộc phổ hấp thụ Rhodamine B bước sóng 554 nm vào thời gian xử lý plasma (B) Tỉ lệ phần trăm thuốc nhuộm lại (chấm đen) hàm thời gian xử lý plasma độ phù hợp (đường cong màu đỏ) theo động học phản ứng bậc 22 Hình 3.4 (A) Nồng độ hydro peroxit (H2O2) phát phương pháp khác sau vài thời gian xử lý plasma (B) Đồ thị phần trăm thuốc nhuộm lại hàm thời gian xử lý plasma nồng độ H2O2 ban đầu khác 25 Hình 3.5 So sánh tỷ lệ xử lý Rhodamine B với công suất nguồn phát plasma khác nhau:1,3 W, W 0,7 W 27 Hình 3.6 So sánh tỷ lệ xử lý Rhodamine B với tốc độ dịng khí khác nhau:4 l/min l/min 28 Hình 3.7 Cách bố trí kim phát plasma cốc dung dịch trường hợp (A) đầu phát plasma jet ngập dung dịch chất màu Rhodamine B; (B) đầu phát plasma jet cách bề mặt dung dịch mm 29 Hình 3.8 So sánh tốc độ xử lý Rhodamine B hai trường hợp: (A) đầu phát plasma jet ngập dung dịch chất màu Rhodamine B; (B) đầu phát plasma jet cách bề mặt dung dịch mm 29 Hình 3.9 So sánh (A) độ pH sử dụng hai loại khí dẫn Ar N2 (B) tỉ lệ Rhodamine B lại dung dịch hai thí nghiệm sử dụng hai loại khí dẫn Ar N2 31 Hình 3.10 Cách bố trí kim phát plasma cốc dung dịch trường hợp (A) đầu phát plasma nguyên vẹn; (B) đầu phát plasma jet bị đục lỗ 32 Hình 3.11 Cơ chế hoạt động ống thạch anh 33 Hình 3.12 So sánh tốc độ xử lý Rhodamine B hai trường hợp: (A) đầu phát plasma nguyên vẹn; (B) đầu phát plasma jet bị đục lỗ 33 Hình 3.13 Đồ thị so sánh độ pH hai trường hợp: (A) đầu phát plasma nguyên vẹn; (B) đầu phát plasma jet bị đục lỗ 34 Hình 3.14 Sơ đồ bố trí thí nghiệm thí nghiệm kết hợp khí argon oxy 35 Hình 3.15 So sánh tỷ lệ xử lý Rhodamine B hai trường hợp sử dụng bình oxy trường hợp kết hợp khí argon oxy 35 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Hiện nay, Rhodamine B biết đến chất màu sử dụng nhiều ngành công nghiệp dệt may, lĩnh vực sinh học chí cịn sử dụng thực phẩm Nước thải chứa Rhodamine B dư thừa xả thải môi trường trực tiếp gây ảnh hưởng tới mơi trường tự nhiên, lồi động vật người Nhiều nghiên cứu thuốc nhuộm Rhodamine B gây ung thư loài người Chính tác hại mà Rhodamine B gây nên nhiều quốc gia có Việt Nam cấm sử dụng loại thuốc nhuộm thực phẩm Nhưng số nước sử dụng Rhodamine B bất hợp pháp cho nhiều loại thực phẩm hạt dưa, ớt bột… Có nhiều phương pháp phân hủy Rhodamine B khác như: phương pháp hóa học, phương pháp vật lý phương pháp sinh học Trong nghiên cứu này, sử dụng phương pháp plasma để xử lý Rhodamine B với mong muốn giảm thiểu tối đa chất hóa học Đây làm phương pháp xử lý chất thải màu Việt Nam Trên sở tham khảo tài liệu cơng bố, điều kiện phịng thí nghiệm phịng Cơng nghệ plasma, Viện Khoa học Vật liệu, tơi lựa chọn hướng nghiên cứu là: “Nghiên cứu phân hủy chất Rhodamine B sử dụng kỹ thuật plasma jet” Mục tiêu đề tài Các mục tiên đề tài nghiên cứu bao gồm: - Thiết lập hệ thiết bị plasma jet ứng dụng vào trình phân hủy Rhodamine B - Tìm hiểu chế tác nhân giúp phân hủy Rhodamine B phương pháp plasma jet - Tối ưu hóa điều kiện hệ plasma jet để đạt hiệu phân hủy Rhodamine B cao Cấu trúc luận văn Nội dung luận văn chia thành chương sau: Chương Tổng quan: trình bày tổng quan ứng dụng công nghệ plasma, chất màu Rhodamine B, phương pháp xử lý chất màu Rhodamine B sử dụng phương pháp đo phổ đặc trưng sử dụng nghiên cứu Chương Thực nghiệm: giới thiệu hóa chất sử dụng thí nghiệm, trình bày bước tiến hành thí nghiệm Chương Quá trình thực kết quả: Trình bày kết nghiên cứu, giải thích kết nghiên cứu, từ đưa nhận xét Đưa phương án tối ưu tăng tốc độ xử lý Rhodamine B, thực thí nghiệm, nhận xét giải thích kết thu Chương Kết luận: Đưa kết luận kết thu nghiên cứu nhận xét nghiên cứu tiềm triển khai tiếp phịng Cơng nghệ Plasma – Viện Khoa học Vật liệu xử lý chất thải màu kỹ thuật plasma jet 27 yêu cầu electron lượng cao ∗ 𝑒 phản ứng với nước, phản ứng gián tiếp phương trình (3) yêu cầu ozone (O3), chất trung gian tạo ∗ 𝑒 phản ứng với oxy (O2) khơng khí xung quanh bên dung dịch Để giải mức độ đóng góp phản ứng vào lượng •OH tạo trình xử lý plasma, cần phải thực cơng việc bao gồm trộn thêm khí oxy sử dụng chất khác [41] 3.4 Sự phu thuộc tốc độ phân hủy Rhodamine B vào thông số hệ plasma jet 3.4.1 Công suất nguồn phát tốc độ dịng khí Hình 3.5 So sánh tỷ lệ xử lý Rhodamine B với công suất nguồn phát plasma khác nhau:1,3 W, W 0,7 W Để tìm điều kiện tối ưu cho việc khử Rhodamine B cách xử lý plasma, nghiên cứu ảnh hưởng cơng suất plasma tốc độ dịng khí lên tốc độ khử Hình 3.5 (A) cho thấy tốc độ xử lý tăng tuyến tính với cơng suất plasma: số tốc độ k 0.24 min-1, 0.18 min-1 0.13 min-1 tương ứng với công suất nguồn phát plasma 1.3 W, W 0.7 W Kết thu phù hợp với phương trình (2) (3) trên, tăng cơng suất nguồn phát, lượng electron lượng cao ∗ 𝑒 tạo phản ứng plasma tham gia vào trình xử lý chất màu tăng lên, qua 28 đó, tăng tốc độ xử lý chất màu Tuy việc tăng công suất nguồn phát góp phần tăng tốc độ xử lý chất màu, song liên tục sử dụng nguồn phát plasma công suất cực đại thiết bị gây tượng nóng nguồn, hư hại linh kiện dẫn đến hư hại, giảm tuổi thọ thiết bị sử dụng q trình thí nghiệm Hình 3.6 So sánh tỷ lệ xử lý Rhodamine B với tốc độ dịng khí khác nhau:4 l/min l/min Hình 3.6 cho thấy tốc độ dịng khí Ar (4 l/min l/min) không ảnh hưởng đến tốc độ khử thuốc nhuộm Kết không phù hợp với nghiên cứu trước [18], mà cịn phù hợp với phản ứng phương trình (2) (3) Cả hai phản ứng không phụ thuộc vào tốc độ dịng khí Ar Đối với thí nghiệm sử dụng tốc độ dịng khí argon bé l/min, việc xử lý Rhodamine B không 3.4.2 Khoảng cách từ ống kim loại tới bề mặt dung dịch Tôi tiến hành thay đổi khoảng cách từ đầu phát plasma jet đến bề mặt dung dịch chất màu Rhodamine B, với mong muốn làm thay đổi tốc độ phân hủy Thí nghiệm này, thiết kế giống hình 3.7 Theo tơi tiến hành thí nghiệm với 02 thiết kế sau: (1) đầu phát plasma ngập dung dịch 29 chất màu Rhodamine B (hình 3.7 (A)); (2) đầu phát plasma jet cách bề mặt dung dịch mm (hình 3.7 (B)) Hình 3.7 Cách bố trí kim phát plasma cốc dung dịch trường hợp (A) đầu phát plasma jet ngập dung dịch chất màu Rhodamine B; (B) đầu phát plasma jet cách bề mặt dung dịch mm Kết thí nghiệm thể hình 3.8 Việc sử dụng bố trí ống thạch anh chìm dung dịch cho kết xử lý Rhodamine B chậm nhiều so với sử dụng ống thạch anh cao mặt nước mm Hình 3.8 So sánh tốc độ xử lý Rhodamine B hai trường hợp: (A) đầu phát plasma jet ngập dung dịch chất màu Rhodamine B; (B) đầu phát plasma jet cách bề mặt dung dịch mm 30 Ta thấy trường hợp ống thạch anh chìm dung dịch cho tốc độ xử lý (hằng số tốc độ k = 0.13 min-1 chậm so với ống mặt nước (k = 0.18 min-1 Sử dụng phương trình (3) giải thích vấn đề Việc ống thạch anh chìm nước hạn chế khơng khí tham gia vào q trình phản ứng Điều có nghĩa có khí oxy tham gia vào q trình tạo •O qua gián tiếp giảm lượng gốc hydroxyl (•OH) Đó lý tốc độ phản ứng bị giảm xuống ống thạch anh chìm nước 3.5 Tìm phương pháp tăng tốc độ xử lý Rhodamine B Như trình bày phần trên, việc thay đổi loại khí thay đổi tốc độ phản ứng loại khí, tác động tới phản ứng sinh •OH Vì tơi thay đổi thành phần loại khí với mục đích tìm trường hợp có hiệu suất phản ứng cao 3.5.1 Thí nghiệm sử dụng khí Ni-tơ (N2) thay khí argon (Ar) Cùng với khí argon, ni-tơ loại khí thường xuyên sử dụng làm khí dẫn phát plasma, tùy mục đích hệ thí nghiệm plasma, nhóm nghiên cứu khảo sát để tìm loại khí phù hợp với nghiên cứu Vì vậy, tơi thử thí nghiệm sử dụng hai loại khí khí argon (Ar) khí ni-tơ (N2) làm khí dẫn phát plasma Các thơng số thí nghiệm khác hai thí nghiệm hồn tồn giống bao gồm mẫu thí nghiệm 10 ml, cơng suất nguồn l W, tốc độ dịng khí l/min Kết thu hiệu khử Rhodamine B trình bày hình 3.9 31 Hình 3.9 So sánh (A) độ pH sử dụng hai loại khí dẫn Ar N2 (B) tỉ lệ Rhodamine B lại dung dịch hai thí nghiệm sử dụng hai loại khí dẫn Ar N2 Qua hình 3.9 (B), nhận tốc độ xử lý Rhodamine B sử dụng khí ni-tơ làm khí dẫn plasma chậm nhiều so với sử dụng khí argon Việc giải thích phương trình sau đây: [35, 43] ∗𝑒+𝑁 →2 ∙𝑁+𝑒 (10) ∙ 𝑁 +∙ 𝑂 → 𝑁𝑂 (11) 𝑁𝑂 +∙ 𝑂𝐻 → 𝐻𝑁𝑂 (13) ∙ 𝑂 + 𝑁𝑂 → 𝑁𝑂 𝑁 𝑂 + ∙ 𝑂𝐻 → 2𝐻𝑁 𝐻𝑁 + ∙ 𝑂𝐻 → 𝐻𝑁 𝑁𝑂 +∙ 𝑂𝐻 → 𝐻𝑁𝑂 (12) +𝐻 𝑂 +𝐻 𝑂 (14) (15) (16) Chúng ta thấy phương trình (10), việc sử dụng khí N2 giải phóng nhiều ni-tơ lượng cao •N so với sử dụng khí Ar Việc sinh nguyên tử •N lượng cao tăng khả xảy phản ứng phương trình (11), tạo khí NO tham gia vào phản ứng phương trình (12), (13), (14), (15) (16) làm giảm lượng •OH đồng thời giảm lượng •O gián tiếp tác 32 động tiêu cực tới việc tạo thêm •OH theo phương trình (4) (7) từ ảnh hưởng tới trình phân hủy Rhodamine B •OH Việc pH dung dịch mẫu xử lý với “xúc tác” khí ni-tơ giảm nhanh (Hình 3.9 (A)) phần chứng minh kết tương tự Các phương trình (13, (14), (15) (16) cho thấy tạo nhiều •N tạo nhiều axit axit nitric (HNO3) (ở phương trình (15), (16)) axit nitrit (HNO2) (ở phương trình (13), (14)) Vậy việc sử dụng khí dẫn argon cho kết xử lý tốt sử dụng khí ni-tơ 3.5.2 Thí nghiệm sử dụng ống thạch anh đục lỗ Như thấy trên, việc tăng thêm oxy tăng thêm phản ứng tạo •OH tơi đưa phương pháp để tăng khí oxy Do khơng khí có tỉ lệ oxy lớn nên tơi tìm cách tăng lượng khơng khí tham gia vào trình phản ứng với mong muốn trình cho kết xử lý tốt so với trường hợp ống thạch anh nguyên vẹn Tôi thực phép so sánh hai thiết kế, thiết kế đầu phát plasma nguyên vẹn (hình 3.10 (A)) thiết kế đầu phát plasma bị đục lỗ (hình 3.10 (B)) Lỗ đục có đường kính mm Hình 3.10 Cách bố trí kim phát plasma cốc dung dịch trường hợp (A) đầu phát plasma nguyên vẹn; (B) đầu phát plasma jet bị đục lỗ 33 Theo định luật Bernoulli dòng chảy khơng nén được, ta thấy có lượng khí tốc độ cao đầu kim châm, nên có lượng khơng khí tràn vào ống thạch anh theo lỗ đục Hình 3.11 Cơ chế hoạt động ống thạch anh Trong thí nghiệm, tơi giữ ngun thể tích mẫu 10 ml, cơng suất nguồn phát W, tốc độ dịng khí argon l/min Kết thi được tơi trình bày đồ thị hình 3.12 Hình 3.12 So sánh tốc độ xử lý Rhodamine B hai trường hợp: (A) đầu phát plasma nguyên vẹn; (B) đầu phát plasma jet bị đục lỗ Ta thấy việc có thêm khơng khí tham gia vào khơng cho kết xử lý tốt thời gian đầu song thời gian sau lại có tốc độ phản ứng nhanh Tơi giải thích việc dựa hai yếu tố, khơng khí, tỉ lệ khí O2 N2 xấp xỉ 20% 80% Trong thời gian đầu, khí ni-tơ tham gia 34 phản ứng xuất phản ứng (10) đến (16) ảnh hưởng đến việc tạo gốc hydroxyl (•OH) nên tốc độ phản ứng trở nên chậm Trong thời gian sau, theo suy đoán ban đầu, phản ứng tạo axit HNO3 HNO2 đạt trạng thái bão hịa nên lúc gốc hydroxyl (•OH) tạo nhiều trạng thái bình thường (do có thêm O2 tham gia vào q trình phản ứng) Suy đốn phần khẳng định so sánh độ pH Ta thấy độ pH sử dụng ống đục lỗ giảm nhanh khoảng thời gian 10 phút sau đạt trạng thái gần bão hịa khơng cịn thay đổi khoảng thời gian gần mười lăm phút sau Hình 3.13 Đồ thị so sánh độ pH hai trường hợp: (A) đầu phát plasma nguyên vẹn; (B) đầu phát plasma jet bị đục lỗ 3.5.3 Thí nghiệm sử dụng kết hợp khí argon khí oxy Việc sử dụng ống có đục lỗ gần không khả quan việc tăng tốc độ xử lý chất màu Rhodamine B, tơi nghĩ tới cách tăng tốc độ xử lý chất màu Rhodamine B việc sử dụng kết hợp khí argon oxy Chính tơi đưa thiết kế thí nghiệm hình 3.14 Về cách bố trí thí nghiệm giống với cách bố trí thí nghiệm ban đầu, điểm khác biệt việc sử dụng thêm bình khí oxy 35 Hình 3.14 Sơ đồ bố trí thí nghiệm thí nghiệm kết hợp khí argon oxy Trong thí nghiệm này, tốc độ dịng khí oxy sử dụng thí nghiêm nhỏ Sau tơi thực thí nghiệm với điều kiện thí nghiệm sau: mẫu 10 ml, công suất nguồn phát 1.3 W, tốc độ khí hai trường hợp thí nghiệm l/min argon l/min argon kết hợp với oxy (tỉ lệ oxy 2%) Kết thu thí nghiệm tơi trình bày hình 3.15 Hình 3.15 So sánh tỷ lệ xử lý Rhodamine B hai trường hợp sử dụng bình oxy trường hợp kết hợp khí argon oxy Ta thấy, việc sử dụng oxy vào thí nghiệm, với nồng độ thấp nhiều góp phàn tạo thêm lượng lớn •OH giúp tăng tốc độ phản 36 ứng Ngay phút thứ 14, Rhodamine B gần xử lý hoàn toàn dung dịch Việc sử dụng thêm lượng nhỏ khí oxy thí nghiệm cho thấy tốc độ phản ứng nhanh nhiều so với sử dụng khí argon, tơi tiếp tục tăng khí oxy cho thí nghiệm để kiểm chứng điều Kết thu có cơng suất nguồn phát, việc tăng cường oxy giảm dần độ mạnh tia plasma, tỉ lệ khí O2 hỗn hợp khí chiếm 5% dịng khí, tia plasma hồn tồn quan sát mắt thường Vậy việc sử dụng kết hợp thêm khí oxi kết hợp khí argon (tỉ lệ O2: 2%) cho tốc độ xử lý Rhodamine B nhanh 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu được, tơi rút kết luận sau: - Chất màu Rhodamine B nước xử lý kĩ thuật plasma jet - Cơng suất nguồn phát lớn (trong thí nghiệm cơng suất lớn 1.3 W) tốc độ xử lý chất màu nhanh, tốc độ khí l/min tốc độ tối ưu cho q trình xử lý Và khí phát plasma tối ưu cho trình phản ứng khí argon - Tác nhân q trình xử lý Rhodamine B gốc hidroxyl • OH Phản ứng tạo • OH phản ứng O2, electron lượng cao nước - Việc thay đổi lượng khơng khí tham gia vào q trình xử lý giảm tốc độ xử lý chất màu Rhodamine B - Việc sử dụng kết hợp khí O2 khí Ar với tỉ lệ thích hợp (O2: 2%) cho kết xử lý tốt - Các kết nghiên cứu trình bày luận văn cơng bố tạp chí Communications in Physics (Le, Q X T., Tran, H Q., Trinh, T H and Dao, N T (2021) Removal of Rhodamine B dye by plasma jet oxidation process Communications in Physics 31(1): 95 DOI:10.15625/08683166/15558) KIẾN NGHỊ - Đây nghiên cứu xử lý chất thải màu phịng Cơng nghệ Plasma - Viện Khoa học Vật liệu Cùng với việc trang bị thêm nhiều trang thiết bị mới, phịng Cơng nghệ Plasma có khả triển khai nghiên cứu xử lý chất thải màu khác, có tiềm thực nghiên cứu xử lý hỗn hợp chất thải màu mẫu chất thải phức tạp khác 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 Gurnett, D.A and A Bhattacharjee, Introduction to plasma physics: with space and laboratory applications 2005: Cambridge university press terraplasma Cold atmospheric plasma 2021; Available from: https://www.terraplasma.com/en/cold-plasma/ Gomez, E., et al., Thermal plasma technology for the treatment of wastes: A critical review Journal of hazardous materials, 2009 161(23): p 614-626 Taylor, P.R and S.A Pirzada, Thermal plasma processing of materials: A review Advanced Performance Materials, 1994 1(1): p 35-50 Aubert, A., et al., Uniaxial anisotropy and enhanced magnetostriction of CoFe O induced by reaction under uniaxial pressure with SPS Journal of the European Ceramic Society, 2017 37(9): p 3101-3105 Guillon, O., et al., Field‐Assisted Sintering Technology/Spark Plasma Sintering: Mechanisms, Materials, and Technology Developments Advanced Engineering Materials, 2014 16(7): p 830-849 Kulkarni, N.V., et al., Growth of nano-particles of Al2O3, AlN and iron oxide with different crystalline phases in a thermal plasma reactor Materials Research Bulletin, 2009 44(3): p 581-588 Tùng, Đ.H., Plasma ứng dụng y học Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, 2019 9A: p 54 Elahi, N., M Kamali, and M.H Baghersad, Recent biomedical applications of gold nanoparticles: A review Talanta, 2018 184: p 537556 Zhou, R., et al., Cold atmospheric plasma activated water as a prospective disinfectant: the crucial role of peroxynitrite Green Chemistry, 2018 20(23): p 5276-5284 Burlica, R., M.J Kirkpatrick, and B.R Locke, Formation of reactive species in gliding arc discharges with liquid water Journal of electrostatics, 2006 64(1): p 35-43 Yan, J., et al., Degradation of gas–liquid gliding arc discharge on Acid Orange II Journal of hazardous materials, 2008 157(2-3): p 441-447 Zhang, R., et al., Kinetics of decolorization of azo dye by bipolar pulsed barrier discharge in a three-phase discharge plasma reactor Journal of hazardous materials, 2007 142(1-2): p 105-110 Mok, Y.S., J.-O Jo, and J.C Whitehead, Degradation of an azo dye Orange II using a gas phase dielectric barrier discharge reactor submerged in water Chemical Engineering Journal, 2008 142(1): p 5664 Piroi, D., et al Decomposition of organic dyes in water using nonthermal plasma in 19th International Symposium on Plasma Chemistry 2009 39 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Gao, J., et al., Decoloration of aqueous Brilliant Green by using glow discharge electrolysis Journal of hazardous materials, 2006 137(1): p 431-436 Sun, B., et al., Characteristics of gas-liquid pulsed discharge plasma reactor and dye decoloration efficiency Journal of Environmental Sciences, 2012 24(5): p 840-845 de Brito Benetoli, L.O., et al., Pyrite-enhanced methylene blue degradation in non-thermal plasma water treatment reactor Journal of hazardous materials, 2012 237: p 55-62 Němcová, L., et al., Chemical Efficiency of H2O2 Production and Decomposition of Organic Compounds Under Action of DC Underwater Discharge in Gas Bubbles IEEE Transactions on Plasma Science, 2011 39(3): p 865-870 Nguyen, M.D., et al., Cold atmospheric plasma treatment on failed finger perforator flap: A case report Clinical Plasma Medicine, 2020 19-20: p 100105 Xuan, L.T.Q., L.N Nguyen, and N.T Dao, Synthesis of stabilizer-free, homogeneous gold nanoparticles by cold atmospheric-pressure plasma jet and their optical sensing property Nanotechnology, 2021 33(10): p 105603 Sivakumar, M and A.B Pandit, Ultrasound enhanced degradation of Rhodamine B: optimization with power density Ultrasonics Sonochemistry, 2001 8(3): p 233-240 Nguyen, T.K.S., Nghiên cứu xử lý Rhodamine B vật liệu hấp phụ Sepiolite 2016, Học viện Nông nghiệp Việt Nam Đặng, V.L., Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm Rhodamine B vật liệu hấp phụ từ bã mía qua xử NaOH NaOH/H2O2 2018, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng Baldev, E., et al., Degradation of synthetic dye, Rhodamine B to environmentally non-toxic products using microalgae Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2013 105: p 207-214 Hermann, K.L., et al., Discoloration of rhodamine b dye by white-rot fungi in solid bleached sulfate paperboard coated with polyethylene terephthalate: scale-up into non-sterile packed-bed bioreactor Journal of Environmental Chemical Engineering, 2020 8(3): p 103685 Ju, D., et al., Biosorption of a reactive dye (Rhodamine-B) from an aqueous solution using dried biomass of activated sludge Bioresource Technology, 2008 99(17): p 7971-7975 Gupta, V.K., et al., Removal of Rhodamine B, Fast Green, and Methylene Blue from Wastewater Using Red Mud, an Aluminum Industry Waste Industrial & Engineering Chemistry Research, 2004 43(7): p 17401747 40 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 Shenvi, S.S., et al., Humic Acid Based Biopolymeric Membrane for Effective Removal of Methylene Blue and Rhodamine B Industrial & Engineering Chemistry Research, 2015 54(18): p 4965-4975 Daneshvar, N., et al., UV/H2O2 treatment of Rhodamine B in aqueous solution: Influence of operational parameters and kinetic modeling Desalination, 2008 230(1-3): p 16-26 Jasco Theory of UV-Visible Spectroscopy (The Basics) Available from: https://jascoinc.com/learning-center/theory/spectroscopy/uv-visspectroscopy/ UV-Vis Frequently Asked Questions - Instrument Design Available from: https://www.ssi.shimadzu.com/products/uv-visspectrophotometers/faqs/instrument-design.html Nguyen, L.N., et al., In situ plasma-assisted synthesis of polydopaminefunctionalized gold nanoparticles for biomedical applications Green Chemistry, 2020 22(19): p 6588-6599 Muruganandham, M and M Swaminathan, Photochemical oxidation of reactive azo dye with UV–H2O2 process Dyes and pigments, 2004 62(3): p 269-275 Chen, Y., et al., Degradation of aqueous Rhodamine B by plasma generated along the water surface and its enhancement using nanocrystalline Fe-, Mn-, and Ce-doped TiO films Environmental Science and Pollution Research, 2014 21(16): p 9948-9958 Shikuku, V.O and W.N Nyairo, Advanced oxidation processes for dye removal from wastewater, in Impact of textile dyes on public health and the environment 2020, IGI Global p 205-238 Cuiping, B., et al., Removal of rhodamine B by ozone-based advanced oxidation process Desalination, 2011 278(1-3): p 84-90 Ding, X., et al., Hydroxyl and sulfate radical-based oxidation of RhB dye in UV/H2O2 and UV/persulfate systems: Kinetics, mechanisms, and comparison Chemosphere, 2020 253: p 126655 Dojčinović, B.P., et al., Decolorization of reactive textile dyes using water falling film dielectric barrier discharge Journal of hazardous materials, 2011 192(2): p 763-771 Attri, P., et al., Generation mechanism of hydroxyl radical species and its lifetime prediction during the plasma-initiated ultraviolet (UV) photolysis Scientific reports, 2015 5(1): p 1-8 Ali, M.M., J.A Nair, and K Sandhya, Role of reactive oxygen species in the visible light photocatalytic mineralization of rhodamine B dye by P25–carbon dot photocatalyst Dyes and Pigments, 2019 163: p 274284 Buxton, G.V., et al., Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals ( OH/ O− in aqueous solution Journal of physical and chemical reference data, 1988 17(2): p 513-886 41 43 Hayyan, M., M.A Hashim, and I.M AlNashef, Superoxide Ion: Generation and Chemical Implications Chemical Reviews, 2016 116(5): p 3029-3085 ... Cơng nghệ plasma, Viện Khoa học Vật liệu, lựa chọn hướng nghiên cứu là: ? ?Nghiên cứu phân hủy chất Rhodamine B sử dụng kỹ thuật plasma jet? ?? Mục tiêu đề tài Các mục tiên đề tài nghiên cứu bao gồm:... thiết b? ?? plasma jet ứng dụng vào trình phân hủy Rhodamine B - Tìm hiểu chế tác nhân giúp phân hủy Rhodamine B phương pháp plasma jet 6 - Tối ưu hóa điều kiện hệ plasma jet để đạt hiệu phân hủy Rhodamine. .. PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Hóa chất 19 2.2 Thiết lập hệ plasma phân hủy chất màu Rhodamine B 19 2.2.1 Hệ plasma jet 19 2.2.2 B? ?? trí thí nghiệm plasma q trình phân hủy Rhodamine