Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2 SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm Methylene Blue

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE TiO2SiO2 TÍCH HỢP CMC ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM METHYLENE BLUE Giảng viên.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE TiO2/SiO2 TÍCH HỢP CMC ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM METHYLENE BLUE Giảng viên hướng dẫn: T.S Trần Thị Diệu Thuần Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Nở MSSV: 18028101 Lớp: DHVC14 Khoá: 2018 – 2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE TiO2/SiO2 TÍCH HỢP CMC ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM METHYLENE BLUE Giảng viên hướng dẫn: T.S Trần Thị Diệu Thuần Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Nở MSSV: 18028101 Lớp: DHVC14 Khoá: 2018 – 2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022 TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Độc lập - Tự - Hạnh phúc - // - - // - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hồ Thị Nở MSSV: 18028101 Chun ngành: Cơng nghệ Hóa Học – HĨA VƠ CƠ Lớp: DHVC14 Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2-SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm Methylene Blue Nhiệm vụ: - Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2 - Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC - Nghiên cứu cấu trúc, hình thái bề mặt vật liệu phương pháp phân tích hóa lý đại - Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu, thời gian, nồng độ thuốc nhuộm đến khả phân hủy màu - Nghiên cứu động học trình quang phân hủy Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 22/10/2021 Ngày hồn thành khóa luận tốt nghiệp: (đợt 1, ngày 08/07/2022) Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Diệu Thuần Tp Hồ Chí Minh, ngày Chủ nhiệm môn chuyên ngành tháng 07 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn trực tiếp cô Trần Thị Diệu Thuần, người tận tình dạy tơi bước để tơi hồn thành tốt khóa luận đến ngày hôm Mến chúc cô có thật nhiều sức khỏe để tiếp tục nghiệp giáo dục cao Tiếp đến, xin cảm ơn khoa Cơng nghệ Hóa học nói riêng trường Đại học Cơng nghiệp nói chung tạo điều kiện, cung cấp trang thiết bị môi trường để học tập sinh hoạt, học tình cảm q báu mà thầy giảng dạy dành cho suốt năm học qua Đó kỷ niệm, dấu ấn đẹp đẽ đáng quý theo đến suốt đời Kết mà đạt ngày hôm nay, tơi xin dành tặng cho gia đình, thầy tất bạn bè làm việc, giúp đỡ tơi suốt q trình lời cảm ơn sâu sắc chân thành Đặc biệt, xin dành lời cảm ơn tận đáy lòng dành cho mẹ tơi, người hết lịng chăm lo, động viên tiếp thêm động lực để tơi hồn thành hết chặng đường dài Quá trình chuẩn bị gấp rút kiến thức thân cịn nhiều thiếu sót nên luận khơng tránh khỏi việc có điểm sai sót chưa đầy đủ Vì vậy, tơi hy vọng nhận góp ý lời khuyên từ quý thầy cô để rút kinh nghiệm hồn thiện tốt Tơi xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Sinh viên thực (Ghi họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: (thang điểm 10) • Thái độ thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Kỹ trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm số: …… … Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Trưởng môn Chuyên ngành Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Giảng viên phản biện (Ký ghi họ tên) MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu đơn SiO2, TiO2 CMC 1.1.1 Vật liệu đơn TiO2 1.1.2 Vật liệu đơn SiO2 1.1.3 Carboxymethyl cellulose 1.1.4 Một số nghiên cứu tính ứng dụng vật liệu TiO2-SiO2 10 1.2 Xúc tác quang 13 1.2.1 Định nghĩa xúc tác quang 13 1.2.2 Chất xúc tác quang 14 1.2.3 Nguyên lý trình xúc tác quang 14 1.2.4 Một số ứng dụng xúc tác quang 16 1.3 Thuốc nhuộm công nghiệp 17 1.3.1 Giới thiệu chung thuốc nhuộm 17 1.3.2 Thuốc nhuộm Methylen Blue (MB) 17 1.3.3 Tình trạng nhiễm nước thải dệt nhuộm Việt Nam 18 1.4 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite 19 1.4.1 Phương pháp học 19 1.4.2 Phương pháp hóa ướt 19 1.4.3 Phương pháp hình thành từ pha khí 20 1.4.4 Phương pháp bốc bay 20 1.5 Các phương pháp phân tích vật liệu 20 1.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X – X Ray Diffraction (XRD) 20 1.5.2 Quang phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier – Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) 21 1.5.3 Phổ tử ngoại khả kiến – Ultraviolet Visible (UV – Vis) 22 1.5.4 Phổ tán xạ lượng tia X – Energy dispersive X-ray (EDX) 23 1.5.5 Kính hiển vi điện tử quét - Scanning Electron Microscope (SEM) 23 1.5.6 Kính hiển vi điện tử truyền qua – Transmission Electron Microscopy (TEM) 24 1.5.7 Tán xạ ánh sáng động – Dynamic light scattering (DLS) 25 1.5.8 Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến – UltraViolet Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV - Vis - DRS) 25 Chương THỰC NGHIỆM 27 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 27 2.1.1 Hóa chất 27 2.1.2 Dụng cụ 27 2.1.3 Thiết bị 28 2.2 Tổng hợp vật liệu 28 2.2.1 Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2 28 2.2.2 Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC 29 2.3 Khảo sát khả phân hủy màu vật liệu 31 2.3.1 Khảo sát bước sóng hấp thu cực đại methylene blue 31 2.3.2 Dựng đường chuẩn methylene blue 31 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả phân hủy màu 31 2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả phân hủy màu 32 2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ thuốc nhuộm đến khả phân hủy màu 32 2.3.6 Khảo sát động học trình phân hủy màu 32 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 33 3.1 Kết phân tích đặc điểm cấu trúc vật liệu tổng hợp TiO2-SiO2/CMC 33 3.1.1 Kết phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 33 3.1.2 Kết FTIR 35 3.1.4 Kết EDX 37 3.1.5 Kết chụp SEM 39 3.1.6 Kết UV – Vis DRS 40 3.1.7 Kết DLS 42 3.2 Khả phân hủy màu vật liệu 42 3.2.1 Bước sóng hấp thu cực đại MB 42 3.2.2 Đường chuẩn chất màu MB 43 3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 44 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian 48 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ 51 3.2.6 Động học phân hủy màu 53 KẾT LUẬN 56 KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kích thước tinh thể TiO2-SiO2/CMC tính theo phương trình Debye - Scherrer 34 Bảng 3.2 Thống kê tín hiệu dao động hai mẫu vật liệu tổng hợp 37 Bảng 3.3 Thành phần nguyên tố vật liệu TiO2-SiO2 37 Bảng 3.4 Thành phần nguyên tố có vật liệu TiO2-SiO2/CMCError! Bookmark not defined Bảng 3.5 Thông số xác định đường chuẩn MB 43 Bảng 3.6 Kết khảo sát khối lượng nồng độ MB ban đầu 20 ppm 45 Bảng 3.7 Kết khảo sát khối lượng nồng độ MB ban đầu 50 ppm 45 Bảng 3.8 Kết khảo sát khối lượng nồng độ MB ban đầu 100 ppm 47 Bảng 3.9 Kết khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 20 ppm 49 Bảng 3.10 Kết khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 50 ppm 50 Bảng 3.11 Kết khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 100 ppm 51 Bảng 3.12 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB TiO2-SiO2 52 Bảng 3.13 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ TiO2-SiO2/CMC 53 Bảng 3.14 Kết khảo sát động học phân hủy MB theo thời gian 55 46 0.7 (a) Mật độ quang 0.6 (b) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.25 -0.2 -0.15 -0.05 0.05 0.1 0.15 Khối lượng, gam 20 ppm 50 ppm 100 ppm -0.1 0.2 0.25 Hình 3.18 Mật độ quang theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2 điều kiện (a) chiếu sáng (b) - không chiếu sáng Hiệu suất, % 96 94 92 90 88 86 84 82 80 (a) -0.25 78 -0.2 -0.15 (b) -0.1 76 -0.05 0.05 Khối lượng, gam 20 ppm 50 ppm 0.1 0.15 0.2 0.25 100 ppm Hình 3.19 Hiệu suất theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2 điều kiện (a) - chiếu sáng (b) - không chiếu sáng Trong điều kiện chiếu sáng: với nồng độ 20 ppm: sử dụng vật liệu TiO2-SiO2, mật độ quang giảm từ 0,2 0,08; hiệu suất phân hủy đạt từ 84 – 94% Khi sử dụng vật liệu TiO2-SiO2/CMC, mật độ quang giảm từ 0,1 0,06; hiệu suất phân hủy đạt từ 92 – 96% Ở nồng độ 50 ppm: sử dụng vật liệu TiO2-SiO2, mật độ quang giảm từ 0,3 0,19; hiệu suất phân hủy đạt từ 91 – 94% Khi sử dụng vật liệu TiO2-SiO2/CMC, mật độ quang giảm từ 0,2 0,1; hiệu suất phân hủy đạt từ 94 – 97% Với nồng độ 100 ppm: sử dụng vật liệu TiO2-SiO2, mật độ quang giảm từ 0,47 0,29; hiệu suất phân hủy đạt từ 92 – 95% Khi sử dụng vật liệu TiO2-SiO2/CMC, mật độ quang giảm từ 0,33 0,21; hiệu suất phân hủy đạt từ 95 – 97% 47 Bảng 3.7 Kết khảo sát khối lượng nồng độ MB ban đầu 100 ppm Vật liệu TiO2SiO2 Vật liệu TiO2SiO2/ CMC m, gam A Không C, ppm chiếu sáng H, % A Chiếu C, ppm sáng H, % A Không chiếu C, ppm sáng H, % A Chiếu C, ppm sáng H, % 0.05 0.493 7.48 85.03 0.286 4.35 91.30 0.391 5.94 88.12 0.196 2.98 94.03 0.1 0.435 6.61 86.79 0.262 3.98 92.03 0.221 3.36 93.27 0.145 2.21 95.58 0.15 0.337 5.12 89.76 0.233 3.55 92.91 0.189 2.88 94.24 0.128 1.95 96.09 0.2 0.293 4.45 91.09 0.204 3.11 93.79 0.165 2.52 94.97 0.103 1.58 96.85 0.25 0.218 3.32 93.36 0.187 2.85 94.30 0.132 2.02 95.97 0.092 1.41 97.18 0.7 0.6 (a) (b) Mật độ quang 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Khối lượng m,g 20 ppm 50 ppm 100 ppm Hình 3.20 Mật độ quang theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2/CMC điều kiện (a) -chiếu sáng (b) - không chiếu sáng 48 100 98 96 Hiệu suất, % 94 92 90 88 86 (a) (b) 84 82 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Khối lượng m,g 20 ppm 50 ppm 100 ppm Hình 3.21 Hiệu suất theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2/CMC điều kiện (a) chiếu sáng (b) - khơng chiếu sáng Nhìn chung, khoảng khối lượng từ 0,1 – 0,2 vật liệu phân hủy màu cho hiệu suất tăng tốt ổn định Tuy nhiên tiếp tục tăng khối lượng mức độ phân hủy màu dao động nhẹ Do đó, dựa vào hình 3.18 3.20, ta chọn khối lượng tối ưu cho vật liệu TiO2-SiO2 0,15 gam vật liệu TiO2-SiO2/CMC 0,1 gam 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian Tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian nồng độ 20; 50; 100 ppm Sử dụng khối lượng tối ưu vật liệu TiO2-SiO2 0,15 gam 30 phút lấy mẫu lần; vật liệu TiO2-SiO2/CMC sử dụng 0,1 gam sau 20 phút lấy mẫu lần Hình 3.22 Dung dịch MB 50 ppm bị phân hủy theo thời gian TiO2-SiO2 khơng chiếu sáng 49 Hình 3.23 Dung dịch MB 50 ppm bị phân hủy TiO2-SiO2/CMC chiếu sáng 100.00 (a) (b) Hiệu suất, % 98.00 96.00 94.00 92.00 90.00 88.00 -100 -80 -60 86.00 -20 -40 20 ppm 20 Thời gian t, phút 50 ppm 40 60 80 100 100 ppm Hình 3.24 Hiệu suất phân hủy màu theo thời gian vật liệu TiO2-SiO2 điều kiện (a) - chiếu sáng (b) – không chiếu sáng Bảng 3.8 Kết khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 20 ppm Vật liệu TiO2SiO2 Vật liệu TiO2SiO2/ CMC t, phút Không chiếu sáng Chiếu sáng Không chiếu sáng Chiếu sáng A C, ppm H, % A C, ppm H, % A C, ppm H, % A C, ppm H, % 1.319 20 0.00 1.319 20 1.319 20 0.00 1.319 20.00 0.00 30 0.206 3.11 84.47 0.165 2.52 87.42 0.163 2.48 87.58 0.118 1.80 90.98 60 0.173 2.61 86.97 0.113 1.73 91.36 0.121 1.85 90.76 0.083 1.27 93.64 90 0.128 1.92 90.38 0.085 1.30 93.48 0.098 1.50 92.50 0.067 1.03 94.85 120 0.086 1.29 93.56 0.066 1.02 94.92 0.08 1.23 93.86 0.052 0.80 95.98 150 0.104 1.56 92.20 0.079 1.21 93.94 0.073 1.12 94.39 0.043 0.67 96.67 50 100.00 (a) (b) Hiệu suất, % 98.00 96.00 94.00 92.00 90.00 88.00 -100 -80 -60 -40 86.00 -20 20 40 60 80 100 Thời gian t, phút 20 ppm 50 ppm 100 ppm Hình 3.25 Hiệu suất phân hủy màu theo thời gian vật liệu TiO2-SiO2/CMC điều kiện (a) - chiếu sáng (b) – không chiếu sáng Bảng 3.9 Kết khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 50 ppm Vật liệu TiO2SiO2 Vật liệu TiO2SiO2/ CMC t, phút Không chiếu sáng Chiếu sáng Không chiếu sáng Chiếu sáng A C, ppm H, % A C, ppm H, % A C, ppm H, % A C, ppm H, % 3.299 50 3.299 50 3.299 50 3.299 50 30 0.402 6.08 87.85 0.28 4.26 91.48 0.318 4.83 90.33 0.212 3.23 93.55 60 0.354 5.35 89.30 0.214 3.26 93.48 0.235 3.58 92.85 0.156 2.38 95.24 90 0.249 3.76 92.48 0.172 2.62 94.76 0.16 2.44 95.12 0.124 1.89 96.21 120 0.201 3.03 93.94 0.143 2.18 95.64 0.109 1.67 96.67 0.103 1.58 96.85 150 0.226 3.41 93.18 0.152 2.32 95.36 0.084 1.29 97.42 0.086 1.32 97.36 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian vật liệu TiO2-SiO2 khoảng thời gian 90 phút đầu, hiệu suất trình phân hủy màu tăng nhanh hai điều kiện chiếu sáng lẫn không chiếu sáng (20 ppm tăng từ – 6%, 50 ppm tăng từ – 5%, 100 ppm tăng từ – 3%) Tiếp tục tăng thời gian đến 120 phút hiệu suất tăng nhẹ khoảng % ba nồng độ khảo sát Đến 150 phút, trình phân hủy dường đạt đến tới hạn nên hiệu suất không tiếp tục tăng mà cịn có xu hướng giảm nhẹ Đối với vật liệu TiO2-SiO2/CMC, ảnh hưởng thời gian thể rõ rệt 50 phút đầu, 20 ppm tăng khoảng 4%, 50 ppm 100 ppm tăng 3% Sau khoảng thời gian này, hiệu suất tăng chậm dần cho thấy trình phân hủy đạt đến trạng thái cân 51 Bảng 3.10 Kết khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 100 ppm Vật liệu TiO2SiO2 Vật liệu TiO2SiO2/ CMC t, phút Không chiếu sáng Chiếu sáng Không chiếu sáng Chiếu sáng A C, ppm H, % A C, ppm H, % A C, ppm H, % A C, ppm H, % 6.599 100 6.599 100 0.00 6.599 100 0.00 6.599 100 0.00 30 0.613 9.27 90.73 0.45 6.83 93.17 0.674 10.23 89.77 0.377 5.73 94.27 60 0.552 8.35 91.65 0.371 5.64 94.36 0.532 8.08 91.92 0.262 3.98 96.02 90 0.531 8.03 91.97 0.326 4.95 95.05 0.489 7.42 92.58 0.227 3.45 96.55 120 0.465 7.03 92.97 0.299 4.55 95.45 0.436 6.62 93.38 0.194 2.95 97.05 150 0.42 6.35 93.65 0.27 4.11 95.89 0.397 6.03 93.97 0.168 2.56 97.44 Với điều kiện khảo sát đặt ra, hiệu suất đạt đến 97,4% mẫu vật liệu Điều chứng tỏ tích hợp CMC, khả phân hủy màu vật liệu tốt giúp tiết kiệm lượng vật liệu sử dụng thời gian phản ứng đồng thời đảm bảo hiệu suất cao 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ Nồng độ chất màu thay đổi dần từ 20 đến 500 ppm, sử dụng liệu khối lượng thời gian tối ưu để tiến hành khảo sát Hình 3.26 Các dung dịch MB sau bị phân hủy màu vật liệu TiO2-SiO2 không chiếu sáng 52 Bảng 3.11 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB TiO2-SiO2 Vật liệu TiO2-SiO2 C0, ppm 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 500 Không chiếu sáng A C, ppm 0.146 2.23 0.195 2.97 0.232 3.53 0.261 3.97 0.282 4.29 0.304 4.62 0.345 5.24 0.43 6.53 0.571 8.67 1.023 15.52 2.821 42.76 18.264 276.74 H, % 88.86 90.10 91.17 92.06 92.85 93.40 93.45 92.74 91.33 89.66 78.62 44.65 Chiếu sáng C, ppm 1.64 2.12 2.53 2.85 3.21 3.79 4.08 4.76 5.91 14.38 32.83 249.68 A 0.107 0.139 0.166 0.187 0.211 0.249 0.268 0.313 0.389 0.948 2.166 16.478 H, % 91.82 92.93 93.67 94.30 94.65 94.59 94.91 94.71 94.09 90.41 83.58 50.06 Hiệu suất, % 100 90 80 70 60 50 -500 -400 -300 -200 40 -100 100 Nồng độ C, ppm TiO2-SiO2 200 300 400 500 TiO2-SiO2-CMC Hình 3.27 Hiệu suất theo nồng độ mẫu vật liệu điều kiện (a) - chiếu sáng (b) - không chiếu sáng 53 Bảng 3.12 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ TiO2-SiO2/CMC C0, ppm 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 500 A 0.084 0.097 0.111 0.125 0.142 0.166 0.19 0.218 0.243 0.302 0.563 10.15 Vật liệu TiO2-SiO2/CMC Không chiếu sáng Chiếu sáng C, ppm H, % A C, ppm 1.29 93.56 0.067 1.03 1.48 95.05 0.073 1.12 1.70 95.76 0.081 1.24 1.91 96.18 0.096 1.47 2.17 96.39 0.105 1.61 2.53 96.39 0.138 2.11 2.89 96.38 0.159 2.42 3.32 96.31 0.174 2.65 3.70 96.30 0.184 2.80 4.59 96.94 0.29 4.41 8.55 95.73 0.414 6.29 153.80 69.24 8.275 125.39 H, % 94.85 96.26 96.89 97.06 97.32 96.99 96.97 97.05 97.20 97.06 96.86 74.92 Về bản, mẫu vật liệu có xu hướng xử lý màu tốt khoảng nồng độ từ 20 – 150 ppm (hiệu suất dao động khoảng 90 – 94%), đến 200 ppm, hiệu suất bắt đầu giảm 7% 83%, đến nồng độ 500 ppm, khả phân hủy màu vật liệu khoảng 50% Kết cho thấy, với nồng độ, vật liệu tích hợp CMC cho hiệu suất xử lý màu tương đương với vật liệu TiO2-SiO2 sử dụng khối lượng thời gian 3.2.6 Động học phân hủy màu Nồng độ MB sau phân hủy, ppm Động học phân hủy màu tiến hành khảo sát nồng độ 100 ppm, sử dụng 0,3 gam vật liệu composite TiO2-SiO2/CMC phản ứng với 60 ml MB, vịng 60 phút, 10 phút lấy mẫu lần 0 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian, phút Hình 3.28 Sự phụ thuộc nồng độ MB theo thời gian 54 Đồ thị biểu diễn nồng độ lại chất màu theo thời gian đường cong, nồng của MB giảm dần 40 phút đầu sau chậm dần lại Q trình quang phân hủy MB TiO2-SiO2/CMC xảy theo bước sau: - Bước 1: ánh sáng TiO2 − SiO2 /CMC + hυ → + TiO2 − SiO2 /CMC (e− CB + hCB ) (14) - Bước 2: ánh sáng + TiO2 − SiO2 /CMC (e− CB + hVB ) → TiO2 − SiO2 /CMC + lượng (15) - Bước 3: + − TiO2 − SiO2 /CMC(h+ VB ) + H2 O ⟶ TiO2 − SiO2 /CMC + H + OH (16) - Bước 4: − TiO2 − SiO2 /CMC(h+ VB ) + OH ⟶ TiO2 − SiO2 /CMC + OH (17) − TiO2 − SiO2 /CMC(e− VB ) + O2 ⟶ TiO2 − SiO2 /CMC + O2 (18) + O.− + H ⟶ HO2 (19) MB + OH ⟶ sản phẩm phân hủy (20) MB + h+ VB ⟶ sản phẩm oxy hóa (21) MB + e− CB ⟶ sản phẩm khử (22) - Bước 5: - Bước 6: - Bước 7: - Bước 8: - Bước 9: Động học trình phân hủy thuốc nhuộm xúc tác dị thể thường áp dụng theo mơ hình Langmuir – Hinshelwood Trong nghiên cứu này, chất xúc tác dị thể TiO2SiO2/CMC, dung dịch thuốc nhuộm MB Mơ hình mơ tả q trình gồm giai đoạn: - Giai đoạn 1: TiO2-SiO2/CMC hấp phụ thuận nghịch MB dung dịch đồng thời hình thành MB hoạt tính bề mặt vật liệu - Giai đoạn 2: sau trình hấp phụ đạt cân bằng, tác động ánh sáng, trình quang phân hủy thuốc nhộm diễn [34] Theo giả định mơ hình Langmuir – Hinshelwood, giai đoạn diễn nhanh đạt đến trạng thái cân bằng, giai đoạn diễn chậm định tốc độ phản ứng 55 Mơ hình động học Langmuir – Hinshelwood bậc giả định thiết lập sau: gọi C nồng độ MB sau phân hủy TiO2-SiO2/CMC theo thời gian t, k số tốc độ quang phân hủy, tốc độ phản ứng biểu diễn theo phương trình sau: r=− dC = k LH C dt (23) Lấy tích phân vế phương trình với điều kiện nồng độ từ C0 đến C tương ứng với thời gian từ đến t, ta được: ln ( C ) = −k LH t C0 (24) C Đồ thị ln (C ) theo thời gian t đường thẳng có hệ số góc số tốc độ quang phân hủy [35] Bảng 3.13 Kết khảo sát động học phân hủy MB theo thời gian A 6.599 0.453 0.358 0.313 0.271 0.242 0.211 ln(C/C0) t 10 20 30 40 50 60 C, ppm 100 6.8788 5.4394 4.7576 4.1212 3.6818 3.2121 C/C0 0.0688 0.0544 0.0476 0.0412 0.0368 0.0321 ln(C/C0) -2.6767 -2.9115 -3.0454 -3.1890 -3.3018 -3.4382 -2.5 10 20 30 40 50 60 70 -2.7 -2.9 -3.1 -3.3 -3.5 -3.7 y = -0.0146x - 2.5816 R² = 0.985 Thời gian, phút Hình 3.29 Động học bậc giả định theo mơ hình Langmuir – Hinshelwood Hình 3.29 cho thấy kết mơ hình động học bậc giả định theo Langmuir – Hinshelwood hoàn toàn phù hợp trình phân hủy MB TiO2-SiO2/CMC, số tốc độ quang phân hủy 0,0146 (1/phút), hệ số tuyến tính R2 = 0,985 > 0,95 thỏa điều kiện áp dụng mơ hình Kết nghiên cứu phù hợp với cơng bố trước số tác giả [36] 56 KẾT LUẬN Bằng phương pháp sol – gel đơn giản, tổng hợp thành công vật liệu TiO2-SiO2/CMC từ tiền chất dễ tìm TTIP, TEOS CMC Kết phân tích hóa lý đại cho thấy vật liệu có kích thước nano (từ 50 – 120 nm), dạng hình cầu, hình thái bề mặt tương đối ổn định, bờ hấp thu bước sóng 375 nm Vật liệu có khả ứng dụng làm xúc tác quang hóa cao Dưới điều kiện khảo sát, TiO2-SiO2/CMC phân hủy MB với hiệu suất cao, tiêu tốn khối lượng vật liệu, thời gian phản ứng ngắn so với TiO2-SiO2 Khi kích thích ánh sáng nhìn thấy, hiệu suất phân hủy chất màu tăng lên từ – 10 % Động học trình quang phân hủy MB chất xúc tác TiO2-SiO2/CMC mô tả tốt theo mơ hình bậc giả định với giả thuyết Langmuir – Hinshelwood Hằng số tốc độ biểu kiến 0,0146 phút-1, hệ số tương quan 0,985 57 KIẾN NGHỊ Quá trình nghiên cứu thực nghiệm thu kết tương đối đáp ứng mục tiêu cụ thể đề đề tài Tuy nhiên, kết nghiên cứu cho thấy hạn chế quy mô, điều kiện thực thí nghiệm Do đó, nhằm tăng khả áp dụng thực tiễn đề tài, đề xuất số kiến nghị sau: ⁃ Sử dụng thiết kế thí nghiệm để tìm điều kiện tối ưu hóa q trình tổng hợp vật liệu, tạo vật liệu có kích thước nano tối ưu ổn định ⁃ Khảo sát thêm yếu tố có khả ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy chất màu vật liệu như: nhiệt độ, môi trường pH… ⁃ Tiến hành khảo sát khả xử lý màu nhiều loại thuốc thử khác để tăng độ tin cậy cho ứng dụng xúc tác quang vật liệu vấn đề xử lý nước thải dệt nhuộm ⁃ Tìm hiểu thử nghiệm phương pháp tái sử dụng vật liệu nhằm tăng tính ứng dụng, giảm chi phí đầu tư 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] U Diebold, “The surface science of titanium dioxide,” Surf Sci Rep., vol 48, no 5–8, pp 53–229, Jan 2003, doi: 10.1016/S0167-5729(02)00100-0 [2] L Stephen, “Titanium Dioxide Versatile Solid Crystalline: An Overview,” Assorted Dimens Reconfigurable Mater., Sep 2020, doi: 10.5772/INTECHOPEN.92056 [3] N V Hiếu, “Chế tạo nghiên cứu tính chất màng mỏng TiO2 cấu trúc nano ứng dụng cho điện cực pin mặt trời quang - điện – hóa,” Trường Đại học Công nghệ, 2014 [4] K Hashimoto, H Irie, and A Fujishima, “TiO photocatalysis: A historical overview and future prospects,” Japanese J Appl Physics, Part Regul Pap Short Notes Rev Pap., vol 44, no 12, pp 8269–8285, Dec 2005, doi: 10.1143/JJAP.44.8269/XML [5] M A Fardad, “Catalysts and the structure of SiO2 sol-gel films,” J Mater Sci 2000 357, vol 35, no 7, pp 1835–1841, 2000, doi: 10.1023/A:1004749107134 [6] T Soeno, K Inokuchi, and S Shiratori, “Ultra-water-repellent surface: fabrication of complicated structure of SiO2 nanoparticles by electrostatic self-assembled films,” Appl Surf Sci., vol 237, no 1–4, pp 539–543, Oct 2004, doi: 10.1016/J.APSUSC.2004.06.041 [7] E Görlich, “The structure of SiO2 — Current views,” Ceram Int., vol 8, no 1, pp 3–16, Jan 1982, doi: 10.1016/0272-8842(82)90009-8 [8] F Boylu, G Ateok, and H Dinỗer, The effect of carboxymethyl cellulose (CMC) on the stability of coal-water slurries,” Fuel, vol 84, no 2–3, pp 315–319, Jan 2005, doi: 10.1016/J.FUEL.2003.12.016 [9] V Schuh, K Allard, K Herrmann, M Gibis, R Kohlus, and J Weiss, “Impact of carboxymethyl cellulose (CMC) and microcrystalline cellulose (MCC) on functional characteristics of emulsified sausages,” Meat Sci., vol 93, no 2, pp 240–247, Feb 2013, doi: 10.1016/J.MEATSCI.2012.08.025 [10] F Chen, J Zhao, and H Hidaka, “Highly selective deethylation of Rhodamine B: Adsorption and photooxidation pathways of the dye on the TiO2/SiO2 composite photocatalyst,” Int J Photoenergy, vol 5, no 4, pp 209–217, 2003, doi: 10.1155/S1110662X03000345 [11] M A M L de Jesus, J T da S Neto, G Timò, P R P Paiva, M S S Dantas, and A de M Ferreira, “Superhydrophilic self-cleaning surfaces based on TiO2 and TiO2/SiO2 composite films for photovoltaic module cover glass,” Appl Adhes Sci., vol 3, no 1, pp 1–9, Dec 2015, doi: 10.1186/S40563-015-0034-4/FIGURES/5 [12] C G Joseph, Y H Taufiq-Yap, B Musta, M S Sarjadi, and L Elilarasi, “Application of plasmonic metal nanoparticles in TiO2-SiO2 composite as an efficient solar-activated photocatalyst: A review paper,” Front Chem., vol 8, p 1283, Jan 2021, doi: 10.3389/FCHEM.2020.568063/BIBTEX [13] O V Fedorova et al., “Crown Ether–SiO2–TiO2 Composites in the Sorption of Metal Ions from Acidic Aqueous Solutions,” Russ J Gen Chem 2018 882, vol 88, no 2, pp 362–367, Mar 2018, doi: 10.1134/S1070363218020299 59 [14] Xuqiang Ji, Y Niu, and Y Xu, “Rational Design of Hierarchical SiO2@TiO2 Composite with Large Internal Void Space for High-Performance Microwave Absorption,” Russ J Phys Chem A 2019 936, vol 93, no 6, pp 1128–1132, Jun 2019, doi: 10.1134/S0036024419060359 [15] H Kominami et al., “Direct Solvothermal Formation of Nanocrystalline TiO2 on Porous SiO2 Adsorbent and Photocatalytic Removal of Nitrogen Oxides in Air over TiO2–SiO2 Composites,” Top Catal 2008 473, vol 47, no 3, pp 155–161, Feb 2008, doi: 10.1007/S11244-007-9016-5 [16] W Zhong, W Fu, S Sun, L Wang, H Liu, and J Wang, “Characterization of TiO2 and an as-prepared TiO2/SiO2 composite and their photocatalytic performance for the reduction of low-concentration N-NO3− in water,” Environ Sci Pollut Res 2022 2927, vol 29, no 27, pp 40585–40598, Jan 2022, doi: 10.1007/S11356-02218793-Z [17] D Friedmann, C Mendive, and D Bahnemann, “TiO2 for water treatment: Parameters affecting the kinetics and mechanisms of photocatalysis,” Appl Catal B Environ., vol 99, no 3–4, pp 398–406, Sep 2010, doi: 10.1016/J.APCATB.2010.05.014 [18] P M A Sherwood, “Carbons and Graphites: Surface Properties of,” Encycl Mater Sci Technol., pp 985–995, Jan 2001, doi: 10.1016/B0-08-043152-6/00183-2 [19] N Raval, R Maheshwari, D Kalyane, S R Youngren-Ortiz, M B Chougule, and R K Tekade, “Importance of Physicochemical Characterization of Nanoparticles in Pharmaceutical Product Development,” Basic Fundam Drug Deliv., pp 369–400, Jan 2019, doi: 10.1016/B978-0-12-817909-3.00010-8 [20] L Rashidi, “Magnetic nanoparticles: synthesis and characterization,” Magn Nanoparticle-Based Hybrid Mater Fundam Appl., pp 3–32, Jan 2021, doi: 10.1016/B978-0-12-823688-8.00035-1 [21] H Wang and P K Chu, “Surface Characterization of Biomaterials,” Charact Biomater., pp 105–174, Jan 2013, doi: 10.1016/B978-0-12-415800-9.00004-8 [22] J C Russ, “Energy Dispersive Spectrometers,” Fundam Energy Dispersive X-ray Anal., pp 17–41, Jan 1984, doi: 10.1016/B978-0-408-11031-0.50006-7 [23] M de Assumpcão Pereira-da-Silva and F A Ferri, “Scanning Electron Microscopy,” Nanocharacterization Tech., pp 1–35, Jan 2017, doi: 10.1016/B9780-323-49778-7.00001-1 [24] S Padhi and A Behera, “Biosynthesis of Silver Nanoparticles: Synthesis, mechanism, and characterization,” Agri-Waste Microbes Prod Sustain Nanomater., pp 397–440, Jan 2022, doi: 10.1016/B978-0-12-823575-1.00008-1 [25] M Jonasz and G R Fournier, “The particle size distribution,” Light Scatt by Part Water, pp 267–445, Jan 2007, doi: 10.1016/B978-012388751-1/50005-3 [26] M I Litter, M L Vera, and H D Traid, “TiO2 coatings prepared by sol-gel and electrochemical methodologies,” Sol-Gel Deriv Opt Photonic Mater., pp 39–74, Jan 2020, doi: 10.1016/B978-0-12-818019-8.00003-X [27] M čaplovičová et al., “On the true morphology of highly photoactive anatase TiO2 nanocrystals,” Appl Catal B Environ., vol 117–118, pp 224–235, May 2012, doi: 10.1016/J.APCATB.2012.01.010 60 [28] Z Yan et al., “Biotemplated Mesoporous TiO2/SiO2 Composite Derived from Aquatic Plant Leaves for Efficient Dye Degradation,” Catal 2017, Vol 7, Page 82, vol 7, no 3, p 82, Mar 2017, doi: 10.3390/CATAL7030082 [29] “(PDF) Effect of silica additive on the anatase-to-rutile phase transition.” https://www.researchgate.net/publication/299309200_Effect_of_silica_additive_on_ the_anatase-to-rutile_phase_transition (accessed Jul 03, 2022) [30] A Hashim, “Synthesis of SiO2/CoFe2O4 Nanoparticles Doped CMC: Exploring the Morphology and Optical Characteristics for Photodegradation of Organic Dyes,” J Inorg Organomet Polym Mater 2021 316, vol 31, no 6, pp 2483–2491, Jan 2021, doi: 10.1007/S10904-020-01846-6 [31] W A Machado, H de O Alves, and A E da H Machado, “Synthesis and Evaluation of the Photocatalytic Activity of Nanostructured Composites Based on SiO2 Recovered by TiO2,” Orbital Electron J Chem., vol 11, no 2, pp 83–90, Apr 2019, doi: 10.17807/orbital.v11i2.1347 [32] X Li, J Qian, J Xu, J Xing, and E Tao, “Synthesis, characterization and electrical properties of TiO2 modified with SiO2 and antimony-doped tin oxide,” J Mater Sci Mater Electron 2018 2914, vol 29, no 14, pp 12100–12108, May 2018, doi: 10.1007/S10854-018-9316-5 [33] D R Eddy et al., “Photocatalytic Phenol Degradation by Silica-Modified Titanium Dioxide,” Appl Sci 2021, Vol 11, Page 9033, vol 11, no 19, p 9033, Sep 2021, doi: 10.3390/APP11199033 [34] N Van Hung et al., “Cite this paper: Vietnam,” J Chem, vol 2021, no 5, pp 620– 638, 2021, doi: 10.1002/vjch.202100016 [35] P Sun, J Zhang, W Liu, Q Wang, and W Cao, “Modification to L-H Kinetics Model and Its Application in the Investigation on Photodegradation of Gaseous Benzene by Nitrogen-Doped TiO2,” Catal 2018, Vol 8, Page 326, vol 8, no 8, p 326, Aug 2018, doi: 10.3390/CATAL8080326 [36] S Ahmad and A Saeed, “Synthesis of metal/silica/titania composites for the photocatalytic removal of methylene blue dye,” J Chem., vol 2019, 2019, doi: 10.1155/2019/9010289 ... án: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2- SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm Methylene Blue Nhiệm vụ: - Tổng hợp vật liệu TiO2- SiO2 - Tổng hợp vật liệu TiO2- SiO2/ CMC - Nghiên. .. 2848,73 cm-1 -OH -COOH Vật liệu TiO2- SiO2 TiO2- SiO2/ CMC TiO2- SiO2/ CMC TiO2- SiO2 TiO2- SiO2/ CMC TiO2- SiO2 TiO2- SiO2 TiO2- SiO2/ CMC TiO2- SiO2 TiO2- SiO2/ CMC TiO2- SiO2/ CMC TiO2- SiO2/ CMC 3.1.4 Kết EDX Để... tổng hợp vật liệu nano composite TiO2- SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm Methylene Blue? ?? Chúng đặt nhiệm vụ rõ rệt nghiên cứu đề tài này, bao gồm: - Tổng hợp vật liệu TiO2- SiO2 Tổng