Khảo sÁt hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MIL-101(Fe) bằng phân hủy các hợp chất màu hữu cơ

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn cách hoàn chỉnh, bên cạnh cố gắng nổ lực thân có hướng dẫn nhiệt tình Thầy hướng dẫn động viên ủng hộ gia đình bạn bè suốt thời gian học tập trình thực luận văn Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Quốc Thiết, người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em để thực luận văn Xin gởi lời tri ân em điều mà Thầy dành cho em Em xin chân thành cảm ơn anh hướng dẫn Lưu Quang Phúc, thời gian qua anh hỗ trợ em nhiều ,chia sẻ cho em nhiều kinh nghiệm việc đọc tài liệu thao tác làm thí nghiệm Em xin cảm ơn anh chị bạn thực luận văn phòng Vật liệu xúc tác Ứng dụng động viên giúp đỡ em suốt thời gian làm luận văn Sau em xin cảm ơn sâu sắc đến gia đình động viên chỗ dựa vững vật chất lẫn tinh thần để em an tâm hoàn thành tốt luận văn thời gian qua SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ iv DANH MỤC HÌNH .v DANH MỤC BẢNG viii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu khung kim (MOFs) 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Định nghĩa vật liệu khung kim (MOFs) 1.1.3 Tính chất đặc trưng vật liệu MOFs 1.1.4 Phương pháp tổng hợp vật liệu MOFs .4 1.1.5 Đặc trưng ứng dụng MOFs 1.2 Ứng dụng vật liệu MOFs làm xúc tác quang hóa .6 1.2.1 Ngun lý q trình quang hóa xúc tác .6 1.2.2 Cơ chế trình quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) 1.2.3 Cơ chế phân hủy hợp chất hữu 1.2.4 Ảnh hưởng H2O2 đến trình quang xúc tác 1.3 Sơ lược thuốc nhuộm: Orange G (OG), Congo Red (CR) Methylene Blue (MB) .9 1.3.1 Orange G 1.3.2 Congo Red 1.3.3 Methylene Blue CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 11 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN i KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2.1 Mục tiêu đề tài 11 2.2 Nội dung đề tài 11 2.3 Dụng cụ thiết bị hóa chất 11 2.4 Tổng hợp vật liệu MIL-101(Fe) phương pháp dung môi nhiệt 13 2.5 Khảo sát đặc trưng hóa lý vật liệu MIL-101(Fe) 14 2.5.1 Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) .14 2.5.2 Đo diện tích bề mặt vật liệu (BET) 15 2.6 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) phân hủy hợp chất màu hữu cơ: Orange G, Congo Red, Methylene Blue 16 2.6.1 Xác định bước sóng hấp thu cực đại OG, CR, MB 16 2.6.2 Dựng đường chuẩn cho dung dịch thuốc nhuộm Orange G, Congo Red Methylene Blue 17 2.6.3 Khảo sát độ hấp phụ vật liệu xúc tác MIL-101(Fe) 21 2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng H2O2 trình quang xúc tác 21 2.6.5 Khảo sát hoạt tính xúc tác 22 2.6.6 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ thuốc nhuộm đến trình quang xúc tác .23 2.6.7 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu dựa điều kiện tốt .23 2.7 Cách biểu diễn thơng số q trình hấp phụ trình quang xúc tác 24 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Khảo sát cấu trúc vật liệu MIL-101(Fe) tổng hợp 25 3.1.1 Tổng hợp vật liệu MIL-101(Fe) .25 3.1.2 Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) .25 3.1.3 Đo diện tích bề mặt vật liệu 26 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN ii KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) Degussa P25 26 3.2.1 Khảo sát độ hấp phụ vật liệu MIL-101(Fe) .26 3.2.2 Khảo sát khả ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến trình quang xúc tác 27 3.2.3 Khảo sát khối lượng xúc tác .31 3.2.4 Khảo sát khả quang xúc tác MIL-101(Fe) dung dịch có nồng độ thuốc nhuộm khác 36 3.2.5 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) dựa điều kiện tốt .41 3.3 So sánh hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) Degussa P25 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 4.1 Kết luận 48 4.2 Kiến nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN iii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ  Bước sóng ánh sáng max Bước sóng hấp phụ cực đại phổ uv-vis  Tần số ánh sáng c Vận tốc ánh sáng h Hằng số Planck Eg Năng lượng vùng cấm e- Điện tử vùng dẫn CB Vùng dẫn chất bán dẫn VB Vùng hóa trị chất bán dẫn MB Methylene blue , C16H18N3ClS OG Thuốc nhuộm Orange G , C16H10O7N2S2Na2 CR Thuốc nhuộm Congo Red , C32H22N6Na2O6S2 (M= 696.665) UV-A Ánh sáng cực tím gần (= 315  400 nm) XRD X- Ray Diffraction – Nhiễu xạ tia X (M = 373,91) (M=452,38) MOFs Metal Organic Frameworks DMF Dimethylformamide H2BDC Axit Benzen Dicarboxylic EtOH Etanol AOPs Advanced Oxidation Processes MIL-101 Material of Instutute Lavoisier-101(Fe) MCM-41 Mobile Crystalline Material-41 MCM-48 Mobile Crystalline Material-48 SBA-15 Silica Molecular Sieve – 15 UCLA University California Los Angeles ZIF-n Zeolitic imidazolate framework COF-n Covalent organic framework ZMOF-n Zeolite-like metal organic framework HKUST Hong Kong University os Science and Technology CPO-n Coordination polymer of Oslo SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN iv KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một số vật liệu vơ có cấu trúc mao quản Hình 1.2: Sơ đồ hình thành cấu trúc vật liệu MOFs Hình 1.3: Công thức cấu tạo Methylene xanh 10 Hình 1.4: Mơ hình chiều phân tử Methylene xanh 10 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp vật liệu MIL-101(Fe) .14 Hình 2.2: Máy phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 15 Hình 2.3: Máy đo BET 15 Hình 2.4.Độ hấp thu A OG theo bước sóng λ .16 Hình 2.5.Độ hấp thu A CR theo bước sóng λ 16 Hình 2.6 Độ hấp thu A CR theo bước sóng λ .17 Hình 2.7 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn OG nồng độ 10-4M 18 Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn đường chuẩn CR nồng độ 5.10-5M .20 Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn đường chuẩn MB nồng độ 5.10-5M 21 Hình 3.1: Vật liệu MIL-101(Fe) tổng hợp 25 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X MIL-101(Fe) 25 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn độ hấp phụ sau 60 phút vật liệu MIL-101(Fe) 26 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ H2O2 khác điều kiện: 10 mg MIL-101(Fe)/L; nồng độ OG: 0,1 mM; thời gian chiếu sáng 4,5 28 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ H2O2 khác điều kiện: 50mg Degussa P25/ L, nồng độ OG: 0,1mM; thời gian chiếu sáng 2,5 28 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ H2O2 khác điều kiện: 10 mg MIL-101(Fe)/L; nồng độ CR: 0,05 mM; thời gian chiếu sáng: 12 29 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ H2O2 khác điều kiện: 50mg Degussa P25/L; nồng độ CR: 0,05mM; thời gian chiếu sáng: 30 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN v KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ H2O2 khác điều kiện: 10 mg MIL-101(Fe)/L; nồng độ MB: 0,05 mM; thời gian chiếu sáng 31 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ H2O2 khác điều kiện: 50mg Degussa P25/L; nồng độ MB: 0,05mM; thời gian chiếu sáng : 13 .31 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) khối lượng xúc tác khác điều kiện: nồng độ H2O2: 25mM; nồng độ OG: 0,1mM; thời gian chiếu sáng: 32 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 khối lượng xúc tác khác điều kiện: nồng độ H2O2: 7,5mM; nồng độ OG: 0,1mM; thời gian chiếu sáng 33 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) khối lượng xúc tác khác điều kiện: nồng độ H2O2: 7,5mM; nồng độ CR: 0,05mM; thời gian chiếu sáng: 34 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 khối lượng xúc tác khác điều kiện: nồng độ H2O2: 5mM; nồng độ CR: 0,05mM; thời gian chiếu sáng 34 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) khối lượng xúc tác khác điều kiện: nồng độ H2O2: 75mM; nồng độ MB: 0,05mM; thời gian chiếu sáng: 35 Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 khối lượng xúc tác khác điều kiện: nồng độ H2O2: 25mM; nồng độ MB: 0,05mM; thời gian chiếu sáng 36 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ OG khác điều kiện: nồng độ H2O2: 25mM; khối lượng MIL101(Fe): 40mg/L; thời gian chiếu sáng: 37 Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ OG khác điều kiện: nồng độ H2O2: 7,5mM; khối lượng Degussa P25: 90mg/L, thời gian chiếu sáng: 2,5 38 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN vi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ CR khác điều kiện: nồng độ H2O2: 75mM; khối lượng MIL101(Fe): 40mg/L; thời gian chiếu sáng: 39 Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ CR khác điều kiện: nồng độ H2O2: 5mM, khối lượng Degussa P25: 70mg/L; thời gian chiếu sáng: 39 Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ MB khác điều kiện: nồng độ H2O2: 75mM, khối lượng MIL101(Fe): 40mg/L; thời gian chiếu sáng 40 Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ MB khác điều kiện: nồng độ H2O2: 25mM; khối lượng Degussa P25: 90mg/L; thời gian chiếu sáng: 40 Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) điều kiện khác nhau: a)TN+XT+H2O2 (có tia UV); b)TN+XT (có tia UV); c)TN+H2O2 (có tia UV) d) TN+XT+H2O2 (che tối); e)TN+XT (che tối); f)TN+H2O2 (che tối) 42 Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn hoạt tính xúc tác MIL-101(Fe) điều kiện khác nhau: a)TN+XT+H2O2 (có tia UV); b)TN+XT (có tia UV); c)TN+H2O2 (có tia UV) d) TN+XT+H2O2 (che tối); e)TN+XT (che tối); f)TN+H2O (che tối) 44 Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) điều kiện khác nhau: a)TN+XT+H2O2 (có tia UV); b)TN+XT (có tia UV); c)TN+H2O2 (có tia UV) d) TN+XT+H2O2 (che tối); e)TN+XT (che tối); f)TN+H2O2 (che tối) .45 Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) xúc tác Degussa P25 với thuốc nhuộm OG .46 Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) xúc tác Degussa P25 với thuốc nhuộm CR 46 Hình 3.27 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) xúc tác Degussa P25 với thuốc nhuộm CR 47 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN vii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Danh sách dụng cụ sử dụng 11 Bảng 2.2: Danh sách thiết bị sử dụng .12 Bảng 2.3: Danh sách hóa chất sử dụng .12 Bảng 2.4: Bước sóng hấp thu cực đại lọai thuốc nhuộm 17 Bảng 2.5 Chuẩn bị dung dịch OG để dựng đường chuẩn 17 Bảng 2.6 Giá trị độ hấp thu quang A dung dịch OG dùng để đo đường chuẩn 18 Bảng 2.7 Chuẩn bị dung dịch CR để dựng đường chuẩn 19 Bảng 2.8 Giá trị độ hấp thu quang A dung dịch CR dùng để đo đường chuẩn 19 Bảng 2.9 Chuẩn bị dung dịch MB để dựng đường chuẩn 20 Bảng 2.10 Giá trị độ hấp thu quang A dung dịch MB dùng để đo đường chuẩn 20 Bảng 3.1: Độ hấp phụ dung dịch màu OG vật liệu MIL-101(Fe) 26 Bảng 3.2: Độ chuyển hóa OG, CR, MB tác nhân oxy hóa H2O2 xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ khác 27 Bảng 3.3 Độ chuyển hóa dung dịch màu OG, CR MB tương ứng với khối lượng xúc tác MIL101(Fe) khác 32 Bảng 3.4 Độ chuyển hóa thuốc nhuộm với nồng độ nồng độ khác 36 Bảng 3.5: Độ chuyển hóa dung dịch thuốc nhuộm với điều kiện tốt xúc tác MIL-101(Fe) .41 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN viii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần ngành công nghiệp dệt nhuộm có bước tiến phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều sản phẩm đa dạng, đa màu sắc, chất lượng cao đáp ứng nhu cầu ngày tăng đa dạng thị trường Ngành công nghệ dệt nhuộm nơi thu hút nhiều nguồn lao động, thúc đẩy tăng trưởng nhanh kim ngạch xuất cho đất nước Tuy nhiên, trình hoạt động sản xuất, sở dệt nhuộm tạo lượng chất thải lớn có mức độ gây nhiễm cao Nước thải sinh từ dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao, độ pH lớn, chứa nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy độ màu cao Nếu khơng xử lý tốt, nước thải dệt nhuộm gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước gây mỹ quan, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Đặc biệt thuốc nhuộm azo, chúng ngăn cản trình phân hủy sinh học hiếu khí điều kiện kỵ khí chúng bị khử thành amin thơm, tác nhân dẫn đến nguy ung thư cao Ngoài phương pháp xử lý thuốc nhuộm nước thải truyền thống keo tụ, hấp phụ, siêu lọc…, để xử lý nguồn nước thải từ trình dệt nhuộm, người ta thường sử dụng trình oxy hóa nâng cao (Advanced oxidation processes :AOPs) Các trình dựa sở oxy hóa hợp chất hữu (thuốc nhuộm) thành CO2 H2O2 với tác nhân oxy hóa gốc tự hoạt động hydroxyl OH tạo trình hoạt động từ tác nhân ban đầu an toàn, độc tính khơng phải q trình sử dụng trực tiếp chất oxy hóa mạnh Cl2, O3… Trong số phương pháp oxi hóa bậc cao,quá trình quang xúc tác vật liệu khung kim ý Và đề tài trình bày trình quang xúc tác số yếu tố ảnh hưởng đến trình quang xúc tác vật liệu khung kim MIL-101(Fe) phản ứng phân hủy hợp chất màu hữu Orange G (OG), Methylene Blue (MB) Congo Red (CR) SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 100 90 Độ chuyển hóa (%) 80 70 60 5*10^-4 50 2.5*10^-4 40 10^-4 30 7.5*10^-5 20 5*10^-5 10 0 0.5 1.5 2.5 Thời gian (h) Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ OG khác điều kiện: nồng độ H2O2: 7,5mM; khối lượng Degussa P25: 90mg/L, thời gian chiếu sáng: 2,5 Trên xúc tác Degussa P25 nồng độ thuốc nhuộm 10-4M; 7,5.10-5M; 5.10-5M sau 2,5 độ chuyển hóa đạt hồn tồn lượng Degussa sử dụng lên đến 90mg/L xúc tác MIL-101(Fe) có 40mg/L Cịn với nồng độ thuốc nhuộm cao 5.10-4M 2.5.10-4M khơng đạt chuyển hóa hồn Độ chuyển hóa (%) tồn (hình 3.17) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10^-4 2.5*10^-5 5*10^-5 7.5*10^-5 10^-5 Thời gian (h) SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 38 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ CR khác điều kiện: nồng độ H2O2: 75mM; khối lượng MIL-101(Fe): 40mg/L; thời gian chiếu sáng: Hỗn hợp gồm dung dịch thuốc nhuộm, 40mg/L xúc tác MIL-101(Fe), nồng độ H2O2 sử dụng 7,5.10-2M đạt chuyển hóa gần hịan tịan nồng độ thuốc nhuộm 7,5.10-5M ; 5.10-5M, 2,5.10-5M; 10-5M (hình 3.18) Chúng chọn nồng độ thuốc nhuộm để khảo sát 5.10-5M Đối với xúc tác Degussa P25, lượng xúc tác sử dụng sử dụng 70mg/L, nồng độ thuốc nhuộm 2,5.10-5M 10-5M độ chuyển hóa đạt hịan tồn Ở nồng độ thuốc nhuộm 5.10-5M sau chuyển hóa 92,3% Cịn nồng độ cao khơng đạt chuyển hóa hồn tồn sau phơi xạ tia UV-A (hình 3.19) 100 90 Độ chuyển hóa (%) 80 70 60 10^-4 50 7.5*10^-5 40 5*10^-5 30 2.5*10^-5 20 10^-5 10 0 Thời gian (h) Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ CR khác điều kiện: nồng độ H2O2: 5mM, khối lượng Degussa P25: 70mg/L; thời gian chiếu sáng: SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 39 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 120 Độ chuyển hóa (%) 100 80 10^-4 60 7.5*10^-5 5*10^-5 40 2.5*10^-5 20 10^-5 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Thời gian (h) Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) nồng độ MB khác điều kiện: nồng độ H2O2: 75mM, khối lượng MIL101(Fe): 40mg/L; thời gian chiếu sáng 100 90 Độ chuyển hóa (%) 80 70 60 10^-4 50 7.5*10^-5 40 5*10^-5 30 2.5*10^-5 20 10^-5 10 0 Thời gian (h) Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác Degussa P25 nồng độ MB khác điều kiện: nồng độ H2O2: 25mM; khối lượng Degussa P25: 90mg/L; thời gian chiếu sáng: SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 40 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Sau phơi xạ UV-A độ chuyển hóa nồng độ CR 7,5.10-5M; 5.10-5M; 2,5.10-5M; 10-5M xúc tác MIL-101(Fe) (40mg/L) đạt hồn tịan 100% (hình 3.20) nồng độ 10-4M chưa chuyển hóa hịan tồn Cịn xúc tác Degussa P25 (90mg/L) sau độ chuyển hóa với nồng độ thuốc nhuộm 2,5.10-5M; 10-5M hoàn toàn, sau nồng độ thuốc nhuộm 5.10-5M chuyển hóa 95% Cịn với nồng độ cao khơng đạt chuyển hóa hồn tồn sau phơi xạ tia UV-A 3.2.5 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) dựa điều kiện tốt Chuẩn bị cốc: Cốc 1: Thuốc nhuộm + Xúc tác + H2O2 (phơi xạ UV-A) Cốc 2: Thuốc nhuộm + Xúc tác (phơi xạ UV-A) Cốc 3: Thuốc nhuộm + H2O2 (phơi xạ UV-A) Cốc 4: Thuốc nhuộm + Xúc tác + H2O2 (che tối) Cốc 5: Thuốc nhuộm + Xúc tác (che tối) Cốc 6: Thuốc nhuộm + H2O2 (che tối) Trong đó: Nồng độ thuốc nhuộm, nồng độ H2O2, khối lượng xúc tác dựa trình khảo sát Đối với OG: Nồng độ thuốc nhuộm 10-4M, nồng độ H2O2 2,5.10-3M, khối lượng xúc tác MIL-101(Fe) cần 40mg/L Đối với CR: Nồng độ thuốc nhuộm 5.10-5M, nồng độ H2O2 7,5.10-3M, khối lượng xúc tác MIL-101(Fe) cần 40mg/L Đối với MB: Nồng độ thuốc nhuộm 5.10-5M, nồng độ H2O2 7,5.10-3M, khối lượng xúc tác MIL-101(Fe) cần 40mg/L Bảng 3.5: Độ chuyển hóa dung dịch thuốc nhuộm với điều kiện tốt xúc tác MIL-101(Fe) Thuốc Có tia UV nhuộm TN + XT TN + H O2 XT Che tối hoàn toàn + TN H2 O2 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN + TN + XT TN + XT + H O2 TN + H2 O2 41 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP OG 97,85 0,55 1,88 38,81 -0,78 -0,90 CR 98,56 14,95 30,02 35,09 -8,01 -20,40 MB 97,87 48,69 13,94 27,06 -1,64 -4,91 100 Độ chuyển hóa (%) 80 a 60 b c 40 d 20 e f 0 0.5 -20 1.5 2.5 Thời gian (h) Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) điều kiện khác nhau: a)TN+XT+H2O2 (có tia UV); b)TN+XT (có tia UV); c)TN+H2O2 (có tia UV) d) TN+XT+H2O2 (che tối); e)TN+XT (che tối); f)TN+H2O2 (che tối)  Đối với OG: Trong điều kiện che tối hồn tồn: H2O2 khơng thể có khả chuyển hóa OG (hình 3.22f), có xúc tác thuốc nhuộm độ chuyển hóa bị âm (-0,78%, hình 3.22e) trình khuấy liên tục sau lượng thuốc nhuộm hấp phụ xúc tác lúc ban đầu bị giải hấp Với có mặt đồng thời xúc tác, H2O2 thuốc nhuộm phần thuốc nhuộm bị chuyển hóa 38,81% sau Sự chuyển hóa chứng tỏ điều kiện khơng có tia UV xúc tác thể hoạt tính chậm nhiều so với có mặt tia UV SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 42 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Trong điều kiện có chiếu tia UV: Dưới có mặt tia UV phần nhỏ H2O2 bị phân ly thành gốc hydroxyl khiến cho lượng nhỏ OG bị chuyển hóa ( 1,88%, hình 3.22c) Hỗn hợp xúc tác OG tia UV khiến cho lượng nhỏ CR bị chuyển hóa, điều oxy khơng khí bị hịa tan vào hỗn hợp phản ứng xúc tác MIL-101(Fe) khiến cho oxy H2O2 hình thành gốc hydroxyl Trong với có mặt H2O2 xúc tác MIL101(Fe) hình thành gốc hydroxyl nhanh nhiều hơn, khiến cho tốc độ chuyển hóa nhanh hơn, độ chuyển hóa đạt 97,85% sau  Đối với CR: Trong điều kiện có chiếu tia UV: Hỗn hợp gồm thuốc nhuộm, xúc tác MIL101(Fe) H2O2 hình thành gốc hydroxyl nhanh nhiều khiến cho tốc độ chuyển hóa nhanh nhất, độ chuyển hóa đạt 98,56% (hình 3.23a) Dưới có mặt tia UV, phần nhỏ H2O2 phân ly thành gốc hydroxyl khiến cho lượng thuốc nhuộm CR chuyển hóa phần nhỏ (30,12%, hình 3.23c) Hỗn hợp thuốc nhuộm xúc tác MIL-101(Fe) bị chuyển hóa phần (14,95%, hình 3.23b) Trong điều kiện che tối hồn tồn: hỗn hợp gồm thuốc nhuộm CR, xúc tác MIL-101(Fe) H2O2 có chuyển hóa, sau độ chuyển hóa đạt 35,09% (hình 3.23d) Điều chứng tỏ tối xúc tác thể hoạt tính thời gian chuyển hóa lâu nhiều so với có tia UV Trong đó, hỗn hợp thuốc nhuộm CR xúc tác MIL-101(Fe), thuốc nhuộm H2O2 độ chuyển hóa bị âm Điều sau hấp phụ thuốc nhuộm tối, xúc tác giải hấp lượng thuốc nhuộm ban đầu SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 43 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 100 Độ chuyển hóa (%) 80 a 60 b 40 c 20 d e -20 -40 f Thời gian (h) Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn hoạt tính xúc tác MIL-101(Fe) điều kiện khác nhau: a)TN+XT+H2O2 (có tia UV); b)TN+XT (có tia UV); c)TN+H2O2 (có tia UV) d) TN+XT+H2O2 (che tối); e)TN+XT (che tối); f)TN+H2O (che tối)  Đối với MB: Trong điều kiện che tối hồn tồn: H2O2 khơng thể có khả chuyển hóa MB (hình 3.24f), có xúc tác thuốc nhuộm độ chuyển hóa bị âm (-1,64%, hình 3.24e) q trình khuấy liên tục sau lượng thuốc nhuộm hấp phụ xúc tác lúc ban đầu bị giải hấp Với có mặt đồng thời xúc tác, H2O2 thuốc nhuộm phần thuốc nhuộm bị chuyển hóa 27,06% sau Sự chuyển hóa chứng tỏ điều kiện khơng có tia UV xúc tác thể hoạt tính chậm nhiều so với có mặt tia UV Trong điều kiện có chiếu tia UV: Dưới có mặt tia UV phần nhỏ H2O2 bị phân ly thành gốc hydroxyl khiến cho lượng nhỏ MB bị chuyển hóa ( 13,94%, hình 3.24c) Hỗn hợp xúc tác OG tia UV khiến cho lượng nhỏ CR bị chuyển hóa, điều oxy khơng khí bị hòa tan vào hỗn hợp phản ứng xúc tác MIL-101(Fe) khiến cho oxy H2O2 hình thành gốc hydroxyl Trong với có mặt H2O2 xúc tác MIL101(Fe) hình thành gốc hydroxyl nhanh nhiều hơn, khiến cho tốc độ chuyển hóa nhanh hơn, độ chuyển hóa đạt 97,87% sau SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 44 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 100 Độ chuyển hóa (%) 80 a 60 b c 40 d 20 e f 0 0.5 1.5 -20 2.5 3.5 Thời gian (h) Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) điều kiện khác nhau: a)TN+XT+H2O2 (có tia UV); b)TN+XT (có tia UV); c)TN+H2O2 (có tia UV) d) TN+XT+H2O2 (che tối); e)TN+XT (che tối); f)TN+H2O2 (che tối) 3.3 So sánh hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) Degussa P25 Qua trình khảo sát ta thấy xúc tác MIL-101(Fe) có hoạt tính tốt dung dịch thuốc nhuộm OG, CR MB Ta rút bảng kết luận sau Thuốc nhuộm Vật liệu MIL-101 (Fe) Nồng MIL- H2 O2 Độ Degussa P25 Nồng Degussa H2O2 độ(mM) 101(Fe) (mM) chuyển độ (mg/L) P25 Độ (mM) chuyển hóa(%) (mM) (mg/L) hóa(%) OG 0,1 40 2,5 97,85 0,075 90 7,5 98,7 CR 0,05 40 75 98,56 0,05 70 93,1 MB 0,05 40 75 97,87 0,05 90 2,5 94,9 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 45 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 100 90 Độ chuyễn hóa (%) 80 70 60 50 Degussa 40 MIL-101(Fe) 30 20 10 0 0.5 1.5 2.5 Thời gian (h) Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) xúc tác Degussa P25 với thuốc nhuộm OG 100 90 Độ chuyển hóa (%) 80 70 60 50 Degussa 40 MIL-101(Fe) 30 20 10 0 Thời gian (h) Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) xúc tác Degussa P25 với thuốc nhuộm CR SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 46 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 100 Độ chuyển hóa (%) 90 80 70 60 50 Degussa 40 MIL-101(Fe) 30 20 10 0 Thời gian (h) Hình 3.27 Đồ thị biểu diễn hoạt tính quang xúc tác MIL-101(Fe) xúc tác Degussa P25 với thuốc nhuộm CR Dựa vào đồ thị hình 3.25, 3.26, 3.27 ta thấy hoạt tính xúc tác MIL101(Fe) tốt nhiều so với xúc tác Degussa P25 Lượng xúc tác dùng so với Degussa SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 47 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Qua trình thực luận án này, ta rút kết sau: Tổng hợp vật liệu MIL-101(Fe) phương pháp dung mơi nhiệt, kết thu có giản đồ XRD hoàn toàn tương hợp với giản đồ XRD mơ từ mơ hình MIL-101(Fe) chuẩn Vật liệu có diện tích bề mặt (BET) lên đến 1600m2/g Đã khảo sát hoạt tính quang xúc tác số yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) Từ kết khảo sát chọn điều kiện thích hợp (nồng độ H2O2, nồng độ chất màu, lượng xúc tác cần sử dụng) để vật liệu MIL-101(Fe) thể hoạt tính quang xúc tác tốt chất màu hữu cơ: Orange G, Congo Red, Methylene Blue Việc khảo sát thực tương tự xúc tác Degussa P25 nhằm mục đích so sánh với kết thu từ MIL-101(Fe) Xúc tác MIL-101(Fe) thể hoạt tính quang xúc tác tốt điều kiện có kết hợp với H2O2 Xúc tác MIL-101(Fe) thể có hoạt tính quang xúc tác tốt hợp chất màu hữu cơ: Orange G, Congo Red, Methylene Blue Tốt xúc tác Degussa P25 sử dụng nhiều Đề tài tạo tiền đề cho nghiên cứu sâu việc xử lí nước thải ngành dệt nhuộm 4.2 Kiến nghị Trong trình thực đề tài em gặp khơng khó khăn thiếu sót, cần khắc phục Tuy nhiên, đề tài đạt số kết ban đầu khả quan, làm tiền đề cho nghiên cứu Vì em có vài đề nghị hướng nghiên cứu tiếp tuc sau: Nghiên cứu nâng cao hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) Nghiên cứu khả thu hồi xúc tác khảo sát độ bền xúc tác SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 48 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả tạo màng từ xúc tác MIL-101(Fe) nhằm tang khả ứng dụng thực tế SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 49 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Z Wang, G Chen, K Ding, Chem Rev 109(2009)322 [2] J-R, Li, R.J.Kuppler, H C zhou, Chem Soc Rev 38 (2009) 1477 [3] G Férey, Chem, Soc, Rev 37 (2008) 191 [4] B Mc Enaney, E.Alain, Y.E.Yin, T J Mays, NATO Sci Ser., Ser E 374 (2001) [5] D.J BOrns, Theory Appl Transp Porous Media 20 (2006) 407 [6] R E Morris, P S Wheatley, Angew Chem Int Ed Engl 47 (2008) 4966 [7] K S W Sing, D H Everett; R.A W Haul; L Moscou; R A Piertti; J rouquerol, T Siemieniewska, Pure and Applied Chemistry 1985, 57, 603 [8] Ryan J Kupplera, D J T, Quian – Rong fang, Coordination Chemistry Rev 2009 [9] Burrows, A D , Dalton Trans.2008: p.6780-6795 [10] O M Yaghi, G Li, H Li, Nature 1995, 378, 703 [11] S Bauer; N Stock, Chemie in Unserer Zeit 2008, 42, 12 [12] Hee K Chae; D.Y.S – P., Jahem Kim, Yong Bok Go; Mohamed Eddaoudi, Adam J matzger, Michael O’Keefle, Omar M Yaghi; Nature 2004, 427: p523 – 527 [13] you – Kyong Seo, G H , In Tae Jang, Young Kyu Hwang, Chul-Ho Jun, Jong – San Chang, Microporous and Mesoporous Materials 2009.119: p: 331-337 [14] Shilun Qiu, G Z., Coordination Chemistry Reviews 2009 [15] Andrew R Millward, O M Y, J AM CHEM SOC 2005 127: p 17998 – 17999 [16] M D Allen dorf, C A B., R K Bhakta; R J T Houk, Chem Soc Rev 2009 38 p: 1330 - 1352 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 50 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 51 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN 52 ... Red 1.3.3 Methylene Blue CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 11 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN i KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2.1 Mục tiêu đề tài 11 2.2 Nội dung đề tài ... tích nhiễu xạ tia X (XRD) .25 3.1.3 Đo diện tích bề mặt vật liệu 26 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN ii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu MIL-101(Fe) Degussa... luận 48 4.2 Kiến nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 SVTH: NGUYỄN CHÂU THANH NHÂN iii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ  Bước sóng ánh sáng max Bước sóng