Thông tin tài liệu
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG PHÂN HỦY PHENOL TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC TiO2/Hap NGƯỜI HƯỚNG DẪN : ThS NGUYỄN THỊ TRÚC LINH NGƯỜI THỰC HIỆN : TRẦN QUỐC TRUNG LỚP : 07HH3D KHÓA : 11 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực đề tài này, em nhận nhiều giúp đỡ quý thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cô TS Nguyễn Thị Trúc Linh Cơ tận tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến, truyền đạt kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện thuận lợi để luận văn hoàn thành Với kiến thức kinh nghiệm quý báu mà thầy truyền đạt cho em, không giúp em hồn thành tốt luận văn mà cịn kinh nghiệm quý báu cho đường tới em, em xin chân thành cảm ơn cô nhiều Trong thời gian thực luận văn Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng, anh chị phòng bạn bè giúp đỡ em nhiều Em xin cảm ơn chị Nguyễn Huyền Minh Thuy tận tình dẫn giúp đỡ em làm tốt luận văn Do khoảng thời gian không nhiều bước đầu làm quen với nghiên cứu nên luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn bè để luận văn hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, Ngày 16 Tháng 09 Năm 2014 Trần Quốc Trung CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học thạc sĩ Nguyễn Thị Trúc Linh Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, luận văn cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Tơn Đức Thắng khơng liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 01 năm 2015 Tác giả (ký tên ghi rõ họ tên) Trần Quốc Trung TĨM TẮT Vấn đề nhiễm mơi trường gây hậu vô to lớn ảnh hưởng trực tiếp đến sống người toàn cầu Việc giải vấn đề ô nhiễm đặt khía cạnh sống, từ việc nhỏ diễn hàng ngày gia đình quy trình sản xuất nhà máy, xí nghiệp, điểm dịch vụ, giải trí….tất quan tâm trọng đến việc làm để giảm thiểu việc phát sinh chất gây ô nhiễm môi trường Phenol dẫn xuất phenol chất thải hữu độc hại khó xử lý Nó có mặt nước thải trình sản xuất nhựa phenolphomanđehit, dược phẩm,thuốc trừ sâu, cơng nghiệp dệt Phenol có ảnh hưởng khơng tốt đến sức khỏe người nồng độ thấp, tác nhân tiềm ẩn gây ung thư Đã có nhiều nghiên cứu xử lý phenol phương pháp hóa lý phân hủy nhiệt, oxi hóa hóa học, xử lý điện hóa, oxi hóa ướt có xúc tác,oxi hóa quang điện, …nhưng hầu hết thí nghiệm tốn khó áp dụng quy mơ lớn.Hướng khả thi sử dụng phương pháp hóa lý có sử dụng phụ phẩm có nguồn gốc tự nhiên, rẻ tiền có sẵn (trong tự nhiên thị trường) làm thành phần cơng đoạn xử lý, điển hình phương pháp hấp phụ Với ưu điểm như: Vật liệu giá thành rẻ, phản ứng điều kiện thường cần ánh sáng mặt trời, phân hủy chất hữu dạng khống hóa (CO2, H2O, N2,…), khơng tạo chất nhiễm thứ cấp,… TiO2 hồn tồn giữ vai trị chủ đạo xử lí ô nhiễm môi trường nước,nhiều nghiên cứu cho thấy khả xử lí khí thải (NO, NO2, SO2, …) TiO2 tỏ có triển vọng, ngồi hữu dụng khử mùi, phân hủy chất độc hại,…Ngồi ra, TiO2 cịn ứng dụng việc xử lí nhiễm đất với khả phân hủy chất DDT, chất hoạt động bề mặt,…về chất vô Trong hai thập kỷ qua, Hydroxyapatite (HAp) quan tâm sử dụng làm vật liệu hấp phụ trao đổi ion HAp có đặc tính trao đổi ion, khả hấp phụ liên kết với phân tử hữu kích thước khác HAp sử dụng làm xúc tác cho phản ứng tổng hợp phenol từ benzene Vật liệu TiO2/HAp điều chế cách ngâm hạt TiO2 dịch SHNT chứa ion phosphate có đặc tính sau: (1) bề mặt apatite hấp phụ tuyệt đối mà không cần tiếp xúc với ánh sáng; (2) chất ô nhiễm hấp phụ apatite bị phân hủy TiO2 quang xúc tác chiếu xạ UV; (3) lớp apatite sử dụng lớp đệm trơ, cho phép pha trộn vật liệu có hoạt tính quang xúc tác với loại nhựa, sơn phủ hữu cơ, vật liệu hữu khác; (4) apatite hấp phụ chất ô nhiễm với thời gian đủ dài để TiO2 thể hoạt tính quang phân hủy hồn tồn chất ô nhiễm Trên sở hiểu biết hai hợp chất TiO2 HAp, đề tài “ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG PHÂN HỦY PHENOL TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC TiO2/HAp” nhằm mục tiêu khảo sát khả hấp phụ phenol bề mặt vật liệu TiO2/HAp, xây dựng mô hình động học hấp phụ, đồng thời đánh giá khả xúc tác quang phân hủy phenol vật liệu TiO2/HAp Trang MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hấp phụ 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Mơ hình động học hấp phụ bậc 1.1.1.2 Mơ hình động học hấp phụ giả bậc 1.2 Vật liệu quang xúc tác TiO2/HAp 10 1.2.1 Đặc trưng hoạt tính quang xúc tác TiO2 10 1.2.2 Khả xúc tác quang hóa TiO2 13 1.2.3 Đặc trưng khả hấp phụ Hydroxyapatite 17 1.2.3.1 Cấu trúc tinh thể 18 1.2.3.2 Tính chất hóa học: 20 1.2.3.3 Ứng dụng HAp 21 1.2.4 Giới thiệu vật liệu quang xúc tác TiO2/HAp 22 1.2.5 Phenol 25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1 Điều chế vật liệu quang xúc tác TiO2/HAp 28 2.1.1 Hóa chất, thiết bị 28 2.1.2 Quy trình điều chế 28 2.3 Xác định điểm đẳng điện pHpzc 29 2.4 Khảo sát khả hấp phụ phenol vật liệu TiO2/HAp 30 2.4.1 Hóa chất, thiết bị 30 2.4.2 Quy trình khảo sát hấp phụ 30 2.5 Khảo sát khả quang xúc tác phân hủy phenol vật liệu TiO2/HAp 31 2.5.1 Thiết bị 31 2.5.2 Quy trình khảo sát quang xúc tác phân hủy phenol 31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 33 SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 3.1 Đặc trưng vật liệu quang xúc tác TiO2/HAp 33 3.2 Khảo sát khả hấp phụ phenol vật liệu TiO2/HAp 35 3.3 Khảo sát khả quang xúc tác phân hủy phenol vật liệu TiO2/HAp 38 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể dạng đa hình TiO2 Hình 0.1 Thiết bị phản ứng Hình 3.1: Giản đồ XRD mẫu TiO2/HAp nung 750oC Hình 3.2: Ảnh SEM mẫu TiO2/HAp Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc pHf vào pHi Hình 3.4: Sự thay đổi dung lượng hấp phụ theo thời gian tiếp xúc Hình 3.5: Sự thay đổi dung lượng hấp phụ theo nồng độ đầu phenol Hình 3.6: Sự suy giảm dải hấp thu bước sóng hấp thu cực đại 270nm theo thời gian chiếu UV Hình 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất quang phân huỷ phenol Hình 3.8: Sự thay đổi nồng độ phenol dung dịch phản ứng theo thời gian quang hóa Hình 3.9: Ảnh hưởng nồng độ đến thời gian bán phân huỷ phenol ẫu TiO2/HAp SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Bảng so sánh hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học: Bảng 1.1 Các đặc trưng cấu trúc dạng thù hình TiO2 Bảng Hóa chất phenol Bảng 3: Thừa số động học hấp phụ 35oC mơ hình động học khác SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang MỞ ĐẦU Vấn đề ô nhiễm môi trường gây hậu vô to lớn ảnh hưởng trực tiếp đến sống người tồn cầu Việc giải vấn đề nhiễm ln đặt khía cạnh sống, từ việc nhỏ diễn hàng ngày gia đình quy trình sản xuất nhà máy, xí nghiệp, điểm dịch vụ, giải trí….tất quan tâm trọng đến việc làm để giảm thiểu việc phát sinh chất gây ô nhiễm môi trường Phenol dẫn xuất phenol chất thải hữu độc hại khó xử lý Nó có mặt nước thải trình sản xuất nhựa phenolphomanđehit, dược phẩm,thuốc trừ sâu, cơng nghiệp dệt Phenol có ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người nồng độ thấp, tác nhân tiềm ẩn gây ung thư Đã có nhiều nghiên cứu xử lý phenol phương pháp hóa lý phân hủy nhiệt, oxi hóa hóa học, xử lý điện hóa, oxi hóa ướt có xúc tác,oxi hóa quang điện, …nhưng hầu hết thí nghiệm tốn khó áp dụng quy mơ lớn.Hướng khả thi sử dụng phương pháp hóa lý có sử dụng phụ phẩm có nguồn gốc tự nhiên, rẻ tiền có sẵn (trong tự nhiên thị trường) làm thành phần cơng đoạn xử lý, điển hình phương pháp hấp phụ Với ưu điểm như: Vật liệu giá thành rẻ, phản ứng điều kiện thường cần ánh sáng mặt trời, phân hủy chất hữu dạng khoáng hóa (CO2, H2O, N2,…), khơng tạo chất nhiễm thứ cấp,… TiO2 hồn tồn giữ vai trị chủ đạo xử lí nhiễm mơi trường nước,nhiều nghiên cứu cho thấy khả xử lí khí thải (NO, NO2, SO2, …) TiO2 tỏ có triển vọng, ngồi cịn hữu dụng khử mùi, phân hủy chất độc hại,…Ngoài ra, TiO2 cịn ứng dụng việc xử lí nhiễm đất với khả phân hủy chất DDT, chất hoạt động bề mặt,…về chất vô Trong hai thập kỷ qua, Hydroxyapatite (HAp) quan tâm sử dụng làm vật liệu hấp phụ trao đổi ion HAp có đặc tính trao đổi ion, khả SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1 Đặc trưng vật liệu quang xúc tác TiO2/HAp Giản đồ XRD mẫu TiO2/HAp trình bày hình 3.1 Hình 3.1: Giản đồ XRD mẫu TiO2/HAp nung 750oC Kết phân tích giản đồ XRD cho thấy mẫu TiO2/HAp nung 750oC xuất peak nhiễu xạ đặc trưng (101) pha anatase TiO2 cấu trúc tứ phương vị trí góc 2θ 25.3o (JCPDS no 21-1272 peak đặc trưng pha hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH) cấu trúc lục giác, vị trí góc 2θ 28.967 (210, 18%), 31.774 (211, 100%), 32.197(112, 90%), 32.902 (300, 60%), 34.049 (202, 25%) (Mineral 2.2CA:00-009-0432) SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 34 Ảnh SEM vật liệu TiO2/HAp trình bày hình 3.2 Hình 3.2: Ảnh SEM mẫu TiO2/HAp Ảnh SEM cho thấy sản phẩm có HAp dạng giống tre với chiều dài xấp xỉ 100nm, hai chiều lại 50nm, phân tán xen kẽ với TiO2 Q trình quang hố xúc tác trình xúc tác dị thể, giai đoạn hấp phụ chất phản ứng lên bề mặt xúc tác giai đoạn quan trọng ảnh hưởng đến động học q trình quang hố xúc tác Trong hố lý, điểm điện tích khơng pHpzc khái niệm tượng hấp phụ, cho biết điều kiện mật độ điện tích bề mặt Thường pHpzc xác định pH chất điện ly gán cho chất hay hạt keo Giá trị pH dùng để mô tả PZC áp dụng cho hệ H+/OH-, gọi ion xác định Khi pH nhỏ giá trị pHPZC, hệ gọi PZC, dung dịch nước cho ion H+ nhiều ion hydroxyl (OH-), bề mặt chất hấp phụ mang điện tích dương, kết hấp phụ anion tốt Ngược lại, pH lớn giá trị pHPZC, hệ gọi PZC, bề mặt chất hấp phụ mang điện tích âm, hấp phụ cation tốt hơn.[3] Kết xác định điểm đẳng điện mẫu TiO2/HAp dung dịch KCl với nồng độ 0.1 0.01 mol/L, tỉ lệ rắn: lỏng khác trình bày hình 3.3 SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 35 KCl 0.1 M (1:500) KCl 0.01M (1:500) KCl 0.01M (1:2500) 7.8 7.6 pH f 7.4 7.2 6.8 10 pH i Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc pHf vào pHi cân thiết lập hạt TiO2/HAp với dung dịch KCl 0.1 M (tỉ lệ rắn/lỏng 1/500), dung dịch KCl 0.01M (tỉ lệ rắn/lỏng 1/500, 1/2500) Từ đồ thị biểu diễn phụ thuộc pHf theo pHi, giá trị điểm đẳng điện đạt pH mà xuất điểm uốn đường cong Điểm uốn vị trí thay đổi nồng độ KCl hay tỉ lệ rắn/lỏng, cho thấy hấp phụ ion K+ Cl- lên bề mặt hạt TiO2/HAp không xảy pH Giá trị pH pzc vật liệu phụ thuộc vào nguồn gốc mẫu, điều kiện thí nghiệm phản ứng tổng hợp, độ tinh khiết, số kỹ thuật đo mẫu Trong nghiên cứu này, giá trị pHpzc mẫu TiO2/HAp thu 7.3 3.2 Khảo sát khả hấp phụ phenol vật liệu TiO2/HAp Hình 3.4 biểu diễn mối tương quan dung lượng hấp phụ qe thời gian tiếp xúc vật liệu hấp phụ - chất bị hấp phụ SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 36 HAp 3.5 qe (mg/g) 2.5 TiO2/HAp 1.5 TiO2 0.5 0 60 120 180 240 300 360 420 480 t (phút) Hình 3.4: Sự thay đổi dung lượng hấp phụ theo thời gian tiếp xúc: Co=10mg/L, pH=6.4, lượng chất hấp phụ 1g/L, nhiệt độ 35oC Hình 3.4 rằng, cân hấp phụ phenol bề mặt ba mẫu đạt 60 phút đầu, tiếp tục tăng nhẹ sau 60 phút Khi kéo dài thời gian tiếp xúc đến giờ, dung lượng hấp phụ mẫu không thay đổi đạt khoảng 3.7 mg/g mẫu HAp 0.8 mg/g mẫu TiO2 Mẫu TiO2/HAp có dung lượng hấp phụ đạt 1.7 mg/g điều kiện khảo sát Sự có mặt HAp làm tăng khả hấp phụ vật liệu lên 2.1 lần so với mẫu chứa TiO2 Các khảo sát thay đổi nồng độ đầu phenol cho thấy thời gian đạt cân hấp phụ phenol dao động nhỏ khoảng 90-150 phút, việc nghiên cứu động học hấp phụ thực với thời gian tiếp xúc vật liệu hấp phụ phenol 150 phút Đồ thị biểu diễn biến thiên số dung lượng hấp phụ qe theo nồng độ phenol ban đầu trình bày hình 3.5 SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 37 18 15 qe(mg/g) 12 0 20 40 60 80 100 Nồng độ phenol (mg/l) Hình 3.5: Sự thay đổi dung lượng hấp phụ theo nồng độ đầu phenol: Co=10100mg/L, thời gian tiếp xúc 150 phút, lượng chất hấp phụ 1g/L, nhiệt độ 35oC (Mẫu 9TH750) Khi tăng nồng độ đầu phenol từ 10mg/L lên đến 100mg/L, giá trị dung lượng hấp phụ qe vật liệu TiO2/HAp tăng đến 16.5 mg/L Về mặt lý thuyết, số pH dung dịch chất bị hấp phụ xem thông số quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng hấp phụ qe Nguyên nhân xuất phát từ tương tác bề mặt vật liệu hấp phụ chất bị hấp phụ dung dịch Điểm điện tích không (pH PZC) vật liệu TiO2/HAp đo 7.3, giá trị pH mà mật độ điện tích bề mặt vật liệu hấp phụ khơng Khi pH nhỏ giá trị pH PZC 7.4, hệ gọi PZC, dẫn đến bề mặt chất hấp phụ mang điện tích dương, kết hấp phụ anion C6H5O- tốt Điều kiện thực nghiệm xác định mơ hình động học bậc giả bậc hai: nồng độ đầu phenol 10mg/L, pH 6.4, lượng chất hấp phụ TiO2/HAp 1g/L, nhiệt độ 35oC Các thừa số thực nghiệm động học hấp phụ phenol tính từ phương trình tuyến tính mơ hình động học bậc giả bậc trình bày bảng Bảng 3.2: Thừa số động học hấp phụ 35oC mơ hình động học khác SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 38 Mơ hình bậc Mơ hình giả bậc k1 (phút-1) q1 (mg/g) R2 23.614 1.984 0.980 k2 (g/mg.phút) q2 (mg/g) R2 0.174 1.788 0.998 Trong đó, k1 k2 số tốc độ q trình hấp phụ theo hai mơ hình, q1 lượng phenol hấp phụ chất hấp phụ thời điểm cân (mg/g), q2 lượng phenol hấp phụ cực đại theo mơ hình giả bậc (mg/g) Kết bảng hai mơ hình động học bậc giả bậc sử dụng để tính tốn thơng số động học hấp phụ phenol bề mặt chất hấp phụ TiO2/HAp hệ số tương quan tuyến tính R2 xấp xỉ Mặc dù mơ hình giả bậc tỏ xác hơn, mức độ phức tạp cao Do đó, trường hợp này, mơ hình động học bậc ưu tiên lựa chọn để giải thích chế hấp phụ phenol bề mặt chất hấp phụ TiO2/Hap 3.3 Khảo sát khả quang xúc tác phân hủy phenol vật liệu TiO2/HAp SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 39 Hình 3.6: Sự suy giảm dải hấp thu bước sóng hấp thu cực đại 270nm theo thời gian chiếu UV Điều kiện khảo sát: Cophenol=40ppm, dung môi nước, pH 6.4, hàm lượng xúc tác 1g/l, nhiệt độ 30oC Trong suốt trình quang phân hủy phenol, gốc hydroxyl cơng vào vịng phenyl với q trình oxi hóa trung gian, hình thành nên hợp chất trung gian catechol, resorcinol, 1,2,3-benzenetriol hydroquinone, sau có phá vịng hình thành axit hữu mạch ngắn maleic, oxalic, acetic …và cuối CO2 H2O theo sơ đồ trình bày báo cáo [6] Cường độ hấp thu vùng UV dung dịch suy giảm theo thời gian chiếu UV, đó, suy giảm dải hấp thu bước sóng hấp thu cực đại ( max =270nm) thể trình phân huỷ mạch nhánh mạch vòng hợp chất hữu [5], cung cấp thơng tin định tính q trình khoáng hoá sản phẩm trung gian phenol q trình quang hố xúc tác Giá trị pH cuối q trình quang hố phenol 4.6, chứng tỏ q trình quang hố phân huỷ phenol thành sản phẩm trung gian đơn giản axit hữu bao gồm sản phẩm khống hóa cuối thành phần axit vơ SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 40 Các thí nghiệm đánh giá trình quang phân huỷ phenol dựa thay đổi nồng độ phenol dung dịch qua trình quang hóa, xác định thơng qua suy giảm dải hấp thu bước sóng hấp thu cực đại 270nm Thí nghiệm xác định ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến trình quang phân huỷ phenol tiến hành với hai mẫu TiO2/HAp TiO2 có hàm lượng thay đổi khoảng 0.25-6 g/l Hiệu suất quang phân huỷ phenol sau 180 phút trình bày hình 3.7 Hình 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất quang phân huỷ phenol (Cophenol=20ppm) Hình 3.7 rằng, thay đổi hàm lượng xúc tác, hiệu suất quang phân hủy phenol mẫu TiO2/HAp TiO2 thay đổi theo: tốc độ xúc tác quang ban đầu tăng lên tăng lượng chất xúc tác cho vào, sau giảm dần Điều giải thích sau: Khi tăng hàm lượng xúc tác, số lượng tâm hoạt động dung dịch tăng lên Tuy nhiên, nồng độ hạt rắn tăng mức làm cản trở truyền ánh sáng xu hướng kết tụ (tương tác hạt-hạt) làm tăng nồng độ phần rắn, dẫn đến giảm diện tích bề mặt hấp thụ ánh sáng giảm SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 41 phần trăm quang phân hủy Hình 3.7 cịn cho thấy khác biệt khoảng hàm lượng xúc tác phù hợp hai mẫu TiO2/HAp TiO2, hiệu suất quang phân hủy phenol cao hàm lượng xúc tác mẫu TiO2 có giá trị khoảng 12.5g/l, 1-4g/l mẫu TiO2/HAp Ngồi ra, q trình thực nghiệm nhận thấy tăng hàm lượng xúc tác, độ đục hệ phản ứng chứa xúc tác TiO2 cao nhiều so với hệ chứa TiO2/HAp Đặc biệt, hàm lượng xúc tác khoảng 2.5-4g/l, hệ phản ứng chứa TiO2 có xu hướng kết tụ (tương tác hạt-hạt) làm tăng nồng độ phần rắn độ đục, điều làm cho phần bề mặt vật liệu xúc tác trở nên khơng có khả hấp phụ photon hấp phụ phenol, dẫn đến việc làm cho hiệu suất phản ứng bị giảm Từ số liệu phổ uv-vis, suy giảm nồng độ tương đối phenol (Ct/Co) dung dịch phản ứng qua q trình quang hóa có sử dụng mẫu TiO2/HAp biểu diễn hình 3.8 Ct/Co 5ppm 10ppm 20ppm 30ppm 40ppm 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 30 60 90 120 150 180 t (phút) Hình 3.8: Sự thay đổi nồng độ phenol dung dịch phản ứng theo thời gian quang hóa (hàm lượng xúc tác 1g/l) Hình 3.8 cho thấy, nồng độ phenol lớn, hiệu suất quang phân huỷ phenol thấp, ngược lại với quy luật hấp phụ trình bày hình 3.5 Điều giải thích sau: tăng nồng độ phenol giữ cố định yếu tố SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 42 cường độ ánh sáng nhiễu xạ, lượng chất xúc tác thời gian chiếu xạ hình thành gốc tự OH O2- bề mặt xúc tác khơng đổi Do đó, số lượng gốc tự OH O2- bề mặt xúc tác khơng đủ cho q trình quang phân hủy phenol Ngoài ra, gia tăng nồng độ chất dẫn đến khuếch tán chậm phân tử hợp chất trung gian từ bề mặt xúc tác, làm tăng số lượng phân tử bề mặt che khuất tâm hoạt động xúc tác quang, gây giảm hiệu suất quang phân hủy Thời gian bán phân huỷ ( Ct Co ) phenol mẫu TiO2/HAp giá trị nồng độ đầu phenol khác tính theo phương trình (3.1) biểu diễn hình 3.9: t1 / Ln2 0.693 K app K app (3.1) 700 600 t1/2 (phút) 500 400 300 200 100 12 16 20 24 28 32 36 40 Co (ppm) Hình 3.9: Ảnh hưởng nồng độ đến thời gian bán phân huỷ phenol mẫu TiO2/HAp (1) SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 43 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Đề tài tiến hành điều chế vật liệu quang xúc tác TiO2/HAp xây dựng thí nghiệm khảo sát khả hấp phụ quang xúc tác phân hủy phenol dung dịch nước vật liệu, thu kết sau: Đặc trưng vật liệu TiO2/HAp: Kết phân tích giản đồ XRD cho thấy mẫu TiO2/HAp nung 750oC xuất peak nhiễu xạ đặc trưng pha anatase TiO2 cấu trúc tứ phương peak đặc trưng pha hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH) cấu trúc lục giác Giá trị pHpzc mẫu TiO2/HAp 7.3 Ảnh SEM cho thấy sản phẩm có HAp dạng giống tre với chiều dài xấp xỉ 100nm, hai chiều lại 50nm, phân tán xen kẽ với TiO2 Khảo sát hấp phụ: Mơ hình động học bậc ưu tiên lựa chọn để giải thích chế hấp phụ phenol bề mặt chất hấp phụ TiO2/HAp: Mơ hình bậc k1 (phút-1) q1 (mg/g) R2 23.614 1.984 0.980 Sự có mặt HAp làm tăng khả hấp phụ vật liệu lên 2.1 lần so với mẫu chứa TiO2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy phenol: Khi thay đổi hàm lượng xúc tác, hiệu suất quang xúc tác phân hủy phenol mẫu TiO2/HAp TiO2 thay đổi theo, nồng độ phenol lớn, hiệu suất quang phân huỷ phenol thấp Hiệu suất quang xúc tác phân hủy phenol cao hàm lượng mẫu TiO2/HAp dung dịch khoảng 1-4g/l SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 44 KIẾN NGHỊ Kết nhận tương đối tốt thời gian thực luận văn có hạn nên chưa nghiên cứu đầy đủ hết yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng q trình quang hóa hấp phụ Do đề tài phải cần nghiên cứu sâu thêm vấn đề: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ quang hóa Thay đổi điều kiện phản ứng để trình hấp phụ quang hóa đạt hiệu suất cao SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Ngọc Thanh, Nguyễn Xn Thắng, Hóa Lí tập 1, NXB ĐH TH chuyên nghiệp, 1979 [2] Nguyễn Văn Dũng (2007), Nghiên cứu xử lý thành phần thuốc nhuộm azo mơi trường nước q trình quang hóa xúc tác TiO2 hoạt tính, Luận án tiến sĩ - Viện môi trường – Tài nguyên, ĐHQG TP HCM [3] Nguyễn Trung Minh cộng sự, Kết bước đầu xác định điểm điện tích khơng bazan phước long, tây nguyên phương pháp đo pH, Viện Địa chất - Viện KH&CN VN [4] Nguyen Thi Truc Linh, Phan Dinh Tuan, Nguyen Van Dzung (2014) “Application of nano TiO2/Hydroxyapatite composite as photocatalyst in the degradation of phenol in aqueous solution.” Asian Academic Research Journal of Multidisciplinary, Volume-1, Issue-21 Online ISSN : 2319 – 2801, 2014: 74-81 [5] Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo Dục, Hà Nội [6] Guo, Z., Ma, R and Li, G Degradation of phenol by nanomaterial TiO2 in wastewater Chemical Engineering Journal 119, 2006, 55–59 [7] Rein M (2001), “Advanced Oxidation Processes – Current Status And Prospects”, Proc Estonian Acad Sci Chem., 50 (2), pp.59–80 [8] So C.M., Cheng M.Y., Yu J.C., Wong P.K (2002), “Degradation of azo dye Procion Red MX-5B by photocatalytic oxidation”, Chemosphere, 46, pp.905–912 [9] Bahnemann, W., Muneer, M and Haque, M.M Titanium dioxide-mediated photocatalysed degradation of few selected organic pollutants in aqueous suspensions, Catalysis Today 124, 2007, 133–148 [10] Qamar, M., Saquib, M and Muneer, M Photocatalytic degradation of two selected dye derivatives, chromotrope 2B and amido black 10B, in aqueous suspensions of titanium dioxide Dyes and Pigments 6, 2005, 1-9 [11] Nonami.T, H Hase, K Funakoshi, "Apatite-coated titanium dioxide photocatalyst for air purification," Catalysis Today 96, 113-118, 2004 SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 46 [12] Peipei Wang C L., “Effects of synthesis conditions on the morphology of hydroxyapatite nanoparticles produced by wet chemical process” Powder Technology 203, 315-321, 2010 SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Trang 47 PHỤ LỤC SVTH: Trần Quốc Trung - 072126H GVHD:Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh
Ngày đăng: 30/10/2022, 19:31
Xem thêm:
