Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác quang hóa FeVO4 TiO2 và loại bỏ các chất kháng sinh trong môi trường nước.pdf

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỎNG KÉT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ• - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ xúc TÁC QUANG HÓA FeVO4/TiO2 VÀ LOẠI BỎ CÁC CHẤT KHÁNG SINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC số hợp đồng: 2019.01.25/HĐKHCN Chủ nhiệm đề tài: KS Nông Xuân Linh Đơn vị công tác: Viện Kỳ Thuật Công nghệ cao NTT Thời gian thực hiện: 06 tháng (Từ tháng 01/2019 đến tháng 06/2019) TP Hồ Chí Minh, ngày 31 thảng 07 năm 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KÉT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ• - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ xúc TÁC QUANG HÓA FeVO4/TiO2 VÀ LOẠI BỎ CÁC CHẤT KHÁNG SINH TRONG MÔI TRUỜNG NUỚC số hợp đồng: 2019.01,25/HĐKHCN Chù nhiệm đề tài: KS Nông Xuân Linh Đơn vị công tác: Viện Kỳ Thuật Công nghệ cao NTT Thời gian thực hiện: 06 tháng (Từ tháng 01/2019 đến tháng 06/2019) Các thành viên phối họp cộng tác: STT Họ tên Chuyên ngành KS Nông Xuân Linh ThS Nguyễn Hữu Vinh Môi Trường Vật liệu TS Nguyễn Duy Trinh Th.s Trần Văn Thuận Hóa học Hóa học Cơ quan cơng tác Viện kỳ thuật CNC Phịng Khoa học Cơng nghệ Viện kỳ thuật CNC Viện kỳ thuật CNC Ký tên MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỪ VIÉT TÁT V DANH MỤC CÁC BIÉ, sơ Đồ, HÌNH ÀNH vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: 1.1 TỐNG QUAN Vật liệu quang xúc tác TĨƠ2 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Nguyên lý quang xúc tác 1.2 ứng dụng 1.3 Phương pháp tổng hợp .5 1.4 Các hướng nghiên cứu gần sử dụng TÍƠ2 đế xử lý kháng sinh nước CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.3 Hóa chất 2.4 Phương pháp tổng hợp vật liệu 10 2.5 Phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu 12 2.5.1 Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD) 12 2.5.2 Phổ tử ngoại-khả kiến (Ultra Violet-Visible, UV-Vis) 12 2.6 Phương pháp đánh giá hoạt tính quang hóa 13 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 15 3.1 Ket đặc trưng cấu trúc 15 3.2 Hoạt tính quang xúc tác 16 3.2.1 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy TCH mầu TÌƠ2 16 3.2.2 Hiệu quảng quang xúc tác phân hủy TCH chiếu xạ ánh sáng khác 17 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 19 4.1 Kết luận 19 4.2 Kiến nghị 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 PHỤ LỤC 3: DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÒNG Bố 23 PHỤ LỤC 4: HỢP ĐÒNG, THUYẾT MINH ĐÈ CƯƠNG 31 V DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHŨ VIẾT TẮT Ký hiệu/chữ • viết tắt Chữ viết tắt đầy đủ/tiếng Anh Ý nghĩa tương ứng AR Analytical reagent Hóa chất cho phân tích BET Brunauer, Emmett, Teller Brunauer, Emmett, Teller BSE Back-scattered electron CB Conduction band Điện tử tán xạ ngược Vùng dần e cb Negative-electron in conduction Electron mang điện tích âm vùng dần band Eg EG FTIR Energy band-gap Năng lượng vùng cấm Ethylene glycol Ethylene glycol Fourier transform infrared Phổ kế hồng ngoại biến đổi spectroscopy Fourier LỒ trống mang điện tích h+vb IR Positive-hole in valence band Infrared spectroscopy dương vùng hóa trị Pho hồng ngoại Liên minh quốc tế hóa học IUPAC International Union of pure and applied chemistry túy hóa học ứng dụng Oxytetracycline OCH Oxytetracycline hydrochloride SE Secondary electron Điện tử thứ cấp SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét SMX Sulfamethoxazole Sulfamethoxazole TCH Tetracycline hydrochloride Tetracycline hydrochloride TTIP Titanium (IV) isopropoxide Titanium (IV) isopropoxide TiƠ2 Titanium dioxide Titanium dioxide uv Ultraviolet Tia cực tím UV-Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại - khả kiến VB Valence band Vùng hóa trị XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X hydrochloride DANH MỤC CÁC BIẾ, sơ ĐỊ, HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Cấu trúc pha tinh the dạng (a) rutile, (b) anatase (c) brookite TÌƠ2 (trái: T13O building-block; phải: TiOó polyhera).[l] .3 Hình 1.2 Ngun lý xúc tác quang hóa T1O2 duới tác dụng ánh sáng.[2] Hình 1.3 Sơ đồ minh họa chế quang xúc tác phân hủy vi khuấn E.coli sử dung TiC>2-[6] Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp T1O2 10 Hình 2.2 Sơ đổ tổng hợp FeVCWTiCb 11 Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp Fe/TiƠ2 12 Hình 2.4 Sơ đồ đánh giá hoạt tính xúc tác quang cùa vật liệu 13 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu T1O2 biến tính với FeVƠ4 (A) Fe (B) 15 Hình 3.2 Hiệu loại bở TCH mẫu T1O2 theo thời gian 16 Hình 3.3 Sự thay đổi phổ hấp thu ƯV-vis (A) TCH (B) OCH 17 Hình 3.4 Hiệu quảng quang xúc tác phân hủy TCH mầu l%Fe/TiO2 sau 180 phút chiếu xạ ánh sáng khác nhau: (A) ánh sáng đèn LED (40W) (B) ánh sáng mặt trời (10:00-14:00 GMT+7, 19/05/2020) 18 vi TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN củư Sản phẩm thực đạt Sán phấn đăng ký thuyết minh - Ig Vật liệu FeVxOy/TiCh - Vật liệu FeVxOy/TiO2 - Quy trình tong hợp vật liệu - Quy trình tong hợp vật liệu FeVxOy/TiO2 FeVxOy/TiO2 - Báo cáo đánh giá hoạt tính quang xúc - Báo cáo đánh giá hoạt tính quang tác phân hủy hợp chất hữu co độc hại xúc tác phân hủy chất kháng sinh của T1O2 TiO2 - báo tạp chí KH&CN NT - báo nước Thời gian đăng kỷ: từ ngày 01/2019 đến ngày 07/2019 Thòi gian nộp báo cáo: vii MỞĐẢƯ Hiện nay, việc sử dụng chất kháng sinh đời sống chăn nuôi trở nên phổ biến kỳ thuật phân tích tiên tiến phát triển ton chất môi trường sinh thái trở thành mối quan tâm nhà khoa học Sự diện chất kháng sinh môi trường nước gây nhiều mối đe dọa trực tiếp sức khỏe người môi trường chất kháng sinh hợp chất có độ bền tính ổn định tương đối cao Vì vậy, việc loại bỏ họp chất nước thải trước xả nguồn tiếp nhận cần thiết Các nghiên cứu gần cho thấy trình xúc tác quang hóa sử dụng vật liệu bán dần có hiệu cao việc phân hủy chất kháng sinh, hướng nghiên cứu vật liệu bán dẫn T1O2 biết đến rộng rãi có the phân hủy thuốc kháng sinh với hiệu suất cao, độ bền cao thân thiện với môi trường Tuy nhiên, T1O2 sở hữu lượng vùng cấm lớn Eg = 3.2 eV Do có phần nhỏ ánh sáng mặt trời, khoảng 5% vùng tia uv sử dụng Do vậy, có nhiều nghiên cứu việc điều chế quang xúc tác T1O2 có khả sử dụng hiệu vùng ánh sáng khả kiến Đen nay, có nhiều nghiên cứu biến tính T1O2 cation kim loại chuyến tiếp hay phi kim chúng làm thay đoi giá trị đại lượng lượng vùng cấm tốc độ tái kết họp cặp điện tử-lồ trống quang sinh Trong số đó, T1O2 biến tính cation kim loại chuyển tiếp cho thấy kết tốt, tăng cường tính chất quang xúc tác vùng ánh sáng khả kiến Trong nhiều báo cáo, hạt tinh thể nano T1O2 biến tính cation sắt the hoạt tính quang xúc tác tốt hon so với T1O2 tinh khiết ánh sáng nhìn thấy Ngồi ra, việc biến tính họp chất sắt tăng hoạt tính T1O2 vùng ánh sáng nhìn thấy Vật liệu T1O2 gần nhận quan tâm nhà nghiên cứu nước cho phân hủy chất kháng sinh Ví dụ, nhóm tác giả Nguyễn Văn Ri (Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội) nghiên cứu ứng dụng T1O2 đe xử lý kháng sinh tetracycline Tuy nhiên, theo tìm hiếu nhóm nghiên cứu, nghiên cứu trước nước hầu hết chưa tập trung vào nghiên cứu đánh giá hiệu xúc tác quang hóa T1O2 biến tính với kim loại sắt hợp chất sắt phản ứng phân hủy chất kháng sinh Do đó, nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu sè đánh giá hiệu xúc tác quang hóa T1O2 biến tính với sắt họp chất săt phản ứng phân hủy kháng sinh tetracycline sừ dụng ánh sáng đèn LED TÓNG QUAN CHƯƠNG 1: Vật liệu quang xúc tác T1Ơ2 1.1 1.1.1 Giới thiệu TiO2 chất xúc tác sử dụng phổ biến lĩnh vực quang xúc tác TĨƠ2 tồn ba dạng tinh thể tự nhiên: rutile, anatase brookite (Hình 1.1) Rutile pha ổn định áp suất nhiệt độ môi trường kích thước macro, pha anatase ổn định tốt kích thước nano Sự khác cấu trúc rutile so với anatase gây khác biệt quan trọng tính chất vật lý Rutile có số khúc xạ cao hơn, trọng lượng riêng cao độ on định hóa học cao anatase Rutile tan chảy 1825 X2 anatase biến đoi không không thuận nghịch thành rutile bắt đầu khoảng 500X2 Trong đó, brookite dạng TÌƠ2 xuất tự nhiên khó sản xuất dạng tinh khiết Brookite có màu sắc độ bóng giong rutile Độ cứng mật độ gần giống rutile Hình 1.1 Cấu trúc pha tinh dạng (a) rutile, (b) anatase (c) brookite TÌƠ2 (trái: TĨ3Ơ building-block; phải: Ti polyhera).[l] Trong cấu trúc pha TĨƠ2, có pha rutile anatase cho hiệu quang xúc tác cao Anatase sở hừu lượng vùng cấm 3.2 eV với bờ hấp thụ bước sóng 386 nm nằm vùng uv gần Trong đó, rutile có lượng vùng cấm hẹp (3.02 eV) với bờ hấp thụ vùng ánh sáng nhìn thấy bước sóng 416 nm ... trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KÉT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ• - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ xúc TÁC QUANG HÓA FeVO4/ TiO2 VÀ LOẠI BỎ CÁC CHẤT KHÁNG SINH. .. loại sắt hợp chất sắt phản ứng phân hủy chất kháng sinh Do đó, nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu sè đánh giá hiệu xúc tác quang hóa T1O2 biến tính với sắt họp chất săt phản ứng phân hủy kháng sinh. .. môi trường chất kháng sinh hợp chất có độ bền tính ổn định tương đối cao Vì vậy, việc loại bỏ họp chất nước thải trước xả nguồn tiếp nhận cần thiết Các nghiên cứu gần cho thấy trình xúc tác quang