Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và cộng sự, các số liệu và kết quả nghiên cứu đưa ra trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và ch[.]
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi cộng sự, số liệu kết nghiên cứu đưa luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Học Viên VÕ NGỌC TỨ LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Vương Hồn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình thực hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Thầy, Cơ mơn Hóa Học trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu trường Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô giáo, anh chị, bạn phịng thực hành thí nghiệm hóa học – Khu A6, trường Đại Học Quy Nhơn giúp đỡ, tạo điều kiện hỗ trợ tơi q trình thực đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp cao học Hóa lí thuyết – Hóa lí K23 ln giúp đỡ, khích lệ tinh thần tơi suốt q trình học tập nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng cịn hạn chế kiến thức thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp q báu từ Thầy, Cơ để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn ! Quy Nhơn, ngày 14 tháng 09 năm 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu đề tài 3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nội dung phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 1.1 Vật liệu cobal oxit Co3O4 .5 1.1.1 Cấu tạo tính chất .5 1.1.2 Phương pháp tổng hợp 1.1.2.1 Phương pháp thủy phân 1.1.2.2 Phương pháp vi nhũ tương .6 1.1.2.3 Phương pháp thủy nhiệt 1.1.2.4 Phương pháp đồng kết tủa 1.1.3 Ứng dụng .8 1.2 Graphen vật liệu sở graphen 1.2.1 Đặc điểm cấu tạo 1.2.2 Phương pháp tổng hợp 10 1.2.3 Ứng dụng .12 1.3 Vật liệu graphitic carbon nitride (g-C3N4) 13 1.3.1 Đặc điểm cấu trúc 13 1.3.2 Phương pháp tổng hợp 14 1.3.3 Ứng dụng .16 1.4 Vật liệu tổ hợp Co3O4/g-C3N4/rGO ứng dụng .17 1.5 Giới thiệu xúc tác quang 18 1.5.1 Khái niệm xúc tác quang 18 1.5.2 Cơ chế xúc tác quang .19 1.6 Giới thiệu chất kháng sinh Tetracyline (TC) .20 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .22 2.1 Tổng hợp vật liệu .22 2.1.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 22 2.1.2 Tổng hợp graphen oxit (GO) graphen oxit dạng khử (rGO) 22 2.1.2.1 Tổng hợp graphen oxit (GO) 23 2.1.2.2 Tổng hợp graphen oxit dạng khử (rGO) 23 2.1.3 Tổng hợp vật liệu g- C3N4 23 2.1.4 Tổng hợp vật liệu Co3O4 .23 2.1.5 Tổng hợp vật liệu Co3O4/g-C3N4 Co3O4/g- C3N4/rGO 24 2.1.5.1 Tổng hợp vật liệu Co3O4/g-C3N4 24 2.1.5.2 Tổng hợp vật liệu Co3O4/g- C3N4/rGO 24 2.2 Các phương pháp phân tích đặc trưng vật liệu 25 2.2.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 25 2.2.2 Phương pháp phổ hồng ngoại IR .26 2.2.3 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .26 2.2.4 Hiển vi điện tử quét (SEM) 27 2.2.5 Phương pháp phản xạ khuếch tán UV-Vis rắn 27 2.2.6 Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer-VSM) 30 2.3 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu tổng hợp 30 2.3.1 Xây dựng đường chuẩn .30 2.3.2 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 32 2.3.3 Khảo sát khả xúc tác quang vật liệu 32 2.3.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác Co3O4/GCN/rGO trình phân hủy TC 33 2.3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng lượng chất đến hoạt tính xúc tác quang vật liệu Co3O4/GCN/rGO 33 2.3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch TC đến hoạt tính xúc tác quang vật liệu Co3O4/GCN/rGO 34 2.3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hoạt tính xúc tác quang vật liệu Co3O4/GCN/rGO .34 2.3.5 Động học quang xúc tác 35 2.3.6 Khả thu hồi tái sử dụng vật liệu 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Đặc trưng vật liệu .38 3.1.1 Đặc trưng vật liệu nano Coban oxide (Co3O4) 38 3.1.2 Đặc trưng vật liệu g-C3N4 (GCN) .39 3.1.3 Đặc trưng vật liệu graphen oxit dạng khử (rGO) 42 3.1.4 Đặc trưng vật liệu tổ hợp Co3O4/GCN/rGO 43 3.2 Khảo sát khả xúc tác quang vật liệu tổ hợp Co3O4/GCN/rGO 52 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 52 3.2.2 Khả xúc tác quang vật liệu phản ứng phân hủy TC .53 3.2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác Co3O4/GCN/rGO trình phân hủy TC 59 3.2.3.1 Ảnh hưởng lượng chất đến hoạt tính xúc tác vật liệu Co3O4/GCN/rGO 59 3.2.3.2 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch TC đến hoạt tính xúc tác đến xúc tác quang vật liệu Co3O4/GCN/rGO 60 3.2.3.3 Ảnh hưởng pH dung dịch 61 3.2.4 Nghiên cứu động học phản ứng quang xúc tác vật liệu tổ hợp 64 3.2.5 Thu hồi tái sử dụng vật liệu .65 KẾT LUẬN 67 KIẾN NGHỊ .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT C : Nồng độ (mg/L) CB : Conduction band (Vùng dẫn) eˉCB : Photogenerated electron (Electron quang sinh) Eg : Band gap energy (Năng lượng vùng cấm) EDX : Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (Energy Dispersive X- Ray pectroscopy) GO : Graphen oxit (Graphene oxide) GCN : Graphitic carbon nitride (g – C3N4) h⁺VB : Photogenerated hole (Lỗ trống quang sinh) IR : Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy) L : lít mg : miligam nm : nanomet rGO : Graphen oxit dạng khử (Reduced graphene oxide) TC : Kháng sinh Etracyline UV-Vis DRS :UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến) SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) VB : Valance band (Vùng hóa trị) VSM : Phép đo từ kế mẫu rung XRD : X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang Bảng 3.1 Hiệu suất phân hủy TC vật liệu Co3O4/GCN/rGO tỉ lệ 46 Bảng 3.2 Giá trị lượng vùng cấm vật liệu Co3O4/GCN/rGO tỉ lệ 48 Bảng 3.3 Giá trị lượng vùng cấm vật liệu Co3O4, GCN, rGO, Co3O4/GCN/rGO 58 Bảng 3.4 Hằng số tốc độ phản ứng theo mơ hình LangmuirHinshelwood 64 STT DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ STT Tên hình vẽ đồ thị Trang Hình 1.1 Cấu trúc Co3O4 Hình 1.2 Các dạng thù hình graphen Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp graphen từ graphit 10 Hình 1.4 Mắt xích sở carbon nitride (a) Triazine, 14 (b) tri-s-triazine (heptazine) Hình 1.5 Sơ đồ điều chế g-C3N4 cách ngưng tụ NH(NH2)2 15 Hình 1.6 Mạng lưới g-C3N4 (a) trình phản ứng hình thành 16 g-C3N4 từ chất ban đầu dicyandiamit (b) Hình 1.7 Cơng thức phân tử Tetracyline 21 Hình 2.1 Sơ đồ tia tới tia phản xạ mạng tinh thể 25 Hình 2.2 Phổ UV-Vis TC 31 Hình 2.3 Đường chuẩn TC 31 Hình 3.1 Giản đồ XRD vật liệu Co3O4 tổng hợp 38 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại vật liệu Co3O4 39 Hình 3.3 Ảnh TEM vật liệu Co3O4 39 Hình 3.4 Giản đồ XRD vật liệu GCN 40 Hình 3.5 Phổ IR vật liệu GCN 40 Hình 3.6 Ảnh SEM- Mapping (a) phổ EDX (b) vật liệu GCN 41 Hình 3.7 Giản đồ XRD vật liệu rGO 42 Hình 3.8 Phổ IR vật liệu rGO 42 Hình 3.9 Ảnh TEM vật liệu GO (a) rGO (b) 43 Hình 3.10 Phổ IR vật liệu Co O (a); Co O /GCN (b), Co O /0,2GCN/rGO(c),Co O /0,5GCN/rGO(d), 44 Co O /1GCN/rGO(e) Hình 3.11 XRD vật liệu Co3O4 (a); Co3O4/GCN (b); Co3O4/0,2GCN/rGO(c);Co3O4/0,5GCN/rGO(d);Co3O4/1G CN/rGO (e) 45 Hình 3.12 Sự giảm Ct/C0 dung dịch TC theo thời gian xúc tác Co3O4/0,2GCN/rGO (a), Co3O4/0,5GCN/rGO (b), Co3O4/1GCN/rGO (c) 46 Hình 3.13 Phổ UV-Vis DRS trạng thái rắn vật liệu Co3O4/GCN/rGO tỉ lệ khác 47 Hình 3.14 Sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo lượng ánh sáng bị hấp thụ vật liệu Co3O4/GCN/rGO tỉ lệ 48 Hình 3.15 Ảnh SEM vật liệu Co3O4/GCN/rGO 49 Hình 3.16 Ảnh TEM vật liệu Co3O4/GCN/rGO 50 Hình 3.17 Phổ EDX Mapping Co3O4/GCN/rGO: (a) oxi; (b) carbon; (c) Coban (e) nitơ 51 Hình 3.18 Đường cong từ hóa vật liệu (1) Co3O4; (2) Co3O4/GCN/rGO 52 Hình 3.19 Dung lượng hấp phụ TC theo thời gian vật liệu Co3O4 (a); rGO (b);GCN (c); Co3O4/GCN/rGO (d ) 53 Hình 3.20 Sự giảm Ct/C0 dung dịch TC theo thời gian xúc tác Co3O4 (a), rGO (b), GCN (c), Co3O4/GCN/rGO (d ), không xúc tác (e) 54 Hình 3.21 Hiệu suất phân hủy TC xúc tác sau 240 phút chiếu sáng 54 Hình 3.22 UV-Vis DRS trạng thái rắn vật liệu Co3O4 (a), rGO (b), GCN (c), Co3O4/GCN/rGO (d) 56 Hình 3.23 Sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo lượng ánh sáng bị hấp thụ vật liệu Co3O4 (a), rGO (b), GCN (c), Co3O4/GCN/rGO (d) 57 Hình 3.24 Phổ UV-Vis sản phẩm trình phân hủy TC chất xúc tác Co3O4/GCN/rGO 58 Hình 3.25 Sự giảm Ct/C0 TC theo thời gian thay đổi lượng chất xúc tác 59 Hình 3.26 Hiệu suất phân hủy TC xúc tác sau 240 phút chiếu sáng 59 Hình 3.27 Sự giảm Ct/C0 theo thời gian phân hủy TC nồng độ 10 mg/L (a); 20 mg/L (b); 50 mg/L (c); 100 mg/L (d) 60 Hình 3.28 Hiệu suất phân hủy TC theo thời gian nồng độ khác 61 Hình 3.29 Sự phụ thuộc pHi vào pHi dung dịch 62 Hình 3.30 Hiệu suất quang phân hủy TC pH khác 62 Hình 3.31 Sự phụ thuộc ln(C0/Ct) vào thời gian chiếu sáng xúc tác Co3O4/GCN/rGO nồng độ 10 mg/L (a); 20 mg/L (b); 50 mg/L (c); 100 mg/L (d) 64 Hình 3.32 Giản đồ XRD vật liệu Co3O4/GCN/rGO ban đầu sau lần sử dụng 64 Hình 3.33 Sự giảm Ct/C0 theo thời gian phản ứng xúc tác Co3O4/GCN/rGO lần tái sử dụng 66 Hình 3.34 Hiệu suất phân hủy TC xúc tác Co3O4/GCN/rGO ban đầu lần tái sử dụng 66 ... hủy hợp chất hữu ô nhiễm chúng cao nhiều so với hợp phần riêng lẻ Xuất phát từ sở nêu trên, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp biến tính vật liệu sở Co3O4 định hướng ứng dụng xử lý môi trường nước”. .. 23 2.1.3 Tổng hợp vật liệu g- C3N4 23 2.1.4 Tổng hợp vật liệu Co3O4 .23 2.1.5 Tổng hợp vật liệu Co3O4/ g-C3N4 Co3O4/ g- C3N4/rGO 24 2.1.5.1 Tổng hợp vật liệu Co3O4/ g-C3N4... Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực quy mơ phịng thí nghiệm Nội dung phương pháp nghiên cứu 4.1 Tổng hợp vật liệu Tùy thuộc vào mục đích ứng dụng lĩnh vực nghiên cứu mà vật liệu tổng hợp theo