Untitled Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học Tập 25, Số 2/2020 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY p, p’ DDT SỬ DỤNG TiO2 PHỦ TRÊN HẠT SILICA GEL Đến tòa soạn 5 2 2020 Nguyễn Thị Huệ Viện Công[.]
Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học - Tập 25, Số 2/2020 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY p, p’ DDT SỬ DỤNG TiO2 PHỦ TRÊN HẠT SILICA GEL Đến tòa soạn 5-2-2020 Nguyễn Thị Huệ Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Trường Đại học Khoa học Cơng nghệ Hà Nội Hà Thanh Hịa Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Điện lực Nguyễn Mạnh Nghĩa Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội SUMMARY DETERMINATION THE PHOTOCATALYTIC ACTIVITY IN DEGRADATION p, p’ DDT USING TiO2 IMMOBILIZED ON SILICA GEL BEADS The photocatalytic degradation of p, p’ DDT was carried out on TiO2 immobilized on silica gel beads (TiO2/SiO2) under light irradiation in sollution The photocatalytic activity and adsorption efficiency in p, p’ DDT degradation have been studied The results demonstrated that the supported silicagel has increased the p, p’ DDT adsorption capacity The effect of doped Co in TiO2 crystal on the photoactivity of TiO2/SiO2 was also discussed In addition, the intermediates products of oxidation p, p’ DDT process was find out These findings are of much interest for applications to water treatment using heterogeneous photocatalysis Keywords: Silica gel supported; Co doped TiO2; photocatalysis; adsorption Nghệ An, Thanh Hóa, Quảng Bình [1] Hiện nay, phương pháp oxy hóa nâng cao (AOP) để xử lý nước thải nước ngầm ô nhiễm DDT nhiều nhóm nghiên cứu tiến hành [2-5] Chất xúc tác quang hóa chất có khả biến thành chất oxi hóa mạnh có chiếu sáng ánh sáng có lượng lớn lượng vùng cấm chất Những chất xúc tác quang đa số oxit kim loại chuyển tiếp TiO2 chất có khả xúc tác quang hóa mạnh quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhiều Ưu điểm phương pháp quang xúc tác xử lý HCBVTV oxy hóa nhiều hoạt chất thuộc nhóm khó phân hủy độc hại thành CO2 H2O điều kiện bình thường (như nhiệt độ phịng, áp suất khí GIỚI THIỆU DDT bị cấm sử dụng hoạt động sản xuất nơng nghiệp tồn giới theo Công ước Stockholm Tại Việt Nam, bị cấm sản xuất lượng DDT môi trường cịn nhiều chúng từ kho chứa chưa xử lý, sản xuất nông nghiệp y tế để diệt muỗi sâu bọ Tính tới thời điểm 6/2013, Việt Nam có 1652 điểm nghi ngờ nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) tồn dư có DDT [1] Các điểm ô nhiễm hầu hết kho chứa HCBVTV để sử dụng nông nghiệp y tế Theo báo cáo trạng ô nhiễm mơi trường HCBVTV tồn lưu thuộc nhóm hữu khó phân hủy Việt Nam, tỉnh có nhiều điểm chứa nguy ô nhiễm DDT cao 198 nhiễm thu hồi hạt, thiếu ứng dụng quy mơ lớn Do đó, cần thiết kế nguyên mẫu để thuận tiện cho việc phân huỷ xúc tác chất ô nhiễm hữu thu hồi xúc tác để áp dụng thực tế Nhóm nghiên cứu chúng tơi chế tạo thành công vật liệu TiO2 TiO2 pha Fe, Co, Ni gắn hạt silica gel có hoạt xúc tác tốt xử lý chất hữu Methylence Xanh, Methylence da cam, Paraquat Trong báo này, nghiên cứu khả hấp phụ/quang xúc tác vật liệu TiO2 TiO2 pha Co gắn hạt silica gel phân hủy p, p’ DDT mơi trường nước sử dụng ánh sáng kích thích có bước sóng khác THỰC NGHIỆM 2.1 Vật liệu Tinh thể TiO2 TiO2 pha Co chế tạo phương pháp sol-gel Sol tạo thành từ Co(NO3)3.6H2O, ACAC, TTIP Etanol với tỉ lệ số mol phân tử x : : – x : 34 với x = 0, 00; 0.09 khuấy 60 phút Sau đó, cho hạt silica – gel vào sol, ngâm Sấy hạt silica –gel 75oC tủ sấy đến khô sau nung 500oC 5giờ Q trình ngâm, sấy, nung lặp lại lần để vật liệu cuối TiO2/SiO2 mẫu TiO2 pha 9% Co-ban phủ hạt silica gel (9Co-TiO2/SiO2) 10 nm; diện tích bề mặt riêng silica gel, TiO2/SiO2, 9Co-TiO2/SiO2 192, 143 129 m2/g [6] 2.2 Hệ thử nghiệm Khả quang xúc tác vật liệu phân hủy thuốc trừ sâu DDT thực hệ thử nghiệm phịng thí nghiệm có sơ đồ hình 2.1 quyển) với giá thành rẻ thân thiện với mơi trường Mặc dù có nhiều nghiên cứu khắc phục giảm bớt nhược điểm mở rộng việc sử dụng TiO2 làm chất xúc tác nghiên cứu TiO2 cần tiến hành theo hướng: Tăng cường ổn định hóa học tính bền vững hạt TiO2 pha tạp phi kim Chế tạo chất xúc tác đa chức kết hợp đặc tính quang xúc tác dùng ánh sáng khả kiến, khả hấp thụ cao, tính ổn định cao có khả tách rời từ tính Sự phân hủy hồn tồn số hợp chất POPs q trình quang xúc tác cịn khó thực Vì vậy, nghiên cứu với mục đích tăng cường độ hoạt tính quang xúc tác cần tiến hành Ngồi ra, sản phẩm cuối trung gian phản ứng quang xúc tác khơng phải chất vơ hại Các sản phẩm nguy hiểm hợp chất gốc Các sản phẩm phụ hại làm giảm tốc độ phản ứng gây nhiễm thứ cấp Hiện tại, có nghiên cứu độc tính chất xúc tác quang TiO2 trình xúc tác đặc biệt chất xúc tác quang TiO2 biến tính Chính vậy, cần có nghiên cứu đặc tính bản, định lượng q trình phản ứng, độc tính chất xúc tác Tìm kiếm khả kết hợp công nghệ dựa TiO2 với công nghệ khác để mở rộng phạm vi áp dụng Phản ứng quang xúc tác TiO2 trình oxy hóa khơng chọn lọc dựa hoạt động gốc tự Sự chọn lọc có nghĩa chất xúc tác khơng phân biệt chất gây nhiễm có tính độc hại cao chất gây nhiễm có độc tính thấp Các chất gây nhiễm độc tính thấp dễ dàng bị phân hủy phương pháp sinh học nhiều chất nguy hiểm cao không phân hủy Do đó, cần thiết phải phát triển hệ quang xúc tác phân hủy chất nhiễm cách có chọn lọc cách sử dụng ánh sáng khả kiến ánh sáng Mặt trời, hoạt động hỗ trợ cho phương pháp sinh học Các nghiên cứu trước tập trung chủ yếu vào kiểu phản ứng theo mẻ để phân hủy quang xúc tác, tách từ trường để loại bỏ chất ô Hình 2.1 Hệ thử nghiệm quang xúc tác phịng thí nghiệm 199 Ghi chú: 1: Hệ đèn UV 5: Bơm nhu động 2: Van 01 6: Lưu lượng kế 3: Van lấy mẫu 7: Van 02 4: Bể chứa 8: Ống chứa vật liệu Dung dịch cần xử lý tập trung bể chứa (4) Từ bể chứa (4), dung dịch bơm qua lưu lượng kế (6) qua van nước (7) vào ống chứa vật liệu Tại dung dịch cần xử lý chảy qua ống chứa loại vật liệu tác dụng đèn huỳnh quang đèn UV Dung dịch sau xử lý máng chứa vật liệu (8) chảy bể chứa (4) thông qua van nước số 01 (2) Dung dịch bể chứa (4) kiểm tra định kỳ cách lấy mẫu phân tích van lấy mẫu (3) sau khoảng thời gian t (=10 phút, 30 phút, 60 phút) định trước để xác định phụ thuộc nồng độ lại chất thử theo thời gian Máy bơm nhu động (5) trì tốc độ dòng 100 mL/phút Ống vật liệu (8) ống thủy tinh dài 20 cm, đường kính cm cho ánh sáng UVA (365 nm) truyền qua Đèn (1) dùng thử nghiệm quang xúc tác đèn UV 365nm/18 W đèn huỳnh quang 18W đặt sát ống chứa vật liệu Cường độ sáng đo đèn UV 365nm/18 W nơi đặt ống chứa thủy tinh 5,6 mW/cm2 Như vậy, cường độ bước sóng đèn tử ngoại chiếu tới vật liệu tương đương với thành phần UVA ánh sáng Mặt trời [7] Nồng độ DDT lại bể (4) xác định sắc ký khí (GC-ECD) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khả xử lý DDT vật liệu TiO2/SiO2 Để đánh giá khả hấp phụ/quang xúc tác TiO2/SiO2 xử lý thuốc trừ sâu p, p’ DDT với nồng độ ban đầu ppm, khối lượng vật liệu sử dụng 10g Hình 3.1 biểu diễn phụ thuộc nồng độ p, p’ DDT theo thời gian điều kiện bóng tối chiếu tia UV 365 nm Kết cho thấy nồng độ p, p’ DDT bị giảm mạnh hai điều kiện thí nghiệm Sau giờ, hiệu suất xử lý p, p’ DDT TiO2/SiO2 đạt 78% điều kiện bóng tối 97% điều kiện chiếu UV 365nm Hình 3.1 Khả xử lý DDT TiO2/SiO2 điều kiện bóng tối (1) chiếu UV 365nm (2) Mơ hình động học Langmuir – Hinshelwood sử dụng để mơ tả động học q trình hấp phụ quang xúc tác Trong đó, tốc độ phản ứng dị thể viết dạng: Với C: Nồng độ p, p’ DDT (mg/L) Kr: Hằng số tốc độ phản ứng (mg/L.phút) K: Hệ số hấp phụ p, p’ DDT vật liệu (L/mg) Khi KC