1063 nghiên cứu biến tính vật liệu sba 15 làm chất hấp phụ và xúc tác quang phân hủy một số hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước luận văn tốt nghi

ĐẠI HỌCHUẾ TRƢỜNGĐẠIHỌCKHOAHỌC TRẦNTHỊTHUPHƢƠNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU SBA15LÀMCHẤTHẤPPHỤVÀXÚCTÁC QUANGPHÂNHỦYMỘT SỐ HỢPCHẤT HỮUCƠ ƠNHIỄMTRONGMƠITRƢỜNGNƢỚC Chun ngành:HóalýthuyếtvàHóalý Mãsố:62440119 TĨMTẮTLUẬNÁNTIẾN SĨHĨAHỌC HUẾ, 2015 Cơng trình hồn thành Khoa Hóa, trường Đại học Khoa học,ĐạihọcHuế Người hướngdẫnkhoa học: 1.PGS.TS.VõViễn 2.TS.TrƣơngQuýTùng Phảnbiện1: Phảnbiện2: Phảnbiện3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Huế chấm luậnántiếnsĩ họp vàohồi ngày tháng năm201 MỞ ĐẦU Ôn h i ễ m m ôi t r n g đ a n g ả n h h n g x ấ u v n g y c n g n g hi ê m trọngđếnđờisốngcủaconngườiởmứcđộtồncầu.Vìthế,nghiêncứu xửlý,táchloạicáchợpchấtơnhiễm,trongđócócáchợpchấthữucơđ ộchạitrongmơitrườngnướclàviệclàmquantrọngvàcấpthiết.Đ ể g i ả i q u y ế t v ấ n đ ề n y , t r ê n t h ế g i i đ ã c ó n h i ề u k ỹ t h u ậ t đượcá pdụng như:ba y hơi,điệ nđộng học,giải hấ p phụnhiệt, loạ i bằngs i n h h ọ c , x ú c t c q u a n g h ó a , h ấ p p h ụ v c h i ế t p h a l ỏ n g T u y nhiên,t r o n g s ố đ ó , p h n g p h p h ấ p p h ụ v x ú c t c q u a n g đ ợ c nghiên cứurộngrãidogiáthànhthấp,dễvậnhànhvàcótínhkhả thi.Vậtliệumao quảntrungbìnhtrậttự(MQTBTT)có diệntíchbềm ặtl n v k í c h t h c m a o q u ả n r ộ n g , đ n g n h ấ t c h o p h é p n h ữ n g phântử cồngkềnhdễdàng khuyếchtánvàobêntrongvàtiếp xúcvớicáctâmhoạtđộng,hứahẹnnhiềutiềmnăngứngdụngtronglĩnhvực hấpphụvàxúctác.Mộtđạidiệntrongsốđó,vậtliệuSBA-15cócấutrúc lụclăngvớiđộtrậttựcao,dễtổng hợp,kíchthướclỗcóthểthayđổiđược,tườngmaoquảndàyđangthuhúts ựquantâmnghiêncứucủanhiều nhà khoa học.Việc nghiên cứu biến tính vậtliệu MQTBTTnóic vàSBA15nóiriê nglà mộthư ớng nghiêncứumạnhmẽ trênthếgiới.Tuynhiê n,ởViệtNam,hướngnghiêncứunàyvẫncịnrấthạnchế.Đasốcáccơngtrì nhnghiêncứutập trungvàoviệctạoravậtliệuoxitsilicMQTBTTchứacáckimloại,oxit kimloạichuyểntiếpd ù n g t r ongxúc t c v h ấ p p h ụ T r o n g đ ó, c h ỉ c ó m ộ t s ố í t cơngt r ì n h n g h i ê n c ứ u c h ứ c n ă n g h ó a ( f u n c t i o n alized)cácvậtliệu nàybằngnhómchứchữucơ Trên sở phân tích trên, luận án chúng tơi chọnSBA-15 chất để phân tán pha hoạt động nhằm mụcđích làm chất hấp phụ xúc tác quang việc xử lý hợp chấthữu độc hại có nước Pha hoạt động dùng cho hấp phụ làFe2O3, oxit kim loại (tương ứng với vật liệu Fe 2O3-SBA-15) vàcacbonyl nhóm chức hữu (tương ứng với CO-SBA15).Các pha hoạt động khác để làm tâm hấp phụ chọn dựa trêncơsởkhảnăngtươngtácgiữaphahoạtđộngvàchấtbịhấpphụ.Đốivới xúc tác quang, pha hoạt động ZnO pha tạp nitơ (N-ZnO/SBA-15) composit ghép từ hai chất bán dẫn CdS-TiO 2(TiO2-CdS/SBA-15) CdS đóng vai trị chất cảm quangtrongvùngánhsángkhảkiến.Haiphahoạtđộngdùngtrongxúctá c quang thiết kế dựa nguyên lý hai phương phápbiến tính đưa vật liệu bán dẫn hoạt động vùng tử ngoạitrở nên hoạt động vùng khảk i ế n : ( i ) giảm lượng vùngcấm(đối với ZnO pha tạp N) (ii)ghép với chất bán dẫnkháccó thể hoạt động vùng khả kiến, đóng vai trị nhưchất cảm quang Đối với TiO2, chất bán dẫn ghép CdS Riêng đốivới chất hữu độc hại chọn để nghiên cứu luận ánnàylà phenolvà phẩmnhuộm Nhữngđiểmmới củaluậnán: Đây cơng trình nghiên cứu tổng hợp vật liệu SBA15biến tính nhóm cacbonyl khảo sát có hệ thống mối liên quangiữa tính chất bề mặt vật liệu hấp phụ với tính chất chất bịhấp phụ đến khả hấp phụ vật liệu Lần sử dụngSBA-15 làm chất tổng hợp vật liệu xúc tác quang ZnO pha tạp Nvà vật liệu kết hợp đồng thời chất bán dẫn TiO 2và CdS để tạo ravật liệu có khả năngxúc táctrongvùngánh sángkhả kiến Chƣơng1 TỔNGQUANTÀI LIỆU Phần tổng quan giới thiệu chung vật liệu MQTB, SBA-15, ứngdụngcủavậtliệuSBA-15,cácphươngphápbiếntínhvậtl i ệ u MQTB, hấp phụ, xúc tác quang hóa, vật liệu xúc tác quang sốhợpchất hữucơđượcsửdụngtrongcácnghiêncứuhấpphụvàxúctáccủaluậnán Chƣơng2 NỘIDUNG,PHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨUVÀTHỰCNGHIỆM 2.1 MỤCTIÊU Biến tính bề mặt vật liệu SBA-15 oxit sắt nhóm cacbonylđể tạo vật liệu có khả hấp phụ tốt hợp chất hữu trongdungdịch nước Tổng hợp vật liệu xúc tác ZnO pha tạp nitơ TiO2kết hợpCdS vật liệu SBA-15 có khả xúc tác quang vùngánh sáng khả kiến nhằm ứng dụng phân hủy hợp chất hữu độchạitrongmôitrườngnướcdưới điều kiện ánh sángkhả kiến 2.2 NỘIDUNG - Biếnt í n h b ề m ặ t v ậ t l i ệ u S B A - b ằ n g F e ( N O 3)3v methacryloxypropyltrimethoxysilane - Nghiêncứuquátrìnhhấpphụphenol,xanhmetylenvàAlizasrinRedS vậtliệu tổnghợp -Tổnghợpv ậ t l i ệ u x ú c tác qua ngt r ê n n ề n vật l i ệ u S B A (N-ZnO/SBA-15vàTiO2-CdS/SBA-15)theophươngphápgiántiếp - Nghiênc ứ u k h ả n ă n g xú c t c q u a n g c ủ a v ậ t l i ệ u đ ố i v i p h ả n ứngphân hủyxanh metylenvàmetylda cam 2.3 CÁCPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU Sử dụng phương pháp: XRD, TEM, SEM, IR, EDS, UVvisrắn,XPS, hấp phụ giảihấp phụ N2ở77K 2.4 THỰCNGHIỆM  TổnghợpSBA-15 theo sơđồsau: - SBA-15th:S B A d n g t ổ n g h ợ p c h a t c h l o i c h ấ t đ ị n h hướngcấutr úc - SBA15thsaukhiđượctáchloạichấtđịnhhướngcấutrúcbằngcáchchiếtvớ idungmơietylickí hiệulà SBA-15c - SBA15ths a u k h i đ ợ c nungl o i c h ấ t đ ị n h h n g cấu t r úc k í hiệulà SBA-15n  TổnghợpnFe2O3-SBA-15theo sơ đồsau: Trongđó, n là%khốilượngFe2O3tronghỗn hợp đầu  TổnghợpSBA15chứcnănghóabềmặtbằngnhómcacbonyltheosơđồ sau: Trong đó: P123 EO20PO70EO20- poly(ethylenoxit)-poly(propylenoxit)-poly(ethylenoxit),TEOSlàTetraethoxysilane,MPSlà3methacryloxypropyltrimethoxysilane,xlàtỉlệmolMPS/ (MPS+TEOS)tronghỗnhợpđầu,tlàthờigianthủyphântrướccủaTEOS  Khảo sát khả hấp phụ vật liệu SBA-15n, nFe 2O3-SBA15 vàxCO-SBA-15 đốivới xanh metylen (MB), Alizarin RedS(ARS) phenol, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình hấpphụ Quá trình hấp phụ tiến hành bình kín, thờiđiểm xác định, mẫu lấy li tâm loại bỏ chất hấp phụ, xác địnhnồngđộ dungdịch lạibằngphươngpháp đo quang  TổnghợpvậtliệuN-xZnO-SBA-15 theosơ đồsau:  TổnghợpvậtliệunTiO2-CdS/SBA-15 theo sơđồsau:  Nghiên cứu khả xúc tác quang vật liệu kN-ZnO/SBA15 nTiO2-CdS/SBA-15 phản ứng xúc tác phân hủy quangMBvà metylda cam(MO) Để khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu, mẫuđược chạy bóng tối để trình hấp phụ giải hấp đạtcânb ằ n g, s a uđ óm ẫ u đ ợ c t i ế n hà nh kh uấ y dướiá n h s ng đèn s ợi đốtchiếuquakínhlọctiaUV(ánhsángkhảkiến),tiếnhànhlấymẫuở thời điểm t định, ly tâm loại bỏ chất xúc tác, xác định nồngđộ dungdịchcònlạibằngphươngpháp đo quang Chƣơng3 KẾTQUẢVÀTHẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp vậtliệuhấpphụvà nghiên cứutínhchất hấpphụ 3.1.1 Tổnghợpvậtliệuhấp phụ 3.1.1.1 TổnghợpvậtliệuSBA-15vànFe2O3-SBA-15 Hình 3.1 kết nhiễu xạ tia X góc nhỏ với 2θt r o n g k h o ả n g 0,5 - độ Ở mẫu nFe 2O3-SBA-15, pic ứng với mặt (100) cócường độ rấtmạnh cho thấy cấu trúc lục lăng vậtl i ệ u S B A - bảo toàn Khi tăng hàm lượng Fe2O3, cực đại nhiễu xạ ứngvới mặt (100) có dịch chuyển nhẹ phía góc theta lớn ứngvới giảmnhẹ giá trịd(100) Đặc trưng nhiễu xạ tia X góc lớn hình 3.2 cho thấy khơng có sựxuất pic tương ứng với tinh thể Fe 2O3có thể hạtFe2O3cókích thướcnanophântán tốttrên bềmặtSBA-15 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của: SBA-15n (a);2Fe2O3-SBA-15 (b);2,7Fe2O3-SBA-15(c);5Fe2O3-SBA-15 (d) Cực đại hấp thụ vùng 960 cm -1và 1635 cm-1tương ứng vớidao động nhóm silanol mẫu biến tính có chiều hướnggiảmdầnsovớiSBA-15(hình3.3)cóthểdotươngtácaxít–bazơyếu oxit kim loại nhóm silanol bề mặt SBA-15,dẫn đếndao độngcủa nhómsilanolbịgiảmxuống Ngưng tụ mao quản mẫu xảy áp suất tương đối trongkhoảng 0,51 - 0,45, thấp rõ ràng so với SBA-15n (hình3.4) Đường phân bố kích thước mao quản hẹp có cường độ lớn(hình 3.5) chứng tỏ hệ thống mao quản đồng đều.K h i h m l ợ n g chất tẩm tăng lên, pic dịch chuyển vùng nhỏ chứng tỏ cósự thu hẹp đường kính mao quản Hiện tượng lớpFe2O3phủ lêntrêntườngmao quản Kết phân tíchTEM, SEM (hình 3.6 3.7) cho thấy hình tháivàc ấ u t r ú c c ủ a S B A v ẫ n đ ợ c b ả o t o n T ó m t ắ t t í n h c h ấ t c ấ u trúccủacác vậtliệuđượctrình bàytrongbảng3.1