(Luận văn thạc sĩ) tổng hợp composite bioi tio2 và thăm dò khả năng xúc tác quang xử lí chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi thủy sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG HẰNG PHƯƠNG h TỔNG HỢP COMPOSITE BiOI/TiO2 VÀ THĂM DỊ KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG XỬ LÍ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI HỒ NUÔI THỦY SẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Bình Định – Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG HẰNG PHƯƠNG TỔNG HỢP COMPOSITE BiOI/TiO2 VÀ THĂM DỊ KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG XỬ LÍ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI h HỒ NUÔI THỦY SẢN Chuyên ngành: Hóa Lý thuyết Hóa Lý Mã số : 8440119 Người hướng dẫn: TS NGUYỄN TẤN LÂM Bình Định – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình kết nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Tấn Lâm Tất kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả Nguyễn Hồng Hằng Phương h LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tấn Lâm, giảng viên Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ Xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô giáo Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi trình học tập thực đề tài luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị, bạn, em làm nghiên cứu phòng thực hành, thí nghiệm hóa học Khu A6 - Trường Đại học Quy Nhơn, giúp đỡ, tạo điều kiện hỗ trợ cho thân trình thực đề tài Cuối cùng, xin cảm ơn cha, mẹ bạn bè động viên tinh thần giúp đỡ thời gian thực khóa luận h Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ x h MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung TiO2 1.1.1 Cấu trúc TiO2 1.1.2 Cơ chế xúc tác quang vật liệu TiO2 1.1.3 Ứng dụng vật liệu TiO2 1.2 Giới thiệu chung hợp chất BiOX (X = F, Cl, Br, I) 1.2.1 Đặc điểm cấu tạo BiOX 1.2.2 Tính chất xúc tác quang vật liệu BiOX 1.2.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu BiOX 1.3 Giới thiệu chung composite BiOI/TiO2 10 1.4 Giới thiệu rhodamine B tetracycline hydrochloride 12 1.4.1 Đặc điểm tính chất rhodamine B 12 1.4.2 Cơ chế quang phân hủy RhB 13 1.4.3 Đặc điểm tính chất kháng sinh tetracycline hydrochloride 14 1.4.4 Cơ chế quang phân hủy TC 16 1.5 Giới thiệu chung tình hình ni tơm tỉnh Bình Định 17 1.6 Một số đặc điểm chung nước thải hồ nuôi tôm 18 1.7 Phương pháp xử lí nước thải hồ ni tơm 19 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 21 2.1 Tổng hợp vật liệu 21 2.1.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 21 2.1.2 Quy trình tổng hợp vật liệu composite BiOI/TiO2 22 2.2 Phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 23 2.2.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 23 2.2.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 24 h 2.2.3 Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K (BET) 24 2.2.4 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 25 2.2.5 Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến (UV-Vis-DRS) 26 2.2.6 Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) 26 2.2.7 Phổ quang điện tử tia X (XPS) 27 2.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu 28 2.3.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ 28 2.3.2 Khảo sát khả quang phân hủy RhB vật liệu 28 2.3.2.1 Thực nghiệm phản ứng quang phân hủy RhB 28 2.3.2.2 Phân tích định lượng RhB 29 2.3.3 Khảo sát khả quang phân hủy TC vật liệu 31 2.4 Thăm dị khả xử lí nước thải hồ nuôi tôm vật liệu 32 2.4.1 Phương pháp lấy bảo quản mẫu nước thải 32 2.4.2 Thực nghiệm thăm dị khả xúc tác quang xử lí nước thải hồ nuôi tôm vật liệu BiOI/TiO2 32 2.4.3 Xác định tiêu COD nước thải 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Đặc trưng thành phần pha vật liệu 36 3.2 Đặc trưng khả hấp thụ quang vật liệu 37 3.3 Hoạt tính xúc tác quang phân hủy RhB mẫu vật liệu 39 3.4 Hình thái bề mặt vật liệu theo phương pháp chụp ảnh SEM 41 3.5 Đặc trưng diện tích bề mặt vật liệu theo phương pháp BET 42 3.6 Đặc trưng liên kết bề mặt theo phương pháp FT-IR XPS 44 3.7 Hoạt tính xúc tác quang phân hủy tetracyline 48 3.7.1 Sử dụng nguồn ánh sáng kích thích từ đèn LED 48 3.7.2 Sử dụng nguồn ánh sáng kích thích từ ASMT 50 3.8 Xử lí nước thải hồ ni tơm vật liệu composite BiOI/TiO2 53 h 3.9 Đề xuất chế xúc tác quang vật liệu composite BiOI/TiO2 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/Chữ viết tắt ASMT BET Chú thích tiếng Anh Chú thích tiếng Việt - Ánh sáng mặt trời Brunauer – Emmett – Teller Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ N2 77K CB Conduction band Vùng dẫn COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxi hóa học Eg Band gap energy Năng lượng vùng cấm Fourier Transform Infrared Phổ hồng ngoại biến đổi Spectroscopy Fourier Rhodamine B - FT-IR RhB SEM Scanning Electron Hiển vi điện tử quét h Microscopy TC UV-Vis UV-Vis-DRS VB XPS XRD Tetracycline - Ultraviolet – Visible Phổ hấp thụ tử ngoại-khả spectroscopy kiến Ultraviolet-visible diffuse Phổ phản xạ khuếch tán tử reflectance spectra ngoại-khả kiến Valence band Vùng hóa trị X-ray photoelectron spectroscopy X-ray Diffraction Phổ quang điện tử tia X Nhiễu xạ tia X DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số tính chất vật lí rutile anatase Bảng 1.2 Diện tích ni tơm tỉnh Bình Định tính đến năm 2018 17 Bảng 2.1 Danh mục hóa chất, dụng cụ thiết bị 21 Bảng 2.2 Giá trị mật độ quang ứng với nồng độ khác dung dịch RhB 30 Bảng 2.3 Giá trị mật độ quang ứng với nồng độ khác dung dịch TC 31 Bảng 2.4 Kết xây dựng đường chuẩn COD 34 Bảng 3.1 Kết thăm dị khả xử lí nước thải hồ ni tơm vật liệu composite BiOI/TiO2 (mẫu C0.15) 54 h DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể pha (a) rutile, (b) anatase (c) brookite TiO2 Hình 1.2 (a) Cấu trúc bát diện TiO6 xếp không gian ô mạng sở pha (b) anatase, (c) rutile, (d) brookite Hình 1.3 Cơ chế quang xúc tác vật liệu TiO2 Hình 1.4 (a, b) Cấu trúc tinh thể BiOX dọc theo trục b c; (c) sơ đồ điện trường tĩnh (IEF) vng góc với mặt phẳng tinh thể (001) Hình 1.5 Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm rhodamin B 12 Hình 1.6 Sơ đồ chuyển hóa q trình quang phân hủy RhB 14 Hình 1.7 Tetracycline hydrochloride 15 Hình 1.8 Sơ đồ chuyển hóa q trình quang phân hủy TC 16 h Hình 2.1 Quy trình điều chế vật liệu BiOI/TiO2 22 Hình 2.2 Sơ đồ mô tả phản xạ mặt tinh thể 23 Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu 29 Hình 2.4 Đồ thị đường chuẩn định lượng RhB 30 Hình 2.5 Đồ thị đường chuẩn định lượng TC 32 Hình 2.6 Đồ thị đường chuẩn COD 35 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu vật liệu 36 Hình 3.2 (a) Phổ UV-Vis-DRS mẫu (b) Đồ thị biểu diễn phụ thuộc thuộc hàm Kubelka-Munk vào lượng photon mẫu 37 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lượng Eg tỉ lệ mol BiOI/TiO2 38 Hình 3.4 Sự phụ thuộc C/Co dung dịch RhB theo thời gian chiếu xạ 39 Hình 3.5 Hiệu suất chuyển hóa RhB mẫu vật liệu sau thời gian 180 phút 40