(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite ag3vo4 n tio2 nhằm ứng dụng xử lý dư lượng chất kháng sinh trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG THỰ h NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE Ag3VO4/N-TiO2 NHẰM ỨNG DỤNG XỬ LÝ DƯ LƯỢNG CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Bình Định-Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG THỰ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE Ag3VO4/N-TiO2 NHẰM ỨNG DỤNG XỬ LÝ DƯ LƯỢNG CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC h Chuyên ngành : Hóa Lý Thuyết Hóa Lý Mã số : 8440119 Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THỊ DIỆU CẨM LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu Tác giả luận văn Nguyễn Hồng Thự h LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, lời cảm ơn chân thành sâu sắc này, xin gửi đến cô PGS.TS Nguyễn Thị Diệu Cẩm tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, quan tâm tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa khoa học tự nhiên, Trường Đại Học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn tốt nghiệp Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy, Cơ phụ trách phịng thí nghiệm khu thí nghiệm A6 Trường Đại học Quy Nhơn giúp đỡ, tạo điều kiện cho thực luận văn Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn hạn chế kiến thức thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thơng cảm ý h kiến đóng góp quý báu từ quý Thầy, Cơ để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Hồng Thự MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết xúc tác quang vật liệu bán dẫn h 1.1.1 Khái niệm xúc tác quang 1.1.2 Cơ chế quang xúc tác vật liệu bán dẫn 1.2 Vật liệu TiO2 TiO2 biến tính 10 1.2.1 Vật liệu TiO 10 1.2.2 Vật liệu TiO biến tính 15 1.3 Ứng dụng tính chất quang xúc tác TiO2 TiO2 biến tính 19 1.3.1 Ứng dụng tính chất quang xúc tác chế phân huỷ hợp chất hữu gây ô nhiễm TiO 19 1.3.2 Ứng dụng tính chất quang xúc tác chế phân huỷ hợp chất hữu gây ô nhiễm vật liệu nano TiO biến tính 22 1.4 Giới thiệu Ag3VO4 22 1.4.1 Cấu trúc tinh thể Ag VO4 22 1.4.2 Cơ chế xúc tác quang Ag VO4 24 1.4.3 Các phương pháp tổng hợp Ag VO4 25 1.4.4 Tiềm ứng dụng Ag3 VO4 26 1.5 Giới thiệu RhB 27 1.6 Giới thiệu thuốc kháng sinh Tetracyline hydrochloride(TC) 28 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 31 2.1 Hóa chất dụng cụ 31 2.1.1 Hóa chất 31 2.1.2 Dụng cụ 31 2.2 Điều chế vật liệu composite Ag3VO4/N- TiO2 31 2.2.1 Điều chế vật liệu Ag VO4 : 31 2.2.2 Điều chế vật liệu N – TiO2 32 2.2.3 Tổng hợp vật liệu composite Ag3 VO4/N- TiO2 32 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ khối lượng Ag VO4 N-TiO2 32 2.3 Các phương pháp đặc trưng cấu trúc vật liệu 33 h 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction, XRD) 33 2.3.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 34 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 35 2.3.4 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 35 2.3.5 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 36 2.3.6 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến (UVVis) 37 2.3.7 Phương pháp phổ huỳnh quang (PL – Photoluminescence) 39 2.4 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu 41 2.4.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 41 2.4.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu tổng hợp 42 2.4.3 Thí nghiệm xử lý nước nước thải ni tôm 43 2.5 Phương pháp xác định hàm lượng RhB, TC CODMn 43 2.5.1 Phương pháp phân tích định lượng RhB 43 2.5.2 Phân tích định lượng TC 45 2.5.3 Phương pháp xác định COD Mn 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Đặc trưng vật liệu khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu Ag3VO4 48 3.1.1 Đặc trưng vật liệu Ag VO4 48 3.1.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu Ag VO4 52 3.2 Đặc trưng vật liệu khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 tỉ lệ khác 54 3.2.1 Đặc trưng vật liệu composite Ag VO4/N-TiO2 54 3.2.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu composite ANT-x-1 60 3.3 Đặc trưng vật liệu composite ANT-10-1 63 h 3.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 63 3.3.2 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X 64 3.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại 66 3.3.4 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến 67 3.3.5 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng 68 3.4 Ứng dụng vật liệu composite ANT-x-1 để xử lý dư lượng kháng sinh 71 3.4.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu composite với kháng sinh 71 3.4.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu composite phản ứng phân hủy kháng sinh 72 3.5 Động học phản ứng quang xúc tác vật liệu composite ANT-x-1 73 3.5.1 Động học phản ứng quang xúc tác phân hủy rhodamine B vật liệu Ag3 VO4 /N-TiO2 74 3.5.2 Động học phản ứng quang xúc tác phân hủy tetracyline hydrochloride vật liệu Ag VO4/N-TiO2 76 3.6 Khảo sát ảnh hưởng chất dập tắt gốc tự 77 3.7 Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu xúc tác quang 80 3.8 Ứng dụng xử lý nước thải nuôi tôm vật liệu composite ANT-10-1 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 h DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Eg : Band gap energy (Năng lượng vùng cấm) EDX : Energy-Dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ lượng tia X) IR : Infrared (hồng ngoại) RhB : Rhodamine B (rhodamine B) SEM : Scanning Electron Microscopy (kính hiển vi điển tử quét) TBA : Tert-Butanol UV-Vis-DRS :Ultraviolet – Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (tử ngoại khả kiến) : Valance Band (vùng hóa trị) XRD : X-Ray CB : Conduction band TC : Tetracyline hydrochloride TTIP : Titanium tetraisopropoxide ANT-x-1 (x=5,7,10,13) : Vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 với tỷ lệ khối lượng khác h VB Diffaction (nhiễu xạ tia X) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số thông số vật lý TiO2 dạng ruitle, anatase brookite 12 Bảng 1.2 Thế khử chuẩn số tác nhân oxi hoá mạnh 15 Bảng 1.3 Bảng tính chất vật lý thông số cấu trúc α-Ag3VO4, βAg3VO4 γ-Ag3VO4 23 Bảng 1.4 Đặc tính hóa học TC 29 Bảng Hóa chất sử dụng 31 Bảng 2.2 Sự phụ thuộc mật độ A vào nồng độ RhB C (mg/L) 44 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố Ag, O, V mẫu Ag3VO4 50 Bảng 3.2 Giá trị dung lượng hấp phụ RhB thay đổi theo thời gian vật liệu h Ag3VO4 52 Bảng 3 Năng lượng vùng cấm Eg vật liệu Ag3VO4,TiO2, N-TiO2 composite ANT-x-1 (x = 5, 7, 10 13) 59 Bảng Giá trị dung lượng hấp phụ thay đổi theo thời gian vật liệu composite ANT-x-1 (x = 5, 7, 10 13) 61 Bảng Đặc tính cấu trúc xốp mẫu N-TiO2; Ag3VO4; ANT-10-1 71 Bảng Giá trị dung lượng hấp phụ thay đổi theo thời gian ANT-x-1 dung dịch kháng sinh 10mg/L 71 Bảng Hằng số tốc độ k hệ số tương quang phản ứng phân hủy RhB theo mơ hình Langmuir – Hinshelwood 75 Bảng Hằng số tốc độ k vật liệu theo mơ hình Langmuir – Hinshelwood (phân hủy TC) 77 Bảng Giá trị COD mẫu nước thải nuôi tôm sau lắng lọc 82