(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite g c3n4 cuwo4 và khảo sát hoạt tính quang xúc tác

GI O TR NG V OT O I HỌC QUY NH N NGUYỄN XUÂN PH NG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE g-C3N4/CuWO4 VÀ KHẢO SÁT h HO T TÍNH QUANG XÚC TÁC Chun ngành: Hóa Lí Thuyết Hóa Lí Mã số: 8440119 N n d n 1: PGS.TS Nguyễn Thị Diệu Cẩm N n d n 2: TS P ạm T an ồng L I CAM OAN Tơi xin cam đoan cơng trình kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Phƣơng h L I CẢM N Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Diệu Cẩm tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên em hoàn thành tốt luận văn Trong trình thực luận văn, em nhận đƣợc nhiều quan tâm tạo điều kiện Thầy, Cô Khoa Khoa học Tự nhiên Khu thí nghiệm thực hành A6 – Trƣờng ại học Quy Nhơn Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới quý Thầy, Cô Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp Cao học Hóa K21 ln động viên, khích lệ tinh thần suốt trình học tập nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn nhƣng cịn h hạn chế kiến thức nhƣ thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc thông cảm ý kiến đóng góp q báu từ q Thầy, để luận văn đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Phƣơng MỤC LỤC Trang LỜI AM OAN LỜI ẢM ƠN DANH M C CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH M C BẢNG BIỂU DANH M C HÌNH VẼ MỞ ẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài 3 ối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cấu trúc luận văn h hƣơng 1.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu vật liệu xúc tác quang 1.1.1 Khái niệm xúc tác quang 1.1.2 chế quang xúc tác 1.1.3 Tình hình nghiên cứu liên quan đến vật liệu xúc tác quang 1.2 Giới thiệu graphitic carbon nitride 14 1.2.1 ặc điểm cấu tạo 14 1.2.2 Phƣơng pháp tổng hợp 15 1.3 Giới thiệu CuWO4 17 1.3.1 Cấu trúc vật liệu CuWO4 17 1.3.2 Hoạt tính xúc tác vật liệu CuWO4 18 1.3.3 ác phƣơng pháp tổng hợp CuWO4 19 1.4 Giới thiệu vật liệu composite sở g-C3N4 CuWO4 21 1.5 Giới thiệu kháng sinh tetracyline hydrochloride 25 1.6 Giới thiệu nƣớc thải nuôi tôm 26 hƣơng PHƢƠNG PH P THỰC NGHIỆM 28 2.1 Hóa chất dụng cụ 28 2.1.1 Hóa chất 28 2.1.2 Dụng cụ 28 2.2 Tổng hợp vật liệu xúc tác quang 28 2.2.1 Tổng hợp vật liệu g-C3N4 từ urea 28 2.2.2 Tổng hợp vật liệu CuWO4 29 2.2.3 Tổng hợp vật liệu composite g-C3N4/CuWO4 29 2.3 ác phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu 30 2.3.1 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại 30 2.3.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 31 2.3.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 32 2.3.4 Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến 33 h 2.3.5 Phƣơng pháp phổ quang phát quang (PL) 35 2.4 ác phƣơng pháp xác định chất hữu 37 2.4.1.Phƣơng pháp phân tích định lƣợng tetracyline hydrochloride 37 2.4.2 Phƣơng pháp xác định CODCr 38 2.5 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác 40 2.5.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 40 2.5.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu 41 2.6 Khảo sát ảnh hƣởng pH đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu 42 2.7 Ứng dụng phản ứng xúc tác quang để xử lý nƣớc thải nuôi tôm 43 HƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 ặc trƣng khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu CuWO4 44 3.1.1 ặc trƣng vật liệu CuWO4 44 3.1.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu CuWO4-T 48 3.2 ặc trƣng vật liệu khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu composite g-C3N4/CuWO4 tỉ lệ khối lƣợng g-C3N4/CuWO4 khác 50 3.2.1 ặc trƣng vật liệu composie g-C3N4/CuWO4 tỉ lệ khối lƣợng g-C3N4/CuWO4 khác 50 3.2.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu gC3N4/CuWO4 tỉ lệ khối lƣợngg-C3N4/CuWO4 khác 55 3.3 ặc trƣng vật liệu khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu composite g-C3N4/CuWO4 nhiệt độ nung khác 58 3.3.1 ặc trƣng vật liệu compositeg-C3N4/CuWO nhiệt độ nung khác 58 3.3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu composite gC3N4/CuWO4 nhiệt độ nung khác với TC 60 3.4 ặc trƣng vật liệu composite CCN-15-530 63 h 3.4.1 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại 63 3.4.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét 64 3.5 ộng học phản ứng quang xúc tác phân hủy tetracyline hydrochloride vật liệu composite g-C3N4/CuWO4 65 3.6 Khảo sát ảnh hƣởng chất dập tắt gốc tự 67 3.7 Ảnh hƣởng pH đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu CCN-15530 69 3.8 Khảo sát khả xử lý nƣớc thải nuôi tôm vật liệu composite CCN-15-530 71 3.9 Tái sử dụng chất xúc tác 73 DANH M C CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ 77 DANH M C TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PH L C QUYẾT ỊNH GIAO Ề TÀI LUẬN VĂN TH SĨ (bản sao) DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT EDTA Ethylene Diamine Tetracetic Acid BQ 1,4-Benzoquinone DMSO Dimethyl sulfoxide EDX X-ray energy scattering spectrum (Phổ tán xạ lƣợng tia X) Eg and gap energy (Năng lƣợng vùng cấm) IR Infrared spectrum(Phổ hồng ngoại) PVP Polyvinylpyrrolodone PL Photoluminescence (Phổ quang phát quang) TC Tetracycline hydrochloride SEM Scanning electron microscopy method (Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét) X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) UV-Vis- Visible diffuse reflectance spectrum (Phổ phản xạ khuếch tán DRS tử ngoại khả kiến) VB Valance Band (Vùng hóa trị) TBA Tert-butyl ancohol CB Vùng dẫn h XRD DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thế khử chuẩn số tác nhân oxi hoá mạnh Bảng 2.1 Danh mục hóa chất 28 Bảng 2.2 Sự phụ thuộc mật độ quang A vào nồng độ TC 38 Bảng 2.3 Kết xây dựng đƣờng chuẩn COD (mg/L) 39 Bảng 3.1 Năng lƣợng vùng cấm vật liệug-C3N4, CuWO4 composite CCN-x-530 54 Bảng 3.2 Sự thay đổi nồng độ TC theo thời gian vật liệu g-C3N4, CuWO4 CCN-x-530 55 Bảng 3.3 Sự thay đổi nồng độ TC theo thời gian vật liệu CCN-15-T 61 Bảng 3.4 Hằng số tốc độ k vật liệu theo mơ hình Langmuir – Hinshelwood (phân hủy TC) 65 Bảng 3.5 Giá trị COD nƣớc thải hồ nuôi tôm sau xử lý vật h liệu composite CCN-15-530 thời gian 180 phút 72 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ q trình xúc tác quang phân hủy hợp chất hữu vật liệu bán dẫn Hình 1.2 Quy trình tổng hợp hệ WO3/g-C3N4 [16] 13 Hình 1.3 chế hoạt động hệ xúc tác quang Bi2O3/g-C3N4 [65] 14 Hình 1.4 Triazin (a) mơ hình kết nối tảng tri-s-triazin (b) dạng thù hình g-C3N4 15 Hình 1.5 Sơ đồ điều chế g-C3N4 cách ngƣng tụ NH(NH2)2 16 Hình 1.6 Mạng lƣới g-C3N4 (a) trình phản ứng hình thành g-C3N4 từ chất ban đầu dicyandiamit (b) [67] 17 Hình 1.7 Cấu trúc CuWO4 18 Hình 1.8 chế xúc tác quang vật liệu CuWO4 18 Hình 1.9 chế xúc tác quang vật liệu g-C3N4/Ag3PO4 22 h Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý trình phản ứng quang xúc tác NTiO2/g-C3N4 22 Hình 1.11 chế xúc tác quang vật liệu g-C3N4/NiFe2O4 23 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý trình phản ứng quang xúc tác BiFeO3/CuWO4 25 Hình 1.13 Cơng thức hóa học tetracyline hydrochloride (M=480,9) tinh thể tetracyline hydrochloride 25 Hình 1.14 Hồ ni tơm ình ịnh xả thải trực tiếp môi trƣờng 27 Hình 2.1 Sự phản xạ bề mặt tinh thể 32 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 33 Hình 2.3 Sơ đồ chuyển mức Jablonskii 37 Hình 2.4 thị đƣờng chuẩn TC 38 Hình 2.5 thị đƣờng chuẩn COD 40 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu CuWO4-T 44 Hình 3.2 Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại- khả kiến vật liệu CuWO4-T 45 Hình 3.3 Sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo lƣợng ánh sáng bị hấp thụ vật liệu CuWO4-300 (a), CuWO4-400 (b), CuWO4-500 (c) CuWO4-600 (d) 46 Hình 3.4 Ảnh SEM vật liệu CuWO4-300 (a), CuWO4-400 (b), CuWO4-500 (c) CuWO4-600 (d) 47 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại vật liệu CuWO4-500 48 Hình 3.6 Sự thay đổi dung lƣợng hấp phụ theo thời gian vật liệu CuWO4 49 Hình 3.7 Hiệu suất phân hủy TC vật liệu CuWO4-T sau 180 phút chiếu sáng 49 Hình 3.8 Ảnh chụp vật liệu CCN-5-530 (a), CCN-10-530 (b), CCN-15-530 (c), CCN-20-530 (d), g-C3N4 (e) CuWO4 (f) 50 h Hình 3.9 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu g-C3N4, CuWO4, composite CCN-5-530; CCN-10-530; CCN-15-530; CCN-20530 51 Hình 3.10 Phổ UV – Vis trạng thái rắn g-C3N4, CuWO4 compositeg-C3N4/CuWO4 52 Hình 3.11 Sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo lƣợng ánh sáng bị hấp thụ vật liệu g-C3N4; CuWO4 CCN-x-530 53 Hình 3.12 Phổ quang phát quang mẫu vật liệu composite CCN-x-530 54 Hình 3.13 Sự thay đổi dung lƣợng hấp phụ theo thời gian vật liệu CCN-x-530 56 Hình 3.14 Sự phụ thuộc C/CO TC theo thời gian chiếu sáng vật liệu g-C3N4, CuWO4 CCN-x-530 57 Hình 3.15 Ảnh chụp vật liệu CCN-15-500 (a), CCN-15-530 (b) CCN-15-560 (c) 58