1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– ĐINH THỊ NHẬT TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA NANO COMPOSITE NiFe2O4/g C3N4 LUẬN VĂN THẠC SĨ H[.]
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– ĐINH THỊ NHẬT TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA NANO COMPOSITE NiFe2O4/g-C3N4 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2023 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––––––– ĐINH THỊ NHẬT TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA NANO COMPOSITE NiFe2O4/g-C3N4 Ngành: HỐ VƠ CƠ Mã số: 8.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN THỊ TỐ LOAN THÁI NGUYÊN - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng cơng trình Tơi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tôi cam đoan thực việc kiểm tra mức độ tương đồng nội dung luận văn qua phần mềm Turnitin cách trung thực đạt kết mức độ tương đồng 25% Bản luận văn kiểm tra qua phần mềm cứng nộp để bảo vệ trước hội đồng Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, tháng 10 năm 2023 Xác nhận giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Nguyễn Thị Tố Loan Đinh Thị Nhật i LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Tố Loan - người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ bảo tận tình em suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo, cán kĩ thuật viên phịng thí nghiệm khoa Hóa học- Trường Đại học Sư phạm- Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt q trình làm thí nghiệm Em xin cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè, người thân suốt trình học tập nghiên cứu Thái Nguyên, tháng 10 năm 2023 Học viên Đinh Thị Nhật ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH .vi MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan g-C3N4 1.1.1 Cấu trúc tinh thể .2 1.1.2 Tính chất g-C3N4 1.1.3 Một số phương pháp tổng hợp ứng dụng g-C3N4 .5 1.2 Vật liệu composite chứa g-C3N4 .7 1.3 Tổng quan phẩm nhuộm 10 1.3.1 Khái niệm, phân loại 10 1.3.2 Tình hình nhiễm nước phẩm nhuộm 12 Chương II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 14 2.1.1 Dụng cụ, thiết bị 14 2.1.2 Hóa chất 14 2.2 Tổng hợp vật liệu composite NiFe2O4/g-C3N4 15 2.2.1 Tổng hợp g-C3N4 15 2.2.2 Tổng hợp mẫu NiFe2O4 15 2.2.3 Tổng hợp vật liệu composite NiFe2O4/g-C3N4 .15 2.3 Nghiên cứu đặc trưng vật liệu composite NiFe2O4/g-C3N4 15 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 15 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét .16 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua 16 iii 2.3.4 Phương pháp đo phổ tán xạ lượng tia X 16 2.3.5 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis 16 2.3.6 Phương pháp phổ hồng ngoại .16 2.3.7 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng .17 2.3.8 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis 17 2.3.9 Phương pháp đo từ kế mẫu rung 17 2.4 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác vật liệu composite NiFe2O4/gC3N4 17 2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B 17 2.4.2 Ảnh hưởng số yếu tố đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B 18 2.4.3 Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng vật liệu composite NiFe2O4/gC3N4 20 2.5 Khảo sát khả phân hủy chất màu nước thải dệt nhuộm chiếu cói 20 Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.1 Kết nghiên cứu đặc trưng vật liệu .21 3.1.1 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen 21 3.1.2 Phổ hồng ngoại .21 3.1.3 Kết nghiên cứu phổ tán xạ lượng tia X 24 3.1.4 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis 25 3.1.5 Hình thái học bề mặt mẫu 26 3.1.6 Kết nghiên cứu diện tích bề mặt riêng 28 3.1.7 Kết đo tính chất từ 29 3.2 Kết nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B vật liệu 31 3.2.1 Thời gian đạt cân hấp phụ 31 3.2.2 Kết nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác mẫu vật liệu 32 3.2.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng vật liệu 33 3.2.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng lượng H2O2 34 iv 3.2.5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ RhB .35 3.2.6 Kết nghiên cứu ảnh hưởng chất ức chế 35 3.3 Động học phản ứng phân hủy RhB có mặt vật liệu 36 3.4 Kết nghiên cứu khả thu hồi tái sử dụng vật liệu composite NiFe2O4/g-C3N4 .38 3.5 Kết khảo sát khả phân hủy chất màu nước thải dệt nhuộm chiếu cói vật liệu composite .39 3.6 So sánh hoạt tính quang xúc tác vật liệu composite NiFe 2O4/g-C3N4 với số vật liệu khác 41 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO .43 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Số thứ Kí hiệu tự viết tắt AA BOD5 10 11 12 13 14 BET CB COD DRS EDX EDTA g-C3N4 HOMO IPA LUMO OTC UV 15 UV VIS 16 17 18 19 VB VMS RhB SEM 20 TEM 21 22 XRD FT-IR Tên đầy đủ Ascorbic acid (C6H8O6) Biochemical Oxygen Demand (Lượng oxy hòa tan sử dụng để phân hủy chất hữu sử dụng năm ngày) Brunauer Emmett Teller (Diện tích bề mặt riêng) Conduction band (Vùng dẫn) Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa hóa học) Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis Phổ tán xạ lượng tia X Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) Graphitic carbon nitride Orbital phân tử có lượng cao Isopropyl alcohol (C3H8O) Orbital phân tử có lượng thấp khơng có electron Oxytetracyline Ultraviolet (Tia cực tím) Ultraviolet Visible Spectroscopy (Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến) Valence band (Vùng hóa trị ) Vibrating Sample Magnetomete (Từ kế mẫu rung) Rhodamine B Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét) Transnission electron microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua) X-Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X) Quang phổ hồng ngoại DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đặc trưng ứng dụng số vật liệu composite g-C3N4 .10 Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B 17 Bảng 3.1 Số sóng đặc trưng cho dao động liên kết mẫu 23 Bảng 3.2 Các thông số bề mặt mẫu NiFe2O4, g-C3N4 CNF3 29 Bảng 3.3 Bảng giá trị ln(Co/Ct) theo thời gian chiếu sáng có mặt H2O2 iv mẫu vật liệu 36 Bảng 3.4 Hiệu suất phân hủy chất màu nước thải dệt nhuộm mẫu CNF3 38 Bảng 3.5 So sánh hiệu suất quang xúc tác phân huỷ RhB số vật liệu .41 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc g-C3N4 dựa đơn vị s-triazine (a) tri-s-triazine (b) [34] Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể g-C3N4 dựa đơn vị heptazine (a) kiểu xếp chồng ABAB (b) [8] .3 Hình 1.3 Cấu trúc đơn lớp g-C3N4 [6] .3 Hình 1.4 Các nhóm chức g-C3N4 [15] Hình 1.5 Giản đồ XRD mẫu g-C3N4 nung 450 ÷550oC [3] Hình 1.6 Sơ đồ mô tả chế tạo thành vật liệu CAN từ urea acetylacetone [29] Hình 1.7 Ảnh SEM, TEM mẫu CN (a,b) CAN-10 (c), phổ UV-Vis mẫu [29] Hình 1.8 Phân loại hệ nối dị thể: loại I có vùng cấm che lấp (a), loại II có vùng cấm so le (b), loại III có vùng cấm hở (c) [15] Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp vật liệu composite MnFe2O4/g-C3N4 [11] .9 Hình 1.10 Ảnh SEM MnFe 2O4 (a), g-C3N4 (b), MnFe2O4/g-C3N4 (c) phổ UV-Vis (d), giản đồ XRD (e) phổ IR (f) mẫu [11] Hình 1.11 Sơ đồ chế phân huỷ RhB hệ xúc tác MnFe2O4/g-C3N4[11] Hình 1.12 Công thức cấu tạo (a) phổ hấp thụ UV- Vis dung dịch RhB (b) 12 Hình 1.13 Nước thải từ nhà máy dệt nhuộm 13 Hình 2.1 Phổ UV-Vis dung dịch RhB (a) nồng độ khác đường chuẩn xác định nồng độ RhB (b) 18 Hình 2.2 Mẫu nước thải ban đầu (a) sau pha lỗng 25 lần (b) 20 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu NiFe2O4, g-C3N4, CNF1 ÷CNF3 .21 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại mẫu g-C3N4 (a), NiFe2O4 (b) 22 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại mẫu CNF1 (a), CNF2 (b) CNF3(c) 22 Hình 3.4 Phổ tán xạ lượng tia X mẫu g-C3N4 24 Hình 3.5 Phổ tán xạ lượng tia X mẫu NiFe2O4 24 Hình 3.6 Phổ tán xạ lượng tia X mẫu CNF3 25 vi