Tổng hợp vật liệu xúc tác quang sdznco2o4 và ứng dụng xử lý chất hữu cơ ô nhiễm trong điều kiện ánh sáng khả kiến báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

_ BỌCƠNGTHƯƠNG _ DAI HOC CONG NGHIỆP THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH BAO CAO TONG KET DE TAI KHOA HQC KET QUÁ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI _ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÁP TRƯỜNG Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu xúc tác quang SD/@ZnCozO¿ ứng dụng xử lý chất hữu ô nhiễm điều kiện ánh sáng khả kiên Mã số đề tài: 22/1HH01 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Mai Thơ Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Hóa học Tp Hồ Chí Minh, 2023 LỜI CÁM ƠN Chúng xin chân thành cảm ơn Quỹ nghiên cứu khoa học Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM, lãnh đạo khoa Cơng nghệ Hóa học Phịng thí nghiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học, thành viên đề tài giúp tơi hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học PHAN I THONG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu xúc tác quang SD/@ZnCo¿O¿ ứng dụng xử lý chất hữu ô nhiễm điều kiện ánh sáng khả kiến 1.2 Mã số: 22/IHH01 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài [FT |Họ tên học hàm, học vị) |TS Nguyễn Thị Mai Thơ |PGS.TS Võ Thế Kỳ - [Vai tro thực để |Đơn vị công tác Trường Đại ltài học - Công| nghiệp TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Cơng| nghiệp TP Hồ Chi Minh - Chủ nhiệm đề tài [Thành viên tham gia 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: 12 tháng từ tháng 08 năm 2022 đến tháng năm 2023 1.5.2 Gia hạn (nếu có): 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 08 năm 2022 đến tháng 10 năm 2023 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): KHÔNG (VỀ mục tiêu, nội dụng, phương pháp, kết nghiên cứu tô chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến Cơ quan quản by) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 50 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Vấn đề ô nhiễm môi trường, bao gồm ô nhiễm nước trở thành vấn đề lớn sống người Ô nhiễm nguồn nước tự nhiên chất thải hữu chất màu hay kháng sinh trở thành nguy đe dọa hệ sinh thái chất lượng sống người Vì vậy, việc xử lý chất ô nhiễm hữu nước thải nhận nhiều quan tâm toàn giới Nhiều phương pháp thực đề loại bỏ chất thải hữu nước thải, bao gồm phương pháp sinh học truyền thống, hấp phụ thẩm thấu ngược đông tụ Tuy nhiên, hiệu phương pháp hạn chế Hiện nay, phân hủy chất thải hữu phương pháp quang xúc tác xem phương pháp hiệu dé xử lý ô nhiễm nước thải Do đó, nghiên cứu phát triển vật liệu quang xúc tác hiệu điều kiện ánh sáng khả kiến nhận nhiều quan tâm Đề tài nhằm nghiên cứu phát triển chất bán dẫn bién tinh (heterojunction photocatalysts) cé khả xtc tac quang SD@oxit (SD-Semiconductor) hay hỗn hợp oxit dan xuất từ LDHs (SD@MMO) tăng cường trình chuyên hóa khác bề mặt chung liên quan đến cặp lỗ trống - điện tử quang sinh, lượng vùng cấm đủ lớn để giảm tái hợp lại Mục tiêu a) Muc tiéu tổng quát Góp phần giải vấn đề nhiễm nguồn nước, biến đổi môi trường chất thải hữu ô nhiễm Thông qua đề tài, nâng cao chất lượng nghiên cứu khoa học đào tạo thực hành cho giảng viên, sinh viên ngành Cơng nghệ Hóa học- Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh b) Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang SD/@ZnCozO¿ ứng dụng phân hủy chất hữu ô nhiễm phẩm nhuộm, kháng sinh môi trường nước Chiến lược: tổng hợp xúc tác quang biến tính ZnCozO¿ có hiệu cao vùng ánh sáng khả kiến xử lý ô nhiễm hữu Vật liệu tổng hợp SDZnCozOx có khả loại bỏ chất hữu ô nhiễm cao 30 50% so với vật liệu ZnCozOx SD/@ ZnCozO¿ có độ chọn lọc cao chất hữu ô nhiễm Vật liệu SD/@ZnCozO¿ tổng hợp có độ bền cao có khả tái sử dụng Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc tính chất hóa lý vật liệu composite SD/@MMO xác định phương pháp phân tích hấp phụ-giải hấp Nz, FE-SEM, TEM, XRD, XPS, FTIR, TGA, v.v Khả hấp phụ quang xúc tác phân hủy chất thải hữu (phẩm màu kháng sinh) tiến hành điều kiện ánh sáng khả kiến Ảnh hưởng điều kiện thực nghiệm (nhiệt độ nơng độ pH, ) nghiên cứu Ngồi ra, thí nghiệm bẫy gốc tự với phân tích đại áp dụng để dự đốn chế xúc tác quang vật liệu Tổng kết kết nghiên cứu Nội dung 1: Tổng quan tài liệu Cách tiếp cận: Tìm tài liệu liên quan đến dé tai Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: https://www.sciencedirect.com/science/article/ https://link.springer.com/article/ https://pubs.acs.org/journal/langd5 Kết quả: Cập nhật công bố liên quan đến hướng nghiên cứu thựchiện Nội dung 2: Tổng hợp vật liệu ZnCo204 Cách tiếp cận: Tổng hợp câu trúc ZnCozO¿ có diện tích bề mặt lớn, kích thước lỗ xốp phù hợp, có độ bền nhiệt hóa học cao Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: ZnCozOa dẫn xuất LDHs tổng hợp phương pháp đồng kết tủa Kết quả: Tổng hợp vật liệu ZnCoaOa Nội dung 3: Tổng hợp vật liệu bán dẫn biến tính SD/@ ZnCo¿Oa Cách tiếp cận: Vật liệu ZnCo¿Ox biến tính phương pháp kết tủa Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp kết tủa: Chat bán đẫn SD kết tủa ZnCozOu Kết quả: Tổng hợp vật liệu biến tính SD@ZnCo204 4 Nội dung 4: Phan tich cau tric tinh chat cia SD, ZnCo2O4, SD@ZnCo20, Cách tiếp cận: Cấu trúc vật liệu tông hợp xác định phương pháp phân tích hóa lý đại Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Các phương pháp hóa lý đại SEM, TEM, XRD, XPS, FT-IR, DRS, v.v Kết quả: Tổng hợp vật liệu SD ZnCozOx, SD/@ZnCo¿O¿ có độ tỉnh khiết cao, kích thước đồng nhất, SD liên kết iv phân tán bể mặt ZnCozOa 45 Nội dung 5: Ứng dụng chất xúc tác quang bán dẫn SD, ZnCozO¿, SD/@ZnCozOx phân hủy chất hữu ô nhiễm giả định (thuốc nhuộm, khang sinh, v.v.) Cách tiếp cận: Xác định khả phân hủy bỏ chất hữu ô nhiễm vật liệu SD/2ZnCozO\ với đối tượng nước thải giả định Phương pháp nghiên cứa, kỹ thuật sử dụng: Xác định nồng độ chất hữu cơ, TOC trước sau xúc tác Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình xúc tác cụ thể nơng độ, pH, khối lượng xúc tác, tỉ lệ SD/ZnCoaO; Kết quả: So sánh hiệu phân hủy chất ô nhiễm hữu vật liệu SD, ZnCozOa, SD@ZnCo20,4, xác dịnh hiệu suất phân hủy chất ô nhiễm hữu vật liệu SD/@ZnCozO¿ điều kiện tốt Nội dung 6: Đánh giá độ bền, khả tái sử dụng vật liệu SD/@ZnCozO¿ Cách tiếp cận: Vật liệu sau xúc tác tái sử dụng lại sau lần điều kiện xúc tác Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Dựa thay đổi hiệu suất xúc tác SD/@ZnCozO¿ sau lần tái sử dụng phân hủy thuốc nhuộm điều kiện Kết quả: So sánh hiệu suất phân hủy thuốc nhuộm sau lần tái sử dụng vật liệu SD@ZnCo204 4.7 Nội dung 7: Xây dựng mơ hình động học trình xúc tác Cách tiếp cận: Xác định mơ hình động học q trình phân hủy chất ô nhiễm vật liệu SD, ZnCozOx, SD/@ZnCozO¿ dựa kết qua thực nghiệm phân húy chất ô nhiễm theo thời gian Phuong pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Sử dụng mơ hình động học bậc bậc hệ số tương quan RẺ Kết quả: Số liệu số tốc độ phản ứng, phương trình động học, hệ số tương quan Nội dung 8: Dự đốn chế q trình xúc tác Cách tiếp cận: Tiến hành thí nghiệm bẫy gốc tự OH, Oz” cặp điện tử (e') lỗ trống (h*) quang sinh Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Dựa hiệu suất phân hủy chất ô nhiễm có chất bẫy gốc q trình xúc tác Nội dung 9: Tổng hợp so sánh, đánh giá kết viết báo khoa học Cách tiếp cận: Tông hợp đánh giá số liệu thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Tông hợp so sánh, phân tích Kết quả: Viết gửi đăng báo khoa học tạp chi ISI/Scopus 5.Danh giá kết đạt kết luận Cơng bố 01 quốc tế tạp chí thuộc danh mục ISĨ; Hoàn thành báo cáo nghiệm thu dé tai Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Tóm tắt Đã tổng hợp thành cơng vật liệu p-n BizS⁄ZnCozO¿ (x = 0, 2, 6, 12 20) phương pháp đồng kết tủa thủy nhiệt Vật liệu kết hợp p-n BizSz/ZnCozOx xác định đặc trưng đặc tính cấu trúc, quang học, quang hóa khả khử màu thuốc nhuộm indigo carmine Đề thị Mott-Schottky chứng minh tiếp xúc dị thể hình thành n-BizSa p-ZnCozOa Đặc biệt tiếp xúc tối ưu hóa với 12% trọng lượng p-n Bi2$3/ZnCo20 BlzaSa cho thấy hiệu suất xúc tác quang cao 92.1% dung dịch 40 mg/L„ khối lượng 1.0 g/L pH vòng 90 phút ánh sáng kiến Nghiên cứu chứng minh xúc tác p-n BizSa/ZnCozO¿ có thê tăng đáng kể hiệu suất xúc tác quang giảm trình tái kết hợp cặp lỗ electron-lỗ quang tạo Hơn nữa, chất xúc tác tổng hợp cịn thé tính ổn định khả tái chế tốt cho việc xử lý môi trường Abstract An innovative p-n heterojunction Bi2S3/ZnCo204 composite was first fabricated via a two-step co-precipitation and hydrothermal method By controlling the weight amount of Na2$ and Bi(NO3)3 precursor, different xBi2$3/ZnCo2O4 synthesized (x = 0, 2, 6, 12, and 20) The p-n heterojunction characterized by structural, photocatalyst decoloration optical of and indigo photochemical carmine heterogeneous were Bi2S3/ZnCo2O4 properties Mott-Schottky plots and was the proved heterojunction formed between n-Bi2S3 and p-ZnCo2Ox Especially the optimized p-n Bi2S3/ZnCo2O, heterojunction with 12 wt.% Bi2S3 showed the highest photocatalyst efficacy of 92.1% at 40 mg/L solutions, a loading of 1.0 g/L, and a pH of within 90 of visible light illumination These vi studies prove that p-n Bi2S3/ZnCo20,4 heterojunction photocatalysts can greatly boost their photocatalytic performance because the inner electric field enhances the process of separating photogenerated electron-hole pairs Furthermore, this composite catalyst showed good stability and recyclability for environmental remediation II Sản phẩm đề tài, công bố kết qua đào tạo Kết nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3) TT Tén phâm san Yéu câu khoa học hoặc/và tiêu Z kinh tê - kỹ thuật Đăng ký Đạt Bài — báo | 01 báo ISI 01 bai bao ISI (Q2, IF: 3.9) quốc tế Tên báo: tạp A novel n-p heterojunction Bi2S3/ZnCo204 chí photocatalysts Scopus/ISI for boosting visible-light- driven photocatalytic performance toward indigo carmine RSC Advances ,2023,13,16248-16259 DOI: 10.1039/d3ra02803h rsc.li/rsc-advances 3.2 Két qua dao tao TT| Ho va tên Nghiên cứu sinh Học viên cao học Thoi gian Tén dé tai thuc hién dé tai Tên chuyên đề néu la NCS Tên luận văn Cao học | không l | không Ï Da bao vé Sinh viên Đại học | khéng | | - Kém ban photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinl/ luận văm/ khóa luận IV Tình hình sử dụng kinh phí TT A ] Kinh phí | Kinh phí thực duyệt Nội dung (triéu dong) Chỉ phí trực tiêp 50.000.000 Th khốn chuyên môn 34,210,400 vii (triéu dong) 50.000.000 34,210,400 Ghi hú ĐI, slœl+|o›|k2 |—lg|œ|— Nguyên nhiên vật liệu Thiét bị, dụng cụ 11,789,600 11,789,600 4,000,000 4,000,000 50.000.000 50,000,000 Công tác phí Dịch vụ th ngồi Hội nghị hội thảo,thù lao nghiệm thu kỳ In ấn Văn phòng phẩm Chỉ phí khác Chỉ phí gián tiêp Quản lý phí Chi phí điện, nước Tổng số V Kiến nghị ( phát triển kết nghiên cứu đỀ tài) VI Phu luc sản phẩm ( liệt kê chứng sản phẩm nêu Phần IH) Tên báo:A novel n-p heterojunetion BizSa/ZnCozOx¡ photocatalysts for boosting visible-light-driven photocatalytic performance toward indigo carmine RSC Advances 2023,13,16248-16259 DOI: 10.1039/d3ra02803h rsc.li/rsc-advances Cha nhiém dé tai Phòng QLKH&HTQT (DON VỊ) Trưởng (đơn vị) (Họ tên, chữ ký) PGS.TS Nguyễn Văn Cường Nguyễn Thị Mai Thơ viii