Biến tính ZnO Nano bởi mangan làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng trông thấy

I HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÙI THỊ ÁNH NGUYỆT BIẾN TÍNH ZnO NANO BỞI MANGAN LÀM CHẤT QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY PHẨM MÀU HỮU CƠ DƢỚI ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY LUC Hà Ni   2014 I HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÙI THỊ ÁNH NGUYỆT BIẾN TÍNH ZnO NANO BỞI MANGAN LÀM CHẤT QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY PHẨM MÀU HỮU CƠ DƢỚI ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY ng Mã s: 60440120 LUC NG DN KHOA HC: TS. Hoàng Thị Hƣơng Huế PGS.TS. Nguyễn Đình Bảng Hà Ni   2014 MỤC LỤC M U Error! Bookmark not defined. NG QUAN Error! Bookmark not defined. 1.1.  Error! Bookmark not defined. 1.1.1. Error! Bookmark not defined. 1.1.2. Ô nhic thi dt nhum do thuc nhum và tác hi ca nó Error! Bookmark not defined. 1.1.3. Error! Bookmark not defined. 1.2.  Error! Bookmark not defined. 1.2.1. Vt liu nano ZnO Error! Bookmark not defined. 1.2.2. Vt liu nano ZnO bin tính bi mangan Error! Bookmark not defined. 1.2.3. Mt s u ch ZnO bin tính mangan .Error! Bookmark not defined.  quang hóa ca nano ZnO bin tính mangan trong x lý cht ô nhim Error! Bookmark not defined. 1.3. Error! Bookmark not defined. C NGHIM VÀ HÓA CHT Error! Bookmark not defined. 2.1. Hóa cht và dng c Error! Bookmark not defined. 2.1.1. Hóa cht Error! Bookmark not defined. 2.1.2. Dng c Error! Bookmark not defined. 2.1.3. Chun b hóa cht Error! Bookmark not defined. 2.2. u trúc vt liu Error! Bookmark not defined. u x tia X Error! Bookmark not defined. n t quét (SEM) Error! Bookmark not defined. 2.2.3.         Error! Bookmark not defined.  pháp ph hp th UV-Vis Error! Bookmark not defined. 2.3u qu i vc thi dt nhum Error! Bookmark not defined. 2.4. Tng hp ZnO nguyên cht và ZnO pha tp Mn bt cháy gel polime Error! Bookmark not defined. T QU VÀ THO LUN Error! Bookmark not defined. 3.1. Nghiên cu tng ha vt liu ZnO pha tp mangan Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Nghiên cu tng hp vt liu ZnO pha tp mangan Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Nghiên ca vt liu ZnO bin tính mangan Error! Bookmark not defined. 3.2. Kho sát các yu t n quá trình quang phân hy xanh metylen trên xúc tác Mn(1%)- ZnO Error! Bookmark not defined. 3.2.1. ng ca pH dung dch xanh metylen Error! Bookmark not defined. 3.2.2. ng ca khng cht xúc tác Mn(1%)-ZnO Error! Bookmark not defined. 3.2.3. ng ca n xanh metylen Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Kho sát kh  dng vt liu Mn(1%)- ZnO 59 3.2.5. So sánh kh  lý xanh metylen ca vt liu Mn(1%)- ZnO và ZnO nguyên chi ánh sáng mt tri Error! Bookmark not defined. 3.2.6. So sánh kh  lý xanh metylen ca vt liu Mn(1%)- ZnO trong bóng t Error! Bookmark not defined. 3.3. Kho sát kh  c thi dt nhum làng ngh i    Hà Ni ca vt liu Mn(1%)- ZnO Error! Bookmark not defined. KT LUN Error! Bookmark not defined. Tài liu tham kho Error! Bookmark not defined. DANH MỤC BẢNG Bng 1.1: Tn tht thuc nhum khi nhum các loi x si 9 Bng 1.2: Nng  thuc nhum trong nc sông là kt qu ca thuc nhum thi loi bi công nghip dt nhum 9 Bng 1.3. Mt vài thông s ca ZnO 22 Bng 2.1. N ca dung dch xanh metylen và m quang 41 Bng 2.2. Kt qu xây dng chun COD 44 Bng 3.1. Hiu sut x lý xanh metylen ca vt liu ZnO Mn 46 Bng 3.2.Thành phn các nguyên t có trong mu Mn(1%)- ZnO 51 Bng 3.3. ng cn hiu sut x lý xanh metylen 53 Bng 3.4. ng ca khng chn hiu sut x lý xanh metylen ca vt liu Mn(1%)- ZnO 56 Bng 3.5. ng ca n n hiu sut x lý xanh metylen ca vt liu Mn(1%)- ZnO 58 Bng 3.6. Hiu sut x lý xanh metylen qua các ln tái s dng xúc tác 60 Bng 3.7. Hiu sut x i ánh sáng mt tri 62 vi các cht xúc tác khác nhau Bng 3.8. Hiu xut x lý xanh metylen ca vt liu trong bóng ti và trong  63 Bng 3.9. Ch s COD cc thc và sau x lý 150 phút ca Mn(1%)- ZnO 65 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. to gc hong trên vt liu bán dn 14  quá trình xúc tác quang trên vt liu bán dn 15 Hình 1.3. Cu trúc tinh th ZnO 17 Hình 1.4. Bi mô t hai dng sai hng Schottky và Frenkel 18 Hình 1.5. Gi các mc khuyt tt ca ZnO 20 Hình 1.6: Mô hình c ch quang xúc tác ca vt liu ZnO 24 Hình 2.1. S nhiu x tia X qua mng tinh th 33  35 Hình 2.3.   nguyên lý ph tán sng 37 Hình 2.4. Quang ph  39 Hình 2.5. Ph UV-VIS ca xanh metylen 41 ng chun biu din s ph thuc ca m quang vào n xanh metylen. 42 ng chun biu din s ph thuc ca m quang vào COD 44 Hình 3.1. ng t l n kh  lý xanh metylen ca vt liu 47 Hình 3.2. Gi XRD ca vt liu 49 Hình 3.3. nh SEM vt liu Mn(1%)- ZnO 50 Hình 3.4: Ph EDX ca Mn(1%)- ZnO 50 Hình 3.5. Ph UV-VIS ca ZnO và ZnO pha tp Mn theo các % khác nhau 52 Hình 3.6. ng ca pH dung dn hiu sut x lý xanh metylen 54 Hình 3.7. ng ca khng chn hiu sut x lý xanh metylen 57 Hình 3.8. ng ca n n hiu sut x lý xanh metylen ca vt liu Mn(1%)-ZnO. 59 Hình 3.9. Tái s dng vt liu Mn(1%)- ZnO 60 Hình 3.10. Kh  lý xanh metylen ca Mn(1%)- ZnO và ZnO nguyên cht i ánh sáng mt tri 62 Hình 3.11. Kh  lý xanh metylen ca Mn(1%)- ZnO trong bóng ti  64 Hình 3.12: Ph UV  VIS ca mc thi sau quá trình nhum 65 Hình 3.13: Ph UV  VIS ca mc thi sau cng thi 66 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABS  hp th quang (Absorbance) AOPs ng CB Vùng dn (Conduction Band) COD N    (Chemical Oxygen Demand) DO Oxi hòa tan EDX Ph (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy ) E bg ng vùng cm (Band gap Energy) PVA Polivinyl ancol SEM            (Scanning Electron Microscopy) UV-Vis T ngoi  Kh kin (Ultra Violet  Visible) VB Vùng hóa tr (Valence Band) XRD N    (X Rays Diffraction) 1 MỞ ĐẦU Trong nh gn ây, ô nhim môi trng là vn  hàng u t ra cho toàn cu. Vic gia t dân s và phát trin công nghip  dn n vic ngày càng nhiu các cht c hc thi vào môi trng. Các cht c hi này có th gây nên các v liên quan n ô nhim và làm m lên khí hu toàn cu. Trong s các cht c hi thi ra môi trng,  chú ý là nhng phm màu h các cht hu  c hi, các cht tng i bn vng, khó b phân hy sinh hc, lan truyn và tn lu mt thi gian dài trong môi trng. Do vy, vic nghiên cu x lý trit  phm màu htrong môi trng b ô nhim luôn là mi quan tâm hàng u ca mi quc gia và c bit có ý ngha quan tri vi cuc sng hin ti và tng lai ca con ngi.  x lý các phm màu h ngi ta kt hp nhiu phng pháp x lý khác  hp ph, sinh hc, oxy hoá tu thuc vào dng tn ti c th ca các cht gây ô nhim. Trong ó, ng pháp oxi hóa các hp cht h bng cách s dng xúc tác quang  thu hút s nghiên cu ca các nhà khoa hc vì là phng pháp có nhi i s dng  lng ánh sáng mt tri, tác nhân oxi hóa là oxi không khí   cht bán  c  l xúc tác quang   ZnO, titan ioxit TiO 2 ,  Zn 2 TiO 3 , cát bi CdSTrong  ó, ZnO và các oxit kim l có  hình electron d 0 và oxit kim l i hình có  hình electron d 10 c nghiên cu sâu nt. M dù vy, do có vùng  r nên chúng ch h t ánh sáng t ngi, vùng mà  chikh 5% tlng photon ánh sáng mt tri.  ng m tri hi hn, nhi nghiên c quang xúc tác  c th hi  các v li có k tác trong vùng kh ki và  thi ho tính xúc tác qhúng. ZnO l bán dt l A(II)B(VI), có vùng cm rn nhit  phòng  3,3 eV nên  ánh sáng t ng (UV) mi kích thích c it t vùng hóa tr 2 lên vvà gây ra hitng xúc tác quang. iu này ch k nng xúc tác  kit, thu  ph vi    nó. So vi TiO 2 , ZnO có r vùng tng ng ( r vùng  TiO 2 là 3,2 eV ZnO  t nhiu  m i hn. Do có  tính quang hóa cao, không   và giá thành t nên ZnO  i cho     c ánh sáng m i vào quá trình xúc tác qua km oxit, cn thu  v  pha t Z    ánh sáng kh kin. Xut phát t thc t và nh s khoa hc trên, chúng tôi ch tài “Biến tính ZnO nano bởi mangan làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng trông thấy”. [...]... xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải Các 10 nghiên cứu cho thấy khả năng phân giải trực tiếp thuốc nhuộm bằng vi sinh rất thấp 1.1.3 Các phương pháp xử lý chất màu Trên thế giới, rất nhiều nghiên cứu đã công bố hiệu quả của việc phân hủy phẩm màu hữu cơ với nhiều phương pháp khác nhau Dưới đây là một số phương pháp để phân hủy phẩm màu hữu cơ thường được sử... cường với xúc tác quang hóa là ZnO biến tính mangan 1.2 Vật liệu nano ZnO và vật liệu nano ZnO biến tính bởi mangan 1.2.1 Vật liệu nano ZnO 1.2.1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO ZnO là tinh thể được hình thành từ nguyên tố nhóm IIB (Zn) và nguyên tố nhóm VIA (O) ZnO có ba dạng cấu trúc: lục phương wurtzite, lập phương giả kẽm, lập phương muối ăn Trong đó, cấu trúc lục phương wurtzite là cấu trúc phổ biến nhất... 3,5eV) Chất dẫn điện kim loại có Eg ≈ 0 Nhiều nghiên cứu liên quan đến cơ chế của quá trình phân hủy quang xúc tác đã được công bố Đầu tiên, chất hữu cơ hấp phụ lên trên xúc tác, sau đó electron chuyển từ vùng dẫn đến cơ chất hoặc từ cơ chất đến lỗ trống ở vùng hoá trị xảy ra trong suốt quá trình chiếu xạ Electron và lỗ trống có thời gian tái kết hợp rất ngắn nếu không có mặt của cơ chất Các chất oxi... khác, ZnO có được tổ hợp của nhiều tính chất quý báu, bao gồm tính chất điện, tính chất quang, bền vững với môi trường hidro, tương thích với các ứng dụng trong môi trường chân không, ngoài ra ZnO còn là chất dẫn nhiệt tốt, tính chất nhiệt ổn định ZnO vật liệu nano là triển vọng cho điện tử nano và lượng tử ánh sáng Do có nhiều tính chất ưu việt như vậy nên vật liệu ZnO có nhiều ứng dụng trong khoa học... khác bán dẫn ZnO còn là môi trường tốt để pha thêm các ion quang tích cực Vì thế pha thêm các ion kim loại chuyển tiếp vào bán dẫn ZnO tạo thành bán dẫn từ pha loãng (DMSs) có khả năng mang đầy đủ các tính chất: điện, quang, ứng dụng sản xuất các thiết bị điện tử nền spin, xúc tác quang Trong phản ứng quang xúc tác, các chất bán dẫn quang xúc tác được hoạt hóa bởi các tia tử ngoại, ánh sáng khả kiến... những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện nhất định (tính gắn màu) Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay, con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện, tác. .. của sự biến tính ZnO, đó là: - Đưa năng lượng vùng cấm của ZnO về vùng ánh sáng khả kiến – tức là vật liệu thể hiện hoạt tính quang xúc tác ngay cả khi chiếu ánh sáng khả kiến lên bề mặt - Tạo các “bẫy điện tích” để giảm sự tái kết hợp của các electron và lỗ trống - Tăng tốc độ di chuyển electron từ đó tăng hiệu suất lượng tử của phản ứng quang hóa 1.2.3 Một số phương pháp điều chế ZnO biến tính mangan. .. mặt trời cho các mục đích quang xúc tác của kẽm oxit Để thực hiện được mục đích này, nhiều ion kim loại chuyển tiếp : Co, Ni, Mn, Ce, Ag, Pb… và không kim loại: N đã được sử dụng để biến tính các dạng thù hình của kẽm oxit Trong các dạng biến tính cho thấy bột ZnO điều chế được hoạt động tốt trong vùng ánh sáng nhìn thấy và khả năng ứng dụng quang xúc tác rất cao Do đó có thể thấy một trong những mục... nhận những tổn hại môi trường do chất thải công nghiệp gây ra Với đặc tính tồn tại lâu trong môi trường, 7 không bị vi sinh phân hủy, chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong chất thải công nghiệp là một mối nguy hại lớn Đặc biệt, ở Việt Nam, một trong những nguồn thải đáng chú ý nhất là nước thải dệt nhuộm Đó là một nguồn thải chứa chất hữu cơ khó phân hủy sinh học phổ biến ở Việt Nam 1.1.2.1 Ô nhiễm... trực tiếp trên bề mặt bán dẫn, biến năng lượng vùng hoá trị của xúc tác bán dẫn phải có thế oxi hoá cao hơn thế oxi hoá của chất phản ứng trong điều kiện khảo sát Hình 1.2 Cơ chế quá trình xúc tác quang trên vật liệu bán dẫn 15 Các quá trình xảy ra sau khi chất bán dẫn bị kích thích dẫn đến phân tách các cặp electron – lỗ trống Các electron quang sinh trên bề mặt chất xúc tác có khả năng khử mạnh Nếu . HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÙI THỊ ÁNH NGUYỆT BIẾN TÍNH ZnO NANO BỞI MANGAN LÀM CHẤT QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY PHẨM MÀU HỮU CƠ DƢỚI ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY LUC. ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÙI THỊ ÁNH NGUYỆT BIẾN TÍNH ZnO NANO BỞI MANGAN LÀM CHẤT QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY PHẨM MÀU HỮU CƠ DƢỚI ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY ng. nh s khoa hc trên, chúng tôi ch tài Biến tính ZnO nano bởi mangan làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng trông thấy . 3 Chƣơng 1: TỔNG