NGHIÊN cứu TỔNG hợp, KHẢO sát đặc TRƯNG cấu TRÚC vật LIỆU CACBON AEROGEL và ỨNG DỤNG xử lý một số CHẤT hữu bền TRONG môi TRƯỜNG nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ––––––––––––––––– Thí sinh : Nguyễn Thị Quỳnh Anh BÀI LUẬN VỀ DỰ ĐỊNH NGHIÊN CỨU Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU CACBON AEROGEL VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ MỘT SỐ CHẤT HỮU BỀN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hoá học môi trường Mã số: 62.44.01.20 Cố vấn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Nội TS Nguyễn Hữu Vân Họ tên thí sinh: Nguyễn Thị Quỳnh Anh Hà Nội - 2016 MỤC LỤC I LÍ DO CHỌN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Một vấn đề nóng bỏng, gây xúc dư luận xã hội nước tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái hoạt động sản xuất sinh hoạt người gây Vấn đề ngày trầm trọng, đe doạ trực tiếp phát triển kinh tế - xã hội bền vững, tồn tại, phát triển hệ tương lai Quá trình công nghiệp hóa, đại hóa thải môi trường lượng lớn hợp chất hữu cơ, đặc biệt hợp chất hữu độc hại bền môi trường nước phẩm nhuộm, thuốc trừ sâu, hợp chất POPs…., chất khí độc cacbon oxít, lưu huỳnh đioxit, chất cloroflorocacbon (CFCs), ôxít nitơ gây đe dọa đến sức khỏe người tượng biến đổi khí hậu Đó nguyên nhân làm xuất nhiều nghiên cứu lĩnh vực xử lý hợp chất ô nhiễm Trong đó, vật liệu aerogel dạng vật liệu gel khí xốp với số tính chất lí hóa tuyệt vời : mật độ thấp, độ xốp cao, diện tích bề mặt cao cấu trúc hóa học dễ điều chỉnh Các nghiên cứu gần đây, với việc tổng hợp loại khác aerogel, tính khả thi vật liệu xốp số ứng dụng nghiên cứu rộng rãi Trong số ứng dụng khác aerogel thu hút quan tâm đáng kể vật liệu hấp phụ để loại bỏ chất gây ô nhiễm nhiều sức khỏe đe dọa môi trường người Đặc biệt, phải kể đến Aerogel carbon có màu đen đục, loại gel khí có độ xốp diện tích bề mặt lớn (400 - 1.000m2 /g), vài cm3 vật liệu trải rộng mặt nước với diện tích gần sân bóng Ngoài aerogel carbon dẫn điện tốt, không aerogel từ kim loại lại đặc biệt chỗ, khả dẫn điện thay đổi tùy theo mật độ, giảm mật độ, cho khả dẫn điện ngược lại Do nhà sản xuất tăng giảm mật độ để tối đa hóa tính dẫn điện diện tích bề mặt theo yêu cầu.Từ đặc tính ưu việt khả hấp thụ kim loại nặng, dự trữ tái sử dụng dầu aerogel carbon đặc biệt bật so với sản phẩm có chức tương tự sử dụng thị trường Aerogel carbon dùng làm chất xúc tác hiệu để giảm lượng khí thải nitơ oxit từ khí thải ô tô, chất thân thiện với môi trường thay cho CFC có hại dùng tủ lạnh Việc sử dụng vật liệu aerogel carbon tự chế tạo xử lí môi trường ô nhiễm mang lợi lợi ích lớn môi trường sống hạn chế lượng khí thải độc hại Trong báo cáo kết luận nghiên cứu ứng dụng gần xác định ứng dụng cacbon aerogel việc làm không khí chẳng hạn chụp CO2 loại bỏ VOC xử lý nước bao gồm dầu hợp chất hữu độc hại nặng loại bỏ ion kim loại Hiện , vấn đề ô nhiễm môi trường Việt Nam tăng cao, việc sử dụng aerogel carbon nhập tốn nên việc nghiên cứu chế tạo, khảo sát đặc tính vật liệu aerogel carbon ứng dụng xử lí hợp chất hữu bền môi trường nước điều cần thiết II LÍ DO LỰA CHỌN CƠ SỞ ĐÀO TẠO Chọn trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội sở đào tạo do: - Là sở đào tạo đại học sau đại học lớn Việt Nam ngành khoa học tự nhiên - Chất lượng đội ngũ cán bộ, giảng viên nhà trường cao nước - Trường ĐHKHTN chủ động lựa chọn hướng nghiên cứu ưu tiên coi trọng việc xây dựng nhóm nghiên cứu mạnh - Cơ sở vật chất, trang thiết bị đại đáp ứng nhu cầu nghiên cứu - Chất lượng đào tạo chuyên sâu III GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Trong nhiều thập kỉ gần đây, có nhiều nghiên cứu tập trung vào vật liệu aerogel cacbon So với vật liệu cacbon khác loại hình aerogel aerogel cacbon có độ xốp diện tích bề mặt tương đối lớn, khả ứng dụng đa dạng việc hấp thụ,đóng vai trò xúc tác trình phản ứng Dưới kết nghiên cứu số tác giả aerogel cacbon Nhóm tác giả Fairén-Jiménez D, Carrasco-Marín F, Moreno-Castilla C ( 2006 )đã nghiên cứu độ xốp diên tích bề mặt Độ xốp diện tích bề mặt khối aerogel cacbon ứng dụng làm chất xúc tác cho phản ứng trùng hợp thay thê kiềm cacbonat axit hữu Nhóm tác giả Kabbour H, Baumann TF, Satcher JH, Saulnier A, Ahn CC khảo sát khả lưu trữ lượng hydro bề mặt aerogel cacbon đạt kết ý aerogel cacbon trở thành vật liệu có tiềm chất hấp phụ để lọc nước, xử lí thuốc nhuộm hữu dầu thông qua loạt phương pháp phát triển để điều chỉnh độ xốp aerogel cacbon Nhóm nghiên cứu Qian YQ, Ismail IM, Stein A Ultralight tổng hợp thành công GO đạt đến diện tích bề mặt BET 640 m2 / g khối lượng lỗ xốp 2,92 cm / g hấp thụ dung môi hữu với 200- 400 lần khối lượng ban đầu Nhóm tác giả Chi thiết kế hợp chất hình dạng 3D xốp (HGAs) sử dụng hạt PS với kích cỡ khác để phân phối độ xốp kích thước lỗ mao quan nhỏ Các HGAs kỵ nước, diện tích bề mặt riêng lớn kích thước lỗ 237,47 m2 / g 120 nm Nhóm Ramirez nghiên cứu giảm tác hại azo nhuộm da cam II có mặt H2O2 sử dụng sắt tẩm RF-CA Gần đây, nhóm nghiên cứu Peng chế tạo Fe 2O3 /CA (3DOM-Fe2O3 / CA) điện cực cấu trúc 3D lượng điện tử Fenton Trên sở kết nghiên cứu , luận án tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác aerogel cacbon để làm xúc tác xử lý hợp chất hữu bền nước Các đề tài nghiên cứu chế tạo hệ vật liệu sở aerogel cacbon với nghiên cứu nước, song việc nghiên cứu điều kiện Việt Nam cho kết tốt hứa hẹn nhiều triển vọng để ứng dụng xử lý hợp chất hữu bền nước IV MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu chế tạo vật liệu aerogel carbon khảo sát khả xử lý hợp chất hữu bền gây ô nhiễm môi trường nước V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tổng hợp aerogel cacbon; - Nghiên cứu điều kiện tối ưu cho trình tổng hợp vật liệu; - Khảo sát cấu trúc vật liệu tổng hợp phương pháp X-ray, SEM, TEM, BET ; - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu tổng hợp để xử lý số hợp chất hữu bền nước; - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý hợp chất hữu bền; - Nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu; - Tối ưu hoá điều kiện xử lý nước thải pH, hàm lượng chất oxi hoá, lượng xúc tác cần dùng… - Khảo sát thay đổi hàm lượng COD, nồng độ hợp chất hữu theo thời gian xử lý; - Đánh giá hiệu xử lý chất ô nhiễm; - Xây dựng qui trình xử lý (qui mô PTN) nước thải chứa hợp chất hữu bền VI ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Vật liệu aerogel carbon biến tính tác nhân, hợp chất hữu bền có mặt nước thải VII CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Điều tra thống kê, thu thập số liệu công trình nghiên cứu có liên quan đến hướng đề tài luận án; - Các phương pháp phân tích đánh giá tổng hợp tài liệu; - Chế tạo vật liệu nghiên cứu điều kiện để tối ưu hóa trình chế tạo vật liệu; - Phương pháp xác định cấu trúc vật liệu: Xác định cấu trúc bề mặt phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), xác định cấu trúc vật liệu phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp phổ đồ đẳng nhiệt hấp phụ nitơ, xác định diện tích bề mặt riêng (BET) - Khảo sát khả xử lý hợp chất hữu bền hệ vật liệu tổng hợp - Phương pháp phân tích hàm lượng chất hữu bền nước - Thí nghiệm với mô hình: Sử dụng mô hình phòng thí nghiệm VIII NỘI DUNG VÀ PHẠM VI CỦA VẤN ĐỀ SẼ ĐI SÂU NGHIÊN CỨU, GIẢI QUYẾT VÀ TRIỂN VỌNG ĐẠT ĐƯỢC Tổng quan - Nghiên cứu khả chế tạo vật liệu aerogel cacbon - Nghiên cứu đặc trưng nước thải chứa hợp chất hữu khó phân hủy làm đối tượng xử lý - Triển vọng ứng dụng vật liệu aerogel cacbon xử lý nước thải chứa hợp chất hữu bền Nghiên cứu xây dựng phương pháp thực nghiệm - Phương pháp nghiên cứu vật liệu aerogel cacbon - Nghiên cứu sơ đồ hệ thống thực nghiệm Nghiên cứu triển khai - Chế tạo hệ vật liệu aerogel cacbon - Nghiên cứu lựa chọn thiết bị tổng hợp vật liệu, thiết bị xử lý nước chứa hợp chất hữu bền - Xây dựng sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý nước thải chứa hợp chất hữu bền - Xác định mô hình hiệu cho trình xử lý - Xác định tính khả thi hệ thống xử lý Triển vọng kết đạt - Tính khoa học: Có sở khoa học việc ứng dụng hệ vật liệu sở aerogel cacbon việc xử lý hợp chất hữu bền nước - Tính đề tài: Chế tạo ứng dụng hệ vật liệu sở Aerogel cacbon để xử lý hợp chất hữu nước - Tính thực tiễn đề tài: Áp dụng hệ vật liệu tổng hợp để xử lý nước thải chứa hợp chất hữu bền IX CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA NHỮNG ĐỊNH HƯỚNG VÀ NGHIÊN CỨU Trong năm gần đây, vật liệu tổng hợp aerogel cacbon tập trung nghiên cứu ứng dụng vào thực tế xử lý môi trường Các kết công bố cho thấy khả xử lý vật liệu xúc tác aerogel cacbon chất ô nhiễm tốt Các vật liệu xúc tác chế tạo có tác dụng kép, tác dụng hấp phụ tác dụng xúc tác Chế tạo aerogel cacbon từ nhiều nguyên liệu khác : ống cacbon nano, graphit oxit hay vật liệu cacbon phương pháp sol – gel Có nhiều hướng khác nhau: - Điều chế aerogel cacbon từ nano cacbon graphit oxit theo qui trình tạo khung cacbon qua sấy xử lí nhiệt tạo gel biến tính: - Điều chế aerogel cacbon chất ban đầu polime cacbon hoá tạo khung qua giai đoạn sấy làm khô tạo gel phương pháp ngân tán biến tính Các trình định hướng nghiên cứu sau: + Nghiên cứu điều kiện tối ưu cho trình tổng hợp vật liệu; + Khảo sát cấu trúc vật liệu tổng hợp + Nghiên cứu ứng dụng vật liệu tổng hợp để xử lý số hợp chất hữu bền nước; + Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý hợp chất hữu bền pH, nhiệt độ, lượng chất xúc tác + Khảo sát khả xúc tác quang vật liệu + Tối ưu hoá điều kiện xử lý nước thải pH, hàm lượng chất oxi hoá, lượng xúc tác cần dùng… + Đánh giá hiệu xử lý chất ô nhiễm; + Xây dựng qui trình xử lý (qui mô PTN) nước thải chứa hợp chất hữu bền Hình : qui trình điều chế chung carbon aerogel Hình : Qui trình điều chế carbon aerogel từ graphit oxit - Khả hấp phụ hệ vật liệu xúc tác: aerogel cacbon có cấu trúc kích thước lỗ tương đối lớn ( xấp xỉ 50 nm ); diện tích bề mặt lớn (khoảng từ 400 đến 1100 m2/g Do aerogel cacbon có khả hấp phụ tốt 10 Hình 2: Cơ chế trình hấp phụ aerogel cacbon - Khả xúc tác hệ vật liệu: + Trong điều kiện không chiếu sáng, số hệ vật liệu ví giống hệ Fenton, ví dụ Fe2O3/ arogel cacbon H2O2 Cơ chế phản ứng oxi hóa mô tả sau: Fe3+ + H2O2 Fe(OOH)2+ + H+ (1) Fe(OOH)2+ → Fe2+ + HO2• (2) Fe2+ + H2O2→ Fe3+ + HO- + HO• (3) Fe3+ + HO2• → Fe2+ + H+ + O2 (4) RH + HO• → H O+ R• → · ·· → oxygenated compounds +nH2O + mCO2 (12) R• + O2 → ROO• (5) Phenol + ROO• → R• + ROOH (6) ROOH → RO• + HO• (7) Vật liệu xúc tác Fe2O3/aerogel cacbon kết hợp với chất oxi hóa H2O2 chúng tạo thành hệ giống Fenton Dưới tác dụng xúc tác nhiệt độ, H 2O2 chuyển hóa thành gốc hoạt động HO• Gốc hoạt động HO• oxi hóa hợp chất hữu thành H 2O CO2 Khi có mặt ion kim loại sắt mangan, H 2O2 phân hủy thành HO• HO• tham gia phản ứng oxi hóa theo phương trình sau đây: S + H2O2  → S+ + OH- + HO• 11  → + S + H2O2 S + •HO2 + H+ ← → • H+ + O2- HO2 Ở S S+ biểu thị cation kim loại dạng khử dạng oxi hóa Cả •HO2 O2đều không bền vững, chúng phản ứng với H2O2 để hình thành HO• theo phương trình: • HO2 + H2O2 O2- + H2O2  →  → HO• + H2O + O2 HO• + OH- + O2 Gốc HO• tác nhân oxi hóa mạnh, có khả oxy hóa hoàn toàn hợp chất hữu Tốc độ oxi hóa phụ thuộc vào nồng độ HO• có mặt dung dịch + Trong điều kiện chiếu sáng, nhiều hệ vật liệu đóng vai trò xúc tác quang hóa Ví dụ hệ vật liệu TiO 2/CA Cơ chế phản ứng oxi hóa có tham gia xúc tác quang hóa sau: Khi chiếu sáng, xúc tác hấp thụ lượng, electron lớp vỏ hoá trị nhảy lên lớp dẫn điện, tạo lỗ trống mang điện tích dương (h+) lớp vỏ hoá trị e - h+ phản ứng với tác nhân H 2O, H2O2, O2 để tạo gốc hoạt động mạnh OH • H2 O + h +  → + O2 + 2H + 2e - • OH + H+  → - (8) H2O2 (10) OH + H+ H O2 + e hγ H2 O2 → O2 - + H 2O2 • OH  → • (12) O2 + e OH + OH- + O2 (14) 12 - -  →  →  → • • OH (9) OH + OH- (11) O 2- (13) Sau tạo tác nhân oxi hoá hoạt động gốc hydroxyl ( •OH), gốc oxi hóa chất ô nhiễm thành sản phẩm oxi hóa trung gian, sản phẩm oxi hóa cuối thu H2O CO2 RH + HO• → ·· · → nH2O + mCO2 (15) Quá trình oxi hóa chất hữu R mô tả theo sơ đồ sau: Hình 3: Cơ chế trình oxi hóa chất ô nhiễm nhờ hệ xúc tác TiO2 / aerogel cacbon Quá trình xử lý chất ô nhiễm sử dụng hệ vật liệu MQTB kim loại/ aerogel cacbon có khả chuyển hóa hợp chất hữu bền nước, hợp chất có màu…thành sản phẩm an toàn cho môi trường CO2, H2O Hệ vật liệu hứa hẹn mang lại hiệu cao so với vật liệu chứa TiO có tác dụng kép: vừa chất hấp phụ, vừa xúc tác quang hóa OH tạo công vào hợp chất hữu cơ: HO + chất hữu → chất trung gian → CO2 + H2O X KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TRONG THỜI GIAN ĐÀO TẠO Nội dung công việc Kế hoạch thực 13 Ghi Nghiên cứu tổng quan: Từ 09/2016 03/2017 + Đọc, nghiên cứu tổng quan tài liệu aerogel, aerogel carbon + Nghiên cứu tổng quan nguồn gây ô nhiễm + Nghiên cứu tổng quan tình hình áp dụng công nghệ xử lý hợp chất gây ô nhiễm nước giới + Nghiên cứu tổng quan hoạt động kiểm soát ô nhiễm hợp chất gây ô nhiễm giới Việt Nam Viết chuyên đề, báo cáo công việc đạt đến + Xây dựng phương pháp nghiên cứu Từ 03/2017 12/2017 + Nghiên cứu chế tạo aerogel carbon (các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu); + Khảo sát cấu trúc vật liệu; + Xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý hợp chất gây ô nhiễm vật liệu chế tạo được; + Hoàn thiện sơ đồ thiết bị thực nghiệm + Định kỳ báo cáo kết đạt + Nghiên cứu ứng dụng thực nghiệm Phòng Từ 12/2017 thí nghiệm Hóa môi trường, Khoa Hoá học 12/2018 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội + Tổng hợp xử lý số liệu thực nghiệm + Xây dựng quy trình xử lý môi trường chứa Từ 12/2018 hợp chất gây ô nhiễm 06/2019 đến + Đánh giá kết quả, phân tích bình luận số Từ 06/2019 liệu, viết, chỉnh sửa hoàn thiện luận án 09/2019 đến 14 Công bố kết qủa nghiên đến cứu tạp chí chuyên ngành đến XI KINH NGHIỆM, KIẾN THỨC CHUYÊN MÔN MÀ THÍ SINH ĐÃ CHUẨN BỊ - Có kiến thức ngành hóa môi trường - Có khả tự nghiên cứu thực hành thực nghiệm XII DỰ KIẾN KẾ HOẠCH HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC SAU KHI HOÀN THÀNH CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TIẾN SĨ Tham gia cộng tác nghiên cứu với thành viên công tác viện nghiên cứu, trường Đại Học, viện thiết kế, phận quản lý tổng hợp Bộ, ngành, v.v… XIII ĐỀ XUẤT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS Nguyễn Văn Nội TS Nguyễn Hữu Vân XIV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Brinker, C J.; Scherer, G W Sol-Gel Science; Academic Press Inc.:New York, 1990 [2] Bouhamed, F., Elouear, Z., Bouzid, J & Ouddane, B Batch sorption of Pb(II) ions from aqueous solutions using activated carbon prepared from date stones:equilibrium, kinetic, and thermodynamic studies Desalin Water Treat 1–11(2013) [3] Jin Y, Zhao G, Wu M, Lei Y, Li M, Jin X In situ induced visible-light photoeletrocatalytic activity from molecular oxygen on carbon aerogel-supported TiO2 J Phys Chem C 2011, 115, 9917–9925 [4] Jintao Zhang,1* Zhenhai Xia,2 Liming Dai1† Carbon-based electrocatalysts for advanced energy conversion and storage Science Advances (2015):Vol 1, no 7, e1500564 15 [5] Liu YB, Liu H, Zhou Z, Wang TR, Ong CN, Vecitis CD Degradationof the common aqueous antibiotic tetracycline using a carbonnanotube electrochemical filter Environ Sci Technol 2015, 49, 7974–7980 [6] Mateusz B Bryning, Daniel E Milkie, Mohammad F Islam, Lawrence A Hough, James M Kikkawa, and Arjun G Yodh Carbon Nanotube Aerogels Adv Mater (2007), 19, 661–664 [7] Pekala RW, Alviso CT A new synthetic route to organic aerogels.Met Res Soc Symp Proc (1990); 180: 791-795 [8] Xiao N, Zhou Y, Qiu J, Wang Z, Preparation of carbon nanofibers/carbon foam monolithic composite from coal liquefaction residue Fuel 2010; 89(5): 1169-71 [9] Lin, S.H., Lin, C.M., Treatment of textile waste effluents by ozonation and chemical coagulation Water Res 27 (12), (1993),1743–1748 [10] Ai Du , Bin Zhou , Zhihua Zhang and Jun Shen A Special Material or a New State of Matter: A Review and Reconsideration of the Aerogel Materials (2013) [11] Kim, K.H.; Vural, M.; Islam, M.F Single-walled carbon nanotube aerogel-based elasticconductors Adv Mater (2011), 23, 2865–2869 [12] Wu, X.Z.; Zhou, J.; Xing, W.; Wang, G.Q.; Cui, H.Y.; Zhuo, S.P.; Xue, Q.Z.; Yan, Z.F.;Qiao, S.Z High-rate capacitive performance of graphene aerogel with a superhigh C/O molarratio J Mater Chem (2012), 22, 23186–23193 [13] Lizeng Zuo, Youfang Zhang, Longsheng Zhang, Yue-E Miao,Wei Fan , and Tianxi Liu Polymer/Carbon-Based Hybrid Aerogels: Preparation, Properties and Applications Materials (2015), 8, 6806–6848 [14] Chen, H.B.; Liu, B.; Huang, W.; Wang, J.S.; Zeng, G.; Wu, W.H.; Schiraldi, D.A Fabrication and properties of irradiation-cross-linked poly(vinyl alcohol)/clay aerogel composites ACS Appl Mater Interfaces (2014), 6, 16227–16236 16 [15] Wang, C.H.; He, X.D.; Shang, Y.Y.; Peng, Q.Y.; Qin, Y.Y.; Shi, E.Z.; Yang, Y.B.; Wu, S.T.; Xu, W.J.;Du, S.Y.; et al Multifunctional graphene sheet-nanoribbon hybrid aerogels J Mater Chem A (2014), 2,14994–15000 [16] Huang H, Chen P, Zhang X, Lu Y, Zhan W Edge-to-edge assembled graphene oxide aerogels with outstanding mechanical performance and superhigh chemical activity.Small (2013);9(8):1397–404 17 [...]... hiện 13 Ghi chú Nghiên cứu tổng quan: Từ 09/2016 03/2017 + Đọc, nghiên cứu tổng quan tài liệu về aerogel, aerogel carbon + Nghiên cứu tổng quan về các nguồn gây ô nhiễm + Nghiên cứu tổng quan về tình hình áp dụng các công nghệ xử lý các hợp chất gây ô nhiễm trong nước và trên thế giới + Nghiên cứu tổng quan về các hoạt động kiểm soát sự ô nhiễm các hợp chất gây ô nhiễm trên thế giới và ở Việt Nam Viết... + Xây dựng phương pháp nghiên cứu Từ 03/2017 12/2017 + Nghiên cứu chế tạo aerogel carbon (các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu) ; + Khảo sát cấu trúc của vật liệu; + Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý hợp chất gây ô nhiễm của vật liệu chế tạo được; + Hoàn thiện sơ đồ thiết bị thực nghiệm + Định kỳ báo cáo các kết quả đã đạt được + Nghiên cứu ứng dụng thực nghiệm tại Phòng... Từ 12/2017 thí nghiệm Hóa môi trường, Khoa Hoá học 12/2018 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội + Tổng hợp và xử lý số liệu thực nghiệm + Xây dựng quy trình xử lý môi trường chứa Từ 12/2018 hợp chất gây ô nhiễm 06/2019 đến + Đánh giá kết quả, phân tích và bình luận số Từ 06/2019 liệu, viết, chỉnh sửa và hoàn thiện luận án 09/2019 đến 14 Công bố kết qủa nghiên đến cứu trên tạp chí chuyên ngành... các hợp chất hữu cơ bền trong nước, các hợp chất có màu…thành các sản phẩm an toàn cho môi trường như CO2, H2O Hệ vật liệu này hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao hơn so với vật liệu chỉ chứa TiO 2 vì nó có tác dụng kép: vừa là chất hấp phụ, vừa là xúc tác quang hóa OH được tạo ra tấn công vào hợp chất hữu cơ: HO + chất hữu cơ → các chất trung gian → CO2 + H2O X KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TRONG THỜI GIAN ĐÀO... các chất ô nhiễm thành các sản phẩm oxi hóa trung gian, sản phẩm oxi hóa cuối cùng thu được là H2O và CO2 RH + HO• → ·· · → nH2O + mCO2 (15) Quá trình oxi hóa chất hữu cơ R được mô tả theo sơ đồ sau: Hình 3: Cơ chế quá trình oxi hóa chất ô nhiễm nhờ hệ xúc tác TiO2 / aerogel cacbon Quá trình xử lý các chất ô nhiễm sử dụng hệ vật liệu MQTB kim loại/ aerogel cacbon có khả năng chuyển hóa các hợp chất hữu. ..Hình 2: Cơ chế quá trình hấp phụ của aerogel cacbon - Khả năng xúc tác của hệ vật liệu: + Trong điều kiện không chiếu sáng, một số hệ vật liệu được ví giống như một hệ Fenton, ví dụ như Fe2O3/ arogel cacbon và H2O2 Cơ chế phản ứng oxi hóa được mô tả như sau: Fe3+ + H2O2 Fe(OOH)2+ + H+ (1) Fe(OOH)2+ → Fe2+ + HO2• (2) Fe2+ + H2O2→ Fe3+... hóa môi trường - Có khả năng tự nghiên cứu thực hành thực nghiệm XII DỰ KIẾN KẾ HOẠCH HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC SAU KHI HOÀN THÀNH CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TIẾN SĨ Tham gia cộng tác nghiên cứu với các thành viên công tác tại các viện nghiên cứu, trường Đại Học, viện thiết kế, các bộ phận quản lý tổng hợp của Bộ, ngành, v.v… XIII ĐỀ XUẤT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 PGS TS Nguyễn Văn Nội 2 TS Nguyễn Hữu Vân XIV TÀI LIỆU... ROOH → RO• + HO• (7) Vật liệu xúc tác Fe2O3 /aerogel cacbon khi kết hợp với chất oxi hóa H2O2 chúng sẽ tạo thành hệ giống Fenton Dưới tác dụng của xúc tác và nhiệt độ, H 2O2 được chuyển hóa thành gốc hoạt động HO• Gốc hoạt động HO• sẽ oxi hóa các hợp chất hữu cơ thành H 2O và CO2 Khi có mặt của các ion kim loại sắt hoặc mangan, H 2O2 được phân hủy thành HO• và HO• tham gia phản ứng oxi hóa theo các... O2- HO2 Ở đây S và S+ biểu thị cation kim loại dạng khử và dạng oxi hóa Cả •HO2 và O2đều không bền vững, chúng sẽ phản ứng với H2O2 để hình thành HO• theo các phương trình: • HO2 + H2O2 O2- + H2O2  →  → HO• + H2O + O2 HO• + OH- + O2 Gốc HO• là tác nhân oxi hóa mạnh, có khả năng oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ Tốc độ oxi hóa phụ thuộc vào nồng độ của HO• có mặt trong dung dịch + Trong điều kiện... điều kiện chiếu sáng, nhiều hệ vật liệu đóng vai trò là xúc tác quang hóa Ví dụ như hệ vật liệu TiO 2/CA Cơ chế phản ứng oxi hóa có sự tham gia của xúc tác quang hóa như sau: Khi được chiếu sáng, xúc tác sẽ hấp thụ năng lượng, một electron của lớp vỏ hoá trị sẽ nhảy lên lớp dẫn điện, tạo ra một lỗ trống mang điện tích dương (h+) trong lớp vỏ hoá trị e - và h+ sẽ phản ứng với các tác nhân H 2O, H2O2,