Nghiên cứu tổng hợp theo phương php trực tiếp v ứng dụng xử lý các hợp chất hữu cơ ô nhiễm của vật liệu xúc tác quang TiO2SBA 15

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự bùng nổ dân số với tốc độ đô thị hóa, cơng nghiệp hóa nhanh chóng tạo sức ép lớn tới môi trường sống Việt Nam Công nghiệp dân số phát triển đòi hỏi nguồn cung cấp nước phong phú vững bền Bên cạnh thải vào mơi trường nguồn nhiễm Trong đó, vấn đề nhiễm bẩn hữu vấn đề được quan tâm hàng đầu của nhà nghiên cứu Chất thải hữu chứa hàm lượng chất hữu khó phân hủy hợp chất vịng benzen, chất có nguồn gốc từ chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng, thuốc diệt cỏ, hóa chất cơng nghiệp…; chất có độc tính cao sinh vật (gồm lồi sinh vật có khả lây nhiễm được đưa vào mơi trường nước Ví dụ nước thải của bệnh viện chưa được xử lý xử lý không triệt để mầm bệnh) Hiện nay, để xử lý chúng sử dụng chất oxi hóa thơng thường, mà cần phải có vật liệu có khả oxi cực mạnh Gần đây, việc sử dụng phản ứng xúc tác quang của chất bán dẫn TiO2, ZnO, CdS Fe2O3 cấu trúc nano để tạo gốc có tính oxy hóa mạnh thu hút quan tâm lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng So với chất xúc tác quang khác, TiO2 thể ưu điểm vượt trội giá thành thấp, hiệu xúc tác quang cao, bền hóa học thân thiện với môi trường Tuy nhiên, nhược điểm của vật liệu TiO được điều chế theo phương pháp thơng thường có diện tích bề mặt khơng lớn, hoạt tính xúc tác quang thể vùng ánh sáng tử ngoại độ phân tán của xúc tác hệ phản ứng dị thể không tốt Nếu sử dụng TiO dạng hạt nano để làm chất xúc tác khó thu hồi sau phản ứng Trong lúc đó, chất mang xúc tác lý tưởng, vật liệu oxit silic mao quản trung bình, đặc biệt SBA-15, đáng được quan tâm chúng có diện tích bề mặt lớn, kích thước mao quản điều chỉnh được, khung mao quản có độ trật tự cao đặc biệt suốt tia UV Vì vậy, tổ hợp hai loại vật liệu nano dạng mao quản SBA-15 dạng hạt (thanh, dây) TiO2, hạn chế nêu được cải thiện, đồng thời tăng cường ưu điểm của chúng cải thiện độ bền, độ đồng của cỡ hạt, khả điều khiển hình dạng kích cỡ nano mét của hạt, khả hấp phụ, độ phân tán tâm xúc tác, khả tách, hoàn nguyên xúc tác, quan trọng cải thiện hiệu xúc tác Tuy vậy, việc kết hợp hai loại vật liệu vấn đề mẻ cần thiết phải được nghiên cứu, lẽ hứa hẹn khả tăng cường ưu của vật liệu ứng dụng chúng thực tiễn Tình hình cho thấy, hướng nghiên cứu điều chế khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 nhằm ứng dụng lĩnh vực xử lý mơi trường cần thiết, có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn Vì tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp trực tiếp ứng dụng xử lý hợp chất hữu ô nhiễm vật liệu xúc tác quang TiO2/SBA-15” Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo được vật liệu xúc tác quang nano tổ hợp TiO2/SBA-15 - Đề xuất được quy trình chế tạo vật liệu nano TiO2 chất mang SBA15 theo hướng tối ưu dễ triển khai thực tế - Thử nghiệm ứng dụng vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 vào xử lý nước thải bị ô nhiễm Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu chứa TiO 2/SBA-15 được điều chế dạng bột - Nghiên cứu biến tính (pha tạp) bạc vào vật liệu nano TiO 2/SBA-15, tính chất của vật liệu trước sau biến tính - Nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của TiO 2/SBA-15 TiO2/SBA15 biến tính thí nghiệm xử lý chất hữu 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Chế tạo vật liệu xúc tác quang nano tổ hợp TiO 2/SBA-15 theo cách tổng hợp trực tiếp - Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 phản ứng phân hủy xanh metylen, metyl da cam Từ làm sở cho việc thử nghiệm ứng dụng chúng xử lý hợp chất hữu tổng số nước thải Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp biến tính vật liệu nano TiO2/SBA-15 phương pháp sol-gel, thủy nhiệt theo cách phối trộn đồng thời nguồn nguyên liệu chứa Ti Si - Đặc trưng vật liệu phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD) nhằm phân tích cấu trúc tinh thể vi tinh thể; chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), truyền qua (TEM) nhằm khảo sát hình thái, kích thước, trạng thái xếp của mao quản độ phân tán của vật liệu; khảo sát độ xốp diện tích bề mặt riêng; quang phổ hồng ngoại nhằm xác định kiểu liên kết vật liệu; phổ tán xạ lượng tia X (EDX) nhằm xác định thành phần nguyên tố pha rắn; phổ tử ngoại- khả kiến (UV-Vis) nhằm khảo sát hấp thụ ánh sáng - Thử nghiệm hoạt tính xúc tác quang được đánh giá theo phương pháp chuẩn - Sản phẩm phản ứng được phân tích phương pháp quang UV-Vis Trong thí nghiệm khảo sát xử lý nước thải ô nhiễm, tiêu COD được xác định theo phương pháp được chuẩn hóa Bố cục đề tài Luận văn bao gồm chương Chương : Tổng Quan Trình bày sở lý thuyết tính chất TiO cấu trúc nano, SBA-15 ứng dụng của vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 thực tiễn Chương : Thực nghiệm Trình bày bước tiến hành thực nghiệm về: - Quy trình điều chế TiO2/SBA-15 phương pháp thủy nhiệt, tổng hợp vật liệu pha tạp bạc - Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu theo thời gian, loại ánh sáng kích thích - Khảo sát khả xử lý của vật liệu nano tổ hợp TiO 2/SBA-15 pha tạp bạc chất hữu ô nhiễm nước thải công nghiệp ánh sáng đèn compact Chương 3: Kết thảo luận Trình bày vấn đề về: Đặc trưng, tính chất của vật liệu; hoạt tính xúc tác quang của vật liệu metyl da cam, xanh metylen; thử nghiệm ứng dụng vật liệu xử lý hợp chất hữu tổng số của nước thải Ngồi cịn có phần mở đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo Tổng quan tài liệu nghiên cứu Phần tổng quan của luận văn tham khảo 37 tài liệu khoa học vật liệu TiO2, SBA-15 kiến thức liên quan Nhìn chung, cơng bố kết nghiên cứu hai loại vật liệu nêu phong phú Tuy nhiên, cịn nghiên cứu kết hợp hai loại vật liệu nano TiO SBA15 Vì vậy, đối tượng vật liệu nano tổ hợp TiO 2/SBA-15 mẻ cần thiết phải được quan tâm, lẽ hứa hẹn khả tăng cường được ưu hạn chế nhược điểm của hai loại vật liệu thành phần ứng dụng quang xúc tác Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình SBA-15 (Santa Barbara Amorphous) Năm 1998, Zhang cộng [35] tổng hợp được họ vật liệu mới, kí hiệu SBA-n, có cấu trúc lục lăng 2-D 3-D (SBA-2, 3, 12, 15) lập phương (SBA-1, 6, 16), bật SBA-15 SBA-16 SBA-15 được tổng hợp sử dụng chất tạo cấu trúc hay tác nhân định hướng cấu trúc chất hoạt động bề mặt copolime khối Pluronic (P123: m = 20, n=70; F127: m=106, n=70): SBA-15 vật liệu mao quản trung bình dạng lục lăng (hình 1.1a), nhóm khơng gian P6mm với MCM-41 được tổng hợp môi trường axit (khác với MCM-41 môi trường kiềm) sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion (a) (b) Hình 1.1 Cấu trúc SBA-15: (a) Mơ hình mao quản xếp theo dạng lục lăng; (b) Sự kết nối kênh mao quản sơ cấp qua mao quản thứ cấp Tuy nhiên, tính chất của chất hoạt động bề mặt loại Pluronic, vật liệu SBA-15 so với vật liệu MCM-41 có khác quan trọng mao quản tính chất hấp phụ Trong cách tổng hợp thơng thường, SBA-15 có thành mao quản dày vơ định hình Diện tích bề mặt BET của SBA-15 thường thấp MCM-41 thành mao quản dầy nên chúng có độ bền thủy nhiệt lớn Cũng loại chất hoạt động bề mặt Pluronic, SBA-15 có mao quản thứ cấp bên thành, bao gồm vi mao quản mao quản trung bình nhỏ Kênh mao quản song song của SBA-15 được kết nối với qua vi lỗ mao quản trung bình nhỏ thành mao quản [12] (hình 1.1b) 1.2 Giới thiệu vật liệu nano TiO2 1.2.1 Cấu trúc [13], [29] Titan nguyên tố phổ biến thứ chín lớp vỏ trái đất, tự nhiên kết hợp với nguyên tố khác oxi để tạo thành titan đioxit (TiO 2) Dạng thường thấy của TiO2 tự nhiên FeTiO3 hay FeO-TiO2 (quặng illmenit) vật liệu TiO2 thường dùng được sản xuất từ nguồn Titan đioxit chất bán dẫn, cấu trúc tinh thể gồm ba dạng sau: rutile, anatase brookite, hai dạng thù hình thường gặp rutile anatase cịn dạng brookite gặp a) Rutile Rutile trạng thái tinh thể bền của TiO Rutile dạng Bravais tứ phương với hình bát diện tiếp xúc đỉnh Rutile pha có độ xếp chặt cao so với hai pha cịn lại (hình 1.2) Đối với rutile nguyên tử O được bao xung quanh nguyên tử Ti tạo thành tam giác Các bát diện TiO6 có cạnh chung dọc theo trục [001] đỉnh chung với bát diện nằm kề Khoảng cách Ti-O 1,959 nm; TiTi 2,96 nm 3,57 nm Góc TiƠTi 1200 (a) (b) Hình 1.2 Tinh thể Rutile: (a) dạng tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể b) Anatase Là dạng có hoạt tính quang hóa mạnh pha Anatase dạng Bravais tứ phương với hình bát diện tiếp xúc cạnh với trục c của tinh thể bị kéo dài (hình 1.3) Anatase thường có màu nâu sẫm, đơi có màu vàng xanh, có độ sáng bóng tinh thể kim loại Tuy nhiên lại dễ rỗ bề mặt, vết xước có màu trắng TiO dạng anatase chuyển hóa thành dạng rutile điều kiện nhiệt độ phản ứng thích hợp Titan Oxy (a) (b) Hình 1.3 Tinh thể anatase: (a) dạng tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể c) Brookite Là dạng có hoạt tính quang hóa yếu, thường gặp nên được đề cập nghiên cứu ứng dụng Cấu trúc tinh thể brookite được biểu diễn hình 1.4 Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể brookite 1.2.2 Một số tính chất TiO2 Bảng 1.1 Nêu số tính chất vật lý của TiO2 dạng anatase rutile Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý TiO2 dạng anatase rutile Tính chất Hệ tinh thể Nhóm không gian Anatase Tetragonal I41/amd Thông số mạng a 3,78 A o 4,58 A Thông số mạng c 9,49 A o 2,95 A Khối lượng riêng Độ khúc xạ Độ cứng (thang Mox) Hằng số điện mơi Nhiệt độ nóng chảy 3,895 g/cm3 2,52 5,5-6,0 31 Nhiệt độ cao chuyển sang dạng rutile Mức lượng vùng cấm (eV) 3,25 Rutile Tetragonal P42/mnm o o 4,25 g/cm3 2,71 6,0-7,0 114 18580C 3,05 TiO2 tham gia số phản ứng với axit kiềm mạnh TiO dạng có kích thước micromet bền mặt hóa học TiO2 có số tính chất ưu việt thích hợp dùng làm chất xúc tác quang như: - Hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại, cho ánh sáng vùng hồng ngoại khả kiến truyền qua - Là vật liệu có độ xốp cao, tăng cường khả xúc tác bề mặt 10 - Bền, không độc hại, giá thành thấp - Ái lực bề mặt TiO2 phân tử cao, dễ dàng phủ lớp TiO2 lên loại đế với độ bám dính tốt - Nồng độ chất bẩn loãng cách hấp phụ bề mặt của TiO 2, nơi tạo gốc hoạt tính Điều thích hợp cho việc xử lý chất khí nặng mùi hay vết bẩn nhiễm làm khơng khí nhà - Các chất bẩn thường bị khống hóa hồn tồn TiO 2, nồng độ sản phẩm chất bẩn đủ nhỏ chấp nhận được Tuy nhiên, tốc độ trình xúc tác quang bị giới hạn tốc độ tái hợp của lỗ trống - điện tử, khuyết tật của cấu trúc ion dương bên ngồi Do đó, khó điều khiển hạn chế việc ứng dụng xúc tác quang vào nhiều lĩnh vực Khi sử dụng việc xử lý nước, bề mặt của TiO phải được bao phủ phân tử nước để tạo nên nhóm hydroxyl từ liên kết hydro Điều hạn chế tiếp xúc của chất bẩn với bề mặt TiO 2, đặc biệt chất dễ hòa tan Gần nhà khoa học phát thêm tính chất tuyệt vời của TiO2 bề mặt TiO2 trở nên siêu thấm ướt được chiếu sáng UV Vì vậy, TiO2 được sử dụng nhiều lĩnh vực: xử lí mơi trường, sản xuất kính có khả tự làm chống mờ, chống đọng sương, sản xuất thiết bị điện tử,… 1.2.3 Tổng hợp a) Phương pháp cổ điển [8] Người ta điều chế TiO2 tinh khiết cách kết tủa axit titanic cho NH4OH tác dụng lên dung dịch TiCl4 (hoặc Ti(SO4)2), rửa kết tủa sấy khô nung TiCl4 + NH4OH  Ti(OH)4 + 4NH4Cl (1.1) 65 3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang 3.2.1 Ảnh hưởng thời gian Để khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu TiO 2/SBA-15 theo tỉ lệ TiO2/SiO2 khác (T13, T23, T11, T31), tiến hành thí nghiệm phân hủy xanh metylen metyl da cam điều kiện ánh sáng của đèn tử ngoại Do vật liệu xúc tác TiO chưa pha tạp xạ tử ngoại được hấp thụ tạo hiệu quang hóa Sau khuấy hỗn hợp phản ứng bóng tối để trình hấp phụ - giải hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, hỗn hợp phản ứng được khuấy ánh sáng của đèn tử ngoại cốc hở Theo thời gian, cường độ màu của dung dịch nhạt dần Phổ UV-vis của dung dịch xanh methylen thời điểm phản ứng khác được trình bày hình 3.10 dung dịch metyl da cam được trình bày hình 3.11 a) Quá trình phân hủy xanh metylen Hình 3.10 Phổ UV-Vis dung dịch xanh metylen mẫu xúc tác quang hóa TiO2/SBA-15 thời điểm khác ánh sáng đèn tử ngoại 66 Hình 3.10 cho thấy, phổ của xanh metylen ban đầu có pic khoảng 664 nm, 610 nm đặc trưng cho nhóm mang màu liên hợp Kết nồng độ xanh metylen giảm dần theo thời gian phản ứng Nồng độ giảm mạnh thời gian đầu chậm lại thời gian sau Tốc độ phản ứng phân hủy xanh metylen tăng theo hàm lượng TiO2, nhiên sau giảm tỉ lệ TiO2/SiO2 cao So sánh với thời gian phản ứng, tốc độ màu tăng từ mẫu T13, đến T23 mẫu T11 đạt tốt nhất, sau giảm mẫu T31 Các pic lạ không xuất phổ UV-vis của hệ phản ứng cho thấy khơng có hình thành sản phẩm trung gian mà sản phẩm phản ứng được khống hóa hồn tồn, có nghĩa xanh metylen được oxi hóa hồn tồn thành CO2 H2O b) Quá trình phân hủy metyl da cam Từ phổ UV-Vis nhận thấy cường độ pic hấp thụ đặc trưng của metyl da cam 460 nm giảm dần theo thời gian chiếu xạ Thời gian chiếu xạ lâu metyl da cam bị phân hủy nhiều Tương tự xanh metylen, độ chuyển hóa metyl da cam cao mẫu T11 67 Hình 3.11 Phổ UV-Vis dung dịch metyl da cam mẫu xúc tác quang hóa TiO2/SBA-15 thời điểm khác ánh sáng đèn tử ngoại Kết khẳng định vật liệu TiO2/SBA-15 điều chế được có hoạt tính xúc tác quang ánh sáng đèn tử ngoại, hứa hẹn khả ứng dụng xử lý hợp chất hữu ô nhiễm 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng TiO2/SiO2 Hình 3.12 Phổ UV-VIS dung dịch xanh metylen sau phân hủy 68 mẫu xúc tác T13, T23, T11, T31 ánh sáng đèn tử ngoại Phổ UV-VIS của dung dịch xanh metylen sau thời gian phản ứng mẫu xúc tác quang T13, T23, T11, T31 ánh sáng đèn tử ngoại được trình bày hình 3.12 nhằm khẳng định rõ ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượngTiO2/SiO2 đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Kết cho thấy, hoạt tính xúc tác quang của vật liệu TiO2/SBA-15 thể tốt tỉ lệ TiO2/SiO2 = 1/1 (mẫu T11) Vì vậy, chúng tơi tập trung khảo sát mẫu T11cho nghiên cứu 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nung mẫu TiO2/SBA-15 Hoạt tính xúc tác quang của mẫu TiO2/SBA-15 (tỉ lệ TiO2/SiO2 = 1/1) với nhiệt độ nung khác được khảo sát phản ứng phân hủy metyl da cam Kết được trình bày hình 3.13 Hình 3.13 Phổ UV-Vis dung dịch metyl da cam sau phản ứng mẫu xúc tác T11 (với nhiệt độ nung khác nhau) ánh sáng đèn tử ngoại Hoạt tính xúc tác quang của mẫu nung 5500C mạnh so với mẫu nung 4500C Điều được giải thích mẫu bột nung 4500C số tinh thể TiO2 dạng vơ định hình chưa kịp chuyển thành dạng anatase Mặt khác, nhiệt độ nung 4500C chưa loại hết chất 69 định hướng cấu trúc mao quản của SBA-15 Hình 3.13 cho thấy, mẫu nung 6500C có hoạt tính xúc tác quang Điều nung nhiệt độ cao pha anatase chuyển hóa thành pha rutile dạng có hoạt tính xúc tác quang yếu làm giảm hoạt tính xúc tác của vật liệu 3.2.4 Ảnh hưởng hàm lượng bạc Các mẫu T11 pha tạp với hàm lượng Ag khác (1-6% khối lượng Ag) được khảo sát hoạt tính xúc tác quang phản ứng phân hủy xanh metylen ánh sáng đèn compact Kết được trình bày hình 3.14 Khác với vật liệu TiO2/SBA-15 chưa biến tính, mẫu xúc tác TiO2Ag/SBA-15 thể hoạt tính xúc tác quang tốt ánh sáng khả kiến Hình 3.14 cho thấy, độ chuyển hóa xanh metylen cao hàm lượng Ag pha tạp vào TiO2/SBA-15 khoảng 4% Hình 3.14 Phổ UV-Vis dung dịch xanh metylen sau phản ứng mẫu T11 có hàm lượng Ag thay đổi ánh sáng đèn compact Sự pha tạp kim loại chuyển tiếp có tác dụng chuyển dịch hoạt tính xúc tác quang của TiO2 từ vùng tử ngoại sang vùng khả kiến được số tác giả lý giải [15], [23] Kim loại chuyển tiếp (Ag, Fe, Cr, ) được đưa vào TiO2 có tác dụng làm hẹp độ rộng vùng cấm lai hóa orbital d Ti với nguyên tố chuyển tiếp Mặt khác, chúng đóng vai trị “bẫy” 70 điện tử “bẫy” lỗ trống, tăng cường chia tách lỗ trống - điện tử Các điện tử bị mắc kẹt “bẫy” điện tử bị tương tác O tạo phần tử hoạt động (O2-, •OH) Vì vậy, nồng độ pha tạp tăng khả xúc tác quang tăng lên Nhưng nồng độ pha tạp đạt đến giá trị “bẫy” điện tử lại đóng vai trị tâm tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống làm giảm khả xúc tác quang của vật liệu Vì vậy, nguyên tố có nồng độ pha tạp tối ưu xác định vào TiO2 nano để hoạt tính xúc tác quang của chúng tốt 3.2.5.Ảnh hưởng chất nguồn sáng Từ kết khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Ag, nhận thấy mẫu chứa 4% Ag có hoạt tính xúc tác quang tốt nên mẫu T11 (4% Ag) được chọn để khảo sát hoạt tính xúc tác quang phản ứng phân hủy metyl da cam sau nguồn sáng kích thích khác (ánh sáng đèn compact, mặt trời) Kết được trình bày hình 3.15 Khả phân hủy metyl da cam của mẫu thể tốt ánh sáng mặt trời đến đèn compact, cao nhiều so với mẫu khơng chiếu sáng Điều được lý giải, đèn compact có nguồn ánh sáng thuần túy khả kiến, ánh sáng mặt trời tự nhiên có khoảng 5% tia tử ngoại nên kích thích hỗ trợ thêm cho hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Hình 3.15 Phổ UV-Vis dung dịch metyl da cam sau phân hủy 71 mẫu T11 chứa 4%Ag nguồn sáng khác 3.3.Ứng dụng xử lý nước thải vật liệu TiO2(4%Ag)/SBA-15 Mẫu nước thải của nhà máy dệt được chọn làm đối tượng nghiên cứu Nước thải trước xử lý sau xử lý mẫu T11 chứa 4%Ag (100 ml nước thải/0,4 g xúc tác) ánh sáng đèn compact được đem đo COD để đánh giá hiệu xử lý Kết COD của mẫu chưa xử lý 2272 mg/l cho thấy mẫu nước thải của nhà máy dệt thuộc loại ô nhiễm, thải trực tiếp môi trường được Chỉ số COD của mẫu sau xử lý 368 mg/l, giảm đáng kể so với mẫu ban đầu Như xử lý mẫu nước thải ô nhiễm thành nước thải loại C (theo tiêu chuẩn nước thải công nghiệp-TCVN 5945:2005) Điều mở triển vọng việc nghiên cứu ứng dụng của vật liệu nano tổ hợp TiO2/SiO2 biến tính việc xử lý môi trường điều kiện nguồn sáng tự nhiên 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ♣ KẾT LUẬN Đã điều chế trực tiếp TiO2 chất SBA-15, tạo chất xúc tác có cấu trúc tốt Các kết thu được từ XRD, TEM, SEM, đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ 77 K, IR cho thấy chất xúc tác tạo bảo toàn cấu trúc hexagonal hàm lượng TiO2/SiO2 tăng từ 25:75 đến 40:60, 50:50 75:25 Sản phẩm trì được cấu trúc SBA-15, hệ thống mao quản, diện tích bề mặt, đường kính mao quản giảm so với SBA-15 thuần Đã pha tạp thành công bạc vào vật liệu nano tổ hợp TiO 2/SBA-15 Sau pha tạp bạc làm dịch chuyển phổ hấp thụ ánh sáng của vật liệu sang vùng ánh sáng khả kiến, vật liệu thu được có hoạt tính xúc tác quang tốt ánh sáng mặt trời Đã xác định được lượng pha tạp bạc vào vật liệu tối ưu bạc chiếm 4% khối lượng vật liệu Vật liệu TiO2/SBA-15 điều chế theo phương pháp trực tiếp thu được có khả hoạt động xúc tác quang phân hủy xanh metylen metyl da cam điều kiện ánh sáng tử ngoại Hoạt tính xúc tác tăng theo hàm lượng TiO2 mẫu xúc tác Tỉ lệ TiO2/SiO2=1:1 cho hoạt tính xúc tác quang tốt Khi hàm lượng TiO2 tăng mức hiệu xúc tác quang quang giảm Đã tổng hợp vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 với tỉ lệ TiO2/SiO2=1:1 nhiệt độ nung khác 4500C, 5500C 6500C xác định được mẫu nung 5500C có hoạt tính xúc tác quang tốt Khảo sát ảnh hưởng của loại nguồn sáng kích thích lên hoạt tính xúc tác quang quang của vật liệu Hoạt tính xúc tác quang của mẫu T11 tăng dần theo thứ tự nguồn sáng kích thích: đèn compact < ánh sáng mặt trời 73 Ứng dụng khả xúc tác quang của T11 chứa 4% bạc vào xử lý mẫu nước thải nhà máy dệt Xúc tác T11 xử lý chuyển nước nhà máy dệt ô nhiễm tiêu chuẩn nước thải loại C ♣ KIẾN NGHỊ Để tiếp tục phát triển kết nghiên cứu đạt được luận văn này, đề xuất hướng nghiên cứu sau: Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của mẫu T11 chứa 4% bạc bước sóng ánh sáng kích thích cụ thể để tìm bước sóng tối ưu Thay đổi khối lượng xúc tác thể tích nước thải để chọn tỉ lệ thích hợp cho q trình xử lý đạt kết tốt Nghiên cứu sâu mở rộng mơ hình xử lý nước thải để áp dụng được vào thực tế 74 CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Nguyen Phi Hung, Bui Thi Mai Lam, Mai Thi Tuong Vy and Nguyen Van Nghia, Synthesis and characterizations of photocatalytic material SBA15-TiO2, The 6th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology IWAMSN, Ha Long City, Vietnam, 2012 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Nhu Liễu, Nguyễn Hữu Trí, Trần Trí Luân (2003), "Nghiên cứu điều chế vật liệu xúc tác quang hóa TiO từ sa khống illmenite Việt Nam", Kỷ yếu hợi nghị hóa học tồn quốc lần thứ IV, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Dũng, Hoàng Hải Phong, Phạm Thúy Loan, Cao Thế Hà, Đào Văn Lượng Bằng (2007), “Nghiên cứu điều chế vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 từ sa khống illmenite”, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ, 10(6), tr 25-31 [3] Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano - Cơng nghệ vật liệu nguồn, NXB khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội [4] Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất Khoa học Kỷ thuật, Hà Nội [5] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006), Các q trình oxy hố nâng cao xử lý nước nước thải- Cơ sở khoa học ứng dụng, NXB khoa học kĩ thuật, Hà Nội, III-4, tr 150-187 Tài liệu tiếng Anh [6] Aditi R Gandhe, Julio B Fernandes (2005), “A simple method to synthesize N- doped rutile titania with enhanced photocatalytic activity in sunlight”, Journal of Solid State Chemisty, 178, pp 2953-2957 [7] Al-Sayyed G., D’Oliveira J.C., Pichat P (1991), " Semiconductorsensitised photodegaradation of 4-chlorophenol in water", J.Photochem Photobiol.A: Chem, 58, pp 99-114 [8] Ani K John, S Savithri, K R Prasad and G D Surender (2005), Characterisstics of TiO2 nanoparticler synthesifed through low 76 temperature acrsol process, India [9] An EPRI Community Environmental Center Publ (1996), "Advanced Oxidation Processes for Treatment of Industrial Wastewater", Techcommentary, (1) [10] Benitez J., Beltran-Heredia J., Acero J.L., Rubio F.J (2001), “Oxidation of several chlorophenolic derivatives by UV irradiation and hydroxyl radicals”, Chem Technol Biotechnol, 76(3), pp 312-320 [11] Carey J.H (1992), "An introduction to APO for destruction of organics in wastewater", Water Pollut.Res.J.Can, 27, pp 1-21 [12] C.G Sonwane, Peter J Ludovice (2005), "A note on micro- and mesopores in the walls of SBA-15 and hysteresis of adsorption isotherms", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, Volume 238 (1-2), pp 135-137 [13] Chen X., Mao S S (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: suythesis, properties, modifications, and application”, Chem Rev, 107, pp 2891-2959 [14] Chung_ Kyung Jung, I.–S Bae, Y.–H Song, J.-H.Boo (2005), "Plasma sunface modification of TiO2 photocatalysts for improvement of catalytis efficieney", Surface & Coatings Technology 200, pp 13201324 [15] Cong Y., Zhang J., Chen F., Anpo M., and He D (2007), Preparation, Photocatalytic Activity, and Mechanism of Nano-TiO Co-Doped with Nitrogen and Iron (III), J Phys Chem C, 111 (28), pp 10618-10623 [16] Daneshvar N., Rabanni M., Mordirshahla N., Behnajady M.A (2004), "Kinetic modeling of photocatalytic degradation of Acid Red 27 in UV/TiO2 proccess", J.Photochem Photobiol A: Chem, 168, pp 39-45 [17] Fox M.A., Dulay M.T (1993), "Heterogeneous photocatalysis", Chem 77 Rev, 93, pp 341-357 [18] Herrmann J.M (1999), "Heterogeneous photocatalysis: fundamentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants", Catalysis Today, 53, pp 115-129 [19] Herrmann J.M., Guillard C.,m Pichat (1993), "Heterogeneous photocatalysis: an emerging technology for water treatment", Catalysic Today, 17, pp 7-20 [20] Hoffman M R., Martin, S T., Choi, W., and Bahnemann, P W.(1995), "Environmental application at semicondutor photocatalysis", Chem, Rer.95, pp 69-96 [21] Hyunwong park, Jaesang Lee, Wonyoung Choi (2006), "Study of Special cases where the enhanced photocatalytic activities of Pt/TiO vanish under low light intensity", Catalysis today 111, pp 259-265 [22] Jaturong Jitputti, Sarapong Pavasupuree, Yochikazu Suzuki, Susumu Yoshikawa (2007) “ Synthesis anh photocatalytic activity for waterspliting reactin of nanocrystalline mesoporous titania prepared by hydrothermal methol”, Journal of Soild State Chemistry, 180, pp 17431749 [23] Kapoora P.N., Umaab S., Rodriguezb S., Klabundeb K.J (2005), "Aerogel processing of MTi2O5 (M= Mg, Mn, Fe, Co, Zn, Sn) compositions using single source precursors : Synthesis characterization and photocatalytic behavior", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 229, pp 145-150 [24] Mario Schiavello (1997), Heterogeneres Photocatalysis, Vol 3, pp.33 [25] Ollis D.F., Al-Ekabi H (1993), Photocatalytic­Purification­and Treatment­of­Water­and­Air, Elsevier, Amsterdam [26] Padmanabhan P V A., Sreekumara , K P.Thiyagarajana K.,Satputea R 78 U., Bhanumurthy K., Sengupta P., Dey G.K.,Varier K.G.K (2006), Vacuum 80, pp 1252-1255 [27] Rengaraj S., Li X Z (2006), "Enhanced photocatalytic activity of TiO2 by doping with Ag for degradation of 2,4,6-trichlorphenol in aqueous suspension", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 243, pp 66-67 [28] Schindler K.M., Kunst M (1990), “Charge-carrier dynamics in TiO2 powders”, Journal of Physical Chemistry, 94, pp 8222-8226 [29] Somiya S., Roy R (2000), “Hydrothermal synthesis of fine oxide powders”, Bull Mater Sci., 23(6), pp 453 – 460 [30] Teruhisa Ohno, Toshiki Tsubota, Yousuke Nakamura, Kazuhiro Sayama (2005), "Preparation of S, C cation-codoped SrTiO and Its photocatalytic activity under visible light", Applied catalysis A: General 288, pp 74-79 [31] Xiaobo Chen, Samuel S Mao (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: synthetis, properties, modifications, anh application”, chem Rev, 107, pp 2891-2959 [32] Yong Cheol Hong, Chan UK Bang, Dong Hun Shin, Han Sup Uhm (2005), "Band gap narrowing of TiO2 by nitrogen doping in atmospheric microwave plasma", Chemical Physics Letters 413, pp 454-457 [33] Wen-Ting Qiao “Preparation and photocatalytic activity of highly ordered mesoporous TiO2–SBA-15”, Materials Science and Engineering: C [34] Zhang T., Oyama T., Aoshima A., Hidaka H., Zhao J., Serpone N (2001), "Photooxidative N-demethylation of methylene blue in aqueous TiO2 dispersions under UV irradiation", Journal of Photochemistry and 79 Photobiology A: Chemistry, pp 163-172 [35] Zhang Yukun, C hufu, HE and CHEN Bingzhen (2008), “Simulation and Optimization in the Process of Toluene Liquid-phase Catalytic Oxidation”, Chinese Journal of Chemical Engineering, 16(1), pp 3638 [36] Zhijie Li, Bo Hou, Yao Xu, Dong Wu, Yuhan Sun, Wei Hu, Feng Deng (2005), “Compartive study Of sot-gel-hidrothermal and sol-gel synthesis of titania nanotubes”, Materials Research Society, vol 19( No 2), pp 417-422 [37] Zhong Lin Wang (2000), "Characterization of nanophase materials", School of Materials Science and Engineering, Georgia Intistitude of Technology, USA ... tiễn V? ? chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp trực tiếp ứng dụng xử lý hợp chất hữu ô nhiễm v? ??t liệu xúc tác quang TiO2/SBA -15? ?? Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo được v? ??t liệu xúc tác quang. .. v? ?o v? ??t liệu nano TiO 2/SBA -15, tính chất của v? ??t liệu trước sau biến tính - Nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của TiO 2/SBA -15 TiO2/SBA15 biến tính thí nghiệm xử lý chất hữu 3.2 Phạm vi nghiên. .. vi nghiên cứu - Chế tạo v? ??t liệu xúc tác quang nano tổ hợp TiO 2/SBA -15 theo cách tổng hợp trực tiếp - Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của v? ??t liệu nano tổ hợp TiO2/SBA -15 phản ứng phân hủy