MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1.Tính cấp thiết của đề tài 1 2.Mục tiêu đề tài 2 3.Phương pháp nghiên cứu 2 4.Đối tượng nghiên cứu 3 5.Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4 1.1. Vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 4 1.1.1. Giới thiệu về TiO2 4 1.1.2. Cơ chế xúc tác quang hóa của vật liệu nano TiO2 trong xử lí chất ô nhiễm 8 1.1.3. Vật liệu nano TiO2 biến tính. 11 1.2. Tổng quan về nguyên tố Eu và oxit Eu2O3 13 1.2.1. Nguyên tố Europi 13 1.2.2. Europium oxit (Eu2O3) 16 1.3. Vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2Eu2O3 17 1.4.Chế tạo vật liệu nano bằng phương pháp solgel 18 1.5. Giới thiệu về một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước 20 1.5.1.Phenol và tác động của phenol đến môi trường. 20 1.5.2. Metylen xanh và tác động của metylen xanh đến môi trường 22 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 25 2.1. Hóa chất và dụng cụ 25 2.1.1. Hóa chất 25 2.1.2. Thiết bị 25 2.2.Tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa nano oxit TiO2 – Eu2O3 25 2.1.1. Tổng hợpEu(NO3)3 từ Eu2O3 25 2.2.2. Chế tạo vật liệu xúc tác quang hóa nano oxit hỗn hợp TiO2 – Eu2O3 bằng phương pháp đốt cháy gel 26 2.3. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, tính chất cấu trúc của vật liệu 28 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu phổ hồng ngoại (IR) 28 2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen(XRD–X–Rays Diffraction) 29 2.3.3. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV Vis 32 2.3.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 33 2.3.5. Phương pháp phổ phát tán năng lượng tia X 34 2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp đến tính chất của vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2Eu2O3. 34 2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ Eu2O3TiO2 tới tính chất xúc tác của vật liệu 34 2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo gel PVA 35 2.5. Khảo sát khả năng xử lý một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nướccủa vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2Eu2O3 35 2.5.1. Khảo sát khả năng xử lý xanh metylen của vật liệu 35 2.5.2. Khảo sát khả năng xử lý phenol của vật liệu 38 CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp đến tính chất của vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2Eu2O3 41 3.1.1. Ảnh hưởng tỷ lệ TiO2 Eu2O3 tới tính chất xúc tác của vật liệu 41 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới tính chất xúc tác của vật liệu 42 3.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo gel PVA tới hiệu suất xúc tác quang 42 3.2. Phân tích đặc trưng, cấu trúc tính chất của vật liệu quang xúc tác nano TiO2Eu2O3 43 3.2.1. Kết quả chụp phổ hồng ngoại IR 43 3.2.3. Khảo sát tính chất quang của vật liệu bằng phổ UVVis 46 3.2.4. Kết quả chụp SEM của vật liệu 47 3.2.5. Kết quả phân tích EDX 48 3.3.Thử nghiệm và đánh giá khả năng xúc tác quang hóa đối với quá trình xử lý xanh metylen và phenol trong nước của vật liệu nano TiO2Eu2O3 48 3.3.1. Khảo sát khả năng xử lý xanh metylen 48 3.3.2. Khảo sát khả năng xử lý phenol của vật liệu và yếu tố tỉ lệ ảnh hưởng tới quá tình xử lý 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 Kết luận 53 Kiến nghị 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC
LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài: “Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2-Eu2O3 ứng dụng để xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước” Chúng em nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi quý thầy cô giáo khoa Môi trường quý thầy cô giáo ban giám hiệu Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Chúng em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ kính trọng lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Mai Văn Tiến- giảng viên khoa Môi trường- Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội- người thầy trực tiếp hướng dẫn bảo cho chúng em suốt q trình hồn thành đề tài nghiên cứu Thầy tận tình bảo cho chúng em kiến thức lý thuyết thực nghiệm quý báu với lời động viên Tiếp theo, chúng em xin cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, ân cần bảo nhiệt tình giảng dạy thầy cô Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Những kiền thức mà thầy truyền đạt tảng cho chúng em thực đề tài nghiên cứu Và cuối cùng, để có kết ngày hơm nay, chúng em xin gửi lời cảm ơn lòng biết ơn đến người thân, bạn bè Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2017 Nhóm sinh viên thực Giang Văn Thể Vũ Thị Thơm Trần Thị Phương Thảo Nguyễn Thị Hoài Thu MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MUC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Abs SEM TCVN UV-Vis Diễn giải Độ hấp thụ quang (Absorbance) Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy) Tiêu chuẩn Việt Nam Tử ngoại khả kiến (Utraviolet visible) MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Trong vài thập kỉ gần đây, với phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp, nông nghiệp làng nghề… Việt Nam đem lại thay đổi mạnh mẽ cho người dân kinh tế lẫn đời đời sống tinh thần.Tuy nhiên, bên cạnh hoạt động tích cực mà kinh tế mang lại tác động xấu ảnh hưởng khơng nhỏ đến mơi trường.Ơ nhiễm mơi trường trở thành vấn đề nóng nay.Trong nhiễm nước nguồn nước ngày trở nên nghiêm trọng Ô nhiễm nước nguồn nước đe dọa đến sống sức khỏe người mà tác động lớn tới hệ động thực vật nói chung Một tác nhân gây nhiễm nước nguồn nước hợp chất hữu khó phân hủy sinh từ sản xuất cơng nghiệp làng nghề ví dụ hợp chất chứa phenol dẫn xuất chúng từ sản xuất thép, sơ sợi, sơn keo dán… hay loại phẩm nhuộm từ làng nghề dệt nhuộn…, đặc biệt hóa chất thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) Do việc xử lý loại bỏ loại chất cần thiết cấp bách Trên giới nước nghiên cứu thiết lập nhiều quy trình cơng nghệ xử lý nguồn nước ô nhiễm chế tạo vật liệu để loại bỏ chất độc hại nguồn nước Nhiều phương pháp áp dụng để xử lý nước như: phương pháp hấp thụ, phương pháp sinh học, phương pháp oxi hóa khử, phương pháp oxi hóa nâng cao… Trong phương pháp phương pháp oxi hóa nâng cao sử dụng chất xúc tác quang hóa nano có nhiều ưu điểm trội hiệu xử lý cao, khả khống hóa hồn toàn hợp chất hữu độc hại thành hợp chất vơ độc hại quan tâm ứng dụng rộng rãi xử lý môi trường Trong hợp chất có tính chất xúc tác quang hóa thìTiO 2thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học giới Do ưu điểm bật TiO giá thành rẻ, bền điều kiện môi trường khác nhau, không độc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp Khả quang xúc tác TiO thể ba hiệu ứng: quang khử nước TiO2, tạo bề mặt siêu thấm nước quang xúc tác phân hủy chất hữu ánh sáng tử ngoại (có bước λ < 380 nm) Vì vật liệu TiO nghiên cứu sử dụng rộng rãi lĩnh vực xử lý mơi trường nước khí với vai trị xúc tác quang hóa.Ở Việt Nam, vật liệu nanoTiO2 nhiều nhà khoa học quan tâm với thành cơng đáng khích lệ.Nhiều cơng trình vật liệu nano TiO2 cơng bố ngồi nước.Tuy nhiên, với độ rộng vùng cấm khoảng 3,2 eV vật liệu TiO2 cho hiệu ứng xúc tác vùng ánh sáng tử ngoại (UV) cỡ 388 nm Trong khi, xạ UV chiếm khoảng 3-5% lượng mặt trời nên hiệu suất xúc tác quang ngồi trời thường đạt kết khơng cao Do vậy, nghiên cứu tập trung vào biến tính vật liệu TiO kim loại phi kim nhằm mở rộng vùng hấp thụ TiO2 vùng ánh sáng khả kiến (loại xạ chiếm gần 45% lượng mặt trời) [4,5] Eu2O3 oxit nguyên tố đất có khả hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn vùng tử ngoại phát xạ tia có bước sóng vùng khả kiến, kết hợp TiO2 Eu2O3 hứa hẹn mang lại hiệu cao việc sử dụng xúc tác quang hóa Xuất phát từ lý với mục tiêu nghiên cứu phát triển vật liệu xúc tác quang hóa mới, nhóm nghiên cứu đề xuất đề tài“Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO 2-Eu2O3 ứng dụng để xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước” đặt ramục tiêu sau: 2.Mục tiêu đề tài Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu quang hóa nano TiO2- Eu2O3, bước đầu thử nghiệm đánh giá khả ứng dụng để xử lý hợp chất hữu khó phân hủy nước 3.Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan tài liệu nước nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2-Eu2O3 ứng dụng để xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước - Tổnghợp vậtliệu hỗn hợp nano TiO2-Eu2O3 phương pháp Sol-gel - Phân tích đặc trưng, cấu trúc vật liệu phương pháp: phươngphápnhiễuxạ(X-Rays), phổhồngngoại (IR), phươngpháphiển vi điệntửquét (SEM), phương pháp đo độ hấp thụ UV-Vis, Phương pháp phổ tán xạ phân tử (EDX), … - Sử dụng phương pháp mơ hình tĩnh để khảo sát đánh giá khả xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước vật liệu hỗn hợp nano TiO2-Eu2O3 - Sử dụng phương pháp phân tích, so sánh, thống kê để đánh giá kết thu 4.Đối tượng nghiên cứu Vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2- Eu2O3, hợp chất hữu khó phân hủy mơi trường nước (phenol, xanh metylen, ) 5.Giới hạn, phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano TiO2- Eu2O3 bước đầu thử nghiệm khả xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước Nội dung bao gồm ba chương Chương 1: Tổng quan Giới thiệu vật liệu xúc tác quang hóa TiO 2, giới thiệu vềEu2O3, phương pháp sol-gel, giới thiệu số hợp chất hữu khó phân hủy nước (xanh metylen phenol) Chương 2: Thực nghiệm Trình bày phương pháp kỹ thuật dùng để tổng hợpvật liệu Phân tích khảo sát đặc trưng, tính chất, cấu trúc vật liệu quang xúc tác nano TiO2- Eu2O3 bước đầu thử nghiệm khảo sát khả xử lý xanh metylen phenol vật liệu Chương 3: Kết thảo luận Trình bày kết thử nghiệm, khảo sát để tối ưu điều kiện công nghệ tổng hợp vật liệu Phân tích, đánh giá kết thu phép đo X-ray, SEM, phổ hồng ngoại, phổ UV-Vis, EDX Phân tích yếu tổ ảnh hưởng tới tính chất quang xúc tác vật liệu số yếu tố ảnh hưởng tới trình xử lý phenol xanh metylen.Từ đó, rút kết luận đánh giá khả xử lý hợp chất khó phân hủy nước vật liệu quang xúc tác tổng hợp Cuối cùng, kết luận tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 1.1 1.1.1 Giới thiệu TiO2 Titan đioxit (TiO2) chất rắn màu trắng , nung nóng có màu vàng, làm lạnh trở lại màu trắng.TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy ( nhiệt độ nóng chảy 1870oC).Khơng tác dụng với nước, với dung dịch axit loãng kiềm tác dụng với axit đun nóng lâu, với kiềm nóng chảy Titan đioxit (TiO2) vật liệu phổ biến sống hàng ngày Chúng sử dụng nhiều việc pha chế tạo màu sơn, màu men, mỹ phẩm thực phẩm.Ngày lượng TiO2 tiêu thụ hàng năm lên tới triệu [4] a Cấu trúc vật liệu: TiO2 tự nhiên tồn dạng thù hình khác rutin, anatat brookit [5] Cả ba dạng có chung cơng thức hóa học TiO2 có cấu trúc tinh thể khác -Rutin dạng bền phổ biến TiO 2; anatat, brookit dạng giả bền chuyển thành dạng rutin bị đun nóng Hình 1.1 Rutin tự nhiên cấu trúc tinh thể Hình 1.2 Anatat tự nhiên cấu trúc tinh thể -Rutin anatat dạng đơn tinh thể tổng hợp nhiệt độ thấp Hai pha sử dụng thực tế để làm chất màu, chất độn, chất xúc tác…[4,5] Hình 1.3.Brookit tự nhiên cấu trúc tinh thể Các pha khác (kể pha áp suất cao) chẳng hạn brookite quan trọng mặt ứng dụng, brookite bị hạn chế việc điều chế brookite không lẫn rutile anatase điều khó khăn Bảng cung cấp số thơng số vật lý TiO2 rutile TiO2 anatase Bảng 1.1.Một số thông số vật lý ruitle and anatase Các thông số Rutile Anatase Cấu trúc tinh thể Tứ diện Tứ diện Thông số A () 4.58 3.78 mạng C () 2.95 9.49 Khối lượng riêng 4.25 3.895 Chiết suất Độ rộng vùng cấm Nhiệt độ nóng chảy 2.75 3.05 18301850 2.54 3.25 Ở nhiệt độ cao chuyển thành rutile Cấu trúc mạng lưới tinh thể rutile, anatase brookite xây dựng từ đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với qua cạnh qua đỉnh oxi chung Mỗi ion Ti4+ bao quanh tám mặt tạo sáu ion O 2-.Các mạng lưới tinh thể rutile, anatase brookite khác biến dạng hình tám mặt cách gắn kết octahedra.Hình tám mặt rutile không đồng bị biến dạng thoi.Các octahedra anatase bị biến dạng mạnh hơn, mức đối 10 Hình 3.4.Phổ IR Titan oxit Trênphổ hồng ngoại TiO2thể pic đặc trưng dao động liên kết phân tử TiO2tại: 1631,3 cm-1, 979,82 cm-1, 751.38 cm-1 c)Phổ hồng ngoại IR vật liệu nano TiO2-Eu2O3 Hình 3.5.Phổ IR vật liệu TiO2-Eu2O3 tỉ lệ 1/10 Phổ hồng ngoại IR vật liệu nano TiO2-Eu2O3tỷ lệ 1/10 cho pic tại:1631,3 cm-1, 979,82 cm-1, 751.38 cm-1đặc trưng dao động liên kết TiO thể hình 3.4, hình 3.5 xuất pic tương tự với độ dao đồng < 50 cm-1: 1635,4 cm-1, 970.02 cm-1, 751,77 cm-1 Các pic 1486.83 cm-1, 1384,7 cm-1, 50 535,45 cm-1, 477,87 cm-1đặc trưng dao động liên kết Eu 2O3 thể hình 3.3, hình 3.5 xuất pic với độ rộng tương tự với chênh lệch < 50 cm1 : 1487,93 cm-1, 1388 cm-1,509.79 cm-1, 464,07 cm-1.Điều chứng tỏ việc tổng hợp vật liệu TiO2-Eu2O3 thành cơng Hình 3.6.Phổ IR vật liệuTiO2-Eu2O3tỉ lệ 1/15 Trên phổ hồng ngoại IR vật liệu TiO2- Eu2O3 tỉ lệ 1/15 cho pic 1633.57cm-1, 969,88 cm-1,779,38 cm-1 đặc trưng cho dao động liên kết phân tử TiO2 Thêm vào đó, xuất pic 456,19cm-1minh chứng có mặt liên kết Eu2O3 So sách phổ hồng ngoại IR vật liệu ứng với tỉ lệ ta thấy pic đặc trưng liên kết Ti-O tỉ lệ 1/15 có cường độ thấp so với tỉ lệ tỉ lệ 1/10 Cụ thể tỉ lệ 1/10 độ truyền quang 67.5% thìtỉ lệ 1/15 có độ truyền quang 57% Đối với pic đặc trưng dao động liên kết phân tử Eu2O3 tương tự, pic 464,07 cm-1của tỉ lệ 1/10 có độ truyền quang 66%, pic 456,19 cm-1của tỉ lệ 1/15 độ truyền quang 86% Điều hồn tồn hợp lí so sánh kết thử nghiệm xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy phần sau 51 d=3.51564 3.2.2 Kết chụp nhiễu xạ tia X vật liệu mau NT 20-25 - VIBM D8 Advance 500 Lin (Cps) 400 300 d=1.36169 d=1.48101 d=1.69985 d=1.66634 d=1.89155 d=2.37746 d=2.33214 d=3.89407 d=7.07104 d=9.36121 100 d=2.42946 200 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale mau NT 20-25 - VIBM D8 Advance - File: mau NT 20-25 - VIBM D8 Advance - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Start Operations: Smooth 0.048 | Import 01-083-1497 (C) - Agrellite - NaCa1.905Eu0.095Si4O10F - WL: 1.5406 - Triclinic - Primitive 00-033-0543 (N) - Europium Hydrogen Phosphate - EuH(PO3)4 - WL: 1.5406 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - WL: 1.5406 - Tetragonal - Body-centered 00-031-1112 (Q) - Potassium Titanium Fluoride Sulfate - K2TiSO4F4 - WL: 1.5406 - Hình 3.7 Kết chụp XRD vật liệuTiO2-Eu2O3tỉ lệ 1/15 Trêngiản đồnhiễu xạ tia X, pic vị trí 2θ = 25.4o, 36.9o, 37.85o, 48.0o,53.9o, 55.05o, 62.7o,68.8 o đặc trưng cho cấu trúc TiO2ở dạnganatase Điều chứng tỏ trình phân tánđưa Eu2O3lên TiO2 không làm thay đổi thành phần pha vật liệu Bên cạnh có mặt TiO2 cịn xuất pic vị trí 22.9o đặc trưng cho cấu trúc tinh thể củaEu2O3 3.2.3 Khảo sát tính chất quang vật liệu phổ UV-Vis Để đánh giá khả hấp thụ quang vật liệuứng với tỷ lệ TiO 2/Eu2O3 khác nhau, tiến hành chế tạo màng mỏng có chứa tỷ lệ vật liệu khác cáchphân tán vào dung dịch PVA, đổ khn để tạo màng màng khơ lấy đem đo Kết phân tích mang xác định phổ hấp thụ UV-Vis Kết phổ hấp thụ sau: 52 Hình 3.8 Phổ hấp thụ UV – Vis vật Hình 3.9 Phổ hấp thụ UV – Vis vật liệu, tỉ lệ 1/15 liệu, tỉ lệ 1/10 Từ kết hình 3.6 3.7 cho thấy từ bước sóng 390 nm trở lên độ hấp thụ quang màng giảm Tại bước sóng 680nm ứng với tỉ lệ 1/15 có nhiễu, cịn tỉ lệ 1/10 khơng thấy Lượng xạ ứng với tỉ lệ 1/15 khả hấp thụ bước sóng 680nm tới 390 nm cao Có thể thấy tỉ lệ 1/15 hấp thụ bước sóng vùng Vis mạnh so với tỉ lệ 1/10 3.2.4 Kết chụp SEM vật liệu Hình 3.10 Ảnh SEM vật liệu 100000x Hình 3.11 Ảnh SEM vật liệu 50000x Kết chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét cho thấy hình thái cấu trúc bề mặt vật liệu tương đối xốp, hạt Eu2O3có kích thước tương đối đồng có dạng hình cầu xếp phân bố bên cạnh hạtnano TiO 2.Kích thước trung bình hạt khoảng 50nm 53 3.2.5 Kết phân tích EDX Hình 3.12.Phổ tán xạ EDX TiO2-Eu2O3 1/15 Để chứng minh diện Eu 2O3tiến hành chụp phổ EDX.Từ hình cho thấy thành phần vật liệu có xuất nguyên tố Eu, Ti, O Điều cho thấy việc gắn thành công hạt Eu2O3 với Titan oxide 3.3.Thử nghiệm đánh giá khả xúc tác quang hóa q trình xử lý xanh metylen phenol nước vật liệu nano TiO2-Eu2O3 3.3.1 Khảo sát khả xử lý xanh metylen a) Ảnh hưởng tỉ lệ Eu 2O3/TiO2ánh sáng tới trình xử lý xanh metylen vật liệu Để đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ Eu 2O3/TiO2 ảnh hưởng ánh sáng tới trình xử lý xanh metylen vật liệu, tiến hành làm thí nghiệm: Với tỉ lệ Eu2O3/TiO2 thực thí nghiệm, thí nghiệm gồm có: 0.3g vật liệu, 100ml dung dịch xanh metylen nồng độ 4ppm, giọt H 2O2, ghi nhãn số 1,2,3 Bình số đặt tủ chiếu tia UV, bình đặt điều kiện chiếu ánh sáng mặt trời, bình bọc giấy bạc đảm bảo khơng có ánh sáng lọt vào Kết sát khả xử lý xanh metylencủa vật liệu thể bảng 3.4 hình 3.13 54 Bảng 3.4 Hiệu suất trình xử lý xanh metylen vật liệu Hiệu suất trình xử lý xanh metylen (%) Eu2O3/TiO2- Eu2O3/TiO2- Eu2O3/TiO2- Eu2O3/TiO2- 1/5 1/10 1/15 1/20 UV 69.7 75.9 84.2 69.7 Ánh sáng 74.2 82.7 89.3 68.2 Bóng tối 26.2 29.1 41.5 30.7 Tỉ lệ Hình 3.13.Biểu đồ thể ảnh hưởng yếu tổ tới trình xử lý xanh metylen Kết cho thấy tất tỷ lệ điều kiện bóng tối xử lý xanh metylen hiệu nhất, vùng UV hay ánh sáng khả xử lý cao hơn, cao vùng ánh sang nhìn thấy Chứng tỏ vật liệu có tính xúc tác quang hóa thành công việc mở rộng vùng cấm TiO Trong bóng tối, lượng xanh metylen giảm H2O2 oxy hóa xanh metylen, nhiên khơng có quang xúc tác nên vai trò xúc tác vật liệu trường hợp khơng có Hiệu suất xúc tác vùng ánh sáng nhìn thấy cao, cho thấy thành công việc mở rộng vùng cấm TiO2 b Ảnh hưởng pH tới trình xúc tác Tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH tới trình xử lý xanh metylen vật liệu, ta tiến hành thử khả xúc tác vật liệu Eu2O3/TiO2-1/15 với khối lượng chất xúc tác 300mg, thể tích xanh metylen 100m, nồng độ pmm, có thêm H2O2 Điều chỉnh pH 2, 4, 6, 7, 8, 10, 12 Kết khả xử lý vật liệu thể hình 3.14 bảng 3.5 Bảng 3.5 Ảnh hưởng pH tới khả xử lý xanh metylen vật liệu pH Hiệu suất (%) 55 17.2 34.6 86.4 100 100 10 100 12 100 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH tới khả xử lý xanh metylen vật liệu Từ đồ thị ta thấy, khoảng pH từ tới 12, hiệu suất xử lý xanh metylen đạt 100%, khí pH = 2, 4, hiệu suất thấp đáng kể Điều thể dung dịch có tính bazo hiệu suất cao Có thể giải thích dựa chế phản ứng quang xúc tác TiO2.Tinh thể TiO2 anatase tác dụng ánh sáng tử ngoại đóng vai trị cầu nối trung chuyển điện tử từ H 2O sang O2, chuyển hai chất thành dạng O2- OH* hai dạng có hoạt tính oxi hóa cao có khả phân hủy chất hữu thành nước Vì mà dung dịch có nồng độ bazo cao lượng OH*càng lớn, dẫn tới khả phân hủy chất hữu nước tốt 3.3.2 Khảo sát khả xử lý phenol vật liệu yếu tố tỉ lệ ảnh hưởng tới tình xử lý Để đánh giá khả xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước vật liệu, tiến hành khảo sát khả xử lý phenol ảnh hưởng tỉ lệ tới trình xử lý Ta tiến hành thí nghiệm: Chuẩn bị dãy bình tương ứng với tỉ lệ Eu2O3/TiO2 Trong bình bao gồm 0,03g vật liệu nano, 100 ml dung dịch phenol nồng độ 500 ppm ml dung dịch H 2O2 Điều chỉnh pH = Để điều kiện ánh sách huỳnh quang vịng 2h Sau tiến hành li tâm mẫu với tốc độ quay 5500 thời gian 20 phút Tiến hành pha loãng dung dịch 500 lần, thêm thuốc thử đo Abs λ = 510 nm Kết thể bảng 3.5 hình 3.14 Bảng 3.6 Hiệu suất xúc tác quang xử lý phenol vật liệu Tỷ lệ Eu2O3/TiO2 1/5 1/10 1/15 1/20 C phenol ban đầu, ppm 500 500 500 500 C phenol sau xúc tác, ppm 78.38 77.7 51.33 80.43 Hiệu suất (%) 64.3 82.5 89.7 73.9 Biểu đồ thể ảnh hưởng tỷ lệ tới trình xử lý phenol 56 Hình 3.15 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý phenol vật liệu Kết bảng 3.5 hình 3.15 ta thấy hiệu suất xử lý phenol nước có thay đổi theo tỷ lệ Eu2O3/ TiO2 Ứng với tỷ lệ 1/15 vật liệu có hiệu suất xử lý phenol cao nhất, sau tỷ lệ 1/10, thấp tỷ lệ 1/5 Kết tương đồng so với khả xử lý xanh metylen vật liệu.Từ kết thu cho thấy tỉ lệ tối ưu để xử lý phenol xanh metylen tỷ lệ 1/15 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với mong muốn đóng góp phần nhỏ vào việc tạo vật liệu có hoạt tính xúc tác quang hóa ứng dụng để xử lý phenol metylen xanh môi trường nước Trong q trình thực đề tài nhóm khoa học thu số kết sau: - Đã tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2-Eu2O3 - Đã khảo sátcácđiều kiện ảnh hưởng tới trình chế tạo vật liệu: + Nhiệt độ nung tối ưu vật liệu 550oC + Tỷ lệ Eu2O3 : TiO2 vật liệu thích hợp : 15 + Hàm lượng gel PVA để chế tạo vật liệu 10% - Đặc trưng cấu trúc tính chất vật liệu phân tích xác định phương pháp nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại IR, kính hiển vi điện tử SEM, phổ hấp thụ UV – Vis, phổ tán xạ phân tử EDX - Bước đầu tiến hành khảo sát đánh giá thử nghiệm hoạt tính xúc tác quang hóa vật liệu xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước, cụ thể xử lý phenol xanh metylen kết cho thấy:tỉ lệ tối ưu vật liệu Eu2O3/TiO2là 1/15 Hoạt tính quang xúc tác vật liệu xử lí metylen xanh tốt có ánh sáng nhìn thấy Kiến nghị Trong q trình thực hiện, hạn chế thời gian kinh phí nên đề tài chưa khảo sát yếu tổ ảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác quang hóa vật liệu hàm phenol, xanh metylen, pH, nhiệt độ … thử nghiệm mẫu thực tế Đặc biệt thử nghiệm với số hợp chất hữu khó phân hủy nước khác mà đề tài chưa đề cập tới thuốc bảo vệ thực vật….Tuy nhiên kết thu khả quan mở triển vọng ứng dụng vào thực tế Kính đề nghị Nhà trường tiếp tục ủng hộ hỗ trợ cho chúng em để phát triển tốt đề tài tương lai Các nghiên cứu tiếp theolà bổ sung thêm yếu tổ ảnh hưởng tới trình xúc tác mẫu thực thử nghiệm khả xử lý vật liệu hợp chất hữu khác nhằm tăng tính thực tiễn vật liệu 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: [1].“ Các ứng dụng quan trọng nano Titan oxide triển vọng”, báo Hóa học ngày [2].Hồng Nhâm (2009), “Hóa học vơ cơ”,NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [3].Cao Hữu Trượng, Hồng Thị Lĩnh (2002), “Hóa học thuốc nhuộm”, NXB Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Văn Dũng, Phạm Thị Thúy Loan, Đào Văn Lượng, Cao Thế Hà (2006),“Nghiên cứu điều chế vật liệu xúc tác quang hóa TiO từ sa khống ilmenite Phần III: đánh giá hoạt tính quang hóa xúc tác TiO phản ứng quang phân hủy axit orange 10” Tạp chí phát triển Khoa Học Cơng Nghệ, tập 9, số 1, tr 25-31 [5] Vũ thị Hạnh Thu (2008),”Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO TiO2pha tạp N (TiO2: N)”, Luận án tiến sĩ vật lý, ĐHKHTN-ĐHQG Hồ Chí Minh [6] “Tổng quan đặc tính phenol, tác động đến mơi trường phương pháp xử lí nước thải chứa phenol”, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội [7] “Vật liệu Nano ứng dụng”, Viện Khao học kĩ thuật nông nghiệp miền Nam [8].“ Vật liệu cấu trúc nano- nanostructured Materials”, Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu, trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tiếng anh: [9] N.A.F Almeida, J.Rodrigues, P Silva (2016), “Pressure dependent lumiescence in titanium dioxide particles modified with europium ions”, available online 28 April [10] Bacsa, R., Kiwi, J (1998), “Effect of rutile phase on the photocatalytic properties of nanocrystalline titania during the degradation of p – coumaric acid”, Applied Catalysis B: Environmental 16, pp 19 – 29 [11] Hoffman M R., Martin, S T., Choi, W., and Bahnemann, P W (1995), “Environmental application at semiconductor photocatalysis”, Chem Rev.95, pp 6996 [12] R.Zallen, M.P.Moret(2006),,The optical absorption edge of brookite TiO 2, Solid State Commun 173 154-157 59 [13] D.M.Tobaldi, R.C.Pullar(2015), Nano-tiatania doped with europium and neodymium showing simultaneous photoluminescent and photocatalytic behaviour, 4970 – 4986 [14] G.Han, Y.Deng, Jihong Sun (2015), “Research into europium complexes as magnetic resonance imaging contrast agents”, 1561-1566 60 ... cứu quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO 2-Eu2O3 ứng dụng để xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước? ?? đặt ramục tiêu sau: 2.Mục tiêu đề tài Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu. .. quang hóa nano TiO2- Eu2O3, bước đầu thử nghiệm đánh giá khả ứng dụng để xử lý hợp chất hữu khó phân hủy nước 3.Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan tài liệu nước nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc. .. liệu xúc tác quang hóa nano TiO2-Eu2O3 ứng dụng để xử lý số hợp chất hữu khó phân hủy nước - Tổnghợp vậtliệu hỗn hợp nano TiO2-Eu2O3 phương pháp Sol-gel - Phân tích đặc trưng, cấu trúc vật liệu phương