Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu tio2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các chất độc hại trong môi trường không khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Mạnh Nghĩa Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí Chuyên ngành: Công nghệ môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Thị Huệ Hà Nội – Năm 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” thực với hướng dẫn TS Nguyễn Thị Huệ Đây chép cá nhân, tổ chức Các kết thực nghiệm, số liệu, nguồn thông tin luận văn tiến hành, trích dẫn, tính toán đánh giá Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung mà trình bày luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2011 HỌC VIÊN Nguyễn Mạnh Nghĩa 1    “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Tiến Sĩ Nguyễn Thị Huệ, Phó Viện trưởng Viện Công nghệ môi trường, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, người thầy trực tiếp hướng dẫn thực luận văn, người quan tâm, động viên tạo điều kiện tốt cho hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Tôi chân thành cảm ơn tập thể cán phòng Phân tích Chất lượng Môi trường, Viện Công nghệ môi trường, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện tốt điều kiện, thiết bị thí nghiệm trình làm thực nghiệm có gợi ý chuyên môn giúp có kết khoa học Tôi xin gửi lời cảm ơn thầy cô giáo Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội trang bị cho kiến thức chuyên môn bổ ích thời gian thực khóa học Tôi xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo Sau đại học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2011 HỌC VIÊN Nguyễn Mạnh Nghĩa   “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Chương – TỔNG QUAN .11 1 Hiện trạng phát thải ô nhiễm môi trường không khí NO, CO, HCHO .11 1.1.1 Hiện trạng phát thải khí NO, CO, HCHO 11 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm không khí khí NO, CO, HCHO 16 1.2 Các phương pháp xử lý ô nhiễm không khí 20 1.2.1 Phương pháp hấp phụ 20 1.2.2 Phương pháp hấp thụ 21 1.2.3 Phương pháp ngưng tụ 22 1.2.4 Phương pháp thiêu đốt 24 1.2.5 Phương pháp khử xúc tác 25 1.2.6 Phương pháp khử xúc tác quang hóa 26 1.3 Vật liệu TiO2 .28 1.3.1 Cấu trúc tinh thể TiO2 28 1.3.2 Tính chất vật lý hóa học TiO2 31 1.3.3 Cơ chế xúc tác quang hóa TiO2 32 1.3.4 Ứng dụng TiO2 xử lí môi trường 34 1.4 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano TiO2 36 1.4.1 Phương pháp phun phủ Plasma 36 1.4.2 Phương pháp lắng đọng pha 37 1.4.3 Phương pháp Solgel .37 Các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu 39 1.5.1 Phổ nhiễu xạ tia X 39 1.5.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 41 1.5.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao .43 1.5.4 Phương pháp phổ EDS 43 Chương II THỰC NGHIỆM 44   “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 45 2.1.1 Hóa chất 45 2.1.2 Dụng cụ .45 2.2.2 Thiết bị nghiên cứu chế tạo 45 2.2 Quy trình chế tạo vật liệu nano TiO2/Al2O3 47 Phương pháp tạo khí phân tích nồng độ khí CO, NO, HCHO 50 2.3.1 Phương pháp tạo khí phân tích nồng độ CO 50 2.3.2 Phương pháp tạo khí phân tích nồng độ NO 51 2.3.3 Phương pháp tạo khí phân tích nồng độ HCHO 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu TiO2/Al2O3 53 3.1.1 Vật liệu sợi oxit nhôm Al2O3 .53 3.1.2 Khảo sát tính chất lớp phủ TiO2/Al2O3 thành phần sol A .54 3.1.3 Khảo sát tính chất lớp phủ TiO2/Al2O3 thành phần sol B .58 3.2 Khảo sát chiều dày lớp phủ TiO2 loại vật liệu 63 3.3 Hệ thử nghiệm .64 3.3.1 Cấu tạo buồng thử nghiệm 64 3.3.2 Chức buồng thử nghiệm .65 3.4 Đánh giá khả xử khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 66 3.4.1 Đánh giá khả xử khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A 66 3.4.2 Đánh giá khả xử khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B 67 3.5 Đánh giá khả xử khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 68 3.5.1 Đánh giá khả xử khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A 68 3.5.2 Đánh giá khả xử khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B 69 3.6 Đánh giá khả khử HCHO vật liệu TiO2/Al2O3 71 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 77   “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT US EPA: Cục Bảo vệ môi trường Mỹ SCR – selective catalytic reduction TEM: Transmission Electron Microscopy HR-TEM : Hight resolution - Transmission Electron Microscopy EDS (EDX): Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy JCPDS – ICDD: Joint Committee on Powder Diffraction Standards - International Center for Diffraction Data GTVT: Giao thông vận tải ĐBSH: Đồng sông Hồng QT&PTMT: Quan trắc phân tích môi trường QTMT: Quan trắc môi trường QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TCMT: Tổng cục môi trường   “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Số liệu kiểm kê phát thải ước tính chuyên gia số nước Châu Âu từ liệu EMEP năm 1990 2002 12 Bảng Ước tính thải lượng chất gây ô nhiễm từ nguồn thải Việt Nam năm 2005 14 Bảng Tỷ lệ đóng góp tổng thải lượng ô nhiễm không khí ngành công nghiệp năm 2006 .15 Bảng Các dung dịch hấp thụ bị hấp thụ tương ứng .21 Bảng Ưu nhược điểm phương pháp hấp phụ, hấp thụ, ngưng tụ 23 Bảng Một số thông tin tinh thể TiO2 dạng anatase, rutile brookite 29 Bảng Giá trị tính toán từ ảnh EDS so với TiO2 khoảng cách mẫu 62 Bảng Hàm lượng NO, CO sau xử lí vật liệu tẩm phủ dung dịch sol A 71   “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Sự phát thải khí CO từ nguồn gây ô nhiễm, 1983 – 2002 12 Hình Tổng lượng NOx nhân tạo Bắc Mỹ, Châu Âu, Châu Á từ năm 1975 tới năm 2000 13 Hình Nhu cầu xăng dầu Việt Nam năm qua dự báo năm 2025 14 Hình Ước tính thải lượng chất ô nhiễm khí thải làng nghề khu vực ĐBSH 16 Hình Nồng độ CO từ năm 1980 tới năm 2005 Mỹ 16 Hình Diễn biến nồng độ khí CO trời thành phố lớn Trung Quốc 18 Hình Diễn biến nồng độ CO khu vực số đô thị phía Bắc phía Nam 19 Hình Sự xếp Ti O cấu trúc tinh thể pha rutile pha anatase 29 Hình 10 Sự phản xạ tia X mặt tinh thể 40 Hình 11 Nguyên lý phép phân tích EDS 44 Hình Sợi nhôm ô xít trước tẩm phủ giá sau kẹp vật liệu TiO2/Al2O3 45 Hình 2 Lò nung Carbolite (Đức) hộp xử lí khí NO CO (test box) 46 Hình Máy KIMOTO hệ đo UV –vis Shimadzu 2450 47 Hình Quy trình điều chế vật liệu nano TiO2/Al2O3 47 Hình Dung dịch sol A1, A2 .49 Hình Vật liệu Al2O3 lấy sau nhúng dung dịch sol TiO2 49 Hình Hệ thống tạo khí NO CO 51 Hình Ảnh SEM sợi Al2O3 chụp thẳng (3.1a) chụp cắt ngang (3.1b) 53 Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X Al2O3 trước xử lý nhiệt (a), xử lý nhiệt 500oC (b) 800oC (c ) .54 Hình 3, Giản đồ XRD vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần dung dịch sol A1 thời gian: 30 phút (A1-1), 60 phút (A1-2), 90 phút (A1-3), 120 phút (A1-4) 24 (A1-5) 55 Hình Ảnh SEM vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần dung dịch sol A1 thời gian 60 phút (a) 90 phút (b) .55 Hình Giản đồ XRD vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần dung dịch sol A2 30 phút (A21), 60 phút (A2-2), 90 phút (A2-3), 120 phút (A2-4), 24 (A2-5) .56 Hình Giản đồ XRD vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần sol A1 (A1), sol A2 (A2)và sol A3 (A3) thời gian nhúng 90 phút .57 Hình Ảnh SEM vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần dung dịch sol A1 (a ), sol A2 (b), A3 (C) thời gian 90 phút .57 Hình Giản đồ XRD vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần thời gian 90 phút dung dịch sol B1 (phổ B1) B2 (phổ B2) 59 Hình Ảnh SEM vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần thời gian 90 phút dung dịch sol B1 (a ) B2 (b) 59 Hình 10 Ảnh ED-HRTEM anatase TiO2 mẫu sol A2 (a) sol sol B2 (b) 61 Hình 11 Ảnh HR-TEM liên kết mạng tinh thể anatase - TiO2 mẫu sol A2(trái) sol B2 (phải) 62 Hình 13 Lớp anatase - TiO2 sol B2 sau lần(a) lần (b) nhúng phủ .63 Hình 14 Cấu trúc buồng thử nghiệm .65   “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 Hình 15 Khả xử lí khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A khác (A1, A2 A3) 67 Hình 16 Khả xử lí khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B khác (B1 B2) 68 Hình 17 Khả xử lí khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A khác (A1, A2 A3) 69 Hình 18 Khả xử lí khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B khác (B1 B2) 70 Hình 19 Khảo sát thay đổi nồng độ formaldehyde vật liệu A2 .71   “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009 MỞ ĐẦU Ô nhiễm không khí từ lâu vấn đề lớn giới Tại Việt Nam, nước phát triển, số lượng nguồn gây ô nhiễm không ngừng tăng kinh tế tăng trưởng với tốc độ cao đô thị hóa diễn mạnh mẽ Tình hình ô nhiễm không khí thường tập trung thành phố lớn khu công nghiệp Tuy quy mô thành phố khu công nghiệp Việt Nam nhỏ so với nhiều nước giới tình trạng ô nhiễm môi trường nói chung môi trường không khí nói riêng có nguy ngày tăng có nơi ô nhiễm trầm trọng Diễn biến chất lượng không khí năm qua theo chiều hướng tiếp tục suy giảm So với tiêu chuẩn Việt Nam, hầu hết khu vực Hà Nội TP Hồ Chí Minh, nồng độ bụi PM10 năm gần vượt quy chuẩn cho phép (50µg/m3) Trên tuyến giao thông, đặc biệt vào cao điểm nồng độ CO cao 2,5 lần so với tiêuuẩn cho phép, điển tuyến đường như: Nguyễn Trãi, Khương Đình, Đường 32, Khâm Thiên,… Trong năm trở lại (từ năm 2000), nồng độ khí NO2 tăng nhanh hơn, bình quân hàng năm khoảng 40% - 60% biến đổi không rõ ràng Tuy nhiên ô nhiễm cục xảy số khu vực xung quanh nguồn thải lớn sở công nghiệp tiêu thụ nhiều nhiên liệu hoá thạch [29] Việc nghiên cứu chế tạo TiO2 phủ oxit nhôm kim loại bước đột phá để tạo vật liệu nano mới, đa chức năng, có hiệu xử lý khí vượt trội so với loại vật liệu khác Đây vật liệu thử nghiệm giới đánh giá có triển vọng xử lý khí thải Do kích thước nhỏ cỡ vài milimét, bề mặt thô ráp nên khả tiếp xúc Al2O3 với TiO2 phủ với môi trường lớn Al2O3 bền với nhiệt, chịu mài mòn Anatase TiO2/Al2O3 dạng nano xốp vật liệu có hoạt tính quang xúc tác cao có triển vọng ứng dụng môi trường xử lý loại khí độc hại, đặc biệt loại khí thải từ động nguồn phát thải hoạt động giao thông Do đó, luận văn đề xuất hướng nghiên cứu “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại   NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” nồng độ CO ban đầu 7ppm nồng độ CO giảm giá trị không sau sau 10 dùng vật liệu A2, sau 11 vật liệu A3 sau 14 vật liệu A1 Như vậy, tất vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A có khả xử lý khí CO vật liệu A2 có khả xử lý tốt N n g đ ộ C O (p p m ) Không đèn + Không vật liệu Không đèn + Có vật liệu Đèn + Không vật liệu A1 A2 A3 Thời gian (giờ) 10 11 12 13 14 Hình 15 Khả xử lí khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A khác (A1, A2 A3) 3.4.2 Đánh giá khả xử khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B Thí nghiệm thử hoạt tính quang xúc tác vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B tiến hành tương tự cá mẫu tẩm phủ sol A Hình 3.18 biểu diễn phụ thuộc nồng độ CO hệ thử nghiệm sử dụng vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ sol B điều kiện khác Kết thử nghiệm cho thấy, vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B có khả xử lý CO Khí CO nồng độ ban đầu ppm sau 16 tham gia phản ứng quang xúc tác sử dụng vật liệu B1 toàn lượng khí CO hệ thử nghiệm khử hoàn toàn Còn vật liệu quang xúc tác B2 sử dụng sau 12 giơ lượng CO bị khử toàn 67    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Như vậy, vật liệu chế tạo từ dung dịch sol B2 có khả khử tốt dung dịch sol B1 So sánh hai loại sol A sol B thấy khả xử lí vật liệu tạo từ dung dịch sol A tốt dung dịch sol B N n g đ ộ C O (p p m ) Không đèn + không vật liệu Không đèn + Có vật liệu Đèn + Không vật liệu B1 B2 0 10 12 14 16 Thời gian (giờ) Hình 16 Khả xử lí khí CO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B khác (B1 B2) Với kết khẳng định vật liệu TiO2 sợi oxit nhôm chế tạo có khả khử khí CO tốt Với khoảng nồng độ cao khoảng nghiên cứu tăng tỉ lệ TiO2 thành phần sol tăng chiều dày lớp phủ qua tăng trình lặp chu trình nhúng - phủ - ủ nhiệt Để rút ngắn thời gian xử lý tăng công suất chiếu sáng 3.5 Đánh giá khả xử khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 3.5.1 Đánh giá khả xử khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A Thí nghiệm xác định khả xử lý khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 thực hệ thử nghiệm Trong điều kiện thí nghiệm nguồn sáng mà có vật liệu TiO2/Al2O3 dùng vật liệu TiO2/Al2O3 chưa có nguồn ánh sáng kích thích nồng độ NO giảm nhẹ theo thời gian gần không thay đổi Điều chứng 68    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” tỏ có lượng nhỏ NO hấp phụ vào vật liệu Khi sử dụng nguồn sáng có bước sóng 365 nm, công suất 20W, sau 12 nồng độ NO bị khử hoàn toàn vật liệu tẩm phủ dung dịch sol A2; 14 sol A3 sau 18 bị khử dung dịch sol A1 Vật liệu tạo từ sol A2 sol A3 có khả xử lí NO gần tương đương Với điều kiện tối ưu khảo sát (nhiệt độ ủ, điều kiện nhúng phủ mẫu, kiểm tra cường độ pic anatase TiO2, kích thước hạt,…) cho thấy dung dịch sol A2 với tỉ lệ thành phần sol TTIP: ACAC: H2O: EtOH= 1: 2: 3: 20 cho kết xử lí NO khả thi Khi tăng cường độ chiếu sáng (120W, tương đương đèn) thời gian xử lý NO rút ngắn đáng kể sau chiếu sáng liên tục nồng độ NO từ 5ppm bị khử hoàn toàn Như cường độ chiếu sáng tăng tốc độ phản ứng quang hóa tăng theo 4.5 N n g đ ộ N O (p p m ) 3.5 Không đèn + Không vật liệu Không đèn + Vật liệu 2.5 Đèn + Không vật liệu A1 1.5 A2 A3 0.5 0 12 14 16 18 Thời gian (giờ) Hình 17 Khả xử lí khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol A khác (A1, A2 A3) 3.5.2 Đánh giá khả xử khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B Với điều kiện thí nghiệm tương tự, thay vật liệu chế tạo theo dung 69    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” dịch sol A dung dịch sol B Các kết khảo sát hình 3.18 cho thấy sau 16 (đối với sol B2) sau 18 (đối với sol B1) nồng độ khí NO từ ppm bị khử hoàn toàn Nồng độ NO gần không thay đổi chưa chiếu sáng vật liệu phủ TiO2 chiếu sáng chưa phủ TiO2 So sánh hai loại sol A sol B thấy khả xử lí vật liệu tạo từ dung dịch sol A tốt dung dịch sol B Nồng độ NO (ppm) 4.5 B1 3.5 B2 Không đèn + không vật liệu 2.5 Đèn + không vật liệu Không đèn+ có vật liệu 1.5 0.5 0 12 14 16 18 Thời gian (giờ) Hình 18 Khả xử lí khí NO vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ dung dịch sol B khác (B1 B2) Với kết khẳng định vật liệu chế tạo sợi oxit nhôm kim loại cho khả khử khí NO, CO tốt Với khoảng nồng độ cao khoảng nghiên cứu tăng tỉ lệ TiO2 thành phần sol tăng chiều dày lớp phủ qua tăng trình lặp chu trình nhúng - phủ - ủ nhiệt Để rút ngắn thời gian xử lý tăng công suất chiếu sáng 70    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Bảng Hàm lượng NO, CO sau xử lí vật liệu tẩm phủ dung dịch sol A Thời gian (giờ) Nồng độ NO (ppm) sau xử lí sol: A1 A2 A3 5 4.5 3.5 4.5 Thời gian (giờ) Nồng độ CO (ppm) sau xử lí sol: A1 A2 A3 7 6.5 3 4.5 2.5 2.5 3.5 3.5 2 4.5 1.5 2.5 1 2.5 0.5 12 1.5 0.5 10 0.5 14 0 11 1.5 0 16 0.5 0 12 0 18 0 13 0.5 0 14 2.5 0 3.6 Đánh giá khả khử HCHO vật liệu TiO2/Al2O3 Hình 19 Khảo sát thay đổi nồng độ formaldehyde vật liệu A2 71    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Formaldehyde đưa vào hệ thử nghiệm với nồng độ ban đầu khoảng mg/m3 Trong trường hợp testbox trống, có vật liệu (không chiếu đèn UV), chiếu đèn UV (không có vật liệu) sau 28 nồng độ formaldehyde không thay đổi Điều khẳng định tia tử ngoại vật liệu chưa chiếu tia tử ngoại khả phân hủy formaldehyde (hình 3.20) Khi sử dụng đèn UV 20 W, bước sóng 365 nm vật liệu chế tạo có khả khả xử lí formaldehyde Hình 3.20 cho thấy, sau 28h chiếu sáng hiệu suất xử lí vật liệu A2 đạt 71% Thời gian gian bán phân hủy formaldehyde τ0.5 = 15h Trong theo tính toán lý thuyết thực nghiệm nhóm tác giả Huili Yu thời gian τ0.5 = 30h Từ cho thấy Al2O3 chất mang tốt để phủ TiO2 trình xử lý foremaldehyde 72    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” KẾT LUẬN Đã chế tạo thành công vật liệu TiO2 phủ sợi ôxít nhôm Al2O3 với dung dịch tẩm phủ có tỷ lệ mol TTIP : ACAC : H2O : EtOH = : : : 20 (A1); : : : 20 (A2); : : : 20 (A3); : : : 20 (B1); : : : 20 (B2) Tất mẫu trạng thái đơn anatase với đỉnh đặc trưng vị trí θ = 25,270 với cường độ mạnh θ = 47,35º Các hạt TiO2 có kích thước trung bình khoảng 25-30 nm sử dụng dung sol A 50-75 nm sử dụng sol B Chiều dày lớp màng sau lần phủ TiO2 sử dụng dung dịch sol A1 khoảng 160nm÷ 200 nm, dung dịch sol A2 250 nm ÷300 nm sol A3 270nm÷310nm, 120 ÷ 200 nm dung dịch sol B Với nguồn sáng có bước sóng 365 nm, công suất 20W, sau 18 toàn khí CO NO bị khử hoàn toàn khả xử lí vật liệu tạo từ dung dịch sol A tốt dung dịch sol B Khi sử dụng đèn UV 20 W, bước sóng 365 nm sau 28h chiếu sáng hiệu suất xử lí formaldehyde vật liệu A2 đạt 71% 73    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Air Quality guidelines for Europe, WHO Regional Publication, 2nd edition, 2000 [2] Akira Fujishima, Tata N Rao, Donald A Tryk, Titanium dioxide photocatalysis, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry review (2000)121 [3] Chul Han Kwon,Hyunmin Shin, Je Hun Kim,Woo Suk Choi,Ki Hyun Yoon(2004), Degradation of Methylene blue via photocatlysis of titanium dioxide, Reseach center – TIOZ Co Ltd, 775 - Wonsi-dong, Kyunggi - Do, Republic of Korea [4] David E Newton, Chemistry of the Environment , An imprint of InfoBase Publishing , 2007 [5] David J Branson, Photocatalysis: Considerations for IAQ-Sensitive Engineering Designs, Engineered Systems, April 2006 [6] David L Alles (editor), Asian Air Pollution, 2009 [7] D.F Ollis, H.Al.Ekabi, Photocatalytic purification and treatment of water and air, Proceeding of the 1st International Conference on TiO2,1993 [8] Energy futures and urban air pollution, the national academies press, 2008 [9] Formaldehyde, Concise International Chemical Assessment Document 40, World Health Organization, Geneva 2002 [9] Hodgson AT et al., J Air Waste Manag Assoc.,56(5),666-74(2006 [10] Huili Yu, Kaili Zhang, Carole Rossi, Theoretical study on photocatalytic oxidation of VOCs using nano-TiO2 photocatalyst, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 188 (2007) 65-73 [11] Liping Yang, Zengyan Liu, Degradation of indoor gaseous formaldehyde by hybrid VUV and TiO2/UV processes, Separation and Purification Technology 54 (2007) 204-211 74    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” [12] Lisa C, Klein Sol-gel technology for thin films, fibers, preforms, electronic and specialty shapes Noyes publicatin, USA,1987 [13] Liu Hongmin, Lian Zhiwei, Ye Xiaojiang, Shangguan Wenfeng, Kinetic analysis of photocatalytic oxidation of gas-phase formaldehyde over titanium dioxide, Chemosphere 60(2005) 630-635 [14] Roy M Harrison (Editor), An introduction to pollution science, RSC Publishing , 2006 [15] Occupational exposure to nitrogen monoxide in a tunnel environment, The British Tunneling Society , 2008 [16] Qi Hong, Sun De-zhi, Chi Guo-qing, Formaldehyde degradation by UV/TiO2/O3 process using continuouns flow mode, Journal of Environmental Sciences 19(2007) 1136-1140 [17] Tunga Salthammer, Sibel Mentese, Rainer Marutzky, Formaldehyde in the indoor environment, Chem Rev 2010, 110, 2536 – 2572 [18] Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai 400 005, India [19] Tong-xu Liu, Fang-bai Li, Xiang-zhong Li, TiO2 hydrosols with high activity for photocatalytic degradation of formaldehyde in a gaseous phase, Journal of Hazardous Materials 152 (2008) 347–355 [20] T.Maggos et al, 2007 Application of photocatalytic technology for NOx removal, Appl Phys.A 89, 81-84 (2007), 81-84 [21] Ulrike Deibold, The surface science of TiO2, Surface Science report,Vol 48, 52-229 (2003) [22] Yu KP, Lee GW, Huang WM, Wu CC, Lou CL, Yang S, J Air Waste Manag Assoc 56(5): 666-74 (2006) [23] www.vtpi.org (Victoria Transport Policy Institute) , Transportation cost and benefit analysis II – Air pollution cost 75    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Tiếng Việt [24] Báo cáo trạng môi trường 2007 [25] Báo cáo trạng môi trường 2008 [26] Báo cáo trạng môi trường 2009 [27] Báo cáo trạng môi trường 2010 [28] Đinh Xuân Thắng, giáo trình ô nhiễm không khí, NXB ĐH QG TP HCM, 2007 [29] Đặng Mạnh Đoàn,Trần Thị Diệu Hằng, Phan Ban Mai, thực trạng ô nhiễm môi trường không khí Hà Nội kiến nghị giảm thiểu ô nhiễm, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT [30] Hoàng Thị Hiền, Bùi Sỹ Lý, Bảo vệ môi trường không khí, Nhà xuất Xây dựng, 2007 [31] Nguyễn Cao Khang, Khống chế kích thước hạt nano TiO2 khảo sát tính chất chúng, Luận văn Thạc sĩ khoa học Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội (2007) [32] Phạm Ngọc Đăng, Thực trạng ô nhiễm không khí đô thị Việt Nam, (http://vea.gov.vn) 76    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐO KIỂM MẪU KHI TẠI TRẠM ĐĂNNG KIỂM XCG 2904V XN Ô TÔ TRẦN QUỐC HOÀN Ngày 7/4/09 Sáng 9h-11h 23.5 75 Chiều 14h-16h 28 75 Thời gian đo Nhiệt Độ ẩm độ (%) 8h30-11h 30 22.6 75 14h-16h 24.6 75 Trung bình NO ( ) 0.565 CO 1.438 SO2 0.030 Max ) Min ( ) kiể CxHy Ngày 8/4/09 Sáng NO 0.660 12.02 CO 0.825 136.1 SO2 0.008 2.384 C18H18 156.8 Chiều NO 0.455 3.766 77    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” CO 2.446 120.3 SO2 0.020 0.27 C18H18 134.2 Ngày 9/4/09 Sáng NO 0.541 9.406 CO 0.948 290.6 SO2 0.036 5.555 C18H18 9h-11h30 25.2 80 13h45-16h30 26.6 75 26 80 216.1 Chiều NO 0.235 9.406 CO 0.256 290.6 SO2 0.055 5.555 C18H18 247.3 Ngày 10/4/09 Sáng 9h -11h30 NO 1.037 22.36 CO 8.633 262.8 SO2 0.146 0.556 C18H18 445.5 78    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” Chiều 13h40-16h20 NO 0.893 22.36 CO 9.788 262.8 SO2 0.072 0.556 C18H18 29 72 9h-11h 26.6 83 14h-16h 30.3 77 445.5 Ngày 13/4/09 Sáng NO 0.182 22.36 CO 2.250 552.10 SO2 0.119 15.31 C18H18 569.4 Chiều NO 0.200 22.36 CO 0.116 552.1 SO2 0.069 15.41 C18H18 569.4 79    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” KẾT QUẢ ĐO KIỂM MẪU KHI TẠI SỐ NGUYỄN HUY TƯỞNG Trung bình Max Min Thời gian đo Nhiệt Độ ẩm (ppm) ppm) (ppm) kiểm độ (% NO 0.200 22.36 CO 0.116 552.1 SO2 0.069 15.41 8h45 – 11h 30 28 71 14h – 16h30 29 72 9h -11h 29.3 73 Ngày 13/04/09 CxHy 14h -16 h 569.4 Ngày 14/4/09 NO 0.168 2.967 CO 0.039 96.78 SO2 0.076 0.444 CxHy 318.3 Ngày 154/09 NO 0.169 2.252 CO 0.006 43.38 SO2 0.063 0.182 CxHy 0.014 283.0 Ngày 16/04/09 NO 0.093 0.743 CO 0.272 12.81 SO2 0.109 0.260 0.024 80    NGUYỄN MẠNH NGHĨA - CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - KHÓA 2009 “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí” CxHy 421.8 Trung bình Max Min Thời gian đo Nhiệt Độ ẩm (ppm) ppm) (ppm) kiểm độ (% 28.5 74 14h – 16h Ngày 16/04/09 NO 0.154 2.884 CO 0.000 559.0 SO2 0.169 1.509 CxHy 0.035 280 8h45-11h15 Ngày 17/04/09 NO 0.254 4.004 CO 9.475 101.7 SO2 0.215 1.608 CxHy 0.032 0.000 12h -16 h Ngày 17/04/09 NO 0.105 1.931 CO 0.243 111.1 SO2 0.143 0.495 CxHy 0.031 0.000 81    ... vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại   Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí Nguyễn Mạnh Nghĩa,... xác công nghệ xúc tác dẫn tới giảm nồng độ CO không khí trời hình 1.6 [13] 17   Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại môi trường không khí ... trắc phân tích môi trường QTMT: Quan trắc môi trường QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TCMT: Tổng cục môi trường   Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ oxit nhôm kim loại để phân hủy chất độc hại