Nghiên cứu ứng dụng xúc tác quang trên cơ sở nano tio2 biến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ PHƢƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XÚC TÁC QUANG TRÊN CƠ SỞ NANO TIO2 BIẾN TÍNH Mn ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC RỈ RÁC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGHIÊM TRUNG DŨNG PGS.TS ĐẶNG XUÂN HIỂN Hà Nội – Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Trần Thị Phƣơng LỜI CẢM ƠN Bản luận văn tốt nghiệp cao học hoàn thành trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Để có luận văn tốt nghiệp em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sau sắc đến trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học, đặc biệt PGS.TS Đặng Xuân Hiển trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt giúp đỡ em với dẫn khoa học quý giá suốt trình triển khai nghiên cứu hoàn thành đề tài “Nghiên cứu ứng dụng xúc tác quang sở nano TiO2 biến tính Mn để xử lý nước rỉ rác” Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, nhà khoa học trực tiếp giảng dạy truyền đạt kiến thức khoa học cho em suốt thời gian học tập trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1 Tính chất vật liệu TiO2 1.1.1 Các dạng thù hình TiO2 1.1.2 Cấu trúc điện tử TiO2 kích thước nanomet 1.2 Tính chất quang xúc tác nano TiO2 .5 1.3 Ứng dụng TiO2 1.4 Tổng quan phƣơng pháp hóa học tổng hợp TiO2 kích thƣớc nanomet 10 1.4.1 Phương pháp sol – gel .10 1.4.2 Phương pháp thủy nhiệt 11 1.5 Vật liệu nano TiO2 biến tính 12 1.6 Thành phần tính chất đặc trƣng nƣớc rỉ rác .13 1.6.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến trình hình thành nước rỉ rác 14 1.6.2 Thành phần tính chất nước rác số bãi chôn lấp Việt Nam 15 1.7 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận văn 18 1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu 18 1.7.2 Các nội dung nghiên cứu luận văn 18 Chƣơng – THỰC NGHIỆM 19 2.1 Hóa chất thiết bị .19 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 19 2.2.1 Nghiên cứu trình điều chế bột TiO2 kích thước nanomet phương pháp sol – gel citrat 19 2.2.2 Phương pháp xác định hoạt tính xúc tác quang TiO2 21 2.2.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế khảo sát hoạt tính quang xúc tác nano TiO2 phương pháp sol –gel .23 2.2.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng Mn đưa vào mạng lưới tinh thể nano TiO2 23 2.2.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hoạt tính quang xúc tác Mn – TiO2 24 2.2.3.3 Ảnh hưởng thời gian nung đến hoạt tính quang xúc tác Mn – TiO2 .24 2.2.3.4 Ảnh hưởng hàm lượng Mn - TiO2 đến hiệu suất xử lý MB 24 2.2.4 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen (MB) .25 2.2.5 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, tính chất, thành phần hoạt tính quang xúc tác nano TiO2 26 2.2.5.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.2.5.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 27 2.3 Nghiên cứu khả ứng dụng TiO2 kích thƣớc nanomet điều chế theo phƣơng pháp sol-gel để xử lý nƣớc rỉ rác sau trình xử lý hóa lý .29 Chƣơng – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác TiO2 thƣơng mại dƣới nguồn sáng đèn huỳnh quang đèn UV .31 3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác TiO2 đƣợc điều chế theo phƣơng pháp sol – gel citrat 33 3.3 Đặc trƣng cấu trúc vật liệu nano TiO2 điều chế theo phƣơng pháp sol –gel citrat 35 3.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .35 3.3.2 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) .36 3.4 Biến tính nano TiO2 – SGC MnSO4 37 3.4.1 Khảo sát hàm lượng mangan biến tính: 37 3.4.2 Khảo sát nhiệt độ nung mẫu 3% Mn/TiO2 42 3.4.3 Khảo sát thời gian nung mẫu 3% Mn/TiO2 .44 3.5 Thăm dò khả xử lý nƣớc rỉ rác trƣớc sau xử lý sinh học Mn/TiO2 47 3.5.1 Kết khảo sát khả xử lý COD nước rỉ rác trước xử lý sinh học Mn/TiO2 .47 3.5.2 Kết khảo sát khả xử lý COD nước rỉ rác sau xử lý sinh học Mn/TiO2 48 3.5.3 Khảo sát khả xử lý Mn/TiO2 với nước rỉ rác chưa xử lý sinh học theo thời gian .50 5.3.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng TiO2 đến hiệu suất xử lý nước rỉ rác 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Phụ Lục 57 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các dạng thù hình TiO2 Hình 1.2 Giản đồ MO TiO2 anatase Hình 1.3 Phản ứng quang xúc tác TiO2 với hợp chất hữu Hình 1.4 Các mức ôxi hóa – khử TiO2 Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng hợp TiO2 theo phương pháp sol – gel 20 Hình 2.3 Quang phổ đèn compact 36W 21 Hình 2.4: Sơ đồ thử hoạt tính quang xúc tác TiO2 23 Hình 2.2: Đường chuẩn xác định nồng độ Xanh methylen .25 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26 Hình 3.1: Nồng độ MB lại sau xử lý TiO2 thương mại ánh đèn huỳnh quang đèn UV 32 Hình 3.2: Hiệu suất xử lý TiO2 ánh đèn huỳnh quang đèn UV 32 Hình 3.3: So sánh khả xử lý độ màu MB nano TiO2 – SGC TiO2 thương mại ánh đèn UV 34 Hình 3.4: So sánh khả xử lý TiO2 – SGC ánh đèn huỳnh quang đèn UV 35 Hình 3.5: Phổ XRD mẫu nano TiO2 – SGC .36 Hình 3.6: Dãy mẫu TiO2 thu với hàm lượng Mn khác 37 Hình 3.7 Phổ nhiễu xạ XRD mẫu TiO2 biến tính Mn nồng độ khác 38 Hình 3.8: Nồng độ xanh methylen lại sau xử lý Mn/TiO2 với phần trăm biến tính khác 40 Hình 3.9: Hiệu suất xử lý độ màu MB Mn/TiO2 phần trăm biến tính khác 41 Hình 3.10: Kết EDX mẫu 3% Mn/TiO2 .42 Hình 3.11: Hiệu suất xử lý MB mẫu 3% Mn/TiO2 nung nhiệt độ khác 44 Hình 3.12: Hiệu suất xử lý MB mẫu 3% Mn/TiO2 nung 6000C khoảng thời gian khác 46 Hình 3.14:Kết xử lý nước rỉ rác trước hệ thống sinh học 3% Mn/TiO2 48 Hình 3.15: Kết xử lý nước rỉ rác sau hệ thống sinh học 3% Mn/TiO2 49 Hình 3.16: Kết xử lý nước rỉ rác vật liệu 3% Mn/TiO2 theo thời gian 50 Hình 3.17: Ảnh hưởng hàm lượng TiO2 đến hiệu suất xử lý .51 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số mạng tinh thể đặc trưng dạng thù hình TiO2 Bảng1.2: Thành phần nước rác bãi chôn lấp Đông Thạnh( CENTENMA, 2002) 16 Bảng 1.3 : Thành phần nước rác bãi chôn lấp Nam Sơn – Hà Nội 17 Bảng 3.1: Kết xử lý độ màu MB TiO2 thương mại đèn UV: .31 Bảng 3.2: Kết xử lý độ màu MB TiO2 thương mại đèn huỳnh quang31 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý MB nano TiO2 thương mại 32 Bảng 3.4: Nồng độ mẫu MB lại sau xử lý nano TiO2 - SGC ánh đèn UV 33 Bảng 3.5: Nồng độ MB lại xử lý nano TiO2 – SGC ánh đèn huỳnh quang 34 Bảng 3.6: Màu sắc, kích thước điều kiện tổng hợp mẫu xúc tác nano TiO2 – SGC biến tính Mn .38 Bảng 3.7: Độ hấp phụ quang mẫu MB lại theo thời gian xử lý Mn – TiO2 biến tính hàm lượng khác .39 Bảng 3.8: Nồng độ xanh methylen lại sau xử lý Mn /TiO2 40 biến tính nồng độ khác nhau: 40 Bảng 3.9: Hiệu suất xử lý MB Mn/TiO2 phần trăm biến tính khác 41 Bảng 3.10: Độ hấp phụ quang mẫu MB lại theo thời gian xử lý 3% Mn/TiO2 nhiệt độ khác .42 Bảng 3.11: Nồng độ MB lại theo thời gian xử lý Mn/TiO2 nung nhiệt độ khác 43 Bảng 3.12: Hiệu suất xử lý độ màu MB mẫu Mn/TiO2 nhiệt độ nung khác 44 Bảng 3.13: Độ hấp phụ quang mẫu MB lại theo thời gian với xúc tác 3% Mn/TiO2 nung 6000C thời gian khác 45 Bảng 3.14: Nồng độ MB lại sau xử lý 3% Mn/TiO2 nung 6000C khoảng thời gian khác .45 Bảng 3.15: Hiệu suất xử lý MB 3% Mn/TiO2 nung 6000C khoảng thời gian khác 46 Bảng3 16: Sự thay đổi số thông số nước rỉ rác trước sau trình xử lý 47 Bảng 3.17: Giá trị COD mẫu nước rỉ rác trước xử lý sinh học 48 Bảng 3.18: Giá trị COD nước rỉ rác sau xử lý sinh học .49 Bảng 3.19 Khảo sát khả xử lý 3% Mn/TiO2 theo thời gian .50 Bảng 3.20: Ảnh hưởng hàm lượng TiO2 đến hiệu suất xử lý .51 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CB Vùng dẫn VB Vùng hóa trị e- Electron hóa trị h+ Lỗ trống MB Xanh methylene (Methylen blue) SGC Sol – gel – citrat SEM Kính hiển vi điện tử quét(Scanning electron microscope) EDX Phổ tán xạ lượng tia X (Energy- dispersive X-ray spectroscopy) XRD Phổ nhiễu xạ tia X (X – rays Diffraction) MỞ ĐẦU TiO2 vật liệu xúc tác quang quan trọng ý phát triển năm gần Quá trình xúc tác quang sở chất bán dẫn TiO2 trình oxy hóa nâng cao đầy triển vọng việc phân hủy chất gây ô nhiễm môi trường, dùng để khử độc cho nước không khí Vật liệu TiO có nhiều ưu so với chất bán dẫn có hoạt tính quang xúc tác khác: TiO2 có giá thành thấp, trơ mặt hóa học, khả quang hoạt tự phục hồi cao, tái sử dụng Tuy nhiên, việc ứng dụng TiO2 lĩnh vực xử lý môi trường chưa đem lại hiệu cao, số hạn chế vật liệu: - TiO2 có lượng vùng cấm lớn ( 3,0 – 3,2 eV), - Phản ứng tái hợp electron lỗ trống quang sinh ( e-cb, h+vb) diễn với tốc độ lớn làm giảm mạnh hoạt tính xúc tác Để khắc phục hạn chế trên, cần giảm lượng vùng cấm ngăn chặn tái tổ hợp electron lỗ trống quang sinh Nhiều nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu làm giảm lượng vùng cấm TiO việc đưa thêm nguyên tố kim loại: Fe, V, Ce, La, hay nguyên tố phi kim N, S, F vào cấu trúc mạng lưới tinh thể TiO2 Có nhiều kết khác công bố hoạt tính xúc tác sau biến tính nguyên tố TiO2 so với TiO2 tinh khiết Trong số kim loại thực biến tính vào cấu trúc TiO2 việc biến tính kim loại Mn hướng nhiều triển vọng giới nước ta Vì vậy, để góp phần khắc phục hạn chế đưa vật liệu TiO vào ứng dụng rộng rãi, luận văn ta tiến hành nghiên cứu : “Nghiên cứu ứng dụng xúc tác quang sở nano TiO2 biến tính Mn để xử lý nƣớc rỉ rác” Hy vọng, với đóng góp nhỏ bé ta luận văn này, góp phần cải thiện đưa vật liệu TiO2 vào ứng dụng lĩnh vực xử lý môi trường cách đa dạng Hàm lượng Mn biến tính tối ưu là: 3% Nhiệt độ nung mẫu tối ưu là: 6000C Thời gian nung mẫu tối ưu là: 4h Với thông số nano Mn/TiO2 thu có khả xử lý độ màu MB với hiệu suất là: 75,4% Hiệu suất xử lý nano TiO2 tăng lên từ 56,5% đến 75,4% đưa thêm Mn vào mạng lưới tinh thể Tuy chưa đạt hiệu suất xử lý nano TiO2 ánh đèn UV Nhưng kết khả quan để tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện sản phẩm Để ứng dụng nano 3% Mn/TiO2 chế tạo cần tiếp tục nghiên cứu khả xử lý đối tượng nước ô nhiễm thật Đó nước rác trước xử lý sinh học sau xử lý sinh học 3.5 Thăm dò khả xử lý nƣớc rỉ rác trƣớc sau xử lý sinh học Mn/TiO2 3.5.1 Kết khảo sát khả xử lý COD nước rỉ rác trước xử lý sinh học Mn/TiO2 Nước rỉ rác lấy bãi chôn lấp rác thải Kiêu Kỵ, Gia Lâm, Hà Nội sau qua giai đoạn tiền xử lý xử lý hóa lý (sục đuổi khí NH3, keo tủa MPA, keo tụ) thông số ô nhiễm thu sau: Bảng3 16: Sự thay đổi số thông số nước rỉ rác trước sau trình xử lý STT Thông số Đơn vị COD BOD5 NH4+ mg/L mg/L mg/L Đầu vào nƣớc rác Kiêu Kỵ 2.740–3222 850–1.005 654–812 Sau xử lý hóa lý 1.112–1.456 600–750 205–256 Bảng 16 thể thay đổi nồng độ số thông số ô nhiễm nước rác sau trình xử lý hóa lý Sau xử lý hóa lý, nồng độ COD NH4+ giảm đáng kể Nồng độ COD giảm 50%, xuống 1.112 – 1.455 mg/L, nồng độ NH4+ giảm xuống 205 – 256 mg/L Nồng độ BOD5 giảm 600–750 mg/L Nước rỉ rác sau xử lý hóa lý xử lý Mn/TiO2 chế tạo Qui trình 47 xử lý nêu phần 2.4 Kết COD mẫu nước rỉ rác thu theo thời gian xử lý sau: Bảng 3.17: Giá trị COD mẫu nước rỉ rác trước xử lý sinh học Thời gian (phút) COD (mg O2/l) 30 60 90 120 150 1225 1125 880 793 657 576 Từ số liệu thu biểu diễn đồ thị khả biểu diễn sau: COD (mg/l) 1500 1000 500 0 50 100 150 200 Thời gian (phút) Hình 3.14:Kết xử lý nước rỉ rác trước hệ thống sinh học 3% Mn/TiO2 Kết COD thu cho thấy, với đầu vào nước rỉ rác trước xử lý sinh học giá trị COD cao (1225mg/l) khả xử lý Mn/TiO2 tốt sau xử lý hiệu suất đạt 53% Tốc độ suy giảm COD rõ rệt giai đoạn đầu Với kết chưa đáp ứng đầu giá trị COD theo TCVN, với đối tượng khó xử lý nước rỉ rác với hàm lượng chất hữu cao phức tạp kết mở tiềm để tiếp tục nghiên cứu đưa nano TiO2 vào ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường 3.5.2 Kết khảo sát khả xử lý COD nước rỉ rác sau xử lý sinh học Mn/TiO2 Đối với mẫu nước rỉ rác lấy từ bãi chôn lấp rác thải Kiêu Kỵ đem xử lý hóa lý sinh học phòng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, sau nước rỉ rác đầu tiếp tục xử lý 3% Mn/TiO2 điều chế Kết thu sau: 48 Bảng 3.18: Giá trị COD nước rỉ rác sau xử lý sinh học Thời gian (phút) COD(mg/l) 30 60 90 120 150 250 217 201 180 178 175 Đồ thị biểu diễn khả xử lý 3% Mn/TiO2 sau: 300 COD (mg/l) 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 Thời gian (p) Hình 3.15: Kết xử lý nước rỉ rác sau hệ thống sinh học 3% Mn/TiO2 Từ kết thu nhận thấy, với nước rỉ rác sau xử lý sinh học COD giảm xuống thấp 250mg/l lại chủ yếu chất hữu khó xử lý sinh học khó cho trình xử lý Kết khảo sát cho thấy với lượng đầu vào nước rỉ rác qua xử lý sinh học hiệu suất xử lý Mn/TiO2 thấp đạt 30% lượng COD đầu trình xử lý giảm xuống 175mg/l Như vậy, qua trình khảo sát khả xử lý Mn/TiO2 với mẫu nước rỉ rác trước sau trình xử lý sinh học cho thấy, mẫu nước đầu vào có COD cao khả xử lý vật liệu chế tạo tốt đạt 53% Tuy nhiên với mẫu đầu vào sau xử lý COD 250mg/l chủ yếu chất hữu khó xử lý hiệu xuất xử lý đạt 30% Qua thấy vật liệu chế tạo ứng dụng trình xử lý trước hệ thống xử lý sinh học để giảm tải lượng ô nhiễm đầu vào từ giảm thời gian lưu giảm diện tích công trình xử lý sinh học 49 3.5.3 Khảo sát khả xử lý Mn/TiO2 với nước rỉ rác chưa xử lý sinh học theo thời gian Tiếp tục khảo sát khả xử lý 3% Mn/TiO2 theo thời gian kết thu sau: Bảng 3.19 Khảo sát khả xử lý 3% Mn/TiO2 theo thời gian Thời gian (phút) COD (mg/l) 30 60 90 120 150 180 1225 1125 880 793 576 571 565 Kết thu biểu diễn dạng đồ thị sau: 1400 COD(mg/l) 1200 1000 800 600 400 200 0 50 100 150 200 Thời gian (phút) Hình 3.16: Kết xử lý nước rỉ rác vật liệu 3% Mn/TiO2 theo thời gian Kết thu cho thấy, thời gian tăng hiệu suất xử lý tăng, thời gian phân hủy dài hiệu suất phân hủy tăng chậm Khi thời gian tăng từ 150 phút đến 180 phút giá trị COD giảm từ 576 mg/l xuống 565mg/l Qua chọn thời gian phản ứng tối ưu 150 phút tức 120 phút chiều đèn, vừa thỏa mãn yêu cầu xử lý, vừa tiết kiệm chi phí thông qua việc giảm thể tích thiết bị tiết kiệm lượng chiếu sáng 50 5.3.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng TiO2 đến hiệu suất xử lý nước rỉ rác Với qui trình trình bày phần 2.4, ta sử dụng hàm lượng TiO2 100mg cho 200ml nước rỉ rác Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng TiO2 đến khả xử lý nước rỉ rác vật liệu ta tiếp tục xử lý với hàm lượng 50mg, 150mg, 200mg Kết COD theo thời gian thu sau: Bảng 3.20: Ảnh hưởng hàm lượng TiO2 đến hiệu suất xử lý Mẫu Thời gian (phút) 30 60 90 120 150 50 100 150 200 1225 1125 902 813 752 710 1225 1125 880 793 657 576 1225 1112 872 778 694 563 1225 1108 825 705 621 514 Từ kết thu có đồ thị để so sánh khả xử lý hàm lượng khác sau: 1400 COD (mg/l) 1200 1000 800 50mg 600 100mg 400 150mg 200 200mg 0 50 100 150 200 Thời gian (phút) Hình 3.17: Ảnh hưởng hàm lượng TiO2 đến hiệu suất xử lý Dựa vào đồ thị nhận thấy, hàm lượng TiO2 tăng lên hiệu suất xử lý tăng lên Cụ thể với hàm lượng TiO2 50mg, 100mg, 150mg, 200mg hiệu suất xử lý nước rỉ rác với qui trình là: 42%, 53%, 54%, 58% Điều giải thích do: có mặt TiO2 tác dụng ánh sáng đèn Compact, TiO2 hoạt hóa trở thành chất xúc tác tạo gốc tự có 51 khả oxi hóa mạnh Khi lượng TiO2 tăng lượng gốc tự tăng, nên hiệu suất phân hủy chất hữu nước rỉ rác tăng lên Tuy nhiên, nhận thấy hàm lượng TiO2 tăng lên hiệu suất xử lý tăng lên không nhiều Vì vậy, để đảm bảo vấn đề kinh tế hàm lượng TiO2 0.5g/l lựa chọn cho trình xử lý Như vậy, trình nghiên cứu bước thăm dò khả xử lý vật liệu chế tạo với đối tượng ô nhiễm nước rỉ rác, xác định số điều kiện thích hợp cho trình xử lý: thời gian xử lý phù hợp ánh đèn compact 36W, hàm lượng TiO2 phù hợp 0,5g/l Với điều kiện xử lý hiệu suất xử lý đạt 53%, tiến hành điều kiện thực tế ánh sáng mặt trời hiệu suất xử lý đạt cao ánh sáng mặt trời có khoảng 4% tia tử ngoại khả kích hoạt hoạt tính xúc tác Mn/ TiO2 cao Với kết thu được, bước đầu mở tiềm xử lý nước rỉ rác Mn/TiO2 Tuy nhiên, để nâng cao hiệu suất xử lý cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa điều kiện chế tạo điều kiện trình xử lý 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua trình thực nghiệm đề tài thu kết sau: 1.Chế tạo thành công nano TiO2 theo phương pháp sol – gel citrat thăm dò khả xử lý nano TiO2 điều chế đối tượng xanh methylen Kết cho thấy với hệ đèn UV đạt 84,9% với hệ đèn huỳnh quang đạt 56,5% Cao so với nano TiO2 thương mại bán thị trường Điều mở hướng tiếp tục nghiên cứu với mong muốn cải thiện khả xử lý sản phẩm ánh đèn huỳnh quang Thực biến tính thành công Mn vào mạng lưới tinh thể nano TiO2 Và khảo sát ảnh hưởng số yếu tố sau: - Hàm lượng Mn doping tối ưu 3% - Nhiệt độ nung mẫu tối ưu 6000C - Thời gian nung mẫu tối ưu : 4h - Hàm lượng Mn/TiO2: 0,5g/l 3.Chứng minh số đặc tính cấu trúc vật liệu điều chế thông qua phổ: SEM, XRD, EDX kết sau: - Kết SEM cho thấy hình thái bề mặt đồng đều, kích thước khoảng 10 – 20nm - Kết XRD cho thấy, nano TiO2 chủ yếu tồn dạng anatase kích thước hạt trung bình tính theo công thức Debeye Scherrer 12.6nm Điều đáp ứng yêu cầu chế tạo đề - Kết EDX cho thấy hàm lượng doping Mn đạt hiệu suất 91,6%, theo tính toán lý thuyết 3% kết EDX thu 2,75% Kết phù hợp với yêu cầu đặt 4.Bước đầu thăm dò khả xử lý vật liệu chế tạo đối tượng thực tế nước rỉ rác trước xử lý sinh học sau xử lý sinh học Kết cho thấy nước thải trước xử lý sinh học hàm lượng COD cao (1000 – 2000mg/l) hiệu suất xử lý tốt đạt 53% sau giờ, nước rỉ rác qua xử lý sinh học lượng COD đầu vào thấp 250mg/l khả xử lý TiO2 chế tạo không cao đạt 30% 53 Tuy luận văn chế tạo thành công vật liệu nano TiO2 biến tính mangan bước đầu thăm dò cho thấy khả xử lý tốt vật liệu nước rỉ rác Tuy nhiên để đưa vào sản xuất ứng dụng rộng rãi thực tế cần ứng dụng sản phẩm nhiều đối tượng khác như: khả xử lý nước thải dệt nhuộm, khả phân hủy phenol, Rhodamin B, khả xử lý nước thải số sông… Cần nghiên cứu khả thu hồi vật liệu, độ giảm hoạt tính xúc tác xa đưa vật liệu lên chất mang để nâng cao khả xử lý thu hồi vật liệu 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO R.A.Lidin, V A Volosco, L L Andreeva (2001), Tính chất lý hóa học chất vô cơ, Người dịch: Lê Kim Long, Hoàng Nhuận, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Xuân Chánh, Vũ Đình Cự (2004), Công nghệ nano điều khiển đến phân tử, nguyên tử, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Carp O, Huisman C.L , Reller A (2004), “Photoinduced reactivity of titanium dioxide”, Progress in Solid State Chemistry (32), pp 33 – 177 Adrian A Vega (2005), Development and evaluation of composite photocatalyst for water treament proceses, B.Sc, University of Costa Rica Qinghong Zhang, Lian Gao, Jingkun Guo (2000) “Effect of hydrolysis conditions on morphology crystallization of nanosized TiO2 powder” Journal of the European Ceramic Socity (20), pp 2153 – 2158 Baorang Li, Xiaohui Wang, Minyu Yan, Longtu Li (2000), “Preparation of TiO2 nanoparticles in glycerol - containing solutions”, Materials Letters (4236), pp.1 – Chen X and Mao S S (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, properties, modifications and applications”, Chem Rev 107, pp 2891- 2959 Yanan Liu, Jun He, Yu Sun (2013), “A comparison of N-doped TiO2 photocatalysts preparation methods and studies on their catalytic activity”, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, Volume 88, Issue 10, pp 1815–1821 Matthews R W (1989), “Photocatalytic oxidation and adsorption of methylene blue on thin films of near - ultraviolet – illuminated TiO2”, J Chem.Soc, Faraday Trans (185), pp 1291 – 1392 10 Mai Tuyên (2008), “Các ứng dụng quan trọng TiO nano triển vọng thị trường”, Viện Hóa học Công nghiệp, Weblog Nguyễn Quốc Khánh 11 M Anderson, L.Osterlund, S Ljungstrom, A Palmqvist (2002), “Preparation of nanosize anatase and rutile TiO2 by hydrothermal treatment of micro- 55 emulsions and their activity for photocatalytic wet oxidation of phenol”, J Phys Chem B, 106, pp 10674-10679 12 Ruby Chauhana, Ashavani Kumarb, Ram Pal Chaudhar a (2009),Structural and photocatalytic studies of Mn doped TiO2 nanoparticles, Water research 13 Q.R Denga, X.H Xiaa,b, M.L Guob, Y Gaob, G Shaoa,c (2010),UV-TiO2 Photocatalytic Degradation of Landfill Leachate, Materals Research Bulletin 14 P Praveen, G Viruthagari, S.Mugundar, N.Shanmugam, “Sol – gel systhesisc and characterization of pure and manganese doped TiO2 nano particles – A new NLO active material”, Deparment of physic, Annamalia University Nagar 6008002, Tamilnadu India, 2014 15 Trần Hiếu Nhuệ, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Thị Kim Thái (2001), Quản lý chất thải rắn Chất thải rắn đô thị Tập 1, Nhà xuất Xây Dựng Hà Nội 16 X.H Xia, Y Liang, Z Wang, J Fan, Y S Luo, Z J Jia, 2007 Synthesis and photocatalytic properties of TiO2 nanostructure, Materals Research Bulletin 17 Trần Minh Đức (2008), Tổng hợp hạt nano TiO2, TiO2 pha tạp V, La phương pháp sol – gel citrate, nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang hóa ứng dụng xử lý môi trường nước ô nhiễm benzene, phenol nitrophenol, Luận văn thạc sĩ khoa học 18 Yanping Zhou, Zhongqing Liu, Zhenghua Li, Yichao Wang, and Changchun Ge (2007) Enhanced photocatalytic activity of (La, N) co-doped TiO2 by TiCl4 sol – gel autoigniting synthesis 56 Phụ Lục Một số hình ảnh trình chế tạo vật liệu: Hình 1: Quá trình tạo gel Hình 2: Cấu hình phản ứng ổn định tối 57 Hình 3: Cấu hình phản ứng phân hủy MB với hệ dùng đèn huỳnh quang 58 Hình 4: Dãy dung dịch dựng đường chuẩn xanh methylen Hình 5: Máy UV – vis đo mật độ quang MB 59 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu nano TiO2 tinh khiết điều chế theo phương pháp sol – gel citrat 60 Phổ tán xạ lượng tia X mẫu 3%Mn/TiO2 1/1 Title : IMG1 Instrument : 6490(LA) Volt : 20.00 kV 003 100 µm 1000 003 Acquisition Parameter 900 Instrument 800 O 700 Counts 600 500 Ti 200 Acc Voltage : 20.0 kV Ti Probe Current: 1.00000 nA Ti Ti 400 300 Mn TiLsum Mn Mn TiKescMnKesc PHA mode : T4 Real Time : 64.34 sec Live Time : 50.00 sec TiKsum 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.2639 Element (keV) Mass% O K 0.525 18.2 1.07 41.25 16.3682 Ti K 4.508 77.4 0.27 56.58 81.0470 JED-2300 : 6490(LA) Error% Atom% Compound AnalysisStation 61 Mass% Cation K ... chuyển tiếp, việc biến tính nano TiO2 mangan kim loại hướng Trên giới nghiên cứu biến tính TiO2 mangan mức độ thăm dò khẳng định biến tính TiO2 Mangan mang lại hiệu hoạt tính quang xúc tác vùng ánh... 1.2 Tính chất quang xúc tác nano TiO2 Năm 1930 xuất khái niệm quang xúc tác, ánh sáng nhân tố kích hoạt chất xúc tác giúp cho phản ứng xảy Điều kiện để chất có khả quang xúc tác là: - Có hoạt tính. .. phần khắc phục hạn chế đưa vật liệu TiO vào ứng dụng rộng rãi, luận văn ta tiến hành nghiên cứu : Nghiên cứu ứng dụng xúc tác quang sở nano TiO2 biến tính Mn để xử lý nƣớc rỉ rác” Hy vọng, với