nano TiO2nhiều tính chất ưu việt Y học Năng lượng Tiềm năng ứng dụng TiO2 rất lớn “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano TiO2 vào xử lý một số hợp chất hữu cơ trong nước” Ô nhiễm môi trườn
Trang 1GVHD: TS Nguyễn Phi Hùng
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT
MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ
TRONG NƯỚC
Trang 2nano TiO2
(nhiều tính chất ưu việt)
Y học Năng lượng
Tiềm năng ứng dụng TiO2 rất lớn
“Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano TiO2 vào
xử lý một số hợp chất hữu cơ trong nước”
Ô nhiễm môi
trường nước Vấn đề nan giải !
Trang 3MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Điều chế và nghiên cứu tính chất vật liệu xúc tác quang TiO2.
Pha tạp và khảo sát hoạt tính quang xúc tác
theo thời gian, hàm lượng xúc tác, loại ánh sáng kích thích, nghiên cứu động học trên dung dịch metyl da cam.
Ứng dụng vào xử lý một số loại nước thải công nghiệp và tạo xi măng chống rêu mốc.
Trang 5Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU TiO 2
1.1.1 Cấu trúc
1.1.2 Tổng hợp
1.1.3 Biến tính
1.2 ỨNG DỤNG QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU TiO 2
1.2.1 Tính chất quang xúc tác của TiO 2
1.2.2 Ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO 2 trong xử lý nước
Trang 6Chương 2: THỰC NGHIỆM
Tổng hợp TiO2 nano: phương pháp thủy nhiệt.
Tổng hợp TiO2 pha tạp N: nghiền, trộn và nung.
Đặc trưng vật liệu: SEM, TEM, TGA, BET,
Trang 7Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
CỦA VẬT LIỆU
3.3 THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG CỦA TN1-3
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ CHỐNG RÊU MỐC
Trang 83.1.1 Vi cấu trúc của TiO2
3.1 ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
tổng hợp được nung ở 450 0 C
Dạng ống nano:
+ Đường kính: 10 nm
+ Chiều dài ống: 500 nm
tổng hợp được nung ở 450 0 C
Dạng ống nano vẫn tồn tại:
+ Đường kính ngoài: 10 nm + Đường kính trong: 6 nm
Trang 93.1 ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
Hình 8 Giản đồ TGA của mẫu T450
Quá trình mất nước theo nhiệt độ
Giảm 1,157 mg 13,599%
3.1.2 Phân tích nhiệt TGA
Trang 103.1 ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.2 Phân tích nhiệt TGA
Hình 9 Giản đồ TGA của TN1-3
Quá trình mất nước theo
nhiệt độ
Giảm 0,332 mg
3,981%
Trang 113.1 ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.2 Diện tích bề mặt và tính chất xốp
Diện tích bề mặt S = 330,1191 m2/g
Hình 10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ
N 2 ở -196 0 C của mẫu T450
Trang 123.1 ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.2 Diện tích bề mặt và tính chất xốp
Hình 11 Đường phân bố kích thước
mao quản của mẫu T450
Kết luận: Sbề mặt lớn, mao quản trung bình,
d = 20 nm
Trang 133.1 ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.3 Nhiễu xạ tia X và phổ UV-Vis rắn
300 400 500 600 700
300 400 500 600 700 0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Hình 12 Giản đồ nhiễu xạ tia X của
T450 và TN1-3
cấu trúc pha tinh thể (anatase).
TN1-3 : 2,36 eV
Trang 143.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
Hình 14 Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam theo thời gian trên xúc tác
TN1-3 dưới ánh sáng đèn halogen
Đèn halogen
Độ chuyển hóa metyl da cam theo thời gian trên
xúc tác TN1-3 dưới đèn halogen
y = -0.0013x 2 + 0.3249x + 0.8017
R 2 = 0.9696 0
5 10 15 20 25
Trang 153.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
sau 120 phut mau ban dau
Hình 16 Phổ UV-Vis của dung dịch metyl
da cam theo thời gian trên xúc tác TN1-3
dưới ánh sáng đèn huỳnh quang
Độ chuyển hóa metyl da cam theo thời gian trên xúc tác TN1-3 dưới đèn huỳnh quang
0 5 10 15 20 25 30
Trang 163.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
3.2.1 Ảnh hưởng của thời gian
400 500 -0.2
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
sau 20 phut
sau 60 phut sau 90 phut sau 30 phut
sau 10 phut mau ban dau
Độ chuyển hóa của metyl da cam theo thời gian
trên xúc tác TN1-3 dưới ánh sáng mặt trời
Hình 18 Phổ UV-Vis của dung dịch metyl
da cam theo thời gian trên xúc tác TN1-3
Ánh sáng mặt trời
Trang 173.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
3.2.1 Ảnh hưởng của thời gian
Kết luận:
càng cao
- Riêng đối với ánh sáng mặt trời, chỉ sau
90 phút metyl da cam đã bị xử lý hoàn toàn
Trang 183.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
Tốc độ phản ứng phân hủy metyl da cam dưới ánh sáng mặt trời sử dụng xúc tác TN1-3 tuân theo phương trình động học bậc nhất với phương trình đường:
Trang 193.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
400 500 0.0
6 1
1: mau ban dau
2: 0,5 mg 3: 1 mg
4: 6 mg
5: 10 mg 6: 20 mg
Hình 22 Phổ UV-Vis của dung dịch
mety da cam theo hàm lượng xúc tác
Khả năng xử lý đạt cao nhất tại hàm lượng TN1-
20 ml dung dịch metyl da cam 6 mg/l
Độ chuyển hóa metyl da cam theo hàm lượng xúc tác TN1-3 dưới ánh sáng đèn
halogen
0 2 4 6 8 10 12
Trang 203.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
5 4
3 2
7 16
Hình 24 Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam theo hàm lượng xúc tác
TN1-3 dưới ánh sáng đèn huỳnh quang
Khả năng xử lý đạt cao nhất tại hàm lượng TN1-3
dùng để xử lý 20 ml dung dịch metyl da cam 6 mg/l
0 5 10 15 20 25
Trang 213.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
Hình 26 Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam theo hàm lượng xúc
Đối với ánh sáng mặt trời độ chuyển hóa tăng khi hàm lượng xúc tác
tăng
Mặt trời Độ chuyển hóa metyl da cam theo hàm lượng
xúc tác TN1-3 dưới ánh sáng mặt trời
0 10 20 30 40
Trang 223.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
Kết luận:
- Dưới ánh sáng mặt trời hiệu quả quang xúc tác của TN1-3 là tốt nhất.
- Trong 2 nguồn sáng nhân tạo là đèn halogen và đèn huỳnh quang thì khả năng quang xúc tác của vật liệu dưới đèn huỳnh quang là tốt hơn.
Hình 28 Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam trên xúc tác TN1-3 ở các
loại nguồn sáng kích thích khác nhau
400 450 500 550 600 0.0
anh sang mat troi
den huynh quang
Trang 23Bảng 19 Kết quả COD của nước thải lò
giết mổ gia súc qua các thời gian xử lý
Kết luận: Chỉ sau một giờ qua bộ xử lý dưới ánh sáng mặt
trời, giá trị COD đã giảm từ 460 xuống 320 mg/l tức là đã
xử lý nước thải rất ô nhiễm từ lò giết mổ về nước thải loại C.
COD lò giết mổ gia súc
0 100 200 300 400 500
Trang 243.3 ỨNG DỤNG 3.3.1 Xử lý nước thải
Bảng 21 Kết quả COD của nước thải
nhà máy bia qua các thời gian xử lý COD nước thải nhà máy bia
0 50 100 150 200 250
Kết luận : Sau 4 giờ trong bộ xử lý dưới ánh sáng mặt trời
đã giảm lượng COD từ 201 xuống 80, tức là đã xử lý nước
thải nhà máy bia từ tiêu chuẩn nước thải loại C sang loại B.
Trang 253.3 ỨNG DỤNG
Hình 33 Khay xi măng thường (có mọc rêu)
và xi măng phủ TN1-3 (không mọc rêu)
Trong cùng điều kiện
thí nghiệm, khay xi măng thường có rong rêu mọc xanh trong khi đó khay phủ TN1-3 thì không có hiện tượng gì.
Xi măng phủ TN1-3
có khả năng sát khuẩn, chống rêu mốc.
Trang 26KẾT LUẬN
ánh sáng của vật liệu sang vùng ánh sáng khả kiến và kết
quả nghiên cứu đã cho thấy rằng vật liệu thu được có hoạt tính quang xúc tác rất tốt ở ánh sáng mặt trời.
thời gian ở cả 3 nguồn sáng kích thích: đèn halogen, đèn
huỳnh quang và ánh sáng mặt trời bằng phản ứng phân hủy metyl da cam Kết quả cho thấy thời gian xử lý càng dài thì hiệu quả xử lý càng cao Riêng đối với ánh sáng mặt trời,
chỉ sau 90 phút metyl da cam đã bị xử lý hoàn toàn.
Trang 27 Nghiên cứu động học cho thấy quá trình phân hủy
metyl da cam trên TN1-3 tuân theo phương trình động
học bậc nhất Langmuir-Hinshelwood.
năng phân hủy metyl da cam ở cả 3 loại nguồn sáng kích thích Kết quả thu được:
cao nhất ở hàm lượng xúc tác TN1-3 là 1 mg xử lý 20 ml
dung dịch metyl da cam 6 mg/l.
lượng xúc tác tăng.
thích lên hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Kết quả thu
Trang 28được cho thấy rằng ánh sáng mặt trời có khả năng xử lý
dung dịch metyl da cam tốt nhất Trong 2 nguồn sáng nhân tạo là đèn halogen và đèn huỳnh quang thì khả năng quang xúc tác của vật liệu dưới đèn huỳnh quang là tốt hơn.
lý một số mẫu nước thải nhà máy bia và lò giết mổ gia súc Xúc tác TN1-3 đã xử lý và chuyển nước thải lò mổ gia súc
về tiêu chuẩn nước thải loại C, nước thải nhà máy bia từ loại C về tiêu chuẩn nước thải loại B.
và kết quả cho thấy khay xi măng phủ TN1-3 có khả năng sát khuẩn, chống rêu mốc rất tốt ngay cả trong điều kiện ẩm ướt, có bào tử rêu mốc.
Trang 29KIẾN NGHỊ
bước sóng ánh sáng kích thích cụ thể để tìm ra bước sóng tối ưu.
vật mang và khảo sát trên các vật mang khác nhau (tấm kính, gạch men,…) để có thể ứng dụng trong các công
trình xử lý khác nhau.
thải để có thể áp dụng được vào thực tế