Vật liệu ứng dụng trong xử lý môi trường

NGUYỄN VĂN NỘI (Chủ biên) NGUYỄN MẠNH TƯỜNG VậT • llỊU • ỨNG DỤNG • 1R0NG XỬLÝ MỐI trưởng NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỒC GIA HÀ NỘI VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG xử LÝ MÒI TRƯỜNG MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương VẬT LIỆU HÁP PHỤ 11 1.1 SILICAGEL 1 1.1.1 Các loại silicagel 1 1.1.2 Tính chất 12 1.1.3 Chế tạo 12 1.1.4 ứng dụng 15 1.2 VẬT L Ệ U ZEOLIT 16 1.2.1 Phân lo ại 16 1.2.11 Phân loại theo nguồn g ố c .16 1.2.1.2 Phân loại theo kích thước mao quản 17 1.2.1.3 Phân 1oại theo thành phần hoá học 17 1.21.4 Phân loại theo cấu trúc mao quản 17 1.2.2 Các loại cấu trúc zeolit 19 1.2.2.1 Cấu trúc zeolit tổng quát .19 1.2.2.2 Cấu trúc zeolit A, X, Y 19 1.2.2.3 Cấu trúc ZSM -5 21 1.2.2.4 Cấu trúc zeolit siêu bền USY 21 1.2.3 Các tính chất zeolit 22 1.2.3.1 Tính chất hấp p h ụ 22 1.2.3.2 Tính chất trao đổi ion 22 1.2.3.3 Tính chất chọn lọc hình dạng .22 1.2.3 Tính axit bề mặt 23 1.2.4 Tổng hợp zeo lit 24 1.2.4.1 Tổng hợp zeolit từ nguồn Si AI riêng l ẻ 24 1.2.4.2 Tổng hợp zeolit từ khoáng sét tự n h iên 27 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG 1.2.5 ứng dụng zeolit xử lý môi trường 30 1.2.5.1 Xử lý khí th ả i 30 1.2.5.2 Xử lý nước th ả i 30 1.2.5.3 Xử lý amoni kim loại n c 30 1.3 VẬT LIỆU CACBON 31 1.3.1 Than hoạt tính 32 1.31.1 Tính chất hố lý than hoạt tính 32 1.3.1.2 Cấu trúc lỗ xốp 33 1.3.1.3 Tính chất bề m ặ t 34 1.3.1.4 Chế tạo vật liệu than hoạt tín h 36 13.1.5 ứng dụng làm vật liệu hấp phụ 39 1.3.2 Nano cacbon dạng ố n g .41 1.3.2.1 Giới thiệu vật liệu nano cacbon dạng ống 41 ] 3.2.2 Cấu trúc tính chất C N T .41 1.3 2.3 Các phương pháp chế tạo CNT 44 1.3.2.4 ứng dụng CNT làm vật liệu hấp phụ 50 1.3 Graphen graphen o x it 61 3.3.1 Giới thiệu graphen 62 1.3 3.2 Tính chất graphen 63 1.3.3.3 Chế tạo graphen 64 1.3.3.4 Giới thiệu graphen o x it 65 1.3.3.5 Điều chế graphen oxit 6 1.3.3 Tâm hoạt động graphen graphen oxit 1.3 3.7 Vật liệu dựa sở graphen 1.3.3.8 Các phương pháp điều chế hệ compozit oxit kim loại/graphen oxit 69 1.3.3.9 ứng dụng xử lý môi trường 70 1.4.POLYME HẤP P H Ụ 72 1.4.1 Đặc điểm vật liệu polyme hấp p h ụ 72 M ục lục 1.4.2 Phương pháp tổng hợp polyme hấp phụ 72 1.4.3 Úng dụng polyme hấp phụ d ầ u 74 Chương VẬT LIỆU x ú c TÁC QUANG 77 2.1 LỊCH SỬ VẬT LIỆU x ú c TÁC QUANG 77 Cơ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA VẬT LIỆU xúc TÁC QUANG VÀ VẬT LIỆU BÁN D Ã N 79 2 2.3 PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU x ú c TÁC QUANG 81 2.3.1 Các phương pháp vật lý 81 2.3.11 Phương pháp bốc bay chân không (PE) 81 2.3 1.2 Phương pháp phún xạ (P S ) 82 2.3.1.3 Phương pháp bắn p h io n 82 2.3.1.4 Phương pháp phun nhiệt phân (S P ) 82 2.3.2 Một số phương pháp hoá h ọ c 83 2.3.2.1 Phương pháp sol-gel 84 2.3.2.2 Phương pháp thủy nhiệt 85 2.3.2.3 Phương pháp thuỷ phân .8 2.3.2.4 Phương pháp lắng đọng hoá học 2.3.2.5 Phương pháp lắng đọng pha hoá học (C V D ) 87 2.3.2.6 Lắng đọng pha hoá học plasma (PECVD) 87 23.2.1 Phương pháp vi nhũ tư n g 8 2.3.2.8 Phương pháp tẩm 8 2.3.2.9 Phương pháp điện h o 8 2.3.3 ứng dụng 89 2.3 Xúc tác quang xử lý môi trư ng .89 2.3.3.2 Xử lý nước không k h í 90 2.3.3.3 Vật liệu tự làm .91 2.3.3.4 Khử trùng 92 2.3.3.5 Xúc tác quang cho hoá học x anh 94 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG 2.4 VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG THÔNG DỰ N G 94 2.4.1 T i0 94 2.4.1.1 Khái quát chung TĨƠ2 94 2.4.1 Một số phương pháp tổng hợp nano T1O2 .98 2.4.1.3 Các phương pháp điều chế T1O2 từ quặng 1 2.4.2 ZnO 107 2.4.3 W 1 2.4.4 Vật liệu T1O2 biến tín h .111 Chương VẶT LIỆU LỌC CHO x LÝ MÔI TRƯỜNG 115 KHÁI NIỆM MÀNG LỌC 115 3.2 CÁC LOẠI MÀNG LỌC 116 3.2.1 Vi lọc (Microííltration - MF) 118 3.2.2 Siêu lọc (Ultraííltration - UF) 118 3.2.3 Lọc nano (Nanoíiltration - N F ) 120 3.2.4 Lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) .123 3.2.4.1 Quá trình thẩm thấu 124 2.4.2 Quá trình thẩm thấu ngư ợ c 125 3.2.4.3 ứng dụng phương pháp thẩm thấu ngược 129 3 HIỆN TƯỢNG TẮC MÀNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẨCPHỤC .130 3.3.1 Hiện tượng tắc m àng 130 3.3.2 Các giải pháp khắc phục tắc màng 132 CÁC LOẠI VẬT L Ệ U CHẾ TẠO MÀNG LỌC 134 3.4.1 Màng lọc vô 134 3.4.2 Màng zeolit 135 4.2.1 Chế tạo màng zeolit 135 3.4.2.2 ứng đụng màng zeolit tách khí 135 3.4.3 Vật liệu lọc sở polym e 137 M ục lục 4 ứng dụng vật liệu lọc xử lý nước 139 3.4.4.1 Khứ m uối .139 3.4.4.2 Làm khử trùng nư c 140 3.4.4.3 Sản xuất nước siêu 140 3.4.4.4 Xử lý nước thải công n g h iệp 141 3.4.4.5 Màng lọc bể sinh h ọ c 141 Chưongo VẬT LIỆU TIÊN TIÉN CÓ CÁU TRÚC ĐẶC BIỆT 143 • • • • 4.1 VẬT LIỆU AEROGEL 143 4.1.1 Khái niệm 143 4.1.2 Phân loại 143 4.1.3 Tính chất 144 4.1.4 Điều chế 144 4.1.4.1 Kỹ thuật sấy siêu tới hạn (supercritical drying) 144 4.1.4.2 Kỹ thuật sol-gel 145 4.2 VẬT L Ệ U CACBON AEROGEL 146 4.2.1 Những nghiên cứu vật liệu cacbon aerogel 146 4.2.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu aerogel nano cacbon 147 4.2.2.1 Phương pháp sol-gel 147 4.2.2.2 Phương pháp sấy siêu tới hạn (supercritical drying) 151 4.2.2.3 Phương pháp sấy điều kiện thường 152 4.2.2.4 Phương pháp sấy thăng hoa (sấy đông khô) .152 4.2.3 ứng dụng cacbon aerogel 155 4.2.3.1 ứng dụng làm vật liệu hấp phụ 155 4.2.3.2 ứng dụng khử mặn phương pháp CDI 156 4.3 VẬT LIỆU KHUNG c KIM 156 4.3.1 Khái niệm lịch sử phát triể n 156 4.3».2 Cấu trúc khung vật liệu M O F 158 4.3.2.1 Tâm kim loại 158 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG 4.3.2.2 Phối tử hữu 158 4.3.2.3 Cấu trúc khung vật liệu 160 4.3.3 Tính chất vật liệu M O F 160 4.3 3.1 Khả hấp phụ khí 161 4.3.3.2 Tính chất l ý 161 4.3.3.3 Đặc tính bền n c 162 4.3.3.4 Tính chất quang 163 4.3.4 Các phương pháp tổng hợp vật liệu MOF 163 4.3.4.1 Phương pháp khuếch tán 164 4.3.4.2 Phương pháp nhiệt dung môi 165 4.3.4.3 Phương pháp vi só n g 167 4.3.4.4 Phương pháp hồi lưu 168 4.3.4.5 Phương pháp siêu âm 169 4.3.4.6 Phương pháp điện h o 170 4.3.4.7 Phương pháp hoá học 171 4.3.5 ứng dụng vật liệu xửlý môi trường 171 TÀI LIỆU THAM KHẢO 175 MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm mơi trường trở thành vấn đề nóng bỏng mang tính tồn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển bền vững quốc gia Trong bối cảnh đó, nghiên cứu loại vật liệu mới, có hiệu cao xử lý mơi trường nhà khoa học đặc biệt quan tâm Thời gian gần đây, với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ vật liệu, vai trò loại vật liệu xử lý mơi trường trở nên quan trọng Một số loại vật liệu thiết kế, chế tạo để thể tính đặc biệt cho nhu cầu sử dụng cụ thể Những loại vật liệu có mặt hầu hết lĩnh vực sống, từ chăm sóc sức khoẻ (vật liệu dẫn thuốc, thực phẩm chức năng, mỹ phẩm), xử lý môi trường (vật liệu lọc, vật liệu xúc tác/hấp phụ, vật liệu đa chức năng), chuyển hố tích trữ lượng (pin mặt trời, pin lithium) tới truyền thông (các loại sợi quang) Giáo trình Vật liệu ứng dụng xử lý môi trường bao gồm chương Chương giới thiệu số loại vật liệu hấp phụ ứng dụag rộng rãi xử lý môi trường, bao gồm silicagel, zeolit, vật liệu cacbon polime hấp phụ Chương đề cập đến vật liệu xúc tác quang, bao gồm lịch sử phát triển, chế hoạt động, phương pháp chế tạo ứng dụng loại vật liệu Những nội dung quan trọng liên quan đến vật liệu lọc, loại màng lọc vật liệu chế tạo màng lọc nêu chương Chương đề cập đến số loại vật liệu tiên tiến có cấu trúc đặc biệt, bao gồm vật liệu aerogel vật liệu khung kim Giáo trình biên soạn để sử dụng làm tài liệu giảng dạy cho môm học: “Vật liệu ứng dụng xử lý mơi trường” chương trình cao học chun ngành Hố Mơi trường, Khoa Hố học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Đồng thời sách sử dụng làmi tài liệu tham khảo cho nhà khoa học nghiên cứu lĩnh VẬT LIỆU ỪNG DỤNG TRONG x LÝ MÓI TRƯỜNG 170 Sự tạo thành phá vỡ bong bóng trình sinh áp suất nhiệt độ lớn (1000 bar 5000 K), tốc độ thay đổi nhiệt độ nhanh (> 1010 K/s) tạo thành tinh thể nhỏ Các tinh thể MOF-5 với kích thước từ - 25 |itn thu sau tổng hợp vòng 30 phút siêu âm với dung môi NMP (l-metyl-2-pyrolidon) Khảo sát tính chất vật liệu thu đưọc so sánh với phương pháp tổng hợp thông thường cho thấy tương đồng lớn 4.3.4.6 Phương pháp điện hoá Phương pháp tổng hợp điện hoá sử dụng anot làm nguồn cung cấp ion kim loại thay dùng muối Các ion phản ứng với phối tử hữu muối điện li hoà tan dung dịch Sự lắng đọng kim loại khắc phục việc sử dụng dung môi cho proton Phương pháp điện hố học có số ưu điểm sau: - Tổng hợp nhanh điều kiện nhiệt độ thấp; - Khơng dùng muối kim loại việc tách anion khỏi dung dịch tổng hợp không cần thiết; - Có lợi cho v iệc tái sử dụng dung mơi Anode Hình 4.13 Sơ đồ tổng hợp MOF phương pháp điện hoá 171 Chương Vật liệu tiên tiến có cấu trúc đặc biệt 4.3.4.7 Phương pháp Cff hoá học Phuơng pháp hoá học sử dụng đứt gãy học liên kết nội phân tử, kèm theo chuyển đổi hoá học Các phản ứng hoá học thực nhiệt độ phòng điều kiện khơng có dung mơi, có ưu điểm lớn khơng phải dùng tới dung mơi độc hại Các hạt MOF nhỏ thu khoảng thời gian phản ứng tương đối ngắn (1 -6 phút) \ kọc cẻa Sựphá rở beakẻt Chayểa biia hóa học SẩytkiakkSmg Tkiẻt bị BgtiẩBbi *& U £ikÉ B U *ẩ > c = M r ó i t * M m c ự Hình 4.14 Sơ đồ phương pháp tổng hợp MOF phương pháp hoá học Trong nhiều trường hợp, oxit kim loại sử dụng để thay muối kim loại làm tiền chất, dẫn tới tạo thành nước sản phẩm phụ Sự thêm vào lượng nhỏ dung mơi dẫn tới đẩy nhanh tốc độ phản ứng tăng độ linh động chất phản ứng Tuy nhiên tổng hợp hoá học giới hạn số loại MOF cụ thể với quy mô nhỏ 4.3.5 ứng dụng vật liệu xử lý môi trường Vật liệu MOF thể vật liệu xốp tiên tiến có khả ứng dụng đa dạng so với vật liệu xốp truyền thống, dựa khả điều chỉnh xác cấu trúc lỗ xốp, bao gồm kích thước, hình dạng bề mặt lỗ xốp Trước đây, việc điều chỉnh tính chất họp chất trạng thái rắn thực vài phương pháp phổ biến ngưng tụ hay thay nguyên tố, kiểm soát kích cỡ hạt biến đổi cấu trúc, phương pháp có hạn chế tính ổn định loại cấu trúc MOF loại chất rắn cho phép thay đổi tính chất hố học tốt VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG 172 sở thay đổi cầu nối hữu phối trí Khi tạo cấu trúc liên kết khung Do vậy, việc chế tạo vật liệu MOF có cấu trúc xác định tiến hành • Hấp phụ khí độc Nhóm tác giả trường đại học Ishinomaki Senshu chế tạo thành công vật liệu MOF, sở phức Cu2+ với hai phối tử 4,4’-bipyridyl axit 2,5-dihidroxylbenzoic có khả hấp phụ 10 loại khí khác bao gồm: CƠ , N O, c o , Ar, Xe, CH , C 2H , H 2, O N2 Trong nghiên cứu khác nhóm tác giả Trường đại học Cáp Nhĩ Tân chế tạo thành công thử nghiệm ứng dụng xử lý khí NO vật liệu MOF sở phức chất Cu với polioxomatalat Nhóm Kun Yang công bố kết nghiên cứu vật liệu MIL-101 sở phức chất Cr3+ với axit terephtalic có khả hấp thu dung môi hữu dễ bay Khả hấp phụ khí dung mơi hữu vật liệu MIL-101 so sánh với vật liệu PCH (porous clay heterostructures) vật liệu zeolit-Y Kết trình bày bảng 4.3 Bảng 4.3 Khả hấp phụ khí nhiễm loại vật liệu xốp [53] M1L-101 PCH Zeolit Y 3980 740 704 - Axeton 1290 278 417 - Benzen 1290 - 149 - Toluen 1096 267 150 - Etylbenzen 1105 450 - Tính Diện tích bề mặt, m2/g Dung lượng hấp phụ bão hồ, mg/g Kết cho thấy khả hấp phụ vật liệu MIL-101 cao nhiều so với số vật liệu hấp phụ khác khoáng sét zeolit • Xử lý nước Việc xử lý ion kim loại nặng nước vấn đề cấp bách Một số kim loại chì, asen, đồng, thủy ngân, antimon, crom, Chương Vật liệu tiên tiên có câu trúc đặc biệt 173 mangan cadmi có độc tính đáng kể hệ sinh thái mơi trường người MOF coi chất hấp phụ tốt cho việc loại bỏ kim loại nặng từ nước thải Zhu cộng tiến hành thí nghiệm sử dụng MIL100-Fe Theo báo cáo, khả hấp phụ As5+ MEL-100-Fe cao gấp lần so với hạt nano oxit sắt 36 lần so với bột oxit sắt MIL-100-Fe có thê hấp phụ As5+ nhiều pH khác (2 - 12), pH lớn 12 hiệu suất hấp phụ giảm Các hợp chất hữu có chứa lưu huỳnh nitơ có nhiên liệu hố thạch dầu thơ, dầu diesel nhiên liệu máy bay Nhiều nghiên cứu tiến hành để loại bỏ hợp chất hữu chứa lưu huỳnh hợp chất hữu chứa nitơ từ nhiên liệu lỏng phương pháp hấp phụ, với việc sử dụng MOF làm vật liệu hấp phụ Cychosz cộng MOF vượt trội hẳn so với chất hấp phụ xốp khác zeolit than hoạt tính khả hấp phụ hợp chất hữu chứa nitơ lưu huỳnh Peralta cộng loại bỏ thiophen tetrahidrothiophen khỏi dầu Cu-BTC (Copper-benzen-l,3,5tricacboxylat), kết cho thấy: + Cu-BTC hấp phụ lượng đáng kể thiophen tetrahidrothiophen nhiệt độ môi trường xung quanh 304 K, gấp lần so với zeolit cacbon hoạt tính, tương tác mạnh nguyên tử s thiophen với ion Cu2+ khung Cu-BTC + Khi tổng hợp MOF sử dụng liên kết mà N có khả thay nguyên tử liên kết hấp phụ chất hữu chứa nitơ tăng lên Tương tự, MEL-53s(Al,Cr) MEL-47 sử dụng để loại bỏ thiophen tetrahidrothiophen Ket cho thấy MIL-47 hấp phụ cao với tốc độ lớn số MOF có tính axit cao Các ion kim loại trung tâm MOF đóng vai trò quan trọng việc hấp phụ thiophen tetrahidrothiophen từ nhiên liệu lỏng, ion kim loại Cu2+, Ag+, Pd2+, Pt2+ có khả hấp phụ lưu huỳnh phức Với ưu điều chỉnh diện tích bề mặt, hình dạng kích thước lỗ xốp cách thay đổi liên kết kim loại 174 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÒI TRƯỜNG phối tử hữu cơ, MOF trở thành vật liệu hấp phụ tiềm ứng dụng xử lý môi trường, thu hút quan tâm nhà nghiên cứu Ket nghiên cứu cho thấy, MOF hấp phụ thông qua nhiều chế tương tác ứnh điện, tương tác axit-bazơ, liên kết hiđro, tương tác kỵ nước Haque đồng nghiệp tiến hành thí nghiệm với sắt terephthalat (MOF-235) để loại bỏ methyl da cam (MO) methyl xanh (MB) thuốc nhuộm, kết cho thấy: - MOF-235 loại bỏ thuốc nhuộm anion (MO) thuốc nhuộm cation (MB) khỏi nước, với khả hấp phụ 477 mg MO/g 187 mg MB/g, than hoạt tính hấp phụ 11 mg MO/g 26 mgMB/g - Sự hấp phụ cao MO MB MOF-235 giải thích tương tác tĩnh điện hoá chất dệt nhuộm chất hấp phụ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] w George (1990) “Hand book of materiaỉ weơthering” ISBN: 9781-895198-38-6, Chemtec Publishing [2] p w Breck (1974) “leolite molecular sieve: structure, chemistry, and use ” ISBN: 0471099856-9780471099857, New York: Wiley [3] H Tamon, H Ishizaka, T Yamamoto and T Suzuky (2001) “Preparation of mesoporous carbon by freeze drying” Carbon, 288, 46-55 [4] c N R Rao (1993) “Chemistry of advanced materiaỉs” ISBN: 0632033851- 9780632033850, Oxíbrd; Boston: Blackvvell Scientiííc Publications [5] Q L Richard and T Y Ralph (2001) “Carbon nanotubes as a superior sorbení for nitrogen oxides” Industrial and Engineering Chemistry Research, 40, 4288-4291 [6] s Iijima (1991) “Helical microtubules of graphitic carbon” Nature, 354, 56-58 [7] s Anna and p Krystyna (2007) “Adsorption of heavy metal ions with carbon nanotubes” Separation and Puriíícation Technology, 58, 49-52 [8] s Kang, M Pinauly, L D Pfefferlr and M Elimelech (2007) “Single carbon nanotubes exhibit strong antimicrobiaỉ activity” Langmuir, 23, 8670-8673 [9] T Xu, J Yang, J Liu and Q Fu (2007) “Surýace Modiýication of Multi-Waỉỉed Carbon Nanotubes by Oĩ Plasmd’ Applied Suríace Science, 253, 8945-8953 [10] c M White, B R Strazisar, E J Granite, J s Hoíĩman and H w Pennline (2003) “Separation and capture o f CO2 from large 176 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG stationary sources and sequestrơtion in Geological FormationsCoalbeds and Deep Saline Aquiferấ\ Joumal of the Air & Waste Management Association, 53, 645-715 [11] s Hsu and c Lu (2007) “Modiýication of Single -walled Carhon Nanotubes for Enhancing Isopropyl Alcohol Vapor Adsorption from Air Sữeams” Separation Science and Technology^ 42, 2751-2766 [12] H H Jung, s w Hwang, s H Hyun, G T Kim and K H Lee (2007) “Capacitive deionization characteristics of nanosừuctured carbon aerogel elecừodes synthesiied via ambient dryin g” Desalination, 216, 377-385 [13] J A Duíĩy (1990) “Bonding, energy levels and bands in inorganic soỉids” ISBN: 0470215674-9780470215678, Longman Scientiííc & Technical [14] J Coronado, F Fresno, M D H Alonso and R Portela(2013) “Design of advanced photocatalytic materials for energy and environmental applications” ISBN: 978-1-4471-5061-9, springerVerlag London [15] J X Liu, X L Dong, X w Liu, F Shi, s Yin and T Sato (2011) “Solvothermal synthesis and characterization of tungsten oxides with controllable morphology and crystal phase” Joumal of Alloys Compounds, 509, 1482-1488 [16] c F Doodeve and J A Kitchener (1938) “The mechanism of photosensỉtiiation by solids” Transactions of the Faraday Sociiety, 34, 902-912 [17] s Zhang, R Fu, D Wu, w Wu, Q Ye and z Chen (2004) “Preparation and characterization o f antibacterial silver dispersed activatedcarbon aerogels” Carbon, 42, 3209-3216 [18] E Baur and A Peưet (1924) “The action of light on dissolved srlver salts in thepresence ofzinc oxide” Helv Chim Acta, 7, 910-915 Tài liệu tham khảo 177 [191w Doerffler and K Hauffe (1964) “Heterogeneousphoíocatalysis Inýluence o f oxidiiing and reducing gases on the electrical conductivity o f dark and illuminaíed zinc oxide sur/aces ” Journal of Catalysis, 3, 156-170 [20] V N Filimonov (1964) “Photocatalytic oxidation of gaseous isopropanol on ZnO + TiOì Dokl Akad Nauk SSSR, 154, 922925 [21] K I Tanaka and G Blyholde (1970) “Photocatalytic and thermal cataỉytic decomposition o f nitrous oxide on zinc oxide” Joumal of the Chemical Society D: Chemical Communications, 18, 1130-1131 [22] A Fujishima and K Honda (1972) “Electrochemicaỉphotolysis of water at a semiconducíor electrode” Nature, 238, 37-38 [23] A J Nozik (1977) “Phoíochemical diodes” Applied Physics Letters, 30, 567-570 [24] F T Wagner and G A Somoijai (1980) “Photocatalytic and photoelectrochemical hydrogen production on strontium tiíanate single crystals” Joumal of America Chemistry Society, 102, 54945502 [25] T Sakata and T Kawai (1981) “Heterogeneous photocatalytic producíion o f hydrogen and methane from ethanol and water", Chemical Physics Letters, 80, 341-344 [26] R I Bickley andR K M Jayanty (1974) “Phơto-adsorption and photo-catalysis on íỉtanium dioxide surýaces Photo-adsorption of oxygen and the photocatalyzed oxidation of isopropanor Faraday Discussions of the Chemical Society, 58, 194-204 [27] A Acra, z Raffoul and Y Karahagopian (1984) “Solar disinýection of drinking water and oral rehydration solutions: Guidelines for household application in developing countries” Hlustrated Publications 178 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG [28] A Markowska-Szczupak, K Ulfig and A w Morawski (2011) “The application of titanium dioxide for deactivation of bioparticulates: An overview ” Catalysis Today, 169, 249-257 [29] Y Cong, J Zhang, F Chen, M Anpo and D He (2007) “Preparation, Photocatalytic Activity, and mechanism o/Nano-Ti02, Co-Doped wiíh Nitrogen and Iron (IU)” Joumal of Physical Chemistry c , 111, 10618-10623 [30] X Yang, c Cao, L Erickson and K Klabunde (2009) “Photocatalytic degradation of Rhodamine B on C-, S-, N-, and Fe-doped TiƠ2 under visible- lighí irradiation” Applied Catalysis B: Environmental, 91, 657-662 [31] T Ohno, M Akiyoshi, T Umebeyashi, K Asai, T Mitsui and M Matsumura (2004) “Preparation o f S-doped TÌO2 photocatalysts and their photocatalytic activities under visible ỉighr Applied Catalysis A: General, 265, 115-121 [32] A I Adel and w B Detleí (2012) “Mesoporous titania photocatalysts: preparation, characterization and reactiun mechanismẩ'’ Joumal of Materials Chemistry, 21,11686-11707 [33] E M Rockafellow, L K Stevvart and w s Jenks (2009) “Is sulýurdoped T1O2 an effective visible ỉightphotocaíalysí for remediation? ” Applied Catalysis B: Environmental, 91, 554-562 [34] A M Asiri, s Muhammed and A B Saleh (2014) “Enhanced visible lighí photodegradation o f waíer pollutanís over N-, S- doped titanium dioxide and n-titanium dỉoxide in the presence of inorganic anions” Joumal of Saudi Chemical Socicty, 18, 155-163 [35] o Teruhisa, T Toshiki, T Maki and I Ryoji (2004) “Photocatalytỉc activity of a TiOỉ photocatalysí doped with c 4+ and s 4" ions having a rutile phase under visible lighr Catalysis Letters, 98, 255-258 Tài liệu tham khảo 179 [36] Y Park, w Kim and w Choi (2009) “Carbon-doped ĨÌƠ2 photocaíalyst synthesized withoiit using an external carbon precursor and the visible light activity” Applied Catalysis B: Environmental, 91, 355-361 [37] X Wang and T T Lim (2010) “Soỉvothermaỉ synthesis of C-N codoped TiOỉ and photocaíaỉytic evaluation for bisphenol A degradation using a visible-ỉight irradiated LED photoreacíor” Applied Catalysis B: Environmental, 100, 355-364 [38] Y Wu, J Zhang, L Xiao and F Chen (2010) “Properties of carbon and iron modified T1O2 photocatalyst synthesiied at lơw temperature cmd photodegradation ọf acid orange under visibỉe lighr Applied Surface Science, 256, 4260- 4268 [39] L Lin, M Yanan, s Lei, M Jun and s Jianmin (2014) “Enhanced photocatalytic per/ormance of novel visible light-driven AgTÌO2/SBA-I5 photocatalysf Superlattices and Microstructures, 73, 60-70 [40] A L Zydney and L J Zeman (1996) “Microỷiltraíion and IRịraỷútraiion: Principles and Applications’’ ISBN: 08247973539780824797355, CRC Press [41] R w Baker (2000) “Membrane Technology and Applications” ISBN: 9780470743720, John Wiley & Sons [42] A w Mohammad, Y H Teow, w L Ang, Y T Chung, D L o RadcliíTe and N Hilal (2015) “Nanofiltration membrartes review: Recent advances andýutureprospects” Desalination, 356, 226-254 [43] T Adalgisa and D Enrico (2009) líZeolite Membranes” Advanced Materials, 11, 975-996 [44] w p Meier and w Knoll (2010) Membranes/Biomembranes” ISBN: 978-3-642-10478-7, SpringerVerlag Berlin Heidelberg “Polymer 180 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG [45] V V Butova, M A Soldatov, A A Guda, K A Lomachenko and c Lamberti (2016) “Metal-organic frameworks: structure, properties, methods of synthesis and characterizơtion” Russian Chemical Revievvs, 85, 280-307 [46] w Cao (2016) “Semiconductor photocatalysis: Materials, mechanisms andapplications” ISBN: 978-953-51-2484-9, Intech [47] J Dongmei, M Tamas, K Frank and B Alíbns (2008) “Copperbased metal-organic framework for the /acile ring-opening of epoxides” Joumal of Catalysis, 257, 390-395 [48] H E Mkami, M I H Mohideen, c p A Mckinlay, o Scheimann and R E Morris (2012) “EPR and magnetic studies o f a novel copper metal organic framework (STAM-I)” Chemical physics letters, 544, 17-21 [49] L Nabil, J Miguel, M A Granato, A A p Filipe and c Hurbert (2009) "Adsorption of propane, propylene and isobutene on a metal - organic framework; molecular simulaíion and experiment” Chemical Engineering Science,64, 3256- 3259 [50] J K Ryan, J T Daren, F Qian-Rong, L Jian-Rong, M A.Trevor, D Y Mark, Y Daqiang, z Dan, z Wenjuan and z Hong-Cai (2009) “Potential appỉications o f metal-organic frameworks” Coordination Chemistry Reviews, 253, 3042-3066 [51] A s Al-Muhtased and A Ritter (2003) “Preparation andproperties o f resorcinol-ýormaldehyde organic and carbon gels” Advance Materials, 15, 101-114 [52] F Sahena, I s M Zaidul, s Linap, A A Karim, K A Abbas and N A N Norulaini (2009) “Application o f supercritical CƠ2 in lipid extracíion-A review ” Jounal of Food Engineering, 95, 240-253 [53] Nguyễn Thị Hoài Phương (2016) ‘‘Nghiên cứu xử lý khí độc hại (CO, NOx dung mơi hữu cơ) mồi trường kho quân sử dụng vật liệu kết cẩu khung kim ” Đề tài khoa học cấp nhà nước Tài liệu tham khảo 181 [54] Lê Anh Kiên, (2016) “Nghiên cúv chế tạo vật liệu aerogel carbon úĩig dụng lọc nước mặn theo công nghệ CDI”, Đề tài khoa học cấp Viện KHCNQS [55] G Wei, Y E Miao, c Zhang, z Yang, z Liu, w w Tjiu and T Liu (2013) “Ni-doped graphene carbon cryogels and their applications as versatiỉe sorbents for water puriýìcation” ACS Applied Material and Interfaces, 5, 7584-7591 [56] w Liu, J Cai and z Li (2013) “Self-assembly of semiconducíor nanoparticles/reduced graphene oxide (GO) composiíe aerogels for enhanced photocaíalytic performance and facile recycling in aqueons photocatalysis” ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 3, 227-282 [57] Y Qian, I M Ismail and A Stein (2014) “ Ultralight, high-surfacearea, mulíiýunctional graphene-based aerogelsýrom self-assembỉy of graphene oxide and resor Carbon, 68, 221-231 [58] E c c Baly, I M Heilbron and w F Barker (1921) “The syníhesis of /ormaldehyde and carbohydrates from carbon dioxide andwater” Joumal of Chemical Society, 119, 1025-1035 [59] A Henglein (1989) “Small-particle research: physicochemical properties of extremely small colloidal metal and semiconductor particleẩ'' Chemical Review, 89, 1861-1873 [60] K Maeda and K Domen (2010) “Solid solution o f GaN and ZnO as a stable photocatalyst for overall water splitting under visible ligtĩt’ Chemistry of Materials, 22, 612-623 [61] R Qiu, D Zhang, Y Mo, L Song, E Brewer, X F Huang and Y Xiong (2008) “Photocatalytic activity o f polymer-modiýied ZnO under visible light irradiation” Joumal Hazardous Materials, 156, 80-85 [62] R w Pekala, c T Alviso and J D Lemay (1990) “Organic aerogels microsừuture dependence of mechanical properties in compression” Joumal of Non-Crystalline Solides, 125, 67-75 182 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG [63] Y Hanzawa, and K Kaneko, R w Pekala and M s Dresselhaus (1996) “Activated carbon aerogelẩ’ Langmuir,12, 6167-6169 [64] R Petricevic, u Fischer, R Saliger, V Bock and J Fricke (1997) “Carbon aerogels as eỉecừode material in supercapacitors ” Joumal of Porous Materials, 4, 281-285 [65] G p Rao, c Lu and F Su (2007) “Sorption of divalení metal ions from aqueous soỉutỉon by carbon nanotubes: A review ” Separation and Puriíícation Technology, 58, 224-231 [66] J p Ruparelia, s p Duttagupta, A K Chatteijeec and s Mukherji (2008) “Potential of carbon nanomaterials for removal of heơvy metaỉsýrom waíer” Desalination, 232, 145-156 [67] A K Sinha and K.Suzuki (2007) “Noveỉ mesoporous chromium oxide for VOCs elimination” AppliedCatalysisB: Environmental, 70, 417-422 [68] T Horikawa, J Hayashi and K Muroyama (2004) líSize controỉ and characterization of sphericaỉ carbon aerogeỉ particỉes from resorcinol-ýormaỉdehyde resirì'’ Carbon, 42, 169-175 [69] F Pérez-Caballero, A L Peikolainen, M Koel, M Herbert, A Galindo and F Montilla(2008) “Preparation of the cataỉysí support from the oil-shaỉe Processing byproduct” The Open Petroleum Engineering Joumal, 1, 42-46 [70] E Bekyarova and K Kaneko (2000) “Structure and physicaỉ properties of tailor-made Ce,Zr-doped carbon aerogels” Advanced Materials, 12, 1625-1628 [71] J.c Farmer (1997) “Electro sorption of chromium ions on carbon aerogeỉ eỉectrodes as a means of remediating ground water ” Energy Fuels, 11, 337-347 [72] p Rana, N Mohan and c Rajagopal (2004) “Eỉectrochemical removal o f Chromiumýrom wastewaters by using carbon aerogeỉ electrodes” Water Research, 38, 2811-2820 Tài liệu tham khảo 183 [73] A K Meena, K Kadirvelu, G K Mishra, c Rạịagopal and p N Nagar (2008) “Adsorption removal of heavy metals from aqueous solution by ừeated sawdust (Acacia arabica)” Joumal of Hazardous Materials, 150, 604-611 [74] c J Gabelich, T D Tran and I H Suffet (2002) “Electrosorption of inorganic salts from aqueous solution using carbon aerogels” Environmental Science and Technology, 36, 3010-3019 [75] o M Yaghi and H Li (1995) “Hydrothermal synthesis of a metalorganic framework containing large rectangular channels ” Joumal of American Chemical Society,117, 10401-10402 [76] E A Tomic (1965) “Thermal stability of coordination polymers” Joumal of Applied Polymer Science, 9, 3745- 3752 [77] s Shijing, F Yanan, K Gregor, J w Tim and K c Anthony (2015) “Mechanical properties o f organic-inorganic halide perovskites, CHỉNHsPbXỉ (X = I, Br and Cl), by nanoindeníation” Joumal of Materials Chemistry A, 36, 18313 - 18736 [78] D A Reed, B K Keitz, J Oktawiec, J A Mason, T Runcevski, D J Xiao, L E Darago, V Crocella, s Bordiga, J R Long (2017) “A Spin Transition Mechanism for Cooperative Adsorption in MetalOrganic Frameworks" Macmillan Publishers Limited [79] c B Nicholas, J Himanshu and s w Krista (2014) “Water stability and adsorption ìn Kietal-Organic Frameworks ” Chemical Review,l 14, 10575-10612 [80] w Li, G Reichenauer and J Fricke (2002) “Carbon aerogeis derived from cresol~resorcinol-formaldehyde for supercapacitors” Carbon, 40, 2955-2959 [81] B Baljana, D Divna and K Nedeljko (2005) “Characterization of carbon cryogels synthesized by sol-gel polycondensation ” Joumal of Serbian Chemical Society, 70, 21-31 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC G IA HÀ NỘI 16 Hàng Chuối-Hai Bà Trưng-Hà Nội Giám đốc-Tổng Biên tập: (024) 39715011 Quản lý xuất ban: (024) 39728806 Biên tập: (024)39714896 Kỹ thuật xuất bản: (024) 39715013 Chịu trách nhiệm xuât bản: Giám đốc - Tổng Biên tập: TS Phạm Thị Trâm Hội đồng nghiệm thu giáo trình: Người nhận xét: Trường ĐHKHTN -Đ H Q G H N PGS.TS Đỗ Quang Trung TS Nguyễn Văn Xá Biên tập: Đinh Quốc Thắng Chế bản: Đinh Quốc Thắng Trình bày bìa: Nguyễn Ngọc Anh VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MỎĨ TRƯỜNG _ Mã số: 1K15-ĐH2017 In 300 cuốn, khổ 16x24 Nhà in Tổng cục Hậu cần KM 15, QL 1A (cũ) - Liên Ninh, Thanh Trì, Hà Nội Số xác nhận đăng kí XB: 3223-2017/CXB.IPH/10-320/ĐHQGHN, ngày 22/9/2017 Quyết định xuất số: 17KH-TN/QĐ-NXB ĐHQGHN, ngày 29/9/2017 In xong nộp lưu chiểu năm 2017 ... iên 27 VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG x LÝ MÔI TRƯỜNG 1.2.5 ứng dụng zeolit xử lý môi trường 30 1.2.5.1 Xử lý khí th ả i 30 1.2.5.2 Xử lý nước th ả i 30 1.2.5.3 Xử lý amoni... quang) Giáo trình Vật liệu ứng dụng xử lý môi trường bao gồm chương Chương giới thiệu số loại vật liệu hấp phụ ứng dụag rộng rãi xử lý môi trường, bao gồm silicagel, zeolit, vật liệu cacbon polime... MẠNH TƯỜNG VậT • llỊU • ỨNG DỤNG • 1R0NG XỬLÝ MỐI trưởng NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỒC GIA HÀ NỘI VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG xử LÝ MÒI TRƯỜNG MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương VẬT LIỆU HÁP PHỤ