Nghiên cứu tổng hợp xúc tác nano titan đioxit mang trên vật liệu mao quản trung bình SBA 15 và ứng dụng trong xử lý kháng sinh norfloxacin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Hà Văn Giang NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC NANO TITAN ĐIOXIT MANG TRÊN VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA-15 VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ KHÁNG SINH NORFLOXACIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi khơng trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị nào, chưa công bố cơng trình nghiên cứu Nếu khơng nêu trên, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm đề tài Hà Nội, tháng 06 năm 2020 Tác giả luận văn Hà Văn Giang LỜI CÁM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Thu Trang TS Nguyễn Thành Đồng, trực tiếp hướng dẫn thực luận văn, người quan tâm, động viên tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo bạn đồng nghiệp phịng Giải pháp cơng nghệ cải thiện môi trường – Viện Công nghệ môi trường tạo điều kiện mặt đóng góp ý kiến q báu chun mơn suốt q trình tơi thực luận văn thạc sĩ Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo phận Đào tạo Học viện Khoa học Công đặc biệt thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy chun đề tồn khóa học tạo điều kiện, đóng góp ý kiến cho tơi xuốt q trình học tập hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học Công nghệ (nhiệm vụ khoa học công nghệ theo nghị định thư, mã số NĐT.59.GER/19) hỗ trợ kinh phí cho việc thực luận văn Cuối xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân ln chia sẻ, động viên tinh thần nguồn cổ vũ, giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn suốt q trình thực luận văn i MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT IV DANH MỤC BẢNG V DANH MỤC HÌNH VI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO TIO2 TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO TIO2 1.2.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu nano TiO2 1.2.2 Tính chất vật lý hóa học TiO2 11 1.2.3 Hoạt tính quang xúc tác vật liệu TiO2 13 1.2.4 Các phương pháp tổng hợp TiO2 16 1.2.5 Ứng dụng TiO2 kích thước nano 21 1.2.6 Các chất mang nano TiO2 24 1.3 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA-15 27 1.3.1 Vật liệu mao quản trung bình 27 1.3.2 Vật liệu mao quản trung bình SBA-15 28 1.3.3 Ứng dụng vật liệu mao quản trung bình SBA-15 29 1.4 GIỚI THIỆU VỀ KHÁNG SINH NORFLOXACIN 30 1.4.1 Đặc điểm tính chất Norfloxacin 30 1.4.2 Tính chất dược động học Norfloxacin 31 ii 1.4.3 Ảnh hưởng Norfloxacin tới môi trường 32 1.4.4 Các phương pháp xử lý kháng sinh nước thải 33 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 35 2.1.1 Dụng cụ 35 2.1.2 Hóa chất 35 2.1.3 Thiết bị 35 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.2.1 Phương pháp chế tạo vật liệu 36 2.2.2 Phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu 36 2.2.3 Phương pháp đánh giá hoạt tính quang xúc tác 44 2.2.4 Đánh giá hiệu xử lý nước thải chứa kháng sinh Norfloxaxin 45 2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU 52 3.1.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 52 3.1.2 Kết phổ hồng ngoại (IR) 53 3.1.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 56 3.1.4 Kết diện tích BET 57 3.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH XÚC TÁC HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU TIO2/SBA-15 TRONG PHẢN ỨNG PHÂN HỦY NORFLOXACIN 58 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 58 3.2.2 Hoạt tính xúc tác hấp phụ vật liệu TiO2/SBA15 59 iii 3.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác TiO2/SBA-15 .62 3.2.4 Ảnh hưởng hàm lượng chất phản ứng 63 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 65 3.2.6 Độ ổn định xúc tác 66 3.3 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TIO2/SBA15 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA KHÁNG SINH NORFLOXACIN 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 4.1 KẾT LUẬN 70 4.2 KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh Abs Độ hấp thụ phân tử Absorbance AOPs Q trình oxy hóa nâng cao Advanced Oxidation Processes BET Brunauer – Emmett - Teller COD Nhu cầu oxy hóa học ĐHCT Định hướng cấu trúc Eg Năng lượng vùng cấm vật liệu bán dẫn theo thuyết vùng MBR Bể lọc sinh học màng Membrance Bio Reator IR Phổ hồng ngoại Infrared Spectroscopy MQTB Mao quản trung bình Mesopore SBET Diện tích bề mặt riêng tính theo phương pháp BET TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Transmission electron microscopy Tetraetyl octo silicat TOC Tổng cacbon hữu Total Organic Carbon UV-Vis Tử ngoại – khả kiến UltraViolet - Visible TEOS Chemical Oxygen Demand v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số vật lý hai dạng thù anatase rutile 10 Bảng 2.1 Đặc tính nước thải sinh hoạt nghiên cứu 46 Bảng 2.2 Bảng pha dãy dung dịch lập đường chuẩn dung dịch Norfloxacin 48 Bảng 2.3: Kết đo UV – Vis dãy đường chuẩn Norfloxacin 49 Bảng 3.1 Kết diện tích bề mặt riêng BET mẫu vật liệu 57 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 Hình 1.3 Tinh thể anatase tự nhiên cấu trúc tinh thể 11 Hình 1.4 Tinh thể rutile tự nhiên cấu trúc tinh thể 11 Hình 1.5 Cơ chế quang xúc tác chất bán dẫn 14 Hình 1.6 Ứng dụng tính chất quang xúc tác TiO2 22 Hình 1.7 Mơ hình đề nghị cho cấu trúc SBA-15 sau phản ứng .29 Hình 1.8 Cấu trúc phân tử Norfloxacin 31 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu TiO2/SAB-15[32] 36 Hình 2.2 Sự phản xạ bề mặt tinh thể 37 Hình 2.3 Mặt cắt vật liệu mao quản trung bình lục lăng 38 Hình 2.4 Sơ đồ ngun lý kính hiển vi truyền qua (TEM) 42 Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn biến thiên P/[V(P0 – P)] theo P/P0 .43 Hình 2.6 Sơ đồ hệ thí nghiệm quang xúc tác 45 Hình 2.7 Sơ đồ hệ thí nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt 46 Hình 2.8 Phổ UV-Vis dung dịch Norfloxacin nồng độ khác bước sóng từ 200 – 400nm 49 Hình 2.9 Đồ thị phương trình đường chuẩn dung dịch Norfloxacin 50 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X (góc hẹp) vật liệu TiO2/SBA-15 52 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X (góc rộng) vật liệu TiO2/SBA-15 53 Hình 3.3 Phổ IR mẫu SBA-15 54 Hình 3.4 Phổ IR mẫu 0,25TiO2/SBA-15 54 Hình 3.5 Phổ IR mẫu 1,0TiO2/SBA-15 55 Hình 3.6 Phổ IR mẫu 5,0TiO2/SBA-15 55 ... xúc tác nano Titan đioxit mang vật liệu mao quản trung bình SBA- 15 ứng dụng xử lý kháng sinh Norflocaxin.” Mục tiêu đề tài - Tổng hợp hệ xúc tác quang hóa TiO2 cố định chất mang vô xốp SBA- 15. .. VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA- 15 1.3.1 Vật liệu mao quản trung bình ? ?ứng trước hạn chế kích thước mao quản vật liệu mao quản nhỏ (vi mao quản) , nhiều nhà khoa học tích cực tìm kiếm vật liệu. .. Vật liệu mao quản trung bình 27 1.3.2 Vật liệu mao quản trung bình SBA- 15 28 1.3.3 Ứng dụng vật liệu mao quản trung bình SBA- 15 29 1.4 GIỚI THIỆU VỀ KHÁNG SINH NORFLOXACIN