Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác nano bạc phân tán trên vật liệu mao quản trung bình (SBA) sử dụng cho quá trình khử para nitrophenol trong nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Duyến NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ XÚC TÁC NANO BẠC PHÂN TÁN TRÊN VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH (SBA) SỬ DỤNG CHO QUÁ TRÌNH KHỬ para-NITROPHENOL TRONG NƢỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Duyến NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ XÚC TÁC NANO BẠC PHÂN TÁN TRÊN VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH (SBA) SỬ DỤNG CHO QUÁ TRÌNH KHỬ para-NITROPHENOL TRONG NƢỚC THẢI Chun ngành: Hóa Mơi Trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Phạm Xuân Núi Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Em xin đƣợc phép đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Phạm Xuân Núi ngƣời tận tình quan tâm hƣớng dẫn em suốt q trình làm luận văn đến hồn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy, giáo Phịng thí nghiệm Bộ mơn LọcHóa dầu, trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất tạo điều kiện cho em tiến hành thí nghiệm để hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy, giáo Bộ mơn Hóa mơi trƣờng, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình bảo truyền thụ kiến thức cho em suốt trình học Cuối em gửi lời cảm ơn tới gia đình, ngƣời thân bạn lớp Cao học Hóa mơi trƣờng khóa 23 ln động viên, giúp đỡ em hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Duyến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu mao quản trung bình (MQTB) 1.1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình (MQTB) 1.1.2 Phân loại vật liệu MQTB 1.1.3 Một số vật liệu mao quản trung bình 1.2 Vật liệu họ SBA (Santa Barbara) 1.2.1 Khái quát 1.2.2 Sự hình thành SBA-n 1.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến đặc trƣng vật liệu 11 1.3 Tổng quan nano bạc 14 1.3.1 Giới thiệu kim loại bạc nano bạc 14 1.3.2 Các trình tạo nano bạc từ phức bạc 15 1.3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng hạt nano bạc 19 1.3.4 Ứng dụng hạt nano bạc lĩnh vực xúc tác 20 1.4 Tổng quan hợp chất p-nitrophenol 21 1.4.1 Nguồn gây ô nhiễm độc tính 21 1.4.2 Các phƣơng pháp xử lý 21 1.4.3 Cơ chế q trình oxi hóa hồn tồn p-nitrophenol 24 1.4.4 Một số nghiên cứu Việt Nam Thế giới 26 CHƢƠNG - THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Thực nghiệm 30 2.1.1 Hóa chất 30 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 30 2.2 Tổng hợp vật liệu 30 2.2.1 Tổng hợp vật liệu SBA-15 30 2.2.2 Tổng hợp vật liệu SBA-16 32 2.2.3 Tổng hợp vật liệu xúc tác Ag(10)/SBA-15 34 2.3 Đánh giá hoạt tính xúc tác Ag/SBA việc xử lý p-nitrophenol 35 2.4 Các phƣơng pháp thực nghiệm 36 2.4.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 36 2.4.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 37 2.4.3 Phƣơng pháp đo đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET) .37 CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) 38 3.2 Kết đo kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 41 3.2.1 Kết đo TEM mẫu SBA-15 Ag/SBA-15 41 3.2.2 Kết đo TEM SBA-16, Ag/SBA-16 43 3.3 Phƣơng pháp đẳng nhiệt hấp phụ N2 theo BET 43 3.3.1 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ N2 mẫu SBA-15, Ag/SBA-15 43 3.3.2 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ N2 mẫu SBA-16, Ag/SBA-16 46 3.4 Khảo sát hoạt tính xúc tác nano Ag/SBA phản ứng khử p-NP .47 3.4.1 Khảo sát hoạt tính xúc tác nano Ag/SBA-15 p-NP 47 3.4.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác Ag(10)/ SBA-16 p-NP 50 3.4.3 So sánh khả khử p-NP Ag/SBA-16 Ag/SBA-15 53 3.4.4 Cơ chế trình khử hợp chất p-nitrophenol 54 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 63 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phần trăm chuyển hóa 4-NP môi trƣờng 29 Bảng 3.1 Các thông số vật lý đặc trƣng cho mẫu SBA-15 Ag/SBA-15 45 Bảng 3.2 Các thông số vật lý đặc trƣng cho mẫu SBA-16 Ag/SBA-16 47 Bảng 3.3 Các thông số đặc trƣng p-nitrophenol p-aminophenol thu đƣợc từ kết khảo sát trình phản ứng với mẫu Ag/SBA-15 50 Bảng 3.4 Các thông số đặc trƣng p-nitrophenol p-aminophenol thu đƣợc từ kết khảo sát trình phản ứng với mẫu Ag/SBA-16 53 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân loại kích thƣớc mao quản IUPAC Hình 1.2 Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB Hình 1.3 Cấu trúc mao quản lục lăng MCM-41 Hình 1.4 Cấu trúc lập phƣơng tâm mặt KIT-5 Hình 1.5 Khơng gian Ia3d MCM-48 Hình 1.6 Kết nối hốc cửa sổ mao quản Hình 1.7 Mơ hình mao quản xếp theo lục lăng Hình 1.8 Sự kết nối mao quản sơ cấp qua mao quản thứ cấp SBA-15 .7 Hình 1.9 Quá trình hình thành SBA Hình 1.10 Mixen P123 nƣớc 12 Hình 1.11 Sự đề hydrat hóa chuỗi PEO tăng thể tích phần lõi tăng nhiệt độ 12 Hình 1.12 Sự tăng độ dày thành mao quản tăng hàm lƣợng 13 Hình 1.13 Sự co chuỗi PEO tăng hàm lƣợng D-glucozơ 13 Hình 1.14 Cấu trúc lập phƣơng tâm mặt 14 Hình 1.15 Quy trình chế tạo bạc oxalat 16 Hình 1.16 Sơ đồ quy trình điều chế hạt nano bạc sử dụng kỹ thuật khử hố học với xạ UV kích thích 17 Hình 1.17 Sơ đồ lƣợc hóa chế phân hủy nhờ xúc tác quang 22 Hình 1.18 Sơ đồ lọc màng rắn 23 Hình 1.19 Cơ chế hình thành gốc OH xúc tác Pt/TiO2 25 Hình 1.20 Quá trình oxi hóa p-NP với gốc HO 26 Hình 1.21 Các dạng vật liệu chất mang Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp SBA-15 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp SBA-16 Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Ag/SBA Hình 2.4 Tiến hành phản ứng khử p-NP với xúc tác Ag/SBA-16 Hình 3.1 Kết đo XRD mẫu SBA-15(a) SBA-16(b) Hình 3.2 Kết đo XRD mẫu Ag/SBA-15 (a) Ag/SBA-16 (b) Hình 3.3 Kết đo XRD Ag/SBA-15 góc rộng (20-70 ); Hình 3.4 Kết đo XRD Ag/SBA-16 góc rộng ( 20 – 70 ) Hình 3.5 Ảnh TEM SBA-15 (a)[4] Ag/SBA-15 (b) Hình 3.6 Hình ảnh TEM SBA-16 (a) [4] Ag/SBA-16 (b) Hình 3.7 Đƣờng cong hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt N2 SBA-15 (a), Ag/SBA15 (b) Hình 3.8 Sự phân bố kích thƣớc lỗ theo BJH SBA-15 (a), Ag/SBA-15 (b) Hình 3.9 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N phân bố kích thƣớc mao quản SBA-16 (a), Ag/SBA-16 (b) Hình 3.10 Sự phân bố kích thƣớc lỗ theo BJH SBA-16 (a), Ag/SBA-16 (b) Hình 3.12 Phổ UV-VIS hỗn hợp phản ứng sau phút mẫu Ag/SBA-15 48 Hình 3.13 Phổ UV-VIS hỗn hợp sau 12 phút phản ứng mẫu Ag/SBA15 Hình 3.14 Phổ UV-VIS dung dịch p-nitrophenol Hình 3.15 Phổ UV-VIS hỗn hợp phản ứng mẫu Ag/SBA-15: (a) trƣớc phản ứng; (b) sau phút; (c) sau 12 phút phản ứng Hình 3.16 Phổ UV-VIS dung dịch p-nitrophenol ban đầu (a); hỗn hợp sau phản ứng (b) mẫu Ag/SBA-16, nhiệt độ thƣờng 51 Hình 3.17 Phổ UV-VIS hỗn hợp phản ứng sau phút (a), 12 phút (b) mẫu Ag/SBA-16 52 Hình 3.18 Phổ UV-VIS hỗn hợp phản ứng sau phản ứng mẫu Ag/SBA-16 52 Hình 3.19 Cơ chế Langmuir-Hinselwood chuyển hóa p-NP thành p-AP nano Ag 55 Hình 3.20 Sự thay đổi màu sắc trƣớc sau phản ứng 56 Kết đo UV-VIS 71 72 2.0 Abs 1.0 200.0 ... TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Duyến NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ XÚC TÁC NANO BẠC PHÂN TÁN TRÊN VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH (SBA) SỬ DỤNG CHO QUÁ TRÌNH KHỬ para- NITROPHENOL TRONG NƢỚC THẢI Chun ngành: Hóa Mơi... xúc tác 20 1.3.4.2 Tổng hợp nano bạc vật liệu mao quản trung bình SBA Quá trình sử dụng vật liệu mao quản trung bình SBA-15 có cấu trúc lục lăng SBA-16 có cấu trúc lập phƣơng Sử dụng phức bạc. .. bình (SBA) sử dụng cho trình khử para- nitro phenol nƣớc thải? ?? CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu mao quản trung bình (MQTB) 1.1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình (MQTB) Vật liệu rắn xốp