luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp wo3 pt composite định hướng ứng dụng xử lý tetracycline trong nước​

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Nam Anh NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP WO3/Pt COMPOSITE ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ TETRACYCLINE TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Nam Anh NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP WO3/Pt COMPOSITE ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ TETRACYCLINE TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 8440301.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đào Văn Dương TS Nguyễn Thị Hạnh Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Đào Văn Dương TS Nguyễn Thị Hạnh – người thầy, người cô tâm huyết, mẫu mực tận tình hướng dẫn, dạy giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình thực hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Khoa Cơng nghệ sinh học, Hóa học Kỹ thuật Môi trường – Trường Đại học Phenikaa tạo điều kiện thuận lợi cho thực hoàn tất kế hoạch nghiên cứu Cuối tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè ln ủng hộ, động viên trình học tập hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2020 Học viên thực Trần Nam Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết thực nghiệm nêu luận văn trung thực thực trực tiếp Phịng thí nghiệm Khoa Mơi trường – Trường Đại học Khoa học tự nhiên Phịng thí nghiệm Khoa Cơng nghệ sinh học, Hóa học Kỹ thuật Môi trường – Trường Đại học Phenikaa, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo quy định Học viên thực Trần Nam Anh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU…………………………………………… vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH…………………………………………… vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 11 1.1 Tổng quan ô nhiễm kháng sinh Tetracycline phương pháp xử lý 11 1.1.1 Nguồn phát sinh đặc tính Tetracycline mơi trường nước 11 1.1.2 Các phương pháp xử lý kháng sinh môi trường nước 1.1.3 Một số nghiên cứu xử lý kháng sinh Tetracycline môi trường nước 13 14 1.2 Tổng quan vật liệu nanocomposite 18 1.3 Tổng quan vật liệu WO3 WO3/Pt 19 1.3.1 Vật liệu WO3 cấu trúc nano 19 1.3.2 Vật liệu WO3/Pt cấu trúc nano 21 1.3.3 Một số phương pháp tổng hợp nano WO3/Pt 22 1.3.4 Một số nghiên cứu WO3/Pt ứng dụng xử lý môi trường 24 1.4 Tổng quan vể phương pháp tổng hợp vật liệu dựa plasma 26 1.4.1 Tổng quan plasma 26 1.4.2 Một số nghiên cứu biến tính bề mặt vật liệu dựa plasma lạnh 27 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Đối tượng nghiên cứu 28 2.2 Phạm vi nghiên cứu 28 2.3 Phương pháp nghiên cứu 28 i 2.4 Thực nghiệm 28 2.4.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 2.4.2 Quy trình tổng hợp vật liệu cấu trúc nano WO3 phương pháp kết 28 tủa 28 2.4.3 Quy trình tổng hợp WO3/Pt phương pháp plasma 28 2.4.4 Phương pháp phân tích đặc tính vật liệu 29 2.4.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 29 2.4.4.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét tích hợp phổ kế tán sắc lượng tia X (SEM/EDS) 31 2.4.4.3 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua TEM 32 2.4.4.4 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) 32 2.4.4.5 Phân tích zeta (ξ) 34 2.4.4.6 Phân tích điểm đẳng điện (pHpzc) 34 2.4.5 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ TETRACYCLINE TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA WO3 VÀ WO3/Pt 35 2.4.5.1 Phương pháp xác định nồng độ TTC nước .35 2.4.5.2 Khảo sát khả xử lý TTC môi trường nước WO3 WO3/Pt 35 2.4.5.3 Phương pháp phân tích TOC 36 2.4.5.4 Phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu cao ghép khối phổ 37 2.4.5.5 Phương pháp thiết lập phương trình động học dạng tuyến tính .38 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU WO3 VÀ WO3/Pt NANO COMPOSITE 41 3.1.1 Kết phân tích cấu trúc tinh thể vật liệu WO3 WO3/Pt 3.1.2 Kết phân tích hình thái cấu trúc hóa học vật liệu WO3 WO3/Pt 41 43 ii 3.1.3 Kết phân tích cấu trúc k 3.1.4 Kết xác định lượng v 3.1.5 Kết phân tích zeta p 3.2 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM XỬ BẰNG VẬT LIỆU CẤU TRÚC NANO WO3 VÀ WO3/Pt 48 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng ánh WO3 WO3/Pt 3.2.2 Khảo sát thời gian đạt trạng thá 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời g WO3/Pt 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng pH WO3/Pt 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm Tetracycline 3.2.6 Khảo sát ảnh hưởng nồn xử lý Tetracycline WO3/Pt 3.2.7 Khảo sát hiệu suất xử lý TTC b 3.2.8 Đánh giá hiệu suất khống hóa quang xúc tác WO3/Pt điều kiện thích hợp 3.2.9 Dự đốn sản phẩm tạo thành sa quang hóa xúc tác TTC WO3/Pt 3.2.10 3.2.11 Mô tả chế xử lý TTC Thiết lập phương trình động học phân hủy quang hóa TTC WO3/Pt iii KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ………………………………………… 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………… 78 PHỤ LỤC ……………………………………………………………… 96 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu, viết tắt EDX/EDS Eg IR Nm SEM TEM TLTK TOC TTC 10 UV-VIS 11 XRD v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số nghiên cứu xử lý TTC nước .15 Bảng 1.2 Một số phương pháp tổng hợp trực tiếp WO3/Pt biến tính từ WO3 23 Bảng 1.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng quang xúc tác 25 Bảng 1.4 Một số nghiên cứu biến tính vật liệu ứng dụng plasma lạnh 27 Bảng 2.1 Phương trình mơ hình động học dạng tuyến tính 40 Bảng 3.1 Hiệu phân hủy Tetracycline theo thời gian chiếu sáng 51 Bảng 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng WO3/Pt đến trình xử lý TTC .58 Bảng 3.3 Các thông số động học mơ hình động học biểu kiến bậc phân hủy quang hóa TTC WO3/Pt nồng độ khác .72 Bảng 3.4 Các thơng số động học mơ hình động học biểu kiến bậc phân hủy quang hóa TTC WO3/Pt nồng độ khác .73 vi Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi trường Nồng độ TTC (mg/l) 40 30 y 20 10 0.0 Hình Đường chuẩn xác định TTC nước * Phương pháp kiểm soát chất lượng thử nghiệm Một phương pháp phân tích tốt ngồi việc có sai số nhỏ cịn u cầu có độ lặp lại cao Theo lý thuyết thống kê, đại lượng đặc trưng cho độ lặp lại độ lệch chuẩn (SD) độ tái lặp (RSD%) Để đảm bảo chất lượng thử nghiệm, tác giả tiến hành sau: Mẫu thử dung dịch chứa TTC có nồng độ 1mg/l (ký hiệu mẫu: MT) xác định lặp lại 10 lần Đồng thời, mẫu thêm chuẩn 5mg/l mẫu thử xác định lặp lại lần Giới hạn phát (LOD – Limit of detection) thông số đặc trưng cho độ nhạy phương pháp phân tích Giới hạn định lượng (LOQ – Limit of quantification) nồng độ thấp chất phân tích mẫu định lượng xác Các kết Bảng – Phụ lục Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi trường Bảng Độ lặp lại, độ thu hồi, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng phương pháp mẫu nước Ký hiệu mẫu MT.ML1 MT.ML2 MT.ML3 MT.ML4 MT.ML5 MT.ML6 MT.ML7 MT.ML8 MT.ML9 MT.ML10 MT.MTC1 MT.MTC2 Kết khảo sát Bảng – Phụ lục cho thấy, hệ số R khoảng - 10, độ lệch chuẩn tương đối TTC nằm khoảng 1,12% 3,98%; độ thu hồi (HSTH%) phương pháp mức thêm chuẩn nằm khoảng 89,4 – 103,1% Như vậy, phương pháp có LOD, LOQ tính đáng tin cậy, độ lặp lại độ thu hồi phù hợp với yêu cầu AOAC Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Bảng Danh mục hóa chất thiết bị thí nghiệm Mục đích Tổng hợp vật liệu cấu trúc nano WO3 phương pháp kết tủa Biến tính hạt nano Pt bề mặt nano WO3 phương pháp plasma Xây dựng đường chuẩn TTC Luận văn tốt nghiệp Mục đích Chỉnh pH Đánh giá khả xử lý kháng sinh Tetracycline dự đoán sản phẩm tạo thành Luận văn tốt nghiệp Mục đích Khảo sát động học phản ứng quang xúc tác Tetracycline phân Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi trường Bảng Mô tả điều kiện thực thí nghiệm Tên thí nghiệm h 2.1 Khảo sát so sánh vai trò ánh sáng tới khả xử lý TTC WO3 WO3/Pt 2.2 Khảo sát khả xử lý TTC WO3/Pt theo thời gian 2.3 Khảo sát ảnh hưởng pH tới khả xử lý TTC WO3/Pt 2 2 Luận văn tốt nghiệp Khoa Mơi trường Tên thí nghiệm h 2.4 Khảo sát hưởng ảnh khối lượng 2 WO3/Pt tới khả xử lý TTC 2.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ TTC ban đầu tới khả xử lý TTC WO3/Pt 2.6 Khảo sát độ khoáng hóa TTC WO3/Pt điều kiện thích hợp Luận văn tốt nghiệp Khoa Mơi trường Tên thí nghiệm 2.7 Khảo sát khả xử lý Tetracycline WO3/Pt điều kiện phù hợp dự đoán sản phẩm tạo thành sau xử lý 2.8 Thí nghiệm lập phương trình thiết động học phản ứng phân hủy TTC WO3/Pt (tcb: thời gian hấp phụ cân WO3/Pt, thu thí nghiệm 2.2.1) Luận văn tốt nghiệp Khoa Mơi trường Cân điện tử Tủ nung Hệ HPLC-MS Hình Một số trang thiết bị sử dụng q trình làm thí nghiệm Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi trường Phụ lục Bảng Mối liên hệ điện zeta tính chất ổn định chất keo [2] Hình Kết phân tích zeta vật liệu WO3/Pt pH Luận văn tốt nghiệp -1.0 -1.5 Khoa Mơi trường Hình Đồ thị xác định điểm đẳng điện vật liệu WO3/Pt ... Trần Nam Anh NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP WO3/ Pt COMPOSITE ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ TETRACYCLINE TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 8440301.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN... 1.3.2 Vật liệu WO3/ Pt cấu trúc nano 21 1.3.3 Một số phương pháp tổng hợp nano WO3/ Pt 22 1.3.4 Một số nghiên cứu WO3/ Pt ứng dụng xử lý môi trường 24 1.4 Tổng quan vể phương pháp tổng hợp vật liệu... đề xuất sử dụng để xử lý TTC nước thải [58, 90] Tổng hợp số nghiên cứu xử lý TTC nước thể Bảng 1.1 14 Luận văn tốt nghiệp Bảng 1.1 Một số nghiên cứu xử lý TTC nước Phương pháp xử lý Điều kiệ