Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy của vật liệu tổ hợp quang xúc tác biến tính từ tio2 đối với thuốc trừ sâu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - VŨ THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO2 ĐỐI VỚI THUỐC TRỪ SÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO2 ĐỐI VỚI THUỐC TRỪ SÂU Chun ngành: Hóa Mơi Trƣờng Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN MINH PHƢƠNG Hà Nội – 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano TiO2 vật liệu nano TiO2 biến tính 1.1.1 Vật liệu nano TiO2 1.1.2 Vật liệu nano TiO2 biến tính 1.1.3 Một số phƣơng pháp điều chế TiO2 biến tính TiO2 1.1.4 Ứng dụng quang xúc tác TiO2 trình phân hủy hợp chất hữu ô nhiễm 1.2 Tổng quan thuốc trừ sâu 11 1.2.1 Thực trạng ô nhiễm thuốc trừ sâu môi trƣờng 11 1.2.2 Tính chất hóa học độc tính Methomyl 12 1.3 Các phƣơng pháp xử lý thuốc trừ sâu môi trƣờng 14 1.3.1 Quá trình Fenton 14 1.3.2 Các q trình oxi hóa nâng cao sở ozon: Peroxon catazon 16 1.3.3 Quá trình quang Fenton 17 1.3.4 Các trình quang xúc tác bán dẫn 17 CHƢƠNG 1: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Dụng cụ hóa chất 20 2.1.1 Dụng cụ 20 2.1.2 Hóa chất 20 2.2 Đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 21 2.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 21 2.2.2 Một số phƣơng pháp xác định đặc trƣng cấu trúc vật liệu 22 2.2.3 Phƣơng pháp xác định ion sinh trình khống hóa 26 2.3 Tổng hợp vật liệu 30 2.3.1 Tổng hợp vật liệu TiO2 30 2.3.2 Tổng hợp vật liệu Fe – C – TiO2 30 2.3.3 Tổng hợp vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe – C – TiO2/AC 30 2.4 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu 31 2.4.1 Khảo sát ảnh hƣởng lƣợng xúc tác Fe-C-TiO2 tới trình phân hủy Methomyl 31 2.4.2 Khảo sát ảnh hƣởng pH 32 2.4.3 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2O2 32 2.4.4 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu Fe-C-TiO2/AC 32 CHƢƠNG 1: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Tối ƣu hóa điều kiện chạy HPLC 33 3.1.1 Khảo sát chọn thành phần pha động 33 3.1.2 Khảo sát tốc độ dòng pha động 34 3.1.3 Khảo sát độ lặp lại hệ thống HPLC 36 3.1.4 Điều kiện tối ƣu để phân tích Methomyl 36 3.1.5 Xây dựng đƣờng chuẩn Methomyl 37 3.2 Đặc trƣng vật liệu xúc tác Fe-C-TiO2 39 3.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu Fe-C-TiO2 với trình phân hủy Methomyl 41 3.3.1 Khảo sát ảnh hƣởng lƣợng xúc tác tới trình phân hủy Methomyl41 3.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng pH 44 3.3.3 Khảo sát nồng độ H2O2 46 3.3.4 Q trình khống hóa Methomyl 48 3.4 Khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe-C-TiO2/AC tới trình phân hủy Methomyl 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý tinh thể rutile anatase Bảng 2.1 Thơng số kĩ thuật than hoạt tính Trà Bắc 21 Bảng 2.1 Kết xây dựng đường chuẩn NH4+ .26 Bảng 2.2 Kết xây dựng đường chuẩn NO3- .28 Bảng 3.1: Kết khảo sát tỉ lệ thành phần pha động .33 Bảng 3.2 Kết khảo sát tốc độ dòng .35 Bảng3.3 Kết khảo sát độ lặp lại hệ thống 36 Bảng 3.4 Đường chuẩn Methomyl 37 Bảng 3.5 Thành phần nguyên tố xúc tác Fe-C-TiO2 40 Bảng 3.6 Ảnh hưởng lượng xúc tác Fe-C-TiO2 tới độ chuyển hóa Methomyl.41 Bảng 3.7 Hằng số tỉ lệ k’của q trình chuyển hóa Methomyl với lượng xúc tác khác 44 Bảng 3.8 Ảnh hưởng pH tới độ chuyển hóa Methomyl 45 Bảng 3.9 Độ chuyển hóa Methomyl nồng độ H2O2 khác 46 Bảng 3.10 Q trình khống hóa Methomyl 49 Bảng 3.11 Khảo sát dung lượng hấp phụ xúc tác Fe-C-TiO2/AC 54 Bảng 3.12 Kết thể phụ thuộc độ chuyển hóa Methomyl vào lượng xúc tác Fe-C-TiO2/AC 55 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 Hình 1.2 Cơ chế trình xúc tác quang vật liệu bán dẫn 10 Hình 1.3 Cơ chế tạo gốc hoạt động vật liệu bán dẫn 19 Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động hệ máy HPLC 25 Hình 2.2 Đường chuẩn NH4+ 27 Hình 2.3 Đường chuẩn NO3- 29 Hình 3.1 Kết khảo sát thay đổi tỉ lệ thành phần pha động 34 Hình 3.2 Kết khảo sát thay đổi tốc độ dòng 35 Hình 3.3 Đường chuẩn Methomyl 38 Hình 3.4 Phổ HPLC đường chuẩn Methomyl 38 Hình 3.5 Phổ XRD vật liệu Fe-C-TiO2 39 Hình 3.6 Ảnh SEM vật liệu xúc tác Fe-C-TiO2 39 Hình 3.7 Phổ EDX vật liệu xúc tác Fe-C-TiO2 40 Hình 3.8 Phổ UV – Vis mẫu TiO2 Fe-C-TiO2 41 Hình 3.9 Ảnh hưởng lượng xúc tác tới hiệu phân huỷ methomyl Fe-CTiO2 42 Hình 3.10 Phổ HPLC trình phân hủy Methomyl với xúc tác 10g/l 42 Hình 3.11 Ảnh hưởng lượng xúc tác tới tốc độ phản ứng trình phân hủy Methomy .43 Hình 3.12 Ảnh hưởng pH tới hiệu phân huỷ methomyl Fe-C-TiO2 45 Hình 3.13 Độ chuyển hóa Methomyl nồng độ H2O2 khác 47 Hình 3.14 Hằng số tốc độ (k) phản ứng nồng độ H2O2 khác 47 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn phân hủy khống hóa Methomyl 49 Hình 3.16 Quá trình phân hủy Methomyl 50 Hình 3.17 Phổ XRD vật liệu Fe-C-TiO2 51 Hình 3.18 Ảnh SEM vật liệu Fe-C-TiO2 51 Hình 3.19 Phổ IR vật liệu AC chưa biến tính 52 Hình 3.20 Phổ IR vật liệu AC biến tính với PSS .52 Hình 3.21.Phổ IR vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe-C-TiO2/AC biến tính với PSS 53 Hình 3.22 Độ hấp phụ Methomyl vật liệu Fe-C-TiO2/AC 54 Hình 3.23 Kết thể phụ thuộc độ chuyển hóa Methomyl vào lượng xúc tác Fe-C-TiO2/AC 55 BẢNG KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT AC: Cacbon hoạt tính (Active Carbon) ACN: Acetonitrin BVTV: Bảo vệ thực vật HPLC: Sắc ký lỏng hiệu cao (High Performance Liquid Chromatography) ... ? ?Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy vật liệu tổ hợp quang xúc tác biến tính từ TiO2 thuốc trừ sâu? ?? CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano TiO2 vật liệu nano TiO2 biến tính 1.1.1 Vật liệu. .. TỰ NHIÊN VŨ THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO2 ĐỐI VỚI THUỐC TRỪ SÂU Chun ngành: Hóa Mơi Trƣờng Mã số: 60... 26 2.3 Tổng hợp vật liệu 30 2.3.1 Tổng hợp vật liệu TiO2 30 2.3.2 Tổng hợp vật liệu Fe – C – TiO2 30 2.3.3 Tổng hợp vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe – C – TiO2/ AC