Tổng hợp nano zno pha tạp cu và ứng dụng xử lý rhodamin b và phenol trong môi trường nước

Đ I H C ĐÀ N NG TR TR NGăĐ I H CăS ăPH M NGăTH PH NG T NG H P NANO ZnO PHA T P Cu VÀ NG D NG X LÝ RHODAMIN B VÀ PHENOLăTRONGăMỌIăTR NGăN C LU NăVĔNăTH CăSĨăHịAăH C ĐƠăNẵng - Nĕmă2019 Đ I H C ĐÀ N NG TR NGăĐ I H CăS ăPH M TR NGăTH PH NG T NG H P NANO ZnO PHA T P Cu VÀ NG D NG X LÝ RHODAMIN B VÀ PHENOLăTRONGăMỌIăTR NGăN C Chuyên ngành: HÓA LÝ THUY T VÀ HÓA LÝ Mã s : 60 44 01 19 LU NăVĔNăTH CăSĨă Ng iăh ng d n khoa h c: TS.ăĐINHăVĔNăT C ĐƠăNẵng - Nĕmă2019 M CL C M Đ U 1 Lý ch n đề tài Đ i t ng nghiên c u Mục tiêu ph m vi nghiên c u Ph ng pháp nghiên c u Nội dung nghiên c u B cục c a luận văn CH NGă1 T NG QUAN TÀI LI U 1.1 T ng quan v v t li u nano ZnO 1.1.1 Tính chất vật lí c a ZnO .4 1.1.2 Cấu trúc tinh thể ZnO 1.1.3 ng dụng c a ZnO .6 1.1.4 Cấu trúc vùng l ng c a ZnO 1.1.5 Vật liệu ZnO pha t p 1.1.6 Tình hình nghiên c u vật liệu quang xúc tác ZnO .9 1.1.7 Xúc tác quang hóa .10 1.1.8 Một s ph ng pháp điều chế vật liệu quang xúc tác ZnO 13 1.2 Gi i thi u v phẩm nhu m Rhodamin B Phenol 15 1.2.1 Giới thiệu Rhodamin B 15 1.2.2 Giới thiệu phenol 16 1.3 M t s ph CH ngăphápăx lý phẩm màu d t nhu m 17 NGă2 NGUYÊN LI UăVÀăPH NGăPHÁPăNGHIÊNăC U 20 2.1 Hóa ch t thi t b 20 2.1.1 Hoá chất 20 2.1.2 Thiết b thí nghiệm 20 2.2 T ng h p nano ZnO ZnO pha t p Cu bằngăph ngăphápăđ t cháy 20 2.3 Nghiên c u kh nĕngăquangăxúcătácăc a v t li u NANO ZnO pha t p Cu kh o sát nhăh 2.3.1 Đ ng c a m t s y u t đ n trình phân h y Rhodamin B 22 ng chuẩn xác đ nh nồng độ Rhodamin B 22 2.3.2 nh h ng c a phần trăm Cu pha t p 23 2.3.3 nh h ng c a pH 24 2.3.4 nh h ng c a hƠm l 2.3.5 nh h ng c a c 2.3.6 nh h ng c a th i gian chiếu sáng 25 ng xúc tác 24 ng độ chiếu sáng 25 2.4 Nghiên c u kh nĕngăquangăxúcă tácă c a v t li u Nano ZnO pha t p Cu kh o sát nhăh 2.4.1 Đ ng chuẩn xác đ nh nồng độ Phenol 25 2.4.2 nh h ng c a phần trăm Cu pha t p 26 2.4.3 nh h ng c a pH 27 2.4.4 nh h ng c a hƠm l 2.4.5 nh h ng c a c 2.4.6 nh h ng c a th i gian chiếu sáng 28 2.5.ăCácăph CH ng c a m t s y u t đ n trình phân h y Phenol 25 ng xúc tác 27 ng độ chiếu sáng 27 ngăphápănghiênăc u đặcătr ngăv t li u 28 2.5.1 Ph ng pháp nhiễu x R 28 2.5.2 Ph ng pháp đo phổ tán sắc l 2.5.3 Ph ng pháp đo phổ ph n x khuếch tán UV-Vis (DRS) 30 ng tia X (EDX) 29 NGă3 K T QU VÀ TH O LU N 32 3.1.ăĐặcătr ngăv t li u xúc tác ZnO 32 3.1.1 Tổng h p nano ZnO ZnO pha t p Cu 32 3.1.2 ThƠnh phần pha c a vật liệu - phổ XRD 33 3.2 K t qu y u t nhăh ngăđ n trình quang phân h y RHB 35 3.2.1 nh h ng c a phần trăm kh i l 3.2.2 nh h ng c a pH 37 3.2.3 nh h ng c a hƠm l 3.2.4 nh h 3.2.5 nh h ng c a c ng Cu pha t p 35 ng xúc tác 38 ng độ chiếu sáng .39 ng c a th i gian chiếu sáng 41 3.3 K t qu kh o sát nhăh ng c a m t s y u t đ n trình quang phân h y Phenol 42 3.3.1 nh h ng c a phần trăm Cu pha t p 42 3.3.2 nh h ng c a pH 42 3.3.3 nh h ng c a hƠm l ng xúc tác 43 3.3.4 nh h ng c a c ng độ chiếu sáng lên t c độ phân h y Phenol .45 3.3.5 nh h ng c a th i gian chiếu sáng 46 K T LU N VÀ KI N NGH .48 DANH M C TÀI LI U THAM KH O 49 QUY TăĐ NHăGIAOăĐ TÀI (B n sao) DANH M C CÁC B NG S hi u Tên b ng b ng Trang 1.1 Các ch s đặc tr ng c a vật liệu ZnO t i nhiệt độ phòng 2.1 Hóa chất sử dụng 20 2.2 Dụng cụ, thiết b cần dùng 20 2.3 Sự phụ thuộc c a mật độ quang A vào nồng độ Rhodamin B b ớc sóng λ= 553 nm 23 2.4 Kết qu xây dựng đ 3.1 Giá tr kích th ớc tinh thể trung bình c a mẫu ZnO pha t p Cu 34 3.2 Thành phần nguyên t có vật liệu ZnO pha t p Cu 35 3.3 Hiệu suất xử lý Rhodamin B c a vật liệu ZnO ZnO pha t p Cu 35 3.4 3.5 3.6 ng chuẩn Phenol 26 Hiệu suất xử lý Rhodamine B c a vật liệu 2%Cu –ZnO t i giá tr pH khác Hiệu suất xử lý Rhodamin B c a vật liệu 2%Cu–ZnO với kh i l ng khác Hiệu suất xử lý Rhodamin B t ng ng với c ng độ chiếu sáng 3.7 Hiệu suất xử lý Rhodamin B t 3.8 Hiệu suất xử lý Phenol c a vật liệu ZnO ZnO pha t p Cu 3.9 3.10 ng ng với th i gian chiếu sáng 3.11 Hiệu suất xử lý phenol t ng ng với c ng độ chiếu sáng 3.12 Hiệu suất xử lý phenol t ng ng với th i gian chiếu sáng 40 42 khác khác 38 41 Hiệu suất xử lý phenol c a vật liệu 2%Cu–ZnO t i giá tr pH Hiệu suất xử lý phenol c a vật liệu 2%Cu–ZnO với kh i l 37 ng 43 44 45 46 49 DANH M C TÀI LI U THAM KH O Ti ng Vi t [1] Nguyễn Th Vân Anh (2014), Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnO có pha tạp Mn, Ce phương pháp đốt cháy định hướng ứng dụng chúng [2] Nguyễn Tinh Dung (2006), Hố học phân tích, phần III: Các phương pháp định lượng hoá học, NXB Giáo Dục [3] Nguyễn Ng c Khánh (2010), Nghiên cứu xử lý hợp chất asen photphat nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr(IV), Luận văn th c sĩ, Tr [4] ng Đ i h c Khoa h c tự nhiên-ĐHQGHN Trần T Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV – Vis, Nhà xuất b n Đ i h c Qu c gia Hà Nội [5] ĐƠo Văn Lập (2011), Nghiên cứu tổng hợp oxit ZnO có kích thước nano phương pháp đốt cháy, luận văn th c sĩ hóa h c, tr [6] ng Đ i h c Vinh Nguyễn Th T Loan (2011), Nghiên cứu chế tạo số nano oxit sắt, mangan khả hấp phụ asen, sắt, mangan nước sinh hoạt, Luận án Tiến sĩ Hóa h c, Viện Khoa h c Công nghệ Việt Nam [7] Nguyễn Đ c Nghĩa (2007), Hóa học nano – Cơng nghệ vật liệu nguồn, Nhà xuất b n khoa h c Tự nhiên Cơng nghệ [8] Hồng Nhâm (2003), Hóa vơ tập 3, Nhà xuất b n Giáo dục, Hà Nội [9] Hữu Th Ngân (2014), Nghiên cứu động học q trình oxi hóa phân hủy rhodamine B phenol quang xúc tác biến tính từ TiO2 chất mang tro tràu, Đ i h c khoa h c tự nhiên Hà Nội [10] Trần Th Văn Thi, Trần H i Bằng, Lê Qu c ToƠn (2009), "Xử lý dung d ch phenol đ n ớc ph n ng oxi hóa Fe-SBA-15", Tạp chí khoa học Đại học Huế, Tập 50, tr 125-133 [11] Vũ Kim Thanh (2012), Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy vật liệu tổ hợp quang xúc tác biến tính từ TiO2 thuốc trừ sâu, Luận văn th c sĩ ngƠnh hóa mơi tr qu c gia Hà Nội ng, Đ i h c Khoa h c t nhiên – Đ i h c 50 Ti ng Anh [12] Farook Adam, Anwar lqbal (2011), “Silica supported amorphous molybdenum catalysts prepared via sol-gel method and its catalytic activity”, Microporous and Mesoporous Material, 141, pp 119-127 [13] A.Adholeya, Sharma S., 2011 Photocatalytic reduction of hexavalent Chromium in aqueous solutions with zinc oxide nanoparticles and hydrogen peroxide.Int Biodeterior Biodegr 65: 309 [14] R.Azimirad,M Yousefi, M Amiri, A.Z Moshfegh (2011), Enhanced photoeletrochemical activity of Ce doped ZnO nonocomposite thin films under visible light, Journal of Eletroanalytical Chemistry, 665, pp 106- 112 [15] Hasib M A (2011),Ahmed S., Rasul M G., Brown R.,"Influence of parameters on the heterogeneous photocatalytic degradation of pesticides and phenolic contaminants in wastewater: A short review", Journal of Environmental Management, 92, pp 311-330 [16] A H Abdullah (2008), Gayaa I U, Heterogeneous photocatalytic degradation of organic contaminants over titanium dioxide: A review of fundamentals, progress and problems, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 9: 1–12 [17] Amene Naseri, Morasae Samadi, M.Z., Elham Khorashadizade, Alireza Z Moshfegh Recent progress on doped ZnO nanostructures for visible-light photocatalysis Thin Solid Films 2016 605: p 2-19 [18] W Baiqi, Liqiang, J., W Dejun, L X.ShudanBaifu, F Honggang, and S Jiazhong, 2006 Effects of noble metal modification on surface oxigen composition, charge separation and Photo catalytic activity of ZnO nanoparticles Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 244: 193– 200 [19] P G Brian (2008), Choppali, Structural and optical properties of nanocrystalline ZnO thin films synthesized by the citrate precursor route, Journal of Luminescence 128:1641–1648 [20] B and Y Wang, Li, 2010 Facile synthesis and photocatalytic activity of ZnO-CuO nanocomposite Super lattices Super lattices and Micro structures 47: 615623 51 [21] Chauhana, R., A Kumar and R.P Chaudhary (2010), Synthesis and characterization of silver doped ZnO nanoparticles, Arch App Sci Research, 2: 378-385 [22] C W.K Chow and C Saint (2010), Recent developments in photocatalytic water treatment technology, Water research, 44: 2997 -3027: A review [23] Sun C., Liu Y., Yang S., Hong J., (2007), "Low-temperature preparation and microwave photocatalytic activity study of TiO2 - mounted activated carbon", Journal of Hazardous Materials, 142, pp 208 - 215 [24] D and H Haneda, Li, 2003b Synthesis of nitrogen-containing ZnO powders by spray pyrolysis and their visible-light photocatalysis in gas-phase acetaldehyde decomposition J Photocatalysis Chemosphere 51: 171-178 [25] D, Jung, 2010 Syntheses and characterizations of transition metal-doped ZnO Solid State Sciences 12:466–470 [26] Daneshvar, N., M.H Rasoulifard, A.R Khataee and F Hosseinzadeh (2007), Removal of C.I Acid Orange from aqueous solution by UV irradiation in the presence of ZnO nanopowder, J Hazard Mater.143: 95–101 [27] Elaloui E, Houas A, Lachheb H, Ksibi M, Guillard C, Herrmann J –M (2001) Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water, Appl Catal., B Environ., 31, 145-157 [28] Ekambaram, S.,Y Iikubo and A Kudo (2007), Combustion synthesis and photocatalytic properties of transition metal-incorporated ZnO J Alloys Compd 433:237–240 [29] L.L Hench and J.K West (1990), The sol-gel process, Chemical reviews, 90 (1), pp 33-72 [30] Shao D., X.Wang, F.Qiaohui, 2009 Photocatalytic reduction of hexavalent Chromium in aqueous solutions with zinc oxide nanoparticles and hydrogen peroxide Micropor Mesopor Mat 117: 243 [31] M Kitano, M Shiojiri (1997), Benard convection ZnO/resin lacquer coating a new approach to electrostatic dissipative coating, Powder Technol, 93, pp 267–273 [32] Kosmulski M.(2006), The pH- dependent surface science charging and the point of zero charge III updated J of Colloid and Interface Sci., 298: 730- 741 52 [33] M Rezaei, A Habibi- Yangjeh (2013), Simple and large scale refluxing method for preparation of Ce- doped ZnO nanostructures as highly efficient photocatalyst, Applied Sueface Science, 265, pp 591- 596 [34] M Swaminathan, R Velmurugan An efficient nanostructured ZnO for dye sensitized degradation of Reactive Red 120 dye under solar light Solar Energy Materials & Solar Cells, 95, 942-950 (2011) [35] Samuel Fikadu (2014), Synthesis and characterization of Ag-doped ZnO nanoparticles for simulaneous photodegradation of methylene blue and Cr(VI) under visible radiation, Haramaya university [36] Liu S X, Chen X Y., Chen X (2007), "A TiO2/AC composite photocatalyst with high activity and easy separation prepared by a hydrothermal method", Journal of Hazardous Materials, 143, pp 257-263 [37] S.M Lam, J.C.S., A.Z Abdullah, A.R Mohamed, Degradation of wastewaters containing organic dyes photocatalysed by zinc oxide: a review Desalin Water Treat, 2012 41: p 131–169 [38] Moshfegh, A.Z., Nanoparticle catalysts J Phys D Appl Phys, 2009 42: p 233001–233030 [39] Suib, S.L., New and Future Developments in Catalysis: Catalysis by Nanoparticles 2013, Amsterdam: Elsevier [40] A McLaren, T.V.-S., G Li, S.C Tsang Shape and size effects of ZnO nanocrystals on photocatalytic activity J Am Chem Soc, 2009 131: p 12540–12541 [41] Y Zheng, C.C., Y Zhan, X Lin, Q Zheng, K Wei, J Zhu, Y Zhu, Luminescence and photocatalytic activity of ZnO nanocrystals: correlation between structure and property Inorg Chem, 2007 46: p 6675–6682 [42] Lee, K.M., et al., Recent developments of zinc oxide based photocatalyst in water treatment technology: A review Water Research, 2016 88(Supplement C): p 428-448 ... Rhodamin B c a vật liệu ZnO ZnO pha t p Cu 35 3.4 3.5 3.6 ng chuẩn Phenol 26 Hiệu suất xử lý Rhodamine B c a vật liệu 2 %Cu ? ?ZnO t i giá tr pH khác Hiệu suất xử lý Rhodamin B c a vật liệu 2 %Cu? ? ?ZnO. .. c a Rhodamin B 16 1.12 Cơng th c hóa h c c a Phenol 16 2.1 S đồ tổng h p nano ZnO nano ZnO pha t p Cu 21 2.2 Thiết b tổng h p ZnO ZnO pha t p Cu 22 2.3 Đ ng chuẩn xác đ nh nồng độ Rhodamin B 2.4... tác ZnO pha t p Cu 33 34 Sự phụ thuộc c a hiệu suất xử lý Rhodamin B vào phầm trăm Cu pha t p ZnO Sự phụ thuộc c a hiệu suất xử lý Rhodamin B vào pH c a dung d ch Sự phụ thuộc c a hiệu suất xử lý