Tổng hợp nano zno pha tạp ag và ứng dụng xử lý alizarin red s trong môi trường nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN PHƯỚC LONG TỔNG HỢP NANO ZnO PHA TẠP Ag VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ ALIZARIN RED S TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HÓA HỌC ĐÀ NẴNG, NĂM 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN PHƯỚC LONG TỔNG HỢP NANO ZnO PHA TẠP Ag VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ ALIZARIN RED S TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chun ngành: KHOA HỌC MƠI TRƯỞNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học TS ĐINH VĂN TẠC ĐÀ NẴNG, NĂM 2019 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT CB e- Vùng dẫn chất bán dẫn EDX Phương pháp đo phổ tán sắc lượng tia X Eg Năng lượng vùng cấm FWHM độ rộng nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại h+ Lỗ trống vùng hóa trị PAA Poli acrylic axit PEG Poli etylen glycol PVA Poli vinyl ancol pzc Điểm điện tích zero - Point of zero charge UV Ánh sáng cực tím (λ = 200 – 400nm) VB Vùng hóa trị chất bán dẫn Vis Ánh sáng khả kiến (λ = 400 – 700nm) XRD Phương pháp đo phổ tán sắc lượng tia X λ Bước sóng ánh sáng Điện tử vùng dẫn DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Các số đặc trưng vật liệu ZnO nhiệt độ phịng 1.2 Phân loại q trình oxi hóa nâng cao 14 2.1 Hóa chất sử dụng 16 2.2 Dụng cụ, thiết bị cần dùng 16 2.3 Sự phụ thuộc mật độ quang A vào nồng độ alizarin red S bước sóng 423nm 19 3.1 Giá trị kích thước tinh thể trung bình mẫu ZnO pha tạp Ag 29 3.2 Thành phần nguyên tố có vật liệu ZnO pha tạp Ag 30 3.3 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu ZnO ZnO pha tạp Ag 31 3.4 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu 2%Ag –ZnO giá trị pH khác 32 3.5 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu 2%Ag –ZnO với khối lượng khác 34 3.6 Hiệu suất xử lý alizarin red S tương ứng với cường độ chiếu sáng 35 3.7 Hiệu suất xử lý alizarin red S tương ứng với thời gian chiếu sáng 37 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Cấu trúc mạng sở tinh hệ lục phương kiểu wurtzite 1.2 Cấu trúc ô mạng sở tinh hệ lập phương đơn giản kiểu halit 1.3 Cấu trúc ô mạng sở tinh hệ lập phương kiểu sphalerit 1.4 Cấu trúc đối xứng vùng lượng lý thuyết (a) thực nghiệm (b) 1.5 Cấu trúc phân tử alizarin red S 11 2.1 Sơ đồ tổng hợp nano ZnO nano ZnO pha tạp Ag phương pháp đốt cháy gel 17 2.2 Thiết bị tổng hợp ZnO ZnO pha tạp Ag 18 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin red S λ= 423 nm 19 2.4 Các dung dịch alizarin red S để lập đường chuẩn 19 2.5 Sơ đồ bước chuyển dịch lượng 24 3.1 Nano ZnO (a) nano ZnO pha tạp Ag (b) 26 3.2 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 1%; 2%; 3% ZnO không pha tạp Ag 27 3.3 Phổ XRD mẫu ZnO không pha tạp Ag 27 3.4 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 1% 28 3.5 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 2% 28 3.6 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 3% 29 3.7 Phổ EDX vật liệu xúc tác ZnO pha tạp Ag 30 3.8 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào phần trăm Ag pha tạp ZnO 31 3.9 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào pH dung dịch 33 3.10 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào khối lượng 2%Ag-ZnO 34 3.11 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào cường độ chiếu sáng 36 3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào thời gian chiếu sáng 37 MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN VỀ ZnO 1.1.1.Tính chất vật lí ZnO 1.1.2 Cấu trúc tinh thể ZnO .4 1.1.3.Cấu trúc vùng lượng ZnO 1.1.4.Tính chất điện quang ZnO .7 1.1.5.Một số ứng dụng ZnO 1.2.MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ NANO OXIT KIM LOẠI 1.2.1.Phương pháp sol-gel 1.2.2.Phương pháp tổng hợp đốt cháy 1.3.TỔNG QUAN VỀ VÀ ALIZARIN RED S .11 1.4.MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHẨM MÀU DỆT NHUỘM 12 1.4.1.Phương pháp keo tụ 12 1.4.2.Phương pháp sinh học .12 1.4.3.Phương pháp lọc 13 1.4.4.Phương pháp hấp phụ 13 1.4.5.Phương pháp oxi hóa nâng cao 14 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1.HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ .16 2.1.1.Hoá chất 16 2.1.2.Thiết bị thí nghiệm 16 2.2.TỔNG HỢP NANO ZnO VÀ ZnO PHA TẠP Ag BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY GEL 16 2.4.NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO PHA TẠP Ag VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY ALIZARIN RED S 18 2.4.1.Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin red S 18 2.4.2.Ảnh hưởng phần trăm Ag pha tạp 20 2.4.3.Ảnh hưởng pH 20 2.4.4.Ảnh hưởng lượng xúc tác 20 2.4.5.Ảnh hưởng điều kiện chiếu sáng .21 2.4.6.Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng .21 2.5.CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 22 2.5.1.Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 22 2.5.2.Phương pháp đo phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 23 2.5.3.Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis .24 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1.ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU XÚC TÁC .26 3.1.1.Tổng hợp nano ZnO ZnO pha tạp Ag 26 3.1.2.Kết đo phổ XRD .26 3.1.3 Kết đo phổ EDX 30 3.2.KẾT QUẢ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S 31 3.2.1.Ảnh hưởng phần trăm Ag pha tạp 31 3.2.2.Ảnh hưởng pH 32 3.2.3.Ảnh hưởng lượng xúc tác 34 3.2.4.Ảnh hưởng điều kiện chiếu sáng .35 3.2.5.Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng .36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm gần phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường chủ đề tập trung quan tâm nhiều nước giới.Một vấn đề đặt cho nước phát triển có Việt Nam cải thiện mơi trường ô nhiễm từ chất độc hại công nghiệp tạo Điển ngành cơng nghiệp cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt ngành dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ chiếm kim ngạch xuất cao Việt Nam Với loại vải sử dụng nhiều xơ sợi tổng hợp polyester dùng nhiều thuốc nhuộm chất phụ trợ khó phân giải vi sinh, dẫn tới lượng chất gây ô nhiễm môi trường nước thải cao Hầu hết thuốc nhuộm thiết kế để chống lại phân hủy vi khuẩn hiếu khí chuyển thành hợp chất độc hại gây ung thư Chính mà việc áp dụng phương pháp để chuyển chúng thành hợp chất vô hại nước thật cần thiết Quá trình quang xúc tác bán dẫn kĩ thuật hứa hẹn cung cấp lượng phân hủy chất ô nhiễm hữu bền vững - chất không bị phân hủy môi trường theo thời gian, chí di chuyển xa với nguồn xuất phát ban đầu không bị biến đổi Gần đây, số chất bán dẫn sử dụng làm chất xúc tác quang kẽm oxit ZnO, titan đioxit TiO2 , kẽm titanat Zn2TiO3 , cadimi sunfua CdS…Trong số đó, TiO2 nghiên cứu nhiều So với TiO2, ZnO có độ rộng vùng cấm 3,27 eV tương đương với độ rộng vùng cấm TiO2 (3,3 eV) chế phản ứng quang xúc tác giống TiO2 ZnO lại có phổ hấp thụ ánh sáng mặt trời rộng TiO2 Do đó, ZnO chất quang xúc tác đầy hứa hẹn cho q trình oxi hóa quang xúc tác hợp chất hữu tác dụng ánh sáng mặt trời Các nghiên cứu cho thấy, cách hiệu để tăng hoạt tính quang xúc tác ZnO vùng khả kiến cách làm giảm độ rộng vùng cấm làm 27 VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnO - M1, 2, 3, 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 Lin (Cps) 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thao-DaNang-M1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 2.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 19:26:50 Y + 15.0 mm - File: Thao-DaNang-M2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 16:02:34 Y + 30.0 mm - File: Thao-DaNang-M3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 17:46:50 Y + 45.0 mm - File: Thao-DaNang-M4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 16:57:00 05-0664 (D) - Zincite, syn - ZnO - Y: 74.32 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0783 (I) - Silver-3C, syn - Ag - Y: 10.55 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 3.2 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 1%; 2%; 3% ZnO không pha tạp Ag VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnO - M4 d=2.4735 1600 1500 1400 1300 1200 d=2.8120 1100 d=1.9092 500 400 d=1.3772 600 d=1.4054 300 200 d=1.3571 700 d=1.6230 800 d=1.4758 900 d=2.6010 Lin (Cps) 1000 100 10 20 30 40 50 2-Theta - Scale File: Thao-DaNang-M4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 16:57:00 05-0664 (D) - Zincite, syn - ZnO - Y: 74.32 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 3.3 Phổ XRD mẫu ZnO không pha tạp Ag 60 70 28 VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnO - M1 1600 d=2.4729 1500 1400 1300 1200 1100 d=2.8115 900 800 d=2.6005 100 d=1.4431 200 d=2.0384 d=2.3571 300 d=1.3770 400 d=1.3574 d=1.9092 500 d=1.4756 600 d=1.4061 700 d=1.6231 Lin (Cps) 1000 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thao-DaNang-M1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 2.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 19:26:50 05-0664 (D) - Zincite, syn - ZnO - Y: 60.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0783 (I) - Silver-3C, syn - Ag - Y: 4.02 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 3.4 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 1% VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnO - M2 1600 1500 1400 1300 d=2.4731 1200 1100 900 800 100 d=1.3771 d=1.4055 200 d=2.0426 d=2.3577 300 d=1.9088 400 d=1.4760 500 d=1.4436 600 d=1.6231 d=2.6001 700 d=1.3572 d=2.8118 Lin (Cps) 1000 10 20 30 40 50 2-Theta - Scale File: Thao-DaNang-M2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 16:02:34 05-0664 (D) - Zincite, syn - ZnO - Y: 50.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0783 (I) - Silver-3C, syn - Ag - Y: 7.89 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 3.5 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 2% 60 70 29 VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau ZnO - M3 1600 1500 1400 1300 d=2.4739 1200 1100 100 d=1.3770 d=1.4424 200 d=1.9093 300 d=2.0425 d=2.3563 400 d=1.3568 500 d=1.4064 600 d=1.4762 700 d=1.6231 800 d=2.6011 900 d=2.8123 Lin (Cps) 1000 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thao-DaNang-M3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/24/18 17:46:50 05-0664 (D) - Zincite, syn - ZnO - Y: 44.43 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0783 (I) - Silver-3C, syn - Ag - Y: 10.33 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 3.6 Phổ XRD mẫu ZnO pha tạp Ag 3% Từ giá trị độ rộng nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại giản đồ XRD áp dụng cơng thức Debye-Scherrer, tính kích thước tinh thể trung bình mẫu chất Kết tính kích thước tinh thể trung bình mẫu ZnO pha tạp Ag trình bày Bảng 3.1 Bảng 3.1 Giá trị kích thước tinh thể trung bình mẫu ZnO pha tạp Ag nAg/nZn λ (nm) 2 β (độ) D (nm) 0% 0,154056 36,288 0,328 24,2 1% 0,154056 36,297 0,355 22,4 2% 0,154056 36,294 0,401 19,8 3% 0,154056 36,282 0,434 18,3 Từ kích thước tinh thể trung bình mẫu ZnO ZnO pha tạp Ag, ta thấy hạt thu có kích thước nano Khi tăng tỉ lệ nAg/nZnO từ 0% đến 3% kích thước hạt vật liệu giảm dần từ 24,2 nm xuống 18,3 nm Từ kết luận việc pha tạp Ag ZnO hạn chế gia tăng kích thước hạt [20] 30 3.1.3 Kết đo phổ EDX Sự có mặt nguyên tố vật liệu ZnO pha tạp Ag kiểm tra phổ tán sắc lượng EDX Kết Hình 3.7 Hình 3.7 Phổ EDX vật liệu xúc tác ZnO pha tạp Ag Kết ghi phổ EDX mẫu vật liệu 2%Ag-ZnO cho phép ta khẳng định mẫu thu tinh khiết Ngoài peaks đặc trưng cho Zn O với cường độ lớn cịn có peaks Ag vị trí keV, chứng tỏ có mặt Ag vật liệu ZnO Phần trăm khối lượng nguyên tố có vật liệu ZnO pha tạp Ag Bảng 3.2 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố có vật liệu ZnO pha tạp Ag Nguyên tố O Zn Ag Tổng % khối lượng Phần trăm khối lượng (%) 20,75 76,20 3,05 100 Bảng 3.2 phần trăm khối lượng Zn 76,20% Ag 3,05%, tương ứng với phần trăm số mol Ag Zn 2,4% xấp xỉ với giá trị mẫu pha thực tế (2%) 31 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN 3.2 QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY ALIZARIN RED S 3.2.1 Ảnh hưởng phần trăm Ag pha tạp Kết khảo sát ảnh hưởng phần trăm Ag pha tạp đến hiệu suất phân hủy alizarin red S trình bày Bảng 3.3 Hình 3.8 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu ZnO ZnO pha tạp Ag nAg/nZnO C0(ppm) Asau C (ppm) H (%) 0% 1% 2% 3% 10 10 10 10 0,129 8,719 4,835 2,107 5,413 12,81 51,65 78,93 45,87 0,082 0,049 0,089 90 78.93 80 70 60 H (%) 51.65 50 45.87 40 30 20 12.81 10 0% 1% 2% 3% nAg/nZnO Hình 3.8 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào phần trăm Ag pha tạp ZnO Kết cho thấy ZnO pha tạp 2%Ag có hoạt tính quang xúc tác cao 32 Từ kết này, thấy việc pha tạp Ag vào ZnO làm tăng mạnh hiệu suất phân hủy Alizarin Red S giá trị pha tạp 2% Ag, chất xúc tác quang có hoạt tính quang xúc tác cao Kết giải thích sau: hàm lượng Ag pha tạp vào ZnO nhỏ (dưới 2% số mol), Ag chen vào cấu trúc lục phương ZnO, từ Ag chiếm electron từ vùng dẫn Quá trình làm giảm tái tổ hợp electron lỗ trống mang điện tích dương (h+) bề mặt ZnO Do đó, khiến cho điện tử dễ dàng chuyển lên vùng dẫn lỗ trống dễ dàng di chuyển xuống vùng hóa trị Vì pha tạp Ag (dưới 2% số mol) hoạt tính xúc tác tăng [17] Nhưng hàm lượng Ag pha tạp tiếp tục tăng lớn 2% tỷ lệ mol, nhiều nguyên tử Ag chen vào cấu trúc lục phương ZnO làm cản trở trình hấp thụ ánh sáng ZnO dẫn đến làm hoạt tính quang xúc tác ZnO giảm Mặt khác, bán kính nguyên tử Ag 1,42Å lớn bán kính ion Zn2+ 0,60Å nên việc chen nhiều nguyên tử Ag cấu trúc ZnO làm biến dạng cấu trúc lục phương ZnO 3.2.2 Ảnh hưởng pH Trong hệ quang xúc tác không đồng nhất, pH thông số quan trọng ảnh hưởng đến điện tích hạt xúc tác, kích thước chất xúc tác, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất phản ứng quang phân hủy alizarin red S [7], [10] Kết khảo sát Bảng 3.4 Hình 3.9 Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu 2%Ag –ZnO giá trị pH khác pH C0 (mg/l) A C (mg/l) H (%) 10 3,182 68,18 10 0,062 0,049 2,107 78,93 10 0,072 4,008 59,92 10 0,093 5,744 42,56 10 0,106 6,818 31,82 33 90 78.93 80 70 68.18 59.92 H (%) 60 50 42.56 40 31.82 30 20 10 pH Hình 3.9 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào pH dung dịch Kết cho thấy, hiệu suất xúc tác quang xử lí alizarin red S ZnO pha tạp 2% tăng tăng pH từ đến giảm pH dung dịch tăng từ đến 11 Do đó, pH = chọn làm điều kiện tối ưu cho trình quang xúc tác xử lý alizarin red S Kết giải thích sau: Chất quang xúc tác Ag-ZnO có điểm điện tích khơng (pzc) pH = 7,18 [17] Bên điểm điện tích khơng, chất xúc tác quang học có điện tích dương điểm tích điện khơng chất xúc tác quang có điện tích âm Như vậy, pH cao pcz, xúc tác Ag-ZnO tích điện âm alizarin red S lại tích điện âm nên chúng đẩy làm giảm trình truyền lượng, dẫn đến hoạt tính xúc tác giảm Tại giá trị pH=4, xúc tác AgZnO tích điện dương mà alizarin red S lại tích điện âm nên chúng hút làm tăng trình truyền lượng, dẫn đến hoạt tính xúc tác tăng giá trị pH này, hút xúc tác alizarin red S lớn, làm trình truyền lượng dễ dàng dẫn đến hiệu suất xử lý cao Nhưng giá trị pH thấp (pH =3), alizarin 34 red S bi ̣ hấp phu ̣ với lươ ̣ng lớn bề mặt chất xúc tác gây cản trở thâm nhập ánh sáng dẫn đến hiệu suất xử lý không tăng nhiều 3.2.3 Ảnh hưởng lượng xúc tác Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng xúc tác 2%Ag–ZnO đến hiệu suất xử lý alizarin red S Bảng 3.5 Hình 3.10 Bảng 3.5 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu 2%Ag –ZnO với khối lượng khác m 2%Ag-ZnO (g) C0 (ppm) A C (ppm) H (%) 0,05 10 0,093 5,744 42,56 0,1 10 0,049 2,107 78,93 0,15 10 0,045 1,777 82,23 0,2 10 0,061 3,099 69,01 0,3 10 0,062 3,182 68,18 90 80 78.93 82.23 70 69.01 68.18 0,2 0,3 H (%) 60 50 40 42.56 30 20 10 0,05 0,1 0,15 m 2%Ag-ZnO (g) Hình 3.10 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào khối lượng 2%AgZnO 35 Kết cho thấy: tăng số lượng chất xúc tác từ 0,05g đến 0,15g hiệu suất phản ứng xử lý alizarin red S tăng mạnh Với lượng xúc tác 0,15g hiệu suất phản ứng giảm Do đó, khối lượng 2%Ag-ZnO 0,15g điều kiện tối ưu cho trình quang xúc tác xử lý alizarin red S Kết giải thích sau: Khi tăng số lượng chất xúc tác từ 0,05g đến 0,15g làm tăng tổng diện tích bề mặt vật liệu xúc tác làm tăng số lượng vị trí hoạt động cho phản ứng quang xúc tác Tuy nhiên, tăng 0,15g dẫn đến tăng tương tác hạt-hạt xúc tác quang, làm cho phần đáng kể chất xúc tác tiếp cận với thuốc nhuộm hấp thụ xạ gọi cản quang 3.2.4 Ảnh hưởng điều kiện chiếu sáng Kết khảo sát ảnh hưởng điều kiện chiếu sáng đến hiệu suất phản ứng xử lí alizarin red S Bảng 3.6 Hình 3.11 Bảng 3.6 Hiệu suất xử lý alizarin red S tương ứng với cường độ chiếu sáng Điều kiện chiếu sáng C0 (mg/l) A C (mg/l) H (%) 15W 10 0,082 4,835 51,65 20W 10 0,059 2,934 70,66 40W 10 0,045 2,107 82,23 Không chiếu sáng 10 0,144 9,959 0,41 36 90 82.23 80 70.66 70 60 H (%) 51.65 50 40 30 20 10 0.41 0W 15W 20W 40W Điều kiện chiếu sáng Hình 3.11 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào cường độ chiếu sáng Kết cường độ ánh sáng ảnh hưởng vô lớn đến hiệu suất xử lý Alizarin Red S Khi chưa chiếu sáng, phản ứng phân hủy Alizarin Red S xảy không đáng kể Khi tăng cường độ chiếu sáng, hiệu suất phản ứng quang xúc tác phân hủy Alizarin Red S tăng mạnh Do đó, luận văn này, đèn Compact Fluoren (hãng Phillip) với công suất 40W chọn làm điều kiện tối ưu cho trình quang xúc tác xử lý Alizarin Red S Điều giải thích sau: tăng cường độ chiếu sáng, vật liệu xúc tác 2%Ag-ZnO hấp thụ lượng lớn sản sinh gốc tự hoạt động hydroxyl •OH Gốc hydroxyl có khả oxi hóa tất hợp chất hữu dù loại khó phân hủy sinh học nhất, biến chúng thành hợp chất vô như: CO 2, H2O axit vô 3.2.5 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến hiệu suất phản ứng xử lí alizarin red S Bảng 3.7 Hình 3.12 37 Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý alizarin red S tương ứng với thời gian chiếu sáng t (phút) C0 (mg/l) A C (mg/l) H (%) 30 10 5,826 41,74 60 10 0,094 0,063 3,264 67,36 90 10 0,051 2,273 77,27 120 10 0,045 1,777 82,23 150 10 0,044 1,694 83,06 180 10 0,043 1,612 83,88 90 82.23 83.06 83.88 120 150 180 77.27 80 67.36 70 H (%) 60 50 41.74 40 30 20 10 30 60 90 t (phút) Hình 3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào thời gian chiếu sáng Từ kết trên, chọn 120 phút chọn làm thời gian tối ưu để xử lý alizarin red S Kết cho thấy, hiệu suất xử lý alizarin red S tăng nhanh 90 phút đầu, sau tăng chậm dần qua thời điểm sau 90 phút tăng khơng đáng kể Từ 120 đến 180 phút, đường biểu diễn phụ thuộc hiệu suất xử lý xanh methylen vào thời gian chiếu sáng gần nằm ngang Do vậy, 120 phút 38 chọn làm thời gian tối ưu để xử lý alizarin red S xúc tác quang nano 2%AgZnO Kết giải thích sau: thời gian tăng lên số lượng xúc tác 2%Ag-ZnO tiếp xúc nhiều với phân tử alizarin red S, hiệu suất xử lý xanh methylen tăng lên Khi đạt cân bằng, lượng chất xúc tác tiếp xúc tối đa với phân tử xanh methylen nên dù thời gian có tăng lên khả xử lý khơng tăng 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Với mục tiêu tổng hợp nano Zn pha tạp Ag ứng dụng làm xúc tác quang xử lý Alizarin red S môi trường nước, đề tài thu kết sau: Tổng hợp vật liệu xúc tác nano ZnO tinh khiết, 1%Ag-ZnO, 2%Ag-ZnO 3%Ag-ZnO phương pháp đốt cháy gel sử dụng axit citric Kết XRD cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể lập phương wurtzite có kích thước nano Kết ghi phổ EDX mẫu vật liệu 2%Ag-ZnO cho phép ta khẳng định mẫu thu tinh khiết có mặt Ag vật liệu ZnO Đã xác định được, điều kiện: pH = 4, nồng độ alizarin red S là10 ppm, hàm lượng xúc tác 2%Ag-ZnO 0,15 g sử dụng bóng đèn Compact 40W chiếu sáng 120 phút điều kiện tối ưu cho phản ứng sử dụng quang xúc tác xử lý alizarin red S Khi hiệu suất đạt 82,23% II KIẾN NGHỊ Nếu có thời gian nghiên cứu thêm: Việc sử dụng vật liệu để xúc tác quang cho phản ứng xử lý số chất hữu độc hại khác nước Nghiên cứu ảnh hưởng chất oxi hóa bổ trợ H2O2 K2S2O8 đến trình phân hủy Alizrin red S 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Vũ Đăng Độ (2001), Các phương pháp vật lí hóa học, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [2] Hoàng Nhâm (2003), Hóa vơ tập 3, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [3] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2001), Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội TIẾNG ANH [4] Braja Gopal Misha, G.Ranga Rao (2006), Promoting effect of ceria on the physicochemical and catalytic properties of CeO2/ ZnO composite oxide catalysts, Journal of Molecular Catalysis A Chemical, 243, pp 204- 313 [5] Chauhana, R., A Kumar and R.P Chaudhary (2010), Synthesis and characterization of silver doped ZnO nanoparticles, Arch App Sci Research, 2: 378-385 [6] Chen, C., J.Liu, P.Liu and B.Yu (2011), Investigation of Photocatalytic Degradation of Methyl Orange by Using Nano-Sized ZnO Catalysts, Adv Chem Engi Sci 1: 9-14 [7] Chong N M., B Jin, C W.K Chow and C Saint (2010), Recent developments in photocatalytic water treatment technology, Water research, 44: 2997 -3027: A review [8] Ekambaram, S.,Y Iikubo and A Kudo (2007), Combustion synthesis and photocatalytic properties of transition metal-incorporated ZnO J Alloys Compd 433:237–240 [9] El-Kemary, M., H El-Shamy and I El-Mehasseb (2010), Photocatalytic degradation of ciprofloxacin drug in water using ZnO nanoparticles, J lumin 130:2327–2331 [10] Gayaa I U and A H Abdullah (2008), 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 [11] Hayata, K., M.A Gondalb, M Mazen, M Khaleda, A Shakeel, M Ahsan, M Shemsid (2011), Nano ZnO synthesis by modified sol gel method and its 41 application in heterogeneous photo catalytic removal of phenol from water, Applied Catalysis A: General393:122–129 [12] Jung (2010), Syntheses and characterizations of transition metal-doped ZnO, Solid State Sciences 12:466–470 [13] L.L Hench and J.K West (1990), The sol-gel process, Chemical reviews, 90 (1), pp 33-72 [14] 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 [15] M Yousefi, M Amiri, R Azimirad, 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 [16] Pardeshi, S.K., A.B Patil (2009), Effect of morphology and crystallite size on solar photo catalytic activity of zinc oxide synthesized by solution free mechano chemical method, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 308: 32–40 [17] 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 [18] Sharma S., A.Adholeya (2011), Photocatalytic reduction of hexavalent Chromium in aqueous solutions with zinc oxide nanoparticles and hydrogen peroxide, Int Biodeterior Biodegr 65: 309 [19] Xiang-Dong Zhang, Zhong-Shuai Wu, Jian Zang ,DaLi, Zhi-Dong Zhang (2007), Hydrothermal synthesis and characterization of nanocrystalline Zn– Mn spinel, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68, pp 1583–1590 [20] Yang, X., F Ma, K Li, Y Guo, J Hu, W Li, M Huo and Y Guo (2010), Mixed phase titania Nanocomposite codoped with metallic silver and vanadium oxide: New efficient photocatalyst for dye degradation, J Hazard Mater, 175: 429– 438 ... thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào phần trăm Ag pha tạp ZnO 31 3.9 S? ?? phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào pH dung dịch 33 3.10 S? ?? phụ thuộc hiệu suất xử lý alizarin red S vào khối... khảo s? ?t hoạt tính quang xúc tác phân hủy Alizarin Red S với đề tài ? ?Tổng hợp nano ZnO pha tạp Ag ứng dụng xử lý Alizarin Red S mơi trường nước? ?? để góp phần bổ sung thêm nghiên cứu nano ZnO pha tạp. .. xử lý alizarin red S vật liệu ZnO ZnO pha tạp Ag 31 3.4 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu 2 %Ag ? ?ZnO giá trị pH khác 32 3.5 Hiệu suất xử lý alizarin red S vật liệu 2 %Ag ? ?ZnO với khối lượng