Nghiên cứu chế tạo vật liệu TiO2-SiO2 và N-TiO2-SiO2 để diệt khuẩn trong nước sinh hoạt

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU TiO2/SiO2 VÀ N-TiO2/SiO2 ĐỂ DIỆT KHUẨN TRONG NƯỚC SINH HOẠT CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGUYỄN THỊ ÁNH HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU TiO2/SiO2 VÀ N-TiO2/SiO2 ĐỂ DIỆT KHUẨN TRONG NƯỚC SINH HOẠT NGUYỄN THỊ ÁNH CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GVHD1: PGS.TS NGUYỄN THỊ HUỆ GVHD2: PGS.TS LÊ THỊ TRINH HÀ NỘI, NĂM 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Thị Huệ Cán chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thị Hà Cán chấm phản biện 2: TS Vũ Đức Nam Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 24 tháng năm 2018 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm số vi khuẩn gây bệnh (Coliform Salmonella) môi trường nước 1.2 Các phương pháp diệt khuẩn (Coliform Salmonella) môi trường Việt Nam giới 1.3 Các phương pháp chế tạo nano TiO2 1.3.1 Phương pháp vật lý 1.3.2 Phương pháp hoá học 10 1.4 Phương pháp quang xúc tác sử dụng vật liệu nano TiO2 16 1.4.1 Cơ chế xúc tác quang hóa TiO2 16 1.4.2 Tính quang xúc tác vật liệu nano TiO2 tinh khiết 18 1.4.3 Tính quang xúc tác vật liệu TiO2 pha tạp Nito 18 1.5 Ứng dụng nano TiO2 nano TiO2 pha tạp Nitơ để diệt khuẩn môi trường nước 19 1.6 Silicagel (SiO2) - số tính chất silicagel 20 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.2 Phạm vi nghiên cứu 22 2.3 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm 22 2.3.1 Hóa chất 22 2.3.2 Dụng cụ thí nghiệm 22 2.3.3 Thiết bị nghiên cứu chế tạo 22 2.4 Phương pháp nghiên cứu 23 2.4.1 Phương pháp kế thừa 23 2.4.2 Phương pháp điều tra, khảo sát 23 2.4.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu 25 2.4.4 Phương pháp đánh giá vật liệu 26 i 2.4.5 Phương pháp phân tích vi khuẩn Coliform Salmonella môi trường nước 28 2.5 Quy trình chế tạo vật liệu 29 2.5.1 Quy trình chế tạo nano TiO2/SiO2 29 2.5.2 Quy trình chế tạo vật liệu nano TiO2 pha tạp nitơ (N-TiO2/SiO2) 31 2.6 Nghiên cứu, thiết kế hệ thử nghiệm xúc tác quang hóa để đánh giá khả diệt khuẩn Salmonella Coliform nước sinh hoạt 33 2.6.1 Hệ thử nghiệm quy mô phịng thí nghiệm 33 2.6.2 Thiết kế mơ hình hệ thử nghiệm 10L/ngày 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 có hoạt tính xúc tác cao 37 3.1.1 Vật liệu dùng để tẩm phủ TiO2 37 3.1.2 Đánh giá tính chất xốp vật liệu 45 3.2 Đánh giá khả xử lý Coliform Salmonella môi trường nước vật liệu chế tạo 46 3.2.1 Khảo sát khả diệt Coliform Salmonella vật liệu TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 tỉ lệ khác 46 3.2.2 Khảo sát khả diệt Coliform Salmonella vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 tỉ lệ 1:1:34 47 3.3 Đánh giá khả diệt khuẩn (Salmonella, Coliform) vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 hệ thử nghiệm 10L/ngày 49 3.4 Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu 51 3.5 Áp dụng thử nghiệm xử lý vi khuẩn mẫu thực tế (thử nghiệm hệ 10L/ngày) 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 Kết luận 54 Kiến nghị 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Vị trí lấy mẫu xã thuộc huyện Mai Châu, tỉnh Hịa Bình 24 Bảng 3.1 Diện tích bề mặt, thể tích lỗ xốp kích thước lỗ xốp mẫu 45 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cơ chế phản ứng quang xúc tác vật liệu TiO2 17 Hình 1.2 Phổ hấp thụ TiO2 tinh khiết TiO2 pha N nhiệt độ khác nhau.19 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu xã Cún Phèo, Piềng Cị, Xăm Khoe, Mai Hịch Vạn Mai thuộc huyện Mai Châu, Hịa Bình 24 Hình 2.2 Sơ đồ ngun lí hoạt động thiết bị SEM 27 Hình 2.3 Hình ảnh thiết bị SEM S-4800 27 Hình 2.4 Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ số hữu hạn mặt phẳng 27 Hình 2.5 Các dung dịch sol-gel pha chế 30 Hình 2.6 Sơ đồ quy trình cơng nghệ tẩm phủ nano TiO2 lên bề mặt SiO2 31 Hình 2.7 Hạt silicagel (trái), hạt silica gel phủ N-TiO2 sau nung (phải) 32 Hình 2.8 Sơ đồ tạo vật liệu pha tạp N -TiO2/SiO2 33 Hình 2.9 Mơ hình hệ thử nghiệm quy mơ phịng thí nghiệm 34 Hình 2.10 Hệ thống quang xúc tác TiO2/ SiO2 34 Hình 2.11 Máy bơm nước 35 Hình 2.12 Hình ảnh hệ thử nghiệm cơng suất 10L/ngày sử dụng đèn UV 36 Hình 2.13 Hình ảnh hệ thử nghiệm cơng suất 10L/ngày 36 sử dụng ánh sáng mặt trời 36 Hình 3.1 Giản đồ XRD vật liệu SiO2 37 Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu M1 với tỷ lệ mol TiO2:ACAC:EtOH 1:0,5:34 38 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu M2với tỷ lệ mol TiO2:ACAC:EtOH 1:1:3439 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu M1 (a); M2(b) 39 Hình 3.5 Ảnh TEM TiO2/SiO2 mẫu nung nhiệt độ 5000C thang40 20 nm (trái) nm (phải) 40 iii Hình 3.6 Ảnh HR-TEM mẫu TiO2/SiO2 phủ tám lần 40 Hình 3.7 Giản đồ XRD vật liệu N-TiO2/SiO2 với tỷ lệ mol nitơ tham gia khác 41 Hình 3.8 SEM mẫu N1(a); mẫu N2(b) mẫu N3 (c) 42 Hình 3.9 Phổ EDX mẫu N-TiO2/SiO2 tỉ lệ mol N khác (a) 1:0.5:34;43 (b) 1:1:34; (c) 1:2:34 43 Hình 3.10 Phổ UV-Vis mẫu N-TiO2/SiO2 tỉ lệthành phần sol khác nhau44 Hình 3.11 Khả xử lý Coliform Samonella tỷ lệ mol khác vật liệu TiO2/SiO2 điều kiện ánh sáng UV 46 Hình 3.12 Khả xử lý Coliform Samonella tỷ lệ mol khác vật liệu N-TiO2/SiO2 điều kiện ánh sáng huỳnh quang 47 Đối với loại vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 tỉ lệ mol 1:1:34 cho hiệu xử lý tốt tỉ lệ mol 1:0,5:34 1:2:34 47 Hình 3.13 Khả xử lý Coliform điều kiện chiếu đèn UV huỳnh quang vật liệu TiO2/SiO2 48 Hình 3.14 Khả xử lý Coliform điều kiện chiếu đèn UV huỳnh quang vật liệu N-TiO2/SiO2 48 Hình 3.15 Khả xử lý Salmonella vật liệu TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 điều kiện chiếu UV 365 nm 49 Hình 3.16 Thử nghiệm xử lý Salmonella TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 ánh sáng huỳnh quang 49 Hình 3.17 Thử nghiệm xử lý Coliform TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 hệ 10L/ngày sử dụng ánh sáng mặt trời 50 Hình 3.18 Thử nghiệm xử lý Salmonella TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 hệ 10L/ngày sử dụng ánh sáng mặt trời 50 Hình 3.19 Khả tái sử dụng vật liệu xử lý vi khuẩn điều kiện 51 ánh sáng mặt trời 51 Hình 3.20 Nồng độ Coliform đợt lấy mẫu 51 Tương tự Coliform, nồng độ Samonella vị trí CP3, CP9, XK5 tương đối cao, vào khoảng 8x102 CFU/ml thể hình 3.21 52 Hình 3.21 Nồng độ Salmonella đợt lấy mẫu 52 iv Hình 3.22 Khả xử lý Coliform vật liệu dùng nguồn sáng mặt trời52 Hình 3.23 Khả xử lý Salmonella vật liệu dùng nguồn sáng 53 mặt trời 53 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt TTIP Tetraizopropoxide titanium Tetraizopropoxide titanium DEA Diethanolamine diethanolamine ACAC Acetylacetone Axetylaxeton EtOH Ethanol ethanon SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X UV-Vis UV-Visible spectrophotometer Máy trắc quang vi MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ô nhiễm nguồn nước tự nhiên kết hoạt động tự nhiên như: mưa bão, lũ lụt, động đất, núi lửa, sóng thần… Ơ nhiễm nguồn nước sản phầm hoạt động sinh vật chí xác chết chúng Khi xảy mưa bão lũ lụt nguồn nước chảy qua nơi tích tụ sẵn nguồn ô nhiễm bãi rác, khu vệ sinh, nhà máy xí nghiệp phân tán nguồn nhiễm đến nguồn nước khác Đây vấn đề cấp bách mà người phải đối mặt dân số ngày gia tăng nhu cầu sử dụng nước từ tăng theo Chính lý mà tháng 12/2015 nhóm chuyên gia nghiên cứu Viện Công nghệ môi trường có chuyến khảo sát chất lượng nước sinh hoạt số vùng thuộc đồng sông Cửu Long Kết sơ ban đầu cho thấy nguồn nước sinh hoạt từ nguồn nước mặt bị nhiễm khuẩn Coliform mức nghiêm trọng Tháng 5/2016, nhóm chuyên gia lại tiếp tục khảo sát số khu vực nơng thơn thuộc huyện Mai Châu, tỉnh Hịa Bình phát lượng lớn khuẩn Coliform, tổng khuẩn, Salmonella mẫu nước sinh hoạt nguồn nước mặt, đặc biệt xã Cún Phèo Xăm Kheo TiO2 với cấu trúc tinh thể dạng anatase có kích thước tinh thể từ 5-50 nanomet có hoạt tính quang xúc tác mạnh nghiên cứu nhiều để ứng dụng xử lý chất độc hại môi trường Q trình phân hủy quang xúc tác có ưu điểm bật so với trình khác là: Sự phân hủy chất hữu đạt đến mức vơ hóa hồn tồn; Chi phí đầu tư vận hành thấp (chỉ cần ánh sáng mặt trời, oxy độ ẩm khơng khí); Q trình oxy hóa thực điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường hầu hết chất độc hữu bị oxi hóa thành sản phẩm cuối CO2 H2O Thực chất q trình hóa học hình thành gốc tự hydroxyl (*OH) môi trường oxy hóa hồn tồn hầu hết chất hữu cơ, hydrocacbon mạch vòng, PCBs, thuốc nhuộm, với tốc độ cực nhanh Ngồi ra, gốc *OH cịn có khả diệt tế bào vi khuẩn virus gây bệnh hẳn khả diệt khuẩn ozon, clo tia tử ngoại Sử dụng hiệu ứng quang xúc tác nano TiO2 để phân hủy thuốc trừ sâu, diệt cỏ, khử khuẩn mơi trường nước có ưu điểm vượt trội so với phương pháp 3.3 Đánh giá khả xử lý Coliform Salmonella môi trường nước vật liệu chế tạo 3.2.1 Khảo sát khả diệt Coliform và Salmonella vật liệu TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 tỉ lệ khác Luận văn tiến hành khảo sát vật liệu nano TiO2/SiO2 tỉ lệ khác 1:0,5:34; 1:1:34 1:2:34 với nguồn sáng UV 365 nm, công suất 20W Kết khảo sát khả diệt Coliform Salmonella thể hình 3.11 Hình 3.11 Khả xử lý Coliform Samonella tỷ lệ mol khác vật liệu TiO2/SiO2 điều kiện ánh sáng UV Coliform Salmonella bị tiêu diệt 85% sau 5h chiếu sáng 95% sau 7h chiếu sáng loại vật liệu Tuy nhiên, vật liệu TiO2/SiO2 tỉ lệ mol 1:1:34 có hiệu xử lý tốt tỉ lệ mol 1:0,5:34 1:2:34 Tương tự điều kiện thí nghiệm trên, luận văn tiến hành thử nghiệm vật liệu N-TiO2/SiO2 tỉ lệ 1:0,5:34; 1:1:34 1:2:34 với nguồn sáng huỳnh quang Kết khảo sát khả xử lý vật liệu theo thời gian chiếu sáng thể hình 3.16 cho thấy, Coliform với nồng độ 103CFU/mL Salmonella nồng độ 102CFU/ml bị giảm khoảng 85% sau chiếu sáng bị xử lý 96% sau 5h sử dụng loại vật liệu Tuy nhiên, vật liệu N-TiO2/SiO2 tỉ lệ mol 1:1:34 có hiệu xử lý Coliform tốt so với tỷ lệ cịn lại 46 Hình 3.12 Khả xử lý Coliform Salmonella tỷ lệ mol khác vật liệu N-TiO2/SiO2 điều kiện ánh sáng huỳnh quang Đối với loại vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 tỉ lệ mol 1:1:34 cho hiệu xử lý tốt tỉ lệ mol 1:0,5:34 1:2:34 3.2.2 Khảo sát khả diệt Coliform và Salmonella vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 tỉ lệ 1:1:34 a, Xử lý Coliform Trong điều kiện chiếu sáng UV huỳnh quang với tỉ lệ mol vật liệu 1:1:34 kết thử nghiệm khả loại bỏ Coliform vật liệu TiO2/SiO2 thể hình 3.17 hình 3.18 vật liệu NTiO2/SiO2 Vật liệu TiO2/SiO2và N-TiO2/SiO2 cho hiệu xử lý Coliform sử dụng hai nguồn sáng, nhiên khả xử lý dùng nguồn sáng UV tốt dùng TiO2/SiO2, nồng độ Coliform từ 103 CFU/mL giảm hẳn sau 7h chiếu sáng UV Khi sử dụng vật liệu N-TiO2/SiO2, nồng độ Coliform giảm xuống CFU/mL sau 4h chiếu sáng UV 130 CFU/mL sau 9h chiếu sáng nguồn huỳnh quang 47 TiO2 (UV) Coliform (CFU/mL) 3500 TiO2 (huỳnh quang) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0.0 2.0 4.0 6.0 Thời gian (giờ) 8.0 10.0 Hình 3.13 Khả xử lý Coliform điều kiện chiếu đèn UV huỳnh quang vật liệu TiO2/SiO2 Huỳnh quang Coliform (CFU/mL) 3000 UV 365nm 2500 2000 1500 1000 500 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 Thời gian (giờ) Hình 3.14 Khả xử lý Coliform điều kiện chiếu đèn UV huỳnh quang vật liệu N-TiO2/SiO2 Dưới tác dụng đèn UV huỳnh quang, nhóm •OH với khả oxy hóa mạnh tạo Những nhóm •OH khả oxy hóa hợp chất hữu làm cản trở hoạt động vi khuẩn qua trình oxy hóa hợp chất hữu tế bào vi khuẩn Do đó, nồng độ colifrom giảm theo thời gian a, Xử lý Salmonella Salmonella có nồng độ ban đầu 102 CFU/mL, thử nghiệm đối loại vật liêu TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2, UV 365nm, 40W Sau 8h chiếu sáng, vật liệu tẩm phủ TiO2 có khả xử lý Salmonella (hình 3.19) khoảng 90%, N-TiO2/SiO2 cho hiệu quảxử lý tốt 48 Hình 3.15 Khả xử lý Salmonella vật liệu TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 điều kiện chiếu UV 365 nm Hình 3.16 Thử nghiệm xử lý Salmonella TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 ánh sáng huỳnh quang Tương tự vậy, điều kiện ánh sáng huỳnh quang, khả xử lý Salmonella vật liệu N-TiO2/SiO2 đạt hiệu suất khoảng 90% (hình 3.20) 3.3 Đánh giá khả diệt khuẩn (Salmonella, coliform) vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 hệ thử nghiệm 10L/ngày Trên sở lựa chọn vật liệu tối ưu, luận văn ứng dụng vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 để diệt Salmonella, Coliform hệ thử nghiệm 10L/ngày Khối lượng vật liệu 60g ống thử nghiệm, lưu lượng 20mL/phút, sử dụng ánh sáng mặt trời để xử lý Coliform có nồng độ 103CFU/mL Salmonella 102 CFU/mL Kết thử nghiệm xử lý Coliform (hình 3.17) Salmonella (hình 3.18) 49 loại vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 Kết phân tích nồng độ hai vi khuẩn cho thấy, hai vật liệu có khả xử lý Coliform Salmonella điều kiện ánh sáng mặt trời Hiệu diệt khuẩn Coliform đạt khoảng 40-50% sau 7h chiếu sáng Salmonella đạt gần 90% sau 2h chiếu sáng Salmonella bị tiêu diệt hoàn toàn sau chiếu sáng So sánh khả xử lý hai vật liệu, kết cho thấy vật liệu N-TiO2/SiO2 cho hiệu xử lý tốt Hình 3.17 Thử nghiệm xử lý Coliform TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 hệ 10L/ngày sử dụng ánh sáng mặt trời Samonella (CFU/mL) TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 600 500 400 300 200 100 0.0 2.0 4.0 6.0 Thời gian (giờ) 8.0 Hình 3.18 Thử nghiệm xử lý Salmonella TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 hệ 10L/ngày sử dụng ánh sáng mặt trời Hiệu xử lý Coliform khơng cao Coliform ln phát triển điều kiện tự nhiên, khó khống chế, thường xuyên bị bổ sung trình xử lý 50 3.4 Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu Luận văn đánh giá khả tái sử dụng loại vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 với tỉ lệ mol 1:1:34 điều kiện ánh sáng mặt trời Hiệu suất xử lý paraquat (%) đạt hiệu suất 60% (hình 3.23) TiO2/SiO2 100 N-TiO2/SiO2 80 60 40 20 Số lần tái sử dụng Hình 3.19 Khả tái sử dụng vật liệu xử lý vi khuẩn điều kiện ánh sáng mặt trời Sau lần tái sử dụng loại vật liệu với điều kiện thí nghiệm khơng thay đổi loại vật liệu cịn khả xử lý, hiệu suất sau lần tái sử dụng đạt 60% 3.5 Áp dụng thử nghiệm xử lý vi khuẩn mẫu thực tế (thử nghiệm hệ 10L/ngày) Kết Coliform thu từ mẫu nước mặt đợt ngày 25/5/2016 22/5/2017 xã Mai Châu, Hịa Bình thể hình 3.20 Một số nơi có nồng độ Coliform cao CP3 có nồng độ 3,2x103CFU/ml, CP9 3,5x103CFU/ml, XK5 2,8x103CFU/ml Hình 3.20 Nồng độ Coliform đợt lấy mẫu 51 Tương tự Coliform, nồng độ Samonella vị trí CP3, CP9, XK5 tương đối cao, vào khoảng 8x102 CFU/ml thể hình 3.21 Hình 3.21 Nồng độ Salmonella đợt lấy mẫu Mẫu lấy phịng thí nghiệm bảo quản theo tiêu chuẩn Sau phân tích nồng độ vi khuẩn Coliform, Salmonella luận văn lựa chọn vài mẫu điển hình đưa vào hệ thử nghiệm dùng vật liệu chế tạo với tỉ lệ tối ưu 1:1:34 (TiO2/SiO2; N-TiO2/SiO2) để đánh giá khả quang xúc tác vật liệu Hình 3.22 Khả xử lý Coliform vật liệu dùng nguồn sáng mặt trời Kết phân tích nồng độ Coliform mẫu nước sinh hoạt Mai Châu, Hòa Bình sử dụng ánh sáng mặt trời với cường độ chiếu sáng liên tục (nhiệt độ trời khoảng >340C) sau 7h chiếu sáng đạt khoảng 60% 52 Sử dụng điều kiện thí nghiệm đối mẫu Salmonella luận văn thu kết hình 3.23 Hình 3.23 Khả xử lý Salmonella vật liệu dùng nguồn sáng mặt trời Khả diệt Salmonella từ vật liệu đề tài sử dụng nguồn sáng mặt trời mẫu nước sinh hoạt Mai Châu, Hịa Bình đạt 85% Như vậy, vật liệu chế tạo khả xử lý Salmonella tốt Coliform Do Coliform hoạt động mạnh có khả chịu nhiệt tốt Salmonella 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài nghiên cứu, chế tạo thành công vật liệu TiO2/SiO2 vật liệu pha tạp N-TiO2/SiO2 ứng dụng xử lý số vi khuẩn (Salmonella, Coliform) nước sinh hoạt Các kết đạt sau: Đã nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano TiO2/SiO2 nano TiO2/SiO2 pha tạp N từ dung dịch sol có thành phần khác theo chu trình nhúng phủ - làm khô - ủ nhiệt Vật liệu Anatase -TiO2 thu có kích thước tinh thể khoảng từ 1015 nm Đã đánh giá đặc trưng cấu trúc vật liệu SiO2, TiO2/SiO2 TiO2/SiO2 pha tạp N qua phương pháp XRD, SEM, BET, EDX, Khi pha tạp N khơng làm thay đổi tính chất cấu trúc hệ vật liệu TiO2/SiO2 Đã thử nghiệm loại vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 với tỉ lệ mol 1:1:34 đạt kết quả: Coliform Salmonella bị tiêu diệt 85% sau 5h chiếu sáng 95% sau 7h chiếu sáng đèn UV Và giảm khoảng 85% sau chiếu sáng bị xử lý hoàn toàn sau sử dụng loại vật liệu đèn huỳnh quang Kết phân tích nồng độ hai vi khuẩn cho thấy, hai vật liệu có khả xử lý Coliform Salmonella điều kiện ánh sáng mặt trời Hiệu diệt khuẩn Coliform đạt khoảng 40-50% sau 7h chiếu sáng Salmonella đạt gần 90% sau 2h chiếu sáng Salmonella bị tiêu diệt hoàn toàn sau chiếu sáng So sánh khả xử lý hai vật liệu, kết cho thấy vật liệu N-TiO2/SiO2 cho hiệu xử lý tốt Trong mẫu thực tế khả diệt khuẩn Coliform đạt 60%, Salmonella đạt khoảng 85% vật liệu chế tạo Kiến nghị Với kết nghiên cứu sản phẩm chế tạo được, luận văn mong muốn tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu mức hồn thiện quy trình cơng nghệ áp dụng sản xuất lượng lớn triển khai quy mô thực tế địa danh cụ thể 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Thị Đức, Nguyễn Thị Huệ, Nghiên cứu chế tạo loại màng xúc tác quang hóa TiO2 để xử lý chất độc hại khơng khí nước Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam (2003) J C Lee, Removal of Paraquat dissolved in a photoreaction with TiO2 immobilized on the glass-tubes of UV lamps J Water Research, 36, 7, 17761782, (2002) Ulrike Deibold, The surface science of TiO2, Surface Science report, 48, 52-229 (2003) M Anpo, P.V.Kamat, Environmentally Benign Photocatalysts: Applications of Titanium Oxide-based Materials, Springer New York Dordrecht Heidelberg London (2010) Anpo M., Use of visible light Second-generation titanium oxide photocatalysts prepared by the application of an advanced metal ion-implantation method, Pure and Applied Chemistry, 1787 (2000) Wang H., Dong F., and Wu Z., One-Step “Green” Synthetic Approach for Mesoporous C-Doped Titanium Dioxide with Efficient Visible Light Photocatalytic Activity, The Journal of Physical Chemistry C, 113 (38), p 1671716723 (2009) L.Peng, W.Sangchay, K.Kooptarnond, Comparison of photocatalytic reaction of commercial P25 and synthetic TiO2-AgCl nanoparticles, ScienceDirect, (2013) Yang L, Yu LE, Ray MB, Degradation of paracetamol in aqueous solutions by TiO2 photocatalysis, Water Res.; 42(13):3480-8 (2008) F Peng, L Cai, H.Yu, H.Wang, J Yang, Synthesis and characterization of substitutional and interstitial nitrogen-doped titanium dioxides with visible light photocatalytic activity, Journal of Solid State Chemistry, 181 (1), 130- 136 (2008) 10 F Peng, L Cai, L Huang, H Yu, H Wang, Preparation of nitrogendoped titanium dioxide with visible-light photocatalytic activity using a facile hydrothermal method, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69 (7), 16571664 (2008) 55 11 G Liu, X Wang, Z Chen, H.Cheng, G Qing (Max) Lu, The role of crystal phase in determining photocatalytic activity of nitrogen doped TiO2, Journal of Colloid and Interface Science, 329 (2), 331-338 (2009) 12 K Kobayakawa, Y Murakami, Y Sato, Visible-light active N-doped TiO2 prepared by heating of titanium hydroxide and urea, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 170 (2), 177-179 (2005) 13 T Matsunaga, R Tomoda, Nakajima and H Wake, Photoelectrochemical sterilization of microbial cells by semiconductor powders, FEMS Microbiol Letter, 29, 211 (1985) 14 C Wei, W Lin, Z Zainal, N E Williams, K Zhu, A P Kruzic, R L Smith and K Rajeshwar, Bactericidal activity of TiO2 photocatalyst in aqueous media: toward a solar-assisted water disinfection system Environ Sci Technol 28, 934 (1994) 15 Rengifo-Herrera, Julián Andrés, TiO2 photocatalytic inactivation under simulated solar light of bacterial consortia in domestic wastewaters previously treated by UASB, duckweed and facultative ponds, Química Nova, 33.8 (2010) 16 B Kim, D Kim, D Cho and S Cho, Bactericidal effect of TiO2 photocatalyst on selected food-borne pathogenic bacteria, Chemosphere 52, 277 (2003) 17 J M C Robertson, L A Lawton and P K J Robertson, A comparison of the effectiveness of TiO2 photocatalysis and UVA photolysis for the destruction of three pathogenic micro-organisms, J Photochem Photobiol A: Chem 175, 51 (2005) 18 X.Chen, S S.Mao, Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications, Chem Rev, 107, 2891 – 2959 (2007) 19 H.Xie, Q.Zhang, T.Xi, J Wang, Y.Liu, Thermal analysis on nanosized TiO2 prepared by hydrolysis, Thermochimica Acta, 381, 45 – 48 (2002) 20 T.Nonami, H Taoda, N.T.Hue,Apatite formation on TiO2 photocatalyst film in a pseudo body solution, J Mat.Res Bulletin 33, 6, 125-131 (1998) 21 Nguyễn Thị Huệ, Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước KC.08-26/0910, Nghiên cứu xử lý nhiễm khơng khí vật liệu sơn nano TiO2/Apatite, TiO2 /Al2O3 TiO2/bông thạch anh (2010) 56 PHỤ LỤC Hình ảnh lấy mẫu Mai Châu – Hịa Bình Một số hóa chất dùng để tổng hợp sol nano TiO2 57 Quá trình tẩm phủ vật liệu Vật liệu nano TiO2/SiO2 sau chế tạo 58 Hình ảnh bố trí thí nghiệm phịng thí nghiệm Hệ thử nghiệm 10L/ngày 59 60 ... NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 có hoạt tính xúc tác cao 3.1.1 Vật liệu dùng để tẩm phủ TiO2 Vật liệu mang tẩm TiO2 sử dụng đề tài nghiên cứu. ..BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU TiO2/SiO2 VÀ N-TiO2/SiO2 ĐỂ DIỆT KHUẨN TRONG NƯỚC SINH HOẠT NGUYỄN THỊ... THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu TiO2/SiO2 N-TiO2/SiO2 - Khuẩn (Salmonella Coliform) nước sinh hoạt nguồn nước mặt 2.2 Phạm vi nghiên cứu - Mẫu nước thử