Tuy nhiên, nhược điểm của vật liệu TiO2 được điều chế theo phương pháp thông thường có diện tích bề mặt không lớn, hoạt tính xúc tác quang chỉ thể hiện trong vùng ánh sáng tử ngoại và[r]
(1)MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng đã và tạo sức ép lớn tới môi trường sống Việt Nam Công nghiệp và dân số phát triển đòi hỏi nguồn cung cấp nước phong phú và vững bền Bên cạnh đó nó thải vào môi trường nguồn ô nhiễm Trong đó, vấn đề nhiễm bẩn hữu là vấn đề được quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu Chất thải hữu chứa hàm lượng các chất hữu khó phân hủy các hợp chất vòng benzen, chất có nguồn gốc từ các chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng, thuốc diệt cỏ, hóa chất công nghiệp…; các chất có độc tính cao sinh vật (gồm các loài sinh vật có khả lây nhiễm được đưa vào môi trường nước Ví dụ nước thải của các bệnh viện chưa được xử lý xử lý không triệt để các mầm bệnh) Hiện nay, để xử lý chúng không thể sử dụng chất oxi hóa thông thường, mà cần phải có vật liệu có khả oxi cực mạnh Gần đây, việc sử dụng phản ứng xúc tác quang của các chất bán dẫn TiO2, ZnO, CdS và Fe2O3 cấu trúc nano để tạo các gốc có tính oxy hóa mạnh thu hút quan tâm lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng So với các chất xúc tác quang khác, TiO2 thể các ưu điểm vượt trội giá thành thấp, hiệu xúc tác quang cao, bền hóa học và thân thiện với môi trường Tuy nhiên, nhược điểm của vật liệu TiO2 được điều chế theo phương pháp thông thường có diện tích bề mặt không lớn, hoạt tính xúc tác quang thể vùng ánh sáng tử ngoại và độ phân tán của xúc tác hệ phản ứng dị thể không tốt Nếu sử dụng TiO2 dạng các hạt nano để làm chất xúc (2) tác khó thu hồi sau phản ứng Trong lúc đó, chất mang xúc tác lý tưởng, các vật liệu oxit silic mao quản trung bình, đặc biệt SBA-15, đáng được quan tâm chúng có diện tích bề mặt lớn, kích thước mao quản có thể điều chỉnh được, khung mao quản có độ trật tự cao và đặc biệt là suốt tia UV Vì vậy, tổ hợp hai loại vật liệu nano dạng mao quản SBA-15 và dạng hạt (thanh, dây) TiO2, các hạn chế nêu trên có thể được cải thiện, đồng thời tăng cường ưu điểm của chúng cải thiện độ bền, độ đồng của cỡ hạt, khả điều khiển hình dạng và kích cỡ nano mét của hạt, khả hấp phụ, độ phân tán tâm xúc tác, khả tách, hoàn nguyên xúc tác, và quan trọng là cải thiện hiệu xúc tác Tuy vậy, việc kết hợp hai loại vật liệu này còn là vấn đề mẻ và cần thiết phải được nghiên cứu, lẽ hứa hẹn khả tăng cường ưu của các vật liệu và ứng dụng chúng thực tiễn Tình hình trên cho thấy, hướng nghiên cứu điều chế và khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 nhằm ứng dụng lĩnh vực xử lý môi trường là cần thiết, có ý nghĩa mặt khoa học và thực tiễn Vì tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp trực tiếp và ứng dụng xử lý các hợp chất hữu ô nhiễm vật liệu xúc tác quang TiO2/SBA-15” Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo được vật liệu xúc tác quang nano tổ hợp TiO2/SBA-15 - Đề xuất được quy trình chế tạo vật liệu nano TiO2 trên chất mang SBA-15 theo hướng tối ưu và dễ triển khai thực tế - Thử nghiệm ứng dụng vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 vào xử lý nước thải bị ô nhiễm Đối tượng và phạm vi nghiên cứu (3) 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc của vật liệu chứa TiO 2/SBA15 được điều chế dạng bột - Nghiên cứu biến tính (pha tạp) bạc vào vật liệu nano TiO2/SBA-15, tính chất của vật liệu trước và sau biến tính - Nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của TiO 2/SBA-15 và TiO2/SBA-15 biến tính trên thí nghiệm xử lý các chất hữu 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Chế tạo vật liệu xúc tác quang nano tổ hợp TiO 2/SBA-15 theo cách tổng hợp trực tiếp - Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 phản ứng phân hủy xanh metylen, metyl da cam Từ đó làm sở cho việc thử nghiệm ứng dụng chúng xử lý các hợp chất hữu tổng số nước thải Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp và biến tính vật liệu nano TiO2/SBA-15 phương pháp sol-gel, thủy nhiệt theo cách phối trộn đồng thời các nguồn nguyên liệu chứa Ti và Si - Đặc trưng vật liệu các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD) nhằm phân tích cấu trúc tinh thể và vi tinh thể; chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), truyền qua (TEM) nhằm khảo sát hình thái, kích thước, trạng thái xếp của mao quản và độ phân tán của vật liệu; khảo sát độ xốp và diện tích bề mặt riêng; quang phổ hồng ngoại nhằm xác định các kiểu liên kết vật liệu; phổ tán xạ lượng tia X (EDX) nhằm xác định thành phần nguyên tố pha rắn; phổ tử ngoại- khả kiến (UV-Vis) nhằm khảo sát hấp thụ ánh sáng - Thử nghiệm hoạt tính xúc tác quang được đánh giá theo phương pháp chuẩn (4) - Sản phẩm phản ứng được phân tích phương pháp quang UV-Vis Trong thí nghiệm khảo sát xử lý nước thải ô nhiễm, tiêu COD được xác định theo các phương pháp đã được chuẩn hóa Bố cục đề tài Luận văn gồm các phần: Mở đầu (4 trang), Chương Tổng quan (28 trang), Chương Thực nghiệm (16 trang), Chương Kết và thảo luận (15 trang), Kết luận và kiến nghị (2 trang) Trong luận văn có bảng biểu, 28 hình vẽ, 37 tài liệu tham khảo Tổng quan tài liệu nghiên cứu Phần tổng quan của luận văn đã tham khảo 37 tài liệu khoa học các vật liệu TiO2, SBA-15 và các kiến thức liên quan Nhìn chung, các công bố kết nghiên cứu hai loại vật liệu nêu trên là khá phong phú Tuy nhiên, còn ít các nghiên cứu kết hợp hai loại vật liệu nano TiO2 và SBA15 Vì vậy, đối tượng vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 còn mẻ và cần thiết phải được quan tâm, lẽ hứa hẹn khả tăng cường được ưu và hạn chế nhược điểm của hai loại vật liệu thành phần ứng dụng quang xúc tác (5) Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình SBA-15 (Santa Barbara Amorphous) 1.2 Giới thiệu vật liệu nano TiO2 1.2.1 Cấu trúc a) Rutile b) Anatase c) Brookite 1.2.2 Một số tính chất của TiO2 1.2.3 Tổng hợp a) Phương pháp cổ điển b) Phương pháp tổng hợp lửa c) Phân huỷ quặng illmenit d) Phương pháp ngưng tụ hoá học e) Sản xuất TiO2 phương pháp plasma f) Phương pháp vi nhũ tương g) Phương pháp sol-gel h) Phương pháp thuỷ nhiệt i) Phương pháp siêu âm j) Phương pháp vi sóng 1.2.4 Biến tính vật liệu TiO2 a) Pha tạp với các chất kim loại b) Pha tạp phi kim c) Kết hợp TiO2 với chất hấp thụ khác 1.3 Ứng dụng quang xúc tác vật liệu TiO2 1.3.1 Tính chất quang xúc tác của TiO2 1.3.2 Ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO2 xử lý nước (6) a) Cơ chế phân huỷ các hợp chất hữu gây ô nhiễm b) Động học của quá trình quang xúc tác trên TiO2 1.4 Một số nghiên cứu và ứng dụng vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 1.4.1 Xử lý không khí ô nhiễm 1.4.2 Ứng dụng xử lý nước 1.4.3 Diệt vi khuẩn, vi rút, nấm 1.4.4 Tiêu diệt các tế bào ung thư 1.4.5 Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt 1.4.6 Sản xuất nguồn lượng H2 1.4.7 Sản xuất sơn, gạch men, kính tự làm 1.4.8 Pin mặt trời quang điện hoá (PQĐH) 1.4.9 Linh kiện điện tử 1.5 Giới thiệu xanh metylen và metyl da cam 1.5.1 Xanh metylen 1.5.2 Metyl da cam (7) Chương THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và dụng cụ 2.1.1 Hóa chất 2.1.2 Dụng cụ 2.1.3 Thiết bị 2.2 Chế tạo vật liệu 2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 theo phương pháp trực tiếp 2.2.2 Khảo sát nhiệt độ nung TiO2/SBA-15 2.3 Các phương pháp đặc trưng vật liệu 2.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscopy)- truyền qua TEM (Transmission Electron Microscopy) 2.3.2 Phương pháp hồng ngoại (IR) 2.3.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.3.4 Phép đo diện tích bề mặt hấp phụ khí Brunauer – Emmett – Teller (BET) 2.3.5 Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis rắn 2.3.6.Phương pháp phổ EDX 2.4 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác 2.4.1.Hoạt tính xúc tác quang của mẫu TiO2/SBA-15 chưa biến tính Hoạt tính quang hoá của xúc tác được đánh giá dựa trên các phản ứng mô hình là phân hủy xanh metylen và metyl da cam ánh sáng đèn tử ngoại các khoảng thời gian là giờ; giờ; giờ; và Khối lượng chất xúc tác là 0,04g và thể tích của dung dịch bị phân hủy là 10 ml (nồng độ 80 mg/l) 2.4.2 Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nung các nhiệt độ (8) khác Tiến hành khảo sát phân hủy 10 ml metyl da cam 80 mg/l 0,04 g T11 nung các nhiệt độ 5500C và 6500C ánh sáng đèn từ ngoại với thời gian lần lượt là giờ; 2giờ; giờ; và 2.4.3.Hoạt tính xúc tác quang của mẫu TiO2/SBA-15 biến tính Mẫu T11 sau thêm kim loại Ag với các tỉ lệ khác được đem khảo sát hoạt tính xúc tác quang cách phân hủy xanh metylen và metyl da cam nguồn sáng đèn compact và mặt trời 2.5 Xử lý nước thải Xác định số COD của mẫu nước thải của nhà máy dệt Thủy Dương trước và sau xử lí mẫu T11 chứa 4% Ag (9) Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng, tính chất vật liệu TiO2/SBA-15 tổng hợp 3.1.1 Vi cấu trúc Ảnh SEM (hình 3.1a) cho thấy các hạt xúc tác có dạng hình cầu và bó sợi, các hạt là các khoảng không gian tạo nên độ xốp của vật liệu Quan sát trên ảnh SEM nhận thấy còn xuất các tinh thể TiO2 trên bề mặt SBA-15 Điều này khẳng định đã có phân tán pha hoạt tính TiO2 khá đặn trên bề mặt chất mang SBA-15 Hình 3.1a Ảnh SEM của mẫu T11 Hình 3.2a Ảnh TEM của mẫu T11 (tỉ lệ khối lượng TiO2/SiO2= 1:1, (tỉ lệ khối khối lượng TiO2/SiO2= nung 5500C) 1:1, nung 4500C) Ảnh TEM (hình 3.2a) cho thấy các ống mao quản trung bình xếp TiO2/SiO2= 1:1, nung song song với Quan sát mặt cắt nganglượng nhận thấy các ống mao 4500C) quản với cấu trúc lục lăng của vật liệu SBA-15 đã được hình thành đồng và được bảo toàn sau quá trình nung loại bỏ chất (10) định hướng cấu trúc, khoảng cách các tâm mao quản (đường kính ngoài của mao quản) khoảng 12nm, được xác định từ phóng đại hình ảnh Bên cạnh đó là có mặt của các hạt TiO2 (kích thước khoảng vài chục nm) bám trên các mao quản SBA-15 3.1.2 Diện tích bề mặt Bảng 3.1 trình bày kết đo BET của mẫu T11 Bảng 3.1 Kết đo BET của mẫu T11 Kết cho thấy sản phẩm vật liệu nano tổ hợp TiO 2/SBA-15 có diện tích bề mặt lớn Diện tích bề mặt của mẫu T11 là 761 m 2/g Như vật liệu nano tổ hợp tổng hợp TiO 2/SBA-15 có diện tích bề mặt phát triển tốt nhiều so với TiO2 nano nguyên chất (SBET của P25 khoảng 50 m2/g) (11) 3.1.3 Tính chất xốp của vật liệu Kết nghiên cứu hấp phụ/giải hấp phụ N2 77K của mẫu T11 và T31 được trình bày hình 3.3 L înghÊpphô(cm3/g) HÊpphô Gi¶ihÊpphô (a) (b) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ¸psuÊt(P/P0) Hình 3.3 Đường cong hấp phụ/giải hấp phụ N2 77K của T11 (a) và T31 (b) Đường cong đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 của các mẫu TiO2/SBA-15 có dạng trễ thuộc loại IV (theo phân loại của IUPAC) đặc trưng cho cấu trúc mao quản trung bình Điều này chứng tỏ hệ mao quản của SBA-15 được bảo toàn sau quá trình tổng hợp Ở vùng áp suất tương đối 0,46<p/p 0<0,8 đồ thị có hai nhánh Nhánh thu được thực quá trình hấp phụ cách tăng dần áp suất, nhánh trên thu được quá trình khử hấp phụ cách giảm dần áp suất Sự phân chia làm hai nhánh là tượng trễ Độ dốc của hai nhánh càng lớn thì độ trật tự càng cao, kích thước mao quản càng đồng Từ hình vẽ nhận thấy hai mẫu tổng hợp được có độ dốc hai nhánh lớn Điều này chứng tỏ việc tổng hợp vật liệu theo phương pháp trực tiếp có độ trật tự cao và kích thước (12) mao quản đồng đều, thích hợp làm xúc tác dị thể cho các phản ứng quang hóa Đường phân bố kích thước mao quản của vật liệu tổng hợp được trình bày hình 3.4 (a) ( b) Hình 3.4 Đường phân bố kích thước mao quản của mẫu T11 (a) và T31 (b) Đường phân bố kích thước mao quản hẹp với cường độ lớn chứng tỏ sản phẩm TiO2/SBA-15 có hệ thống mao quản đồng của pha SBA-15 Kích thước mao quản của các mẫu T11 và T31 xác định từ đường phân bố tương ứng khoảng nm và 5,5 nm Sự giảm kích thước mao quản của mẫu T31 so với mẫu T11 phù hợp với giảm diện tích bề mặt đã nêu trên, lấp đầy các pore mao quản trung bình của SBA-15 hàm lượng TiO tăng lên 3.1.4 Cấu trúc Để xác định dạng tồn của các pha thành phần vật liệu tổ hợp TiO2/SBA-15, chúng tôi đã tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X hai vùng góc 2 lớn (xác định pha TiO2) và góc 2 nhỏ (xác định pha SBA-15) Kết được biểu diễn trên các hình 3.5 và 3.6 (13) C ê n g ® é ( C p s ) Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X góc lớn của T13 (a), T23 (b), T11 (c) và T31 (d) Giản đồ XRD trên hình 3.5 cho thấy các mẫu, TiO2 dạng chủ yếu là pha anatase và phần pha rutile Dải vân ứng với 2 từ 20-30o cho thấy cấu trúc vô định hình của SiO2 không còn Điều này chứng tỏ đã có hình thành các tinh thể oxit TiO2 trên pha mao quản silica Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X góc nhỏ của mẫu T11 Trên phổ nhiễu xạ tia X góc nhỏ của mẫu T11 (hình 3.6) có các pic đặc trưng của vật liệu mao quản trung bình.Điều này chứng tỏ sản phẩm tổng hợp TiO2/SBA-15 theo phương pháp trực tiếp có pha SBA-15 với độ trật tự cao của cấu trúc lục lăng mao quản trung bình 3.1.5 Phổ UV-Vis mẫu rắn (14) Hình 3.7 Phổ UV-Vis rắn của mẫu T11 và T13 Kết được thể hình 3.7 cho thấy các mẫu TiO2/SBA-15 tổng hợp có độ hấp thụ mạnh khoảng bước sóng 300-400 cm-1 Điều này cho thấy khả vật liệu TiO2/SBA15 tổng hợp có thể thể hoạt tính xúc tác quang vùng tử ngoại 3.1.6 Phổ hồng ngoại 10 §étruyÒnqua(®vty) T31 T23 T13 T11 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Sèsãng(cm-1) Hình 3.8 Phổ hồng ngoại của các mẫu TiO2/SBA-15 tổng hợp Quan sát phổ IR của mẫu T11 (cũng các mẫu khác) hình 3.8 nhận thấy: - Các pic nằm vùng 3441 cm -1 và 1635 cm-1 đặc trưng cho dao động của các nhóm OH Si-OH hay Ti-OH Tuy nhiên các vân phổ này thường bị che lấp các dao động của các liên kết (15) phân tử nước hấp phụ trên vật liệu - Đám phổ 476 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng Si-OSi tứ diện SiO4 của pha SBA-15 Đám phổ này không đặc trưng cho cấu trúc tinh thể hay vô định hình - Ngoài xuất pic đặc trưng vùng có số sóng 798 -1 cm đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Si-OH - Pic dao động biến dạng của Si-O-H 964 cm -1 Pic ứng với số sóng 1080 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của liên kết Si-O-Si Đây là các pic đặc trưng cho vật liệu SBA-15 và chúng còn tồn sau tổng hợp Điều này khẳng định lần tồn của pha SBA-15 vật liệu sau tổng hợp Trên phổ IR hoàn toàn không xuất các pic đặc trưng cho liên kết C-H, C-O hay C-C của chất hoạt động bề mặt, chứng tỏ chất hoạt động bề mặt đã được loại bỏ hoàn toàn khỏi cấu trúc vật liệu 3.1.7 Phổ XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) Ag3d Scan 420 Counts / s 400 380 360 340 320 380 375 370 365 360 Binding Energy (eV) Hình 3.9 Phổ XPS của mẫu TiO2/SBA-15 chứa 4%Ag Phổ XPS cho thấy có mặt của Ag trên vật liệu, bên cạnh các thành phần nguyên tố mẫu O, Si, Ti (tín hiệu yếu của C cho thấy chất định hướng cấu trúc còn lại mẫu là lượng vết) Điều này chứng tỏ phương pháp siêu âm dùng để tẩm bạc (16) lên vật liệu nano tổ hợp TiO 2/SBA-15 đã đem lại hiệu Sự phân tích chi tiết tín hiệu Ag3d cho thấy các electron 3d nói riêng và các vỏ electron nói chung của Ag vật liệu có lượng liên kết thay đổi khá lớn so với Ag nguyên chất, cho thấy Ag đã liên kết hóa học vào vật liệu TiO 2/SBA-15 không phải là hỗn hợp trộn thông thường 3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang 3.2.1 Ảnh hưởng của thời gian a) Quá trình phân hủy xanh metylen Hình 3.10 Phổ UV-Vis của các dung dịch xanh metylen trên các mẫu xúc tác quang hóa TiO2/SBA-15 các thời điểm khác ánh sáng đèn tử ngoại Kết (hình 3.10) nồng độ xanh metylen giảm dần theo thời gian phản ứng Nồng độ giảm mạnh thời gian đầu và chậm lại các thời gian sau Tốc độ phản ứng phân hủy xanh (17) metylen tăng theo hàm lượng TiO2, nhiên sau đó giảm tỉ lệ TiO2/SiO2 cao So sánh với cùng thời gian phản ứng, tốc độ màu tăng từ mẫu T13, đến T23 và mẫu T11 là đạt tốt nhất, sau đó giảm mẫu T31 Các pic lạ không xuất trên phổ UV-vis của hệ phản ứng cho thấy không có hình thành các sản phẩm trung gian mà sản phẩm phản ứng được khoáng hóa hoàn toàn, có nghĩa xanh metylen được oxi hóa hoàn toàn thành CO2 và H2O b) Quá trình phân hủy metyl da cam Hình 3.11 Phổ UV-Vis của các dung dịch metyl da cam trên các mẫu xúc tác quang hóa TiO2/SBA-15 các thời điểm khác ánh sáng đèn tử ngoại Từ phổ UV-Vis (hình 3.11) nhận thấy cường độ pic hấp thụ đặc trưng của metyl da cam 460 nm giảm dần theo thời gian chiếu xạ Thời (18) gian chiếu xạ càng lâu thì metyl da cam bị phân hủy càng nhiều Tương tự xanh metylen, độ chuyển hóa metyl da cam cao trên mẫu T11 3.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng TiO2/SiO2 Hình 3.12 Phổ UV-VIS của các dung dịch xanh metylen sau phân hủy các mẫu xúc tác T13, T23, T11, T31 ánh sáng đèn tử ngoại Kết cho thấy, hoạt tính xúc tác quang của vật liệu TiO2/SBA15 thể tốt tỉ lệ TiO2/SiO2 = 1/1 (mẫu T11) Vì vậy, chúng tôi tập trung khảo sát mẫu T11cho các nghiên cứu 3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung mẫu TiO2/SBA-15 Hình 3.13 Phổ UV-Vis của các dung dịch metyl da cam sau phản ứng trên các mẫu xúc tác T11 (với các nhiệt độ nung khác nhau) ánh sáng đèn tử ngoại Hoạt tính xúc tác quang của mẫu nung 5500C mạnh so với mẫu nung 4500C Điều này có thể được giải thích mẫu (19) bột nung 4500C còn số tinh thể TiO2 dạng vô định hình chưa kịp chuyển thành dạng anatase Mặt khác, nhiệt độ nung 450 0C có thể chưa loại hết chất định hướng cấu trúc mao quản của SBA-15 Hình 3.13 cho thấy, mẫu nung 650 0C có hoạt tính xúc tác quang kém Điều này có thể là nung nhiệt độ cao thì pha anatase chuyển hóa thành pha rutile là dạng có hoạt tính xúc tác quang yếu làm giảm hoạt tính xúc tác của vật liệu 3.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng bạc Khác với vật liệu TiO2/SBA-15 chưa biến tính, các mẫu xúc tác TiO2-Ag/SBA-15 thể hoạt tính xúc tác quang tốt ánh sáng khả kiến Hình 3.14 cho thấy, độ chuyển hóa xanh metylen cao hàm lượng Ag pha tạp vào TiO 2/SBA-15 khoảng 4% Hình 3.14 Phổ UV-Vis của các dung dịch xanh metylen sau phản ứng trên các mẫu T11 có hàm lượng Ag thay đổi ánh sáng đèn compact Sự pha tạp kim loại chuyển tiếp có tác dụng chuyển dịch hoạt tính xúc tác quang của TiO2 từ vùng tử ngoại sang vùng khả kiến đã được số tác giả lý giải Kim loại chuyển tiếp (Ag, Fe, Cr, ) được đưa vào TiO2 có tác dụng làm hẹp độ rộng vùng cấm (20) lai hóa các orbital d Ti với các nguyên tố chuyển tiếp Mặt khác, chúng đóng vai trò các “bẫy” điện tử và “bẫy” lỗ trống, tăng cường chia tách lỗ trống - điện tử Các điện tử bị mắc kẹt trên “bẫy” điện tử bị tương tác O tạo các phần tử hoạt động (O 2-, OH) Vì vậy, nồng độ pha tạp tăng thì khả xúc tác quang tăng lên Nhưng nồng độ pha tạp đạt đến giá trị nào đó thì các “bẫy” điện tử lại đóng vai trò lá các tâm tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống làm giảm khả xúc tác quang của vật liệu Vì vậy, nguyên tố có nồng độ pha tạp tối ưu xác định vào TiO nano để hoạt tính xúc tác quang của chúng tốt 3.2.5.Ảnh hưởng của chất nguồn sáng Hình 3.15 Phổ UV-Vis của các dung dịch metyl da cam sau phân hủy mẫu T11 chứa 4%Ag các nguồn sáng khác Khả phân hủy metyl da cam của mẫu thể tốt ánh sáng mặt trời đến đèn compact, cao nhiều so với mẫu không chiếu sáng Điều này có thể được lý giải, đèn compact có nguồn ánh sáng thuần túy khả kiến, ánh sáng mặt trời tự nhiên có khoảng 5% tia tử ngoại nên kích thích hỗ trợ thêm cho hoạt (21) tính xúc tác quang của vật liệu 3.3.Ứng dụng xử lý nước thải của vật liệu TiO2(4%Ag)/SBA-15 Kết COD của mẫu chưa xử lý là 2272 mg/l cho thấy mẫu nước thải của nhà máy dệt thuộc loại ô nhiễm, không thể thải trực tiếp môi trường được Chỉ số COD của mẫu sau xử lý là 368 mg/l, giảm đáng kể so với mẫu ban đầu Như chúng tôi đã xử lý mẫu nước thải ô nhiễm thành nước thải loại C (theo tiêu chuẩn nước thải công nghiệp-TCVN 5945:2005) Điều này đã mở triển vọng việc nghiên cứu ứng dụng của vật liệu nano tổ hợp TiO2/SiO2 biến tính việc xử lý môi trường các điều kiện và nguồn sáng tự nhiên KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ (22) ♣ KẾT LUẬN Đã điều chế trực tiếp TiO2 trên chất SBA-15, tạo chất xúc tác có cấu trúc tốt Các kết thu được từ XRD, TEM, SEM, đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ 77 K, IR cho thấy chất xúc tác tạo bảo toàn cấu trúc hexagonal hàm lượng TiO 2/SiO2 tăng từ 25:75 đến 40:60, 50:50 và 75:25 Sản phẩm trì được cấu trúc SBA-15, hệ thống mao quản, mặc dù diện tích bề mặt, đường kính mao quản giảm so với SBA-15 thuần Đã pha tạp thành công bạc vào vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 Sau pha tạp bạc đã làm dịch chuyển phổ hấp thụ ánh sáng của vật liệu sang vùng ánh sáng khả kiến, vật liệu thu được có hoạt tính xúc tác quang tốt ánh sáng mặt trời Đã xác định được lượng pha tạp bạc vào vật liệu tối ưu là bạc chiếm 4% khối lượng vật liệu Vật liệu TiO2/SBA-15 điều chế theo phương pháp trực tiếp thu được có khả hoạt động xúc tác quang phân hủy xanh metylen và metyl da cam điều kiện ánh sáng tử ngoại Hoạt tính xúc tác tăng theo hàm lượng TiO mẫu xúc tác Tỉ lệ TiO2/SiO2=1:1 cho hoạt tính xúc tác quang tốt Khi hàm lượng TiO2 tăng quá mức thì hiệu xúc tác quang quang giảm Đã tổng hợp vật liệu nano tổ hợp TiO2/SBA-15 với tỉ lệ TiO2/SiO2=1:1 các nhiệt độ nung khác là 4500C, 5500C và 6500C và xác định được mẫu nung 550 0C có hoạt tính xúc tác quang tốt Khảo sát ảnh hưởng của các loại nguồn sáng kích thích lên hoạt tính xúc tác quang quang của vật liệu Hoạt tính xúc tác quang của mẫu T11 tăng dần theo thứ tự nguồn sáng kích thích: đèn compact < ánh sáng mặt trời (23) Ứng dụng khả xúc tác quang của T11 chứa 4% bạc vào xử lý mẫu nước thải nhà máy dệt Xúc tác T11 đã xử lý và chuyển nước nhà máy dệt ô nhiễm tiêu chuẩn nước thải loại C ♣ KIẾN NGHỊ Để có thể tiếp tục phát triển các kết nghiên cứu đã đạt được luận văn này, chúng tôi đề xuất các hướng nghiên cứu sau: Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của mẫu T11 chứa 4% bạc bước sóng ánh sáng kích thích cụ thể để tìm bước sóng tối ưu Thay đổi khối lượng xúc tác và thể tích nước thải để chọn tỉ lệ thích hợp cho quá trình xử lý đạt kết tốt Nghiên cứu sâu và mở rộng mô hình xử lý nước thải để có thể áp dụng được vào thực tế CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Nguyen Phi Hung, Bui Thi Mai Lam, Mai Thi Tuong Vy and (24) Nguyen Van photocatalytic Nghia, material Synthesis and SBA-15-TiO2, characterizations The 6th of International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology IWAMSN, Ha Long City, Vietnam, 2012 (25)