Tổng hợp nano zn1 xmnxo và ứng dụng xử lý phenol và rhodamine b trong môi trường nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN HOÀI UYÊN TỔNG HỢP NANO Zn1-XMnXO VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ PHENOL VÀ RHODAMINE B TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC U N V N THẠC S HÓA HỌC ĐÀ NẴNG, N M 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN HOÀI UYÊN TỔNG HỢP NANO Zn1-XMnXO VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ PHENOL VÀ RHODAMINE B TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Chuyên ngành : Hóa Hữu Mã số : 62.44.01.14 LU N V N THẠC S HÓA HỌC N ƣờ ƣớn d n o ọc: TS ĐINH V N TẠC ĐÀ NẴNG, N M 2018 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Đối tƣợng nghiên cứu .2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Bố cục luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN .4 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO NANO .4 1.1.1 Tính chất chung số ứng dụng ZnO 1.1.2 Cấu trúc tinh thể ZnO 1.1.3 Cấu trúc vùng lƣợng 1.1.4 Tính chất điện quang vật liệu ZnO 10 1.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZnO NANO .11 1.2.1 Điều chế ZnO nano dạng bột phƣơng pháp sol – gel 11 1.2.2 Điều chế ZnO nano dạng bột phƣơng pháp đốt cháy 11 1.3 GIỚI THIỆU VỀ RHODAMINE B VÀ PHENOL 13 1.3.1 Giới thiệu Rhodamine B 13 1.3.2 Giới thiệu phenol 14 1.4 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ PHẨM MÀU DỆT NHUỘM 15 1.5 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC 18 CHƢƠNG NGUYÊN IỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 20 2.1.1 Hoá chất 20 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm 20 2.2 TỔNG HỢP VẬT LIỆU 20 2.2.1 Quá trình tổng hợp nano ZnO 20 2.2.2 Quá trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn .21 2.3 ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ RHB VÀ PHENOL .24 2.3.1 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ RhB .24 2.3.2 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ Phenol 25 2.4 KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN TỐC ĐỘ PHÂN HỦY RHB VÀ PHENOL 26 2.4.1 Ảnh hƣởng phần trăm khối lƣợng mangan pha tạp đến hiệu suất phân hủy RhB 26 2.4.2 Ảnh hƣởng pH lên tốc độ phân hủy RhB Phenol 28 2.4.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác lên tốc độ phân hủy RhB Phenol 28 2.4.4 Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy RhB Phenol 29 2.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU .29 2.5.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ Rơnghen .29 2.5.2 Phƣơng pháp đo phổ tán sắc lƣợng tia X (EDX) .30 2.5.3 Phƣơng pháp đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) .31 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LU N 34 3.1 ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU XÚC TÁC ZnO 34 3.1.1 Thành phần pha vật liệu - phổ XRD 34 3.1.2 Thành phần nguyên tố vật liệu – phổ tán xạ EDX 35 3.2 KẾT QUẢ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY RHB .36 3.2.1 Ảnh hƣởng phần trăm khối lƣợng Mn pha tạp 36 3.2.2 Ảnh hƣởng pH đến tốc độ phân hủy RhB 37 3.2.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu đến tốc độ phản ứng phân hủy RhB 38 3.2.4 Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng đến tốc độ phân hủy RhB .40 3.3 KẾT QUẢ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY PHENOL .42 3.3.1 Ảnh hƣởng pH lên tốc độ phân hủy Phenol .42 3.3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác lên tốc độ phân hủy Phenol 42 3.3.3 Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy Phenol 44 KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LU N V N (bản sao) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Các số đặc trƣng vật liệu ZnO nhiệt độ phòng 2.1 Kết xây dựng đƣờng chuẩn RhB 24 2.2 Kết xây dựng đƣờng chuẩn Phenol 25 3.1 Giá trị kích thƣớc tinh thể trung bình mẫu Zn1xMnxO (x=0,00 ÷0,03) 35 3.2 Thành phần nguyên tố có Zn1-xMnxO với x=0,02 36 3.3 Hiệu suất xử lý RhB vật liệu ZnO Mn-ZnO 37 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Hằng số tốc độ k’ trình phân hủy RhB pH khác Hằng số tốc độ k’ trình phân hủy RhB hàm lƣợng vật liệu khác Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng tới số tốc độ k’của trình phân hủy RhB Hằng số tốc độ k’ trình phân hủy Phenol pH khác Hằng số tốc độ k’ hàm lƣợng xúc tác khác 38 40 41 42 43 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình 1.1 1.2 1.3 1.4 Cấu trúc ô mạng sở tinh hệ lục phƣơng kiểu wurtzit Cấu trúc ô mạng sở tinh hệ lập phƣơng đơn giản kiểu halit Cấu trúc ô mạng sở tinh hệ lập phƣơng kiểu sphalerit Vùng Brilouin ô sở cấu trúc sáu phƣơng kiểu wurtzit Trang 7 10 1.5 Cấu trúc đối xứng vùng lƣợng ZnO 10 1.6 Cơng thức hóa học Rhodamine B 14 1.7 Cơng thức hóa học Phenol 14 2.1 2.2 Sơ đồ tổng hợp oxit ZnO có pha tạp Mn phƣơng pháp đốt cháy gel Thiết bị tổng hợp xúc tác ZnO trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng 22 23 2.3 Mẫu nano Zn1-xMnxO với x=0,01; x=0,02 x=0,03 23 2.4 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ RhB 25 2.5 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ Phenol 26 2.6 2.7 Thiết bị khảo sát ảnh hƣởng số yếu tố lên tốc độ phân hủy RhB Dung dịch RhB đƣợc lấy sau 30 phút, 60 phút 90 phút để đo mật độ quang 27 28 2.8 Nguyên lí cấu tạo máy nhiễu xạ tia X 30 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đo phổ EDX 31 2.10 Sơ đồ bƣớc chuyển dịch lƣợng 32 3.1 Các phổ nhiễu xạ tia X mẫu Zn1-xMnxO: x=0,00 (1), 34 Số hiệu Tên hình hình Trang x=0,001 (2), x=0,002 (3), x=0,003 (4) 3.2 Phổ EDX vật liệu xúc tác Zn1-xMnxO với x=0,02 36 3.3 Ảnh hƣởng pH đến tốc độ xử lý RhB 38 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Ảnh hƣởng nồng độ xúc tác lên tốc độ trình phân hủy RhB Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng lên tốc độ phản ứng trình phân hủy RhB Ảnh hƣởng pH lên tốc độ phân hủy Phenol Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác lên tốc độ trình phân hủy Phenol Ảnh hƣởng cƣờng độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy Phenol 40 41 42 43 44 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ơ nhiễm mơi trƣờng ảnh hƣởng xấu ngày nghiêm trọng đến đời sống ngƣời mức độ toàn cầu Chất gây ô nhiễm môi trƣờng chủ yếu đƣợc sinh từ hoạt động sản xuất công nghiệp sinh hoạt ngƣời Trong số nguồn gây ô nhiễm, nƣớc thải từ nhà máy sản xuất công nghiệp đƣợc xem nguồn ô nhiễm đáng lƣu ý Chất nhiễm mơi trƣờng chất vô chất hữu So với hợp chất vơ nhìn chung hợp chất hữu độc hại có nƣớc thải khó xử lý Trong đó, hợp chất hữu nhƣ phenol, rhodamine B, alizarin red S, xanh metylen, thuộc loại phổ biến nƣớc thải công nghiệp Các hợp chất có độc tính cao ngƣời động vật, hợp chất khó phân hủy tự nhiên, dễ hấp thụ qua da vào thể phát huy độc tính phá hoại tế bào sống.Vì vậy, việc nghiên cứu xử lý tách loại hợp chất hữu độc hại môi trƣờng nƣớc việc làm quan trọng cấp thiết Có nhiều phƣơng pháp để tách loại xử lý chất hữu độc hại nƣớc, đó, phƣơng pháp dùng quang xúc tác bán dẫn đƣợc sử dụng rộng rãi có hiệu cao [5] Gần đây, số chất bán dẫn đƣợc sử dụng làm chất xúc tác quang nhƣ kẽm oxit ZnO, titan đioxit TiO2, kẽm titanat Zn2TiO3 Trong số đó, TiO2 đƣợc nghiên cứu nhiều So với TiO2 , kẽm oxit ZnO có độ rộng vùng cấm (3,27eV) [7] tƣơng đƣơng với độ rộng vùng cấm TiO2 (3,3eV) chế phản ứng quang xúc tác giống nhƣ TiO2 nhƣng ZnO lại có phổ hấp thụ ánh sáng mặt trời rộng TiO2 [21, 22] Do ZnO chất xúc tác quang đầy hứa hẹn cho trình oxi hóa quang xúc tác hợp chất hữu 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 giảm kích thƣớc vật liệu biến tính ZnO số kim loại hay kim [25, 17] 49 of Mn- doped ZnO powder and thin films”, Materials Science and Engineering B, 138, pp 184- 188 [22] Li Cong-Ju, Xu Guo-Rong (2011), “Zn–Mn–O heterostructures: Study on preparation, magnetic and photocatalytic properties”, Materials Science and Engineering B,176, pp 552–558 [23] Kashinath C.Patil, S.T.Aruna, Tanu Mimani (2002), “Combustion synthesis: an update”, Current Opinion in Solid State annd Materials Science, 6, pp 507 -512 [24] M Kitano, M Shiojiri (1997), “Benard convection ZnO/resin lacquer coating a new approach to electrostatic dissipative coating”, Powder Technol, 93, pp 267–273 [25] R Velmurugan, M Swaminathan 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) [26] M A Behnajady, N Modirshahla, R Hamzavi Kinetic study on photocatalytic degradation of C.I Acid Yellow 23 by ZnO photocatalyst, J Hazard Mater B, 133, 226-232 (2006) [27] Pairot Moontragoon, Supree Pinitsoontorn, Prasit Thongbai Mn-doped ZnO nanoparticles: Preparation, characterization, and calculation of electronic and magnetic properties, Microelectron Eng., 108, 158-162 (2013) ... liệu biến tính ZnO số kim loại hay kim [25, 17] 2 Trên sở đó, tơi chọn đề tài: “ Tổng hợp nano Zn1- xMnxO ứng dụng xử lý phenol rhodamine B môi trường nước? ?? Đố tƣợng nghiên cứu - Nano Zn1- xMnxO; ... xúc tác để xử lí phenol rhodamine B mơi trƣờng nƣớc 3.2 Phạm vi nghiên cứu Tổng hợp nano Zn1- xMnxO ứng dụng xử lý phenol rhodamine B môi trƣờng nƣớc P ƣơn p áp n ên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết... Nghiên cứu quy trình tổng hợp mẫu xúc tác: nano Zn1- xMnxO ứng dụng xử lý phenol rhodamine B - Nghiên cứu ảnh hƣởng xúc tác đến tốc độ phân hủy phenol rhodamine B môi trƣờng nƣớc B? ?? cục luận văn Phần