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

14 1.4.2 Phương pháp sinh học Phương pháp xử lí dựa hoạt động sống vi sinh vật để phân huỷ chất hữu gây nhiễm bẩn nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số chất khoáng hoá làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Quá trình phân huỷ chất hữu nhờ vi sinh vật gọi q trình oxi hố sinh hố Phương pháp khơng gây nhiễm thứ cấp, chi phí vận hành rẻ, ổn định, hiệu tận dụng nguồn vi sinh nước thải Tuy nhiên thời gian xử lý lâu, lượng bùn thải tạo đòi hỏi khâu xử lý Ngoài cần phải trì lượng dinh dưỡng N, P định nhiệt độ, độ pH đảm bảo cho vi sinh vật phát triển Hơn nữa, phương pháp hiệu nguồn nước thải có chứa loại thuốc nhuộm có cấu trúc bền, khó phân huỷ sinh học, chất tẩy rửa 1.4.3 Phương pháp lọc Các kỹ thuật lọc thơng thường q trình tách chất rắn khỏi nước cho nước qua vật liệu lọc giữ cặn cho nước qua Các kỹ thuật lọc thông thường không xử lý tạp chất tan nói chung thuốc nhuộm nói riêng Hơn nữa, phương pháp có số nhược điểm giá thành màng thiết bị lọc cao suất thấp thuốc nhuộm lắng xuống làm bẩn màng [5] 1.4.4 Phương pháp hấp phụ Đây phương pháp tách trực tiếp cấu tử tan nước Ưu điểm phương pháp là: - Có khả làm nước mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất lượng - Quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng địi hỏi thiết bị phức tạp - Vật liệu hấp phụ có độ bền cao, có khả tái sử dụng nhiều lần phí thấp hiệu xử lý cao Tuy nhiên nhược điểm phương pháp nằm chất chuyển chất màu từ pha sang pha khác, cần có thời gian tiếp xúc, tạo lượng thải sau hấp phụ không xử lý triệt để chất ô nhiễm Trong thực tế để đạt hiệu xử lý hiệu kinh tế, người ta không dùng đơn lẻ mà thường kết hợp phương pháp xử lý hóa lý, hóa học, sinh học, 15 nhằm tạo nên quy trình xử lý hồn chỉnh Một số ví dụ kết hợp trên: - Keo tụ + xử lý sinh học + hấp phụ + oxy hóa tăng cường - Keo tụ + oxy hóa tăng cường + xử lý sinh học - Xử lý sinh học + keo tụ + hấp phụ - Oxy hóa tăng cường + keo tụ - Oxy hóa tăng cường + xử lý sinh học 1.4.5 Phương pháp oxi hóa nâng cao Q trình oxi hố nâng cao chia thành hai nhóm nhóm q trình oxi hóa khơng nhờ tác nhân ánh sáng nhóm q trình oxi hóa nhờ tác nhân ánh sáng Các q trình oxi hố nâng cao nhóm trình bày cụ thể Bảng 1.2 Bảng 1.2 Phân loại q trình oxi hóa nâng cao Nhóm q trình oxi hóa Q trình Fenton khơng nhờ tác nhân ánh sáng Quá trình Peroxon Quá trình Catazon Quá trình oxi hóa điện hóa Q trình Fenton điện hóa Q trình siêu âm Quá trình xạ lượng cao Nhóm q trình oxi hóa nhờ Q trình H2O2/UV tác nhân ánh sáng Quá trình O3/UV Quá trình H2O2/UV + O3 Quá trình quang Fenton Quá trình quang Fenton biến thể Quá trình UV/H2O Quá trình quang xúc tác bán dẫn Các q trình oxi hóa nâng cao q trình phân hủy oxi hóa dựa vào gốc tự hoạt động hydroxyl •OH tạo q trình xử lý Gốc hydroxyl có khả oxi hóa tất hợp chất hữu dù loại khó phân hủy 16 sinh học nhất, biến chúng thành hợp chất vô như: CO2, H2O axit vô Trong luận văn này, thuốc nhuộm xử lý phương pháp quang xúc tác bán dẫn Đây kỹ thuật oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng Trong khoảng 10 năm trở lại đây, phương pháp có vai trị quan trọng lĩnh vực xử lý nước thải Kỹ thuật có ưu điểm là: - Sự phân hủy chất hữu đạt đến mức vơ hóa hồn tồn - Khơng sinh bùn bã thải - Chi phí đầu tư chi phí vận hành thấp - Thiết kế đơn giản, dễ sử dụng - Chất xúc tác không độc, rẻ tiền 17 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.1.1 Hố chất Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng TÊN HĨA CHẤT CƠNG THỨC NGUỒN GỐC Kẽm nitrat Zn(NO3)2.6H2O Trung Quốc Axit citric C6H8O7.H2O Trung Quốc Xanh methylen (MB) C16H18N3SCl Trung Quốc Alizarin red S (ARS) C14H7NaO7S Trung Quốc Bạc nitrat AgNO3 Trung Quốc Etanol tuyệt đối C2H5OH Trung Quốc 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm Bảng 2.2 Dụng cụ, thiết bị cần dùng Cân phân tích Bóng đèn compact 15W, 20W, 40W Chén sứ Lò nung Cốc thủy tinh loại Pipet loại Máy đo UV – VIS Bình định mức loại Phễu lọc Máy đo pH Metler Cuvet thủy tinh Đũa thủy tinh Máy li tâm Cuvet nhựa Ống nghiệm Máy khuấy từ Con khuấy từ Tủ sấy 2.2 TỔNG HỢP NANO ZnO VÀ ZnO PHA TẠP Ag BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY GEL Quy trình tổng hợp ZnO ZnO pha tạp Ag tổng hợp theo tài liệu [44], nghiên cứu AgNO3 thêm vào hỗn hợp từ đầu Cách tiến 18 hành sau: Hòa tan 17,47gam Zn(NO3)2.6H2O 50 ml nước cất 12,353 gam axit citric C6H8O7.H2O 20ml nước cất Trộn hai dung dịch với nhau, thêm vào hỗn hợp 20 ml etanol tuyệt đối Thêm lượng AgNO3 gam; 0,1gam; 0,2 gam 0,3 gam tương ứng với tỉ lệ nAg/nZnO mẫu 0%; 1%; 2% 3% Dung dịch khuấy liên tục máy khuấy từ gia nhiệt khoảng nhiệt độ 70-800 C với tốc độ 400 vòng/phút Khi 2/3 lượng nước bay hơi, thu đươc gel suốt, sánh nhớt Sau làm khô nhiệt độ khoảng 70-800C giờ, gel chuyển thành dạng vật liệu xốp bọt biển, tiền chất xúc tác Sau gia nhiệt nhiệt độ 5000C, tiền chất cháy, nhiều khí (hỗn hợp CO2 NO2) Khi trình cháy kết thúc thu sản phẩm dạng bột mịn Vì trình cháy diễn nhanh nên cacbon thường không cháy hết, sản phẩm nung nhiệt độ thích hợp để loại bỏ lượng cacbon Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp nano ZnO nano ZnO pha tạp Ag phương pháp đốt cháy gel 19 Hình 2.2 Thiết bị tổng hợp ZnO ZnO pha tạp Ag 2.3 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 XANH METHYLEN 2.3.1 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen Đầu tiên, tiến hành đo phổ UV-Vis dung dịch xanh methylen để xác định peak có mật độ quang lớn Sau đó, chọn peak để xây dựng đường chuẩn định lượng Peak chọn có bước sóng 665 nm Đường chuẩn đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ xanh methylen trình bày Bảng 2.3 Hình 2.3 Bảng 2.3 Sự phụ thuộc mật độ quang A vào nồng độ xanh methylen bước sóng 665 nm C (ppm) A 0,1 2.5 0,038 0,223 0,440 0,568 0,684 0,905 1,124 20 1.2 A 0.8 y = 0.2238x + 0.0061 R² = 0.9995 0.6 0.4 0.2 0 C (ppm) Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen λ= 665 nm 2.3.2 Ảnh hưởng phần trăm Ag pha tạp - Chuẩn bị cốc dung tích 250 ml, cốc chứa 100 ml dung dịch xanh methylen có nồng độ 10 ppm, điều chỉnh pH dung dịch cốc đến pH = - Cân xác 0,1 gam loại ZnO tinh khiết, 1%Ag-ZnO, 2%Ag-ZnO 3%Ag-ZnO đem phân tán cốc - Khuấy bóng tối 30 phút để đạt cân hấp phụ phân tán đồng hạt xúc tác [23] - Các dung dịch huyền phù chiếu sáng trực tiếp đèn compact 40W điều kiện khuấy liên tục suốt trình phản ứng bóng đèn để cách dung dịch phản ứng khoảng 20 cm Chúng lựa chọn đèn Compact Fluoren (hãng Phillip) 40W loại đèn có độ sáng ổn định, cường độ sáng lớn có quang phổ vùng khả kiến (bước sóng λ ≥ 400 nm) Phản ứng tiến hành 120 phút - Sau thời gian phân hủy, dung dịch li tâm tách loại bột xúc tác, tiến hành đo mật độ quang máy đo quang bước sóng 665 nm dựa vào đường chuẩn để suy nồng độ xanh methylen lại dung dịch Hiệu suất q trình quang xúc tác tính theo cơng thức (2.1) 21 𝐻(%) = 𝐶𝑜 − 𝐶 100% 𝐶𝑜 (2.1) Trong đó: H (%): hiệu suất trình quang xúc tác Co C nồng độ xanh methylen dung dịch trước sau tiến hành phân hủy quang xúc tác 2.3.3 Ảnh hưởng pH - Chuẩn bị cốc dung tích 250 ml, cốc chứa 100 ml dung dịch xanh methylen có nồng độ 10 ppm, điều chỉnh pH cốc pH = 3; 5; 7; 9; 11 - Cho vào cốc 0,1 gam vật liệu nano ZnO pha tạp Ag 2%, khuấy bóng tối 30 phút sau đem chiếu sáng đèn compact 40W Phản ứng tiến hành 120 phút - Sau thời gian phân hủy, dung dịch li tâm tách loại bột xúc tác, tiến hành đo mật độ quang máy đo quang bước sóng 665 nm dựa vào đường chuẩn để suy nồng độ xanh methylen lại dung dịch 2.3.4 Ảnh hưởng lượng xúc tác - Chuẩn bị cốc dung tích 250 ml, cốc chứa 100 ml dung dịch xanh methylen có nồng độ 10 ppm, điều chỉnh pH dung dịch cốc đến pH = - Cho vào cốc khối lượng nano ZnO pha tạp Ag 2%, tương ứng 0,05 gam, 0,15 gam, 0,2 gam 0,3 gam - Khuấy tốc độ khơng đổi máy khuấy từ bóng tối 30 phút sau đem chiếu sáng đèn compact 40W Phản ứng tiến hành 120 phút - Sau thời gian phân hủy, dung dịch li tâm tách loại bột xúc tác, tiến hành đo mật độ quang máy đo quang bước sóng 665 nm dựa vào đường chuẩn để suy nồng độ xanh methylen lại dung dịch 2.3.5 Ảnh hưởng điều kiện chiếu sáng - Chuẩn bị cốc dung tích 250 ml, cốc chứa 100 ml dung dịch xanh methylen có nồng độ 10 ppm, điều chỉnh pH dung dịch cốc đến pH = 22 - Cho vào cốc 0,1 gam nano ZnO pha tạp Ag 2%, khuấy tốc độ không đổi máy khuấy từ bóng tối 30 phút - Tiến hành chiếu sáng cốc theo thứ tự đèn compact 15W; 20W không chiếu sáng Phản ứng tiến hành 120 phút - Sau thời gian phân hủy, dung dịch li tâm tách loại bột xúc tác, tiến hành đo mật độ quang máy đo quang bước sóng 665 nm dựa vào đường chuẩn để suy nồng độ xanh methylen lại dung dịch 2.3.6 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng - Chuẩn bị cốc dung tích 250 ml, cốc chứa 100 ml dung dịch xanh methylen có nồng độ 10 ppm, điều chỉnh pH dung dịch cốc đến pH = - Cho vào cốc 0,1 gam nano ZnO pha tạp Ag 2%, khuấy tốc độ không đổi máy khuấy từ bóng tối 30 phút sau chiếu sáng đèn compact 40W - Lần lượt dừng khuấy cốc thời gian tương ứng t = 30; 60; 90;150; 180 phút, dung dịch li tâm tách loại bột xúc tác, tiến hành đo mật độ quang máy đo quang bước sóng 665 nm dựa vào đường chuẩn để suy nồng độ xanh methylen cịn lại dung dịch Hình 2.4 Thiết bị khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến phản ứng phân hủy xanh methylen ... khuấy từ Tủ s? ??y 2.2 TỔNG HỢP NANO ZnO VÀ ZnO PHA TẠP Ag BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY GEL Quy trình tổng hợp ZnO ZnO pha tạp Ag tổng hợp theo tài liệu [44], nghiên cứu AgNO3 thêm vào hỗn hợp từ đầu... 3.8 S? ?? phụ thuộc hiệu suất xử lý xanh methylen vào phần trăm Ag pha tạp ZnO 36 Từ kết này, thấy việc pha tạp Ag vào ZnO làm tăng mạnh hiệu suất phân hủy xanh methylen giá trị pha tạp 2% Ag, chất... 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 xanh methylen alizarin red S môi trường nước, đề tài thu kết sau: Tổng hợp vật liệu