NGHIÊN cứu TỔNG hợp vật LIỆU COMPOSITE Ag3VO4 n tio2 NHẰM ỨNG DỤNG xử lý dư LƯỢNG CHẤT KHÁNG SINH TRONG nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG THỰ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE Ag3VO4/N-TiO2 NHẰM ỨNG DỤNG XỬ LÝ DƯ LƯỢNG CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Bình Định-Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN HỒNG THỰ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE Ag3VO4/N-TiO2 NHẰM ỨNG DỤNG XỬ LÝ DƯ LƯỢNG CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC Chuyên ngành : Hóa Lý Thuyết Hóa Lý Mã số : 8440119 Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THỊ DIỆU CẨM LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tác giả luận văn Nguyễn Hồng Thự LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, lời cảm ơn chân thành sâu sắc này, xin gửi đến PGS.TS Nguyễn Thị Diệu Cẩm tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, quan tâm tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa khoa học tự nhiên, Trường Đại Học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn tốt nghiệp Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy, Cơ phụ trách phịng thí nghiệm khu thí nghiệm A6 Trường Đại học Quy Nhơn giúp đỡ, tạo điều kiện cho thực luận văn Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn cịn hạn chế kiến thức thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thông cảm ý kiến đóng góp q báu từ q Thầy, Cơ để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Hồng Thự MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong nhiều năm gần đây, phát triển mạnh mẽ ngành kinh tế công nghiệp, nông nghiêp, ngành nghề thủ công… giới Việt Nam đem lại thay đổi mạnh mẽ đời sống người dân với chất lượng sống ngày nâng cao Tuy nhiên, bên cạnh hoạt động tích cực mà kinh tế mang lại tồn ảnh hưởng không tốt đến sống xã hội loài người động – thực vật Những ảnh hưởng gây nên ô nhiễm mơi trường nói chung, nhiễm nguồn nước nguồn nước nói riêng chất thải cơng nghiệp lượng hóa chất sử dụng nơng nghiệp thơng qua sản phẩm thuốc trừ sâu, phân bón, rác thải từ sinh hoạt Ơ nhiễm mơi trường làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sức khỏe người Đáng ý tồn hợp chất hữu độc hại khó bị phân hủy có khả tích lũy thể sinh vật gây nhiễm độc cấp mãn tính cho thể người viêm da, tiêu hoá, tiêu chảy nguy ung thư ngày cao như: phenol hợp chất phenol, loại thuốc nhuộm, rhodamine B,… Ngoài ra, phát triển mạnh mẽ y học, hàng loạt chất kháng sinh đời sử dụng rộng rãi Các chất kháng sinh thải vào môi trường thủy sinh thông qua nhiều nguồn khác công nghiệp dược phẩm, nước thải bệnh viện gây nguy hại cho sức khỏe người ô nhiễm môi trường sinh thái Do việc xử lý loại bỏ loại chất cần thiết cấp bách Hiện giới có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm phương pháp hấp phụ, phương pháp sinh học, phương pháp oxi hóa – khử, phương pháp oxi hóa nâng cao Trong phương pháp phương pháp oxi hóa sử dụng chất xúc tác quang cho thấy tiềm ứng dụng thực tiễn Vật liệu xúc tác quang với nhiều ưu điểm vượt trội trở thành đề tài nghiên cứu sâu rộng nhà khoa học nhằm mục đích ứng dụng vào việc xử lý hợp chất hữu độc hại nước Sử dụng quang xúc tác bán dẫn nhiều kĩ thuật hứa hẹn nhằm cung cấp lượng sạch, phân hủy chất ô nhiễm hữu bền loại bỏ kim loại độc hại Đặc điểm loại xúc tác là, tác dụng ánh sáng, sinh cặp electron (e-) lỗ trống (h+) có khả phân hủy chất hữu chuyển hóa kim loại độc hại thành chất “sạch” với mơi trường Mặc dù có nhiều hợp chất xúc tác quang, titan đioxit chất xúc tác quang phổ biến giá thành rẻ, bền hóa học, khơng độc, dễ điều chế tái sử dụng nhiều lần [8] Tuy nhiên, nhược điểm TiO thể hoạt tính xúc tác tác dụng xạ UV có lượng vùng cấm khoảng 3,2 eV (dạng anatase) tốc độ tái kết hợp electron quang sinh lỗ trống nhanh [5] Điều hạn chế khả ứng dụng TiO vùng ánh sáng khả kiến ánh sáng mặt trời Trong phản ứng xúc tác TiO2 sử dụng 3-5% lượng mặt trời Để làm tăng hiệu suất phản ứng quang xúc tác TiO2, nhiều giải pháp khác nghiên cứu sử dụng Chẳng hạn như: đưa kim loại phi kim vào cấu trúc TiO2, tăng diện tích bề mặt,… Một số công bố gần cho thấy, dùng nitơ để pha tạp vào TiO2 giúp tăng cường hoạt tính xúc tác quang TiO2 [10] Vật liệu TiO2 biến tính nitơ giúp giảm lượng vùng cấm TiO2, từ nâng cao hoạt tính xúc tác quang vùng khả kiến Nghiên cứu cho thấy pha tạp N vào TiO giúp ngăn chuyển pha từ anatase sang rutile, hạn chế hình thành tinh thể TiO dạng rutile Trong thời gian gần nguyên cứu tập trung chủ yếu vào việc ghép đôi hai chất bán dẫn AgX/N-TiO2 nhằm tăng cường hiệu chuyển electron từ AgX sang N-TiO2 theo kiểu cặp bán dẫn dạng Z hệ thứ Trong số chất bán dẫn chứa hợp phần bạc, vanadat bạc (Ag 3VO4) biết chất bán dẫn có tiềm ứng dụng thu hút nhiều quan tâm sau Konta cộng có cơng bố loại vật liệu [15] Ag 3VO4 có lượng vùng cấm hẹp (khoảng 2,0 eV) nên có khả hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến Tuy nhiên, hiệu suất quang xúc tác Ag 3VO4 nguyên chất bị hạn chế tốc độ tái tổ hợp cặp electron - lỗ trống quang sinh nhanh Để nâng cao hiệu quang xúc tác, Ag3VO4 kết hợp với hợp chất bán dẫn khác như: g-C3N4, AgI, BiVO4, TiO2… nhằm tạo hiệu dẫn truyền electron lỗ trống hệ vật liệu bán dẫn, điều làm giảm tái tổ hợp chúng dẫn đến làm tăng hiệu quang xúc tác xử lý chất hữu vùng ánh sáng nhìn thấy Chính lý mà chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 nhằm ứng dụng xử lý dư lượng chất kháng sinh nước” Mục tiêu đề tài Tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 có khả xúc tác quang nhằm ứng dụng xử lý kháng sinh nước Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Vật liệu Ag3VO4, N-TiO2 composite Ag3VO4/N-TiO2; + Dung dịch rhodamine B, chất kháng sinh + Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 từ AgNO3, NH4VO3 titanium tetraisopropoxide Ti[OCH(CH3)2]4 (TTIP) phương pháp thủy nhiệt + Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 tổng hợp thông qua phản ứng phân hủy rhodamine B chất kháng sinh với nguồn sáng kích thích đèn led (220 V – 30 W) quy mơ phịng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu - Ứng dụng lý thuyết xúc tác thực nghiệm - Tổng hợp vật liệu N-TiO2 phương pháp sol - gel - Tổng hợp vật liệu Ag3VO4 phương pháp thủy nhiệt - Tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 phương pháp thủy nhiệt - Đặc trưng vật liệu phương pháp hóa lý đại như: + Phương pháp nhiễu xạ Rownghen (XRD): nhằm xác định cấu trúc; + Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM): nhằm xác định hình thái bề mặt vật liệu; + Phương pháp phổ tán xạ lượng (EDX): xác định thành phần nguyên tố; + Phương pháp phổ hồng ngoại (IR): xác định liên kết hóa học đặc trưng vật liệu; + Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến: nhằm xác định vùng hấp phụ xạ vật liệu; - Dùng phương pháp chuẩn để đánh giá hoạt tính xúc tác phân hủy rhodamine B vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 - Sử dụng cơng cụ tốn học để xử lý số liệu thực nghiệm Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu Ag3VO4 từ NH4VO3 AgNO3 phương phápthủy nhiệt - Tổng hợp vật liệu N-TiO2 từ TTIP phương pháp sol – gel - Tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 phương pháp thủy nhiệt - Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu tổng hợp thông qua phản ứng phân hủy rhodamine B tetracyline hydrochloride Cấu trúc luận văn Đề tài kết cấu gồm phần: Mở đầu Chương Tổng quan Chương Thực nghiệm Chương Kết thảo luận Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết xúc tác quang vật liệu bán dẫn 1.1.1 Khái niệm xúc tác quang Năm 1930, khái niệm xúc tác quang đời Trong hoá học, xúc tác quang dùng để nói đến phản ứng xảy tác dụng đồng thời chất xúc tác ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy Khi có kích thích ánh sáng, chất bán dẫn tạo cặp điện tử - lỗ trống có trao đổi electron chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối chất bán dẫn Việc sử dụng chất bán dẫn làm xúc tác quang hóa q trình oxi hóa nhờ tác nhân ánh sángvà áp dụng vào xử lý môi trường thu hút quan tâm nhiều so với phương pháp thông thường khác Theo lí thuyết vùng, cấu trúc điện tử kim loại gồm có vùng gồm obitan phân tử liên kết xếp đủ electron, gọi vùng hóa trị (Valance band-VB) vùng gồm obitan phân tử liên kết trống electron, gọi vùng dẫn (Conduction band-CB) Hai vùng chia cách hố lượng gọi vùng cấm, đặc trưng lượng vùng cấm Eg (Band gap energy) độ chênh lệch hai vùng nói Sự khác vật liệu dẫn điện, cách điện bán dẫn khác vị trí lượng vùng cấm Vật liệu bán dẫn vật liệu có tính chất trung gian vật liệu dẫn điện vật liệu cách điện, có kích thích đủ lớn (lớn lượng vùng cấm E g), electron vùng hóa trị vật liệu bán dẫn vượt qua vùng cấm nhảy lên vùng dẫn, trở thành chất dẫn điện có điều kiện Nói chung chất có E g lớn 3,5 eV chất cách điện ngược lại chất có E g thấp 3,5 eV chất bán dẫn Những chất bán dẫn có Eg thấp 3,5 eV làm ... tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/ N- TiO2 nhằm ứng dụng xử lý dư lượng chất kháng sinh n? ?ớc” Mục tiêu đề tài Tổng hợp vật liệu composite Ag3VO4/ N- TiO2 có khả xúc tác quang nhằm ứng dụng xử lý kháng. .. TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NH? ?N NGUY? ?N HỒNG THỰ NGHI? ?N CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOSITE Ag3VO4/ N- TiO2 NHẰM ỨNG DỤNG XỬ LÝ DƯ LƯỢNG CHẤT KHÁNG SINH TRONG N? ?ỚC Chuy? ?n ngành : Hóa Lý Thuyết Hóa Lý Mã số... kháng sinh n? ?ớc Đối tượng phạm vi nghi? ?n cứu - Đối tượng nghi? ?n cứu: + Vật liệu Ag3VO4, N- TiO2 composite Ag3VO4/ N- TiO2; + Dung dịch rhodamine B, chất kháng sinh + Phạm vi nghi? ?n cứu: Tổng hợp vật