Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật ô xy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano tổ hợp của tio2 fe3o4 go để xử lý nước rỉ rác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xy hóa xúc tác quang dựa hệ nano tổ hợp TiO -Fe 3O -GO để xử lý nước rỉ rác NGUYỄN HỒNG HUỆ HueCA180240@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành Kỹ thuật môi trường Giảng viên hướng dẫn 1: PGS TS Đặng Xuân Hiển Viện: Khoa học Công nghệ môi trường HÀ NỘI, 11/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xy hóa xúc tác quang dựa hệ nano tổ hợp TiO -Fe 3O -GO để xử lý nước rỉ rác NGUYỄN HỒNG HUỆ HueCA180240@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành Kỹ thuật môi trường Giảng viên hướng dẫn 1: PGS TS Đặng Xuân Hiển Viện: Khoa học Công nghệ môi trường HÀ NỘI, 11/2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Xuân Hiển Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng, biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo, kết phân tích từ thí nghiệm khoa học tiến hành tác giả q trình thực luận văn Ngồi ra, luận văn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả, quan, tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc cụ thể Nếu phát có gian lận nào, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Nguyễn Hồng Huệ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy, Cô giáo công tác trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Môi trường dạy dỗ, truyền đạt kiến thức quý báu suốt trình học tập rèn luyện trường Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đặng Xuân Hiển tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành tốt Luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn anh chị đồng nghiệp Phịng Phân tích Quan trắc mơi trường, Trung tâm Môi trường Công nghiệp, Viện Khoa học công nghệ Mỏ - Luyện kim anh chị, bạn nhóm nghiên cứu khoa học tạo điều kiện thuận lợi, bảo, giúp đỡ để tơi hồn thiện Luận văn Với vốn kiến thức hạn hẹp thời gian nghiên cứu có hạn nên Luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, phê bình Thầy, Cô, đồng nghiệp đồng môn để Luận văn hoàn thiện Xin chân thành cám ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Nguyễn Hồng Huệ MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nước rỉ rác 1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác 1.1.2 Đặc tính chung nước rỉ rác giới 1.1.3 Đặc điểm nước rỉ rác số bãi chôn lấp Việt Nam 1.1.4 Giới thiệu xanh-metylen o-cresol 1.1.4.1 Xanh-metylen 1.1.4.2 O-cresol 1.2 Tổng quan vật liệu TiO -Fe O -GO 10 1.2.1 Cấu trúc vật liệu TiO 10 1.2.1.1 Nghiên cứu sản xuất 10 1.2.1.2 Nguyên lý xúc tác quang hóa dị thể TiO 12 1.2.1.3 Các phương pháp tổng hợp nano TiO 14 1.2.1.4 Ứng dụng nano TiO 16 1.2.2 Vật liệu GO 17 1.2.1.1 Giới thiệu vật liệu GO: 17 1.2.1.2 Các phương pháp tổng hợp GO 18 1.2.3 Vật liệu nano từ tính Fe O 19 1.2.3.1 Cấu trúc tinh thể Fe O 20 1.2.3.2 Tính chất siêu thuận từ vật liệu Fe O 21 1.2.2 Mục đích việc phủ TiO lên Fe O -GO 22 1.3 Một số nghiên cứu ứng dụng TiO , TiO GO Việt Nam giới 23 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 26 2.1 Mục đích nghiên cứu 26 2.2 Đối tượng nghiên cứu 26 2.3 Nội dung nghiên cứu 26 i 2.4 Phương pháp nghiên cứu 26 2.4.1 Tổng hợp vật liệu 26 2.4.1.1 Tổng hợp vật liệu TiO 26 2.4.1.2 Tổng hợp vật liệu GO 27 2.4.1.3 Tổng hợp vật liệu TiO -GO 28 2.4.1.4 Tổng hợp vật liệu Fe O -GO 29 2.4.1.5 Tổng hợp vật liệu TiO -Fe O -GO 30 2.4.2 Xác định cấu trúc vật liệu 31 2.4.3 Phương pháp phân tích 31 2.4.4 Phương pháp khảo sát cấu trúc vật liệu…….………………….31 2.4.4.1 Nước thải giả chứa xanh-metylen 31 2.4.4.2 Nước thải giả chứa o-cresol 32 2.4.4.3 Nước rỉ rác 32 2.5 Hóa chất thiết bị sử dụng nghiên cứu 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết xử lý hóa lý nước rỉ rác Kiêu Kỵ 35 3.2 Kết tổng hợp vật liệu 35 3.2.1 Kết tổng hợp vật liệu TiO 36 3.2.2 Kết tổng hợp vật liệu GO 37 3.2.3 Kết tổng hợp vật liệu Fe O -GO 38 3.2.4 Kết tổng hợp vật liệu TiO -GO 38 3.2.5 Kết tổng hợp vật liệu TiO -Fe O -GO 39 3.2.5.1 Kết đo XRD vật liệu TiO -Fe O -GO 39 3.2.5.2 Kết đo SEM vật liệu TiO -Fe O -GO 40 3.3 Kết khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu 41 3.3.1 Kết khảo sát hiệu xử lý xanh-metylen loại bỏ COD nước thải giả 41 3.3.2 Kết khảo sát hiệu suất xử lý o-cresol COD nước thải giả ……………………………………………………………… 43 3.3.3 Kết khảo sát hiệu xử lý theo thời gian tiếp xúc vật liệu TiO , TiO2 -GO, TiO -Fe O -GO, nước rỉ rác 45 ii 3.3.4 Kết khảo sát xử lý độ màu COD vật liệu nước rỉ rác với tỉ lệ rắn lỏng khác 48 3.3.4.1 Kết xử lý độ màu vật liệu TiO2 -Fe O -GO với tỉ lệ rắn lỏng khác 48 3.3.4.2 Kết loại bỏ COD vật liệu TiO -Fe O -GO với tỉ lệ rắn lỏng khác 49 3.3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý vật liệu TiO -Fe O -GO 51 3.3.5.1 Kháo sát ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý độ màu vật liệu TiO -Fe O -GO 51 3.3.5.2 Kháo sát ảnh hưởng pH đến hiệu loại bỏ COD vật liệu TiO -Fe O -GO 52 KẾT LUẬN 55 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần tính chất nước rỉ rác điển hình Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác số nước giới Bảng 1.3 Thành phần kim loại nặng nước rỉ rác Bảng 1.4 Thành phần nước rỉ rác số bãi chôn lấp Việt Nam Bảng 2.1 Kết đường chuẩn độ màu Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Thành phần nước rỉ rác Kiêu Kỵ, Gia Lâm sau xử lý hóa lý MAP kết hợp keo tụ 35 Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý COD nước thải giả chứa Xanh-metylen theo thời gian vật liệu khác 41 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý Xanh-metylen theo thời gian mẫu vật liệu khác 42 Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý COD độ chuyển hóa O-cresol nước thải giả vật liệu nano TiO -Fe O -GO 43 Bảng 3.5 Hiệu suất xử lý COD nước rỉ rác vật liệu theo thời gian 45 Bảng 3.6 Hiệu suất xử lý độ màu nước rỉ rác vật liệu theo thời gian 47 Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý độ màu nước rỉ rác theo tỉ lệ rắn lỏng khác mẫu vật liệu TiO -Fe O -GO theo thời gian 48 Bảng 3.8 Hiệu suất xử lý COD theo thời gian vật liệu TiO -Fe O -GO nước rỉ rác theo tỉ lệ rắn lỏng khác 49 Bảng 3.9 Hiệu suất xử lý độ màu nước rỉ rác giá trị pH khác mẫu vật liệu TiO2 -Fe O -GO theo thời gian 51 Bảng 3.10 Hiệu suất xử lý COD nước rỉ rác giá trị pH khác mẫu vật liệu TiO2 -Fe O -GO theo thời gian 53 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các thành phần cân nước ô chôn lấp Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể TiO dạng anatas rutile 11 Hình 1.3 Cấu trúc Rutile 11 Hình 1.4 Cấu trúc Anatase 11 Hình 1.5 Cấu trúc Brookite 12 Hình 1.6 Hình khối bát diện TiO 12 Hình 1.7 Phản ứng oxy hóa khử bề mặt TiO 12 Hình 1.8 Cấu trúc GO theo Lerf – Klinowski 17 Hình 1.9 Sơ đồ oxi hóa graphen thành graphene oxit 18 Hình 1.10 Cấu trúc tinh thể vật liệu Fe O 20 Hình 1.11 (a) Đường cong từ hóa sắt từ (đường màu đen) siêu thuận từ (đường màu đỏ); (b) Lực kháng từ H c phụ thuộc vào đường kính hạt 21 Hình 1.12 Cơ chế phản ứng của TiO -GO 22 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp TiO theo phương pháp sol-gel 27 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Graphene oxit (GO) 27 Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng hợp TiO -GO theo phương pháp sol-gel 28 Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Fe O -GO 29 Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp vật liệu TiO -Fe O -GO 30 Hình 2.6 Mơ hình khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu 33 Hình 2.7 Đường chuẩn xác định độ màu Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Giản đồ XRD vật liệu TiO 36 Hình 3.2 Kết đo XRD EDX vật liệu GO 37 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu Fe O -GO 38 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu vật liệu TiO -GO 39 Hình 3.5 Giản đồ XRD vật liệu TiO -Fe O -GO 40 Hình 3.6 Kết chụp SEM vật liệu TiO -Fe O -GO 40 v Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn hiệu suất loại bỏ COD nước thải giả chứa xanh-metylen theo thời gian vật liệu TiO , TiO -GO TiO -Fe O -GO 41 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý nồng độ xanh metylen theo thời gian vật liệu TiO2 , TiO -GO TiO -Fe O -GO 42 Hình 3.9 Đồ thị biễu diễn hiệu suất loại bỏ COD độ chuyển hóa o-cresol 44 Hình 3.10 Đồ thị kết HPLC mẫu nước chứa o-cresol thời điểm khác nhau: (a) giờ; (b) giờ; (c) 45 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn hiệu suất loại bỏ COD nước rỉ rác vật liệu TiO , TiO -GO TiO -Fe O -GO theo thời gian 46 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu theo thời gian vật liệu TiO , TiO -GO TiO -Fe O -GO 47 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu vật liệu TiO2 -Fe O GO với tỷ lệ rắn lỏng khác 49 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn hiệu suất loại bỏ COD vật liệu TiO -Fe O GO với hàm lượng vật liệu phản ứng khác 50 Hình 3.15 Đồ thị diễn biến hiệu suất xử lý độ màu vật liệu TiO2 -Fe O GO giá trị pH khác theo thời gian 52 Hình 3.16 Đồ thị diễn biến hiệu suất loại bỏ COD vật liệu TiO -Fe O GO giá trị pH khác 53 vi Từ kết đồ thị, nhận thấy hiệu suất xử lý thời điểm giờ, giờ, khơng có khác lớn Do vậy, để tối ưu hiệu xử lý, chọn thời gian xử lý tối ưu vật liệu 3.3.4 Kết khảo sát xử lý độ màu COD vật liệu nước rỉ rác với tỉ lệ rắn lỏng khác 3.3.4.1 Kết xử lý độ màu vật liệu TiO2-Fe3O4-GO với tỉ lệ rắn lỏng khác - Điều kiện thí nghiệm: + Nguồn sáng: 80W; + pH = pH mẫu Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý độ màu nước rỉ rác theo tỉ lệ rắn lỏng khác mẫu vật liệu TiO -Fe O -GO theo thời gian Thời gian (h) g/L g/L Độ màu (Pt-Co) Hiệu suất xử lý (%) 1294 g/L Độ màu (Pt-Co) Hiệu suất xử lý (%) 0,0 1297 993,8 23,2 943,8 g/L Độ màu (Pt-Co) Hiệu suất xử lý (%) Độ màu (Pt-Co) Hiệu suất xử lý (%) 0,0 1289 0,0 1290 0,0 823,2 36,5 759,5 41,1 974,5 24,5 27,1 613,7 52,7 501,0 61,1 821,8 36,3 884,4 31,7 535,8 58,7 429,0 66,7 674,6 47,7 802,1 38,0 487,5 62,4 393,1 69,5 674,6 47,7 699,4 46,0 444,5 65,7 365,1 71,7 581,9 54,9 599,6 53,7 437,9 66,2 363,7 71,8 511,1 60,4 568,5 56,1 404,3 68,8 335,7 74,0 452,4 64,9 552,3 57,3 401,5 69,0 327,8 74,6 438,9 66,0 49 80,0% 70,0% Hiệu suất xử lý 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% g/L Thời gian tiếp xúc (giờ) g/L g/L g/L Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu vật liệu TiO2-Fe3O4GO với tỷ lệ rắn lỏng khác Từ đồ thị Hình 3.13, nhận thấy hiệu xử lý độ màu tăng dần theo thời gian khảo sát tăng mạnh sau - khảo sát ban đầu, sau tăng chậm sau khảo sát Hiệu suất xử lý độ màu đạt cao tỉ lệ rắn lỏng g/L hiệu suất xử lý đạt 74,6% sau khảo sát Giải thích: Lượng vật liệu g/L nhiều vật liệu lại cho hiệu xử lý chưa cao Nguyên nhân ta sử dụng nhiều vật liệu tạo độ dục nước thải, làm cản trở ánh sáng truyền tới vật liệu để thực phản ứng quang hóa, làm ảnh hưởng đến hiệu trình xúc tác quang 3.3.4.2 Kết loại bỏ COD vật liệu TiO2-Fe3O4-GO với tỉ lệ rắn lỏng khác - Điều kiện thí nghiệm: + Nguồn sáng: 80W; + pH = pH mẫu Bảng 3.8 Hiệu suất loại bỏ COD theo thời gian vật liệu TiO -Fe O GO nước rỉ rác theo tỉ lệ rắn lỏng khác 50 Thời gian (h) g/L g/L 698,2 Hiệu suất loại bỏ(%) 0,0 693,4 Hiệu suất loại bỏ(%) 0,0 547,0 21,7 527,0 502,7 28,0 480,5 g/L g/L 692,1 Hiệu suất loại bỏ(%) 0,0 695,8 Hiệu suất loại bỏ(%) 0,0 24,0 544,8 21,3 535,7 23,0 448,4 35,3 464,7 32,9 468,7 32,6 31,2 393,4 43,3 408,6 41,0 416,9 40,1 440,0 37,0 355,8 48,7 372,8 46,1 383,1 44,9 410,6 41,2 318,2 54,1 336,3 51,4 347,9 50,0 355,5 49,1 286,8 58,6 311,7 55,0 319,6 54,1 324,6 53,5 274,3 60,4 298,4 56,9 304,4 56,3 317,2 54,6 273,6 60,5 292,7 57,7 303,0 56,5 COD (mg/l) COD (mg/l) COD (mg/l) COD (mg/l) 70,0% Hiệu suất xử lý 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Thời gian tiếp xúc (giờ) g/L g/L g/L g/L Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn hiệu suất loại bỏ COD vật liệu TiO2-Fe3O4-GO với hàm lượng vật liệu phản ứng khác Từ đồ thị Hình 3.14 thấy, tỷ lệ rắn lỏng g/L cho hiệu xử lý COD nước rỉ rác cao Hiệu suất xử lý tăng mạnh khoảng - đầu tiếp xúc tăng chậm dần Sau tiếp xúc, hiệu suất xử lý có tăng khơng đáng kể Hiệu suất xử lý tỷ lệ rắn lỏng g/L g/L tương đương tỷ lệ rắn lỏng g/L thấp 51 Như vậy, để tiết kiệm lượng vật liệu tối ưu hiệu xử lý độ màu COD, ta chọn lượng vật liệu theo tỷ lệ rắn lỏng g/L 3.3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý vật liệu TiO2-Fe3O4-GO 3.3.5.1 Kháo sát ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý độ màu vật liệu TiO2-Fe3O4-GO - Điều kiện thí nghiệm: + Nguồn sáng: 80W; + Tỷ lệ rắn lỏng g/L Bảng 3.9 Hiệu suất xử lý độ màu nước rỉ rác giá trị pH khác mẫu vật liệu TiO -Fe O -GO theo thời gian pH = pH = pH = pH = 7,5 pH = 10 Thời gian (h) Độ màu (PtCo) Hiệu suất xử lý (%) Độ màu (PtCo) Hiệu suất xử lý (%) Độ màu (PtCo) Hiệu suất xử lý (%) Độ màu (PtCo) Hiệu suất xử lý (%) Độ màu (PtCo) Hiệu suất xử lý (%) 1287 0,0 1298 0,0 1294 0,0 1289 0,0 1291 0,0 793,7 38,3 794,8 38,8 824 36,3 824,6 36,0 951,8 26,3 569,4 55,8 551,8 57,5 612,6 52,7 614,7 52,3 758,7 41,2 482,2 62,5 446,2 65,6 514,3 60,3 536,7 58,4 645 50,0 420,4 67,3 410,4 68,4 451,6 65,1 488,2 62,1 608,1 52,9 401,5 68,8 394,0 69,6 435,2 66,4 445,2 65,5 569,8 55,9 368,0 71,4 344,6 73,5 402,5 68,9 438,5 66,0 560,1 56,6 364,0 71,7 328,1 74,7 391,6 69,7 404,8 68,6 538,3 58,3 361,2 71,9 326,7 74,8 388,8 70,0 402,2 68,8 535,5 58,5 52 80,0% 70,0% Hiệu suất xử lý 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Thời gian tiếp xúc (giờ) pH = pH = pH = pH = 7,5 pH = 10 Hình 3.15 Đồ thị diễn biến hiệu suất xử lý độ màu vật liệu TiO2-Fe3O4GO giá trị pH khác theo thời gian Từ đồ thị Hình 3.15, nhận thấy môi trường axit (pH = 4) cho hiệu xử lý độ màu nhanh cao so với mơi trường trung tính mơi trường kiềm Hiệu xử lý độ màu tăng theo thời gian tăng mạnh sau khảo sát, sau tăng tăng chậm Sau khảo sát hiệu xử lý độ màu cao đạt 74,8% pH = Thời gian tối ưu hiệu suất đạt 73,5% Trong môi trường trung tính (pH = 7,5) cho hiệu xử lý độ màu cao, sau đạt 68,8% thấp so với môi trường axit Trong môi trường kiềm (pH = 10) cho hiệu xử lý độ màu thấp Sau hiệu suất xử lý đạt 58,5% có xu hướng tăng chậm 3.3.5.2 Kháo sát ảnh hưởng pH đến hiệu loại bỏ COD vật liệu TiO2-Fe3O4-GO - Điều kiện thí nghiệm: + Nguồn sáng: 80W; + Tỷ lệ rắn lỏng g/L 53 Bảng 3.10 Hiệu suất loại bỏ COD nước rỉ rác giá trị pH khác mẫu vật liệu TiO -Fe O -GO theo thời gian pH = pH = 689,1 Hiệu suất loại bỏ (%) 0,0 696,5 Hiệu suất loại bỏ (%) 0,0 498,9 27,6 467,2 398,3 42,2 355,2 pH = pH = 7,5 pH = 10 695,7 0,0 694,6 Hiệu suất loại bỏ (%) 0,0 32,9 527,5 24,2 518,1 372,7 46,5 426,9 38,6 48,5 319,8 54,1 387,3 323,0 53,1 290,1 58,3 278,6 59,6 243,8 262,1 62,0 244,3 238,9 Thời gian COD (h) (mg/l) 691,8 Hiệu suất loại bỏ (%) 0,0 25,4 572,1 17,3 440,8 36,5 494,9 28,5 44,3 386,7 44,3 438,3 36,6 344,8 50,4 349,7 49,7 422 39,0 65,0 299,5 56,9 312,8 55,0 379,5 45,1 228,6 67,2 282,5 59,4 282,0 59,4 336,3 51,4 64,5 213,4 69,4 269,7 61,2 269,7 61,2 315,1 54,5 65,3 212,8 69,4 268,3 61,4 269,0 61,3 306,6 55,7 COD (mg/l) Hiệu COD suất COD (mg/l) loại bỏ (mg/l) (%) COD (mg/l) 80,0% 70,0% Hiệu suất xử lý 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Thời gian tiếp xúc (giờ) pH = pH = pH = pH = 7,5 pH = 10 Hình 3.16 Đồ thị diễn biến hiệu suất loại bỏ COD vật liệu TiO2-Fe3O4-GO giá trị pH khác Từ đồ thị Hình 3.16, nhận thấy pH có ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu qủa xử lý COD vật liệu Cụ thể, môi trường axit (pH = 4) cho hiệu xử lý cao đạt 69,4%, tiếp sau môi trường trung tính (pH = 7,5) đạt 54 61,3% thấp môi trường kiềm (pH = 10) đạt 55,7% sau khảo sát Giải thích: Trong mơi trường kiềm: TiO + OH-  TiO- + H O Trong môi trường axit: TiO + H+  TiOH + Trong nước rỉ rác chứa chất ô nhiễm hữu chủ yếu tích điện âm như: axit humic, axit fulvic Vì hiệu xúc tác quang nhanh cao môi trường axit, chất nhiễm hấp phụ tốt lên bề mặt vật liệu xúc tác 55 KẾT LUẬN Nano TiO vật liệu ngành cơng nghệ nano có tính chất hóa lý, quang điện tử đặc biệt độ bền cao, thân thiện với môi trường Một ứng dụng nano TiO làm xúc tác quang hóa phân hủy chất hữu nước thải, đặc biệt loại nước thải có thành phần phức tạp nước rỉ rác Đề tài Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xy hóa xúc tác quang dựa hệ nano tổ hợp TiO -Fe O -GO để xử lý nước rỉ rác” tác giả thực số nghiên cứu sơ bộ, kết luận văn sau: - Đã tổng hợp thành công vật liệu TiO -Fe O -GO từ tiền chất TiCl thông qua trình tổng hợp vật liệu trung gian TiO theo phương pháp sol-gel, GO theo phương pháp Hummers, Fe O -GO theo phương pháp thủy nhiệt sau phủ TiO lên Fe O -GO Kết đo XRD SEM xác định cấu trúc, hình thái vật liệu, khẳng định vật liệu chế tạo có cấu trúc TiO -Fe O -GO theo lý thuyết Kích thước vật liệu tổ hợp TiO -Fe O -GO đồng tương đối nhỏ với đường kính trung bình cỡ 30 - 35 nm - Đã ứng dụng vật liệu quang xúc tác để xử lý mẫu nước thải giả chứa xanh-metylen: Hiệu suất loại bỏ COD nồng độ xanh-metylen vật liệu TiO -Fe O -GO đạt 65,5% 89,9% sau khảo sát với nguồn sáng 80W, lượng vật liệu 2g/L Sau tiếp xúc, hiệu suất xử lý tăng chậm khơng có khác biệt lớn - Đã ứng dụng vật liệu quang xúc tác để xử lý mẫu nước thải giả chứa o-cresol với nguồn sáng 80W, lượng vật liệu 2g/L: Sau tiếp xúc, hiệu suất loại bỏ COD đạt 49,6% hiệu suất chuyển hóa o-cresol đạt 53,5% Tại thời điểm tiếp xúc, hiệu suất xử lý có tăng không đáng kể - Đã ứng dụng vật liệu quang xúc tác để xử lý nước rỉ rác: Kết nghiên cứu xử lý độ màu COD cho thấy thời gian xử lý tối ưu với tỷ lệ rắn lỏng g/L, nguồn sáng 80W, pH = Hiệu suất xử lý độ màu đạt 73,5%, loại bỏ COD đạt 67,2% Sau xử lý, hiệu suất có tăng với tốc độ chậm Do thời gian nghiên cứu có hạn, kết nghiên cứu chưa đánh giá hết yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý chất ô nhiễm hữu nước rỉ rác vật liệu nano TiO -Fe O -GO 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Nguyễn Hồng Khánh, Tạ Đăng Toàn (2008), “Quản lý chất thải rắn đô thị, vấn đề giải pháp nhằm tiến tới quản lý chất thải rắn bền vững Việt Nam”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, tập 46, số 6A, tr 209-217 [2] Văn Hữu Tập (2015), Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp phương pháp ozon hóa”, Luận án Tiến sỹ Cơng nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [3] Lê Hữu Thiêng (2011), Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng chất hữu độc hại môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía khảo sát khả ứng dụng chúng, Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học Công nghệ cấp Bộ [4] Ma Thị Vân Hà (2015), Nghiên cứu khả hấp phụ xanh metylen metyl da cam vật liệu đá ong biến tính, Luận văn Thạc sỹ, Trường đại học sư phạm, tr9-10 [5] Nguyễn Thị Kim Giang (2010), “Nghiên cứu điều chế vât liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét khảo sát khả quang xúc tác chúng” luận văn thạc sĩ cao học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội [6] Nguyễn Thị Tuyết Lan (2014), “Nghiên cứu khả xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm TiO2”, báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp sở,Trường đại học Sài Gòn [7] Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano: Cơng nghệ vật liệu nguồn, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ [8] Trần Kim Cương (2012), “Các phương pháp chế tạo vật liệu nano TiO ”, Tạp chí Đại học Thủ Dầu 1, Số 1(3), tr.3- 10 Tài liệu Tiếng Anh [9] Damanhuri (2008), Pengelolaan Leachate (Lindi), Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung [10] Journal of Hazardous Materials (2007), Landfill leachate treatment: Review and opportunity [11] Sumona Mukherjee, Soumyadeep Mukhopadhyay, Mohd Ali Hashim & Bhaskar Sen Gupta (2015), Contemporary Environmental Issues of Landfill Leachate: Assessment and Remedies, Critical Reviews in Environmental Science and Technology 57 [12] C Visvanathan (2004), “State of the art review on Landfill and leachate treatment”, Asian Institute of Technology, Thailand and Tongji University, China [13] Thomas H Christensen, Peter Kjeldsen, Poul L Bjerg (2001), Biogeochemistry of Landfill Leachate Plumes [14] M-S Kim and J.G Chung (2001), A Study on the adsorption characteristics of orthophosphates on Rutile-type titanium dioxide in aqueous solutions, J Colliod Interf Sci 233 pp 31-37 [15] Thillai Sivakumar Natarajan, Molly Thomas, Kalithasan Natarajan, Hari C Bajaj, and Rajesh J Tayade (2011), Study on UV-LED/TiO2 process for degradation of Rhodamine B dye, Chemical Engineering Journal, pp 126-134 [16] Xiaobo Chen and Samuel S Mao (2007), Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications, Chem Rev 107 (7) pp 59 [17] V.Dhand, et al (2013), “A comprehensive review of GE nanocomposite: Reseach status and trends, Journal of Nanometrials”, pp 1-14 [18] D.R Dreyer, et al (2009), “The chemistry of graphene oxide”, Chem Soc Rev, pp 228-240 [19] Heww Ling Poh, Filip san ek, Ambrosi, Guannjia Zhao, Zden ek Soferb, Martin Pumera (2012), “Graphene prepared by Stadenmaier, Hofmann, Hummer and Hummers methods with consequent thermal exfoliation exhibit very difirent electrochemical properties”, Nanoscale, pp 3515 – 3522 [20] Rodney Ruoff, Christopher W Bielawski, Daniel R Dreyer, ungjin Park (2009), Magnetic poperties of Fe3O4 nano particles synthesized by coprecipitation method, Chemical Society Reviews 39 (1) [21] Cullity B D, “Introduction to Magnetism and Magnetic Materials”, Addinson Wesley, New York [22] Swayam Prakash, Supriya Mishra, (2014), “ Graphene-Fe O -TiO ternary composite: an efficient visible light catalyst for the removal of organic pollutants”, A thesis, National Institute of Technology, Rourkela, Odisha, India [23] Chenzhong Jia, Yanxin Wang, CaixiangZhang, Qiaoyan Qin (2011), “UVTiO Photocatalytic Degradation of Landfill Leachate”, 375 – 385 [24] Imran Ali, Seu-Run Kim, Kyungmin Park, and Jong-Oh Kim (2017), One-step electrochemical synthesis of graphene oxide-TiO2 nanotubes for improved visible light activity”, 1535-1546 [25] Yu-peng ZHANG, Jun-jie XU, Zhi-hua SUN, Chen-zhe LI, Chun-xu PAN (2011), “ Preparation of graphene and TiO2 layer by layer composite with highly photocatalytic efficiency”,tr 467- 471 [26] Chanbasha Basheer (2013), “Applycation of Titanium Dioxide –Graphene composite material for Photocatalytic degradation of alkylphenol” 58 [27] Yulu Liang, Xiwen H, Langxing Chen and Yukui Zhang (2014),” Preparationcharacterization of TiO2–Graphene-Fe3O4 magnetic composite and its application in the removal of trace amounts of microcystin-LR”, RSC advances [28] Hoffmann, Michael R., Scot T Martin, Wonyong Choi, and Detlef W Bahnemann, (1995) "Environmental applications of semiconductor photocatalysis” Chemical reviews 95, tr.69-96 [29] Daniel R Dreyer, Sungjin Park, Christopher W Bielawski and Rodney S Ruoff, (2010), “ The chemistry of graphene oxide ”, Chem Soc Rev, 39, 228 -240 [30] Xi Cao, Chen Liu,Yandi Hu, Wenli Yang, and Jiawei Chen (2016) ,“Synthesis of N/Fe Comodified TiO Loaded on Bentonite for Enhanced Photocatalytic Activity under UV-Vis Light”, Journal of Nanomaterials, 11 pages [31] Zhang Q.,Gao L., Guo J, Effects ò calsination on the photocatalytic properties of nanosized TiO powder prepared by TiCl hydrolusis, Appl Cat.B: Environ, 26 Pp.207-1015 (2000) [32] Yanping Zhou, Zhongqing Liu, Zhenghua Li, Yichao Wang, and Changchun Ge (2007), “Enhanced photocatalytic activity of (La,N) co-doped TiO by TiCl sol-gel autoigningting synthesis”, Journal of University of Science and technology Beijing mineral Metallurgy Material, 14 (6), pp.552-557 [33] Imran Ali, Seu-Run Kim, Kyungmin Park, and Jong-Oh Kim (2017), “Onestep electrochemical synthesis of graphene oxide-TiO nanotubes for improved visible light activity”, 1535-1546 [34] Daniel R Dreyer, Sungjin Park, Christopher W Bielawski and Rodney S Ruoff, (2010), “ The chemistry of graphene oxide ”, Chem Soc Rev, 39, 228 -240 [35] Xi-jia Yang, Shu Wang, Hai-ming Sun, Xiao-bing Wang, Jian-she Lian (2014), “Preparation and photocatalytic performance of Cu-doped TiO2 nanoparticles”, Trans Nonferrous Met Soc, 25, pp.504−509 [36] Susmita Paul, Amarjyoti Choudhury (2012), “Visible Light Photocatalytic Activity of Manganese Doped TiO2 Nanoparticles”, International Journal of Innovative Research & Development, pp 24-31 [37] Noemí Acevedo Quiroz et al (2011), “Degradation of Gesaprim Herbicide by Heterogeneous Photocatalysis Using Fe-Doped TiO2”, International Journal of Geosciences, 2, pp 669-675 [38] Muhammad Hassan, Yaping Zhao, Bing Xie (2016), “Employing TiO2 photocatalysis to deal with landfill leachate: Current status and development”, Chemical Engineering Journal, 285, pp 264–275 [39] Jin-Gang Yu, Lin-Yan Yu, Hua Yang, Qi Liu, Xiao-Hong Chen, Xin-Yu Jiang, Xiao-Quing Chen, Fei-peng Jiao (2014), “ Graphene nanosheets as novel 59 adsorbents in adsorption, preconcentration and removal of gases, organic compounds and metalions”, Science of Total Environment, 70-79 [40] Danil W Baukhavalov (2014), “ Oxidation of a graphite oxite surface: the role of water”, J.Phys.Chem.C [41] Chenzhong Jia, Yanxin Wang, CaixiangZhang, Qiaoyan Qin (2011), “UV- TiO2 Photocatalytic Degradation of Landfill Leachate”, 375 – 385 [42] Siamak Azimi Maleki, Masoome Mirzaei (2015), “COD reduction by TiO2/graphene photocatalytic treatment of ethylene dichloride in wastewater” 60 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình Tủ nung Hình Tủ sấy Hình Máy li tâm Hình Bình thủy nhiệt trường ĐHSP Hình Máy đo SEM trường ĐHBKHN 61 Hình Mơ hình khảo sát vật liệu Hình Máy nung COD Hình Cân phân tích Hình Từ tính vật liệu TFG Hình 10 Các mẫu vật liệu 62 Hình 11 Nước rỉ rác sau kết tủa MAP Hình 12 Nước rỉ rác sau keo tụ Hình 13 Mẫu COD nước rỉ rác sau 8h kháo sát mẫu vật liệu TiO -GO-Fe O Hình 14 Mẫu nước thải trước sau 8h khảo sát Hình 15 Mẫu vật liệu thu hồi nam châm 63 ... Trên tảng nghiên cứu, tác giả ứng dụng vật liệu để xử lý nước rỉ rác sau xử lý kết tủa MAP keo tụ, đề tài ‘? ?Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa hệ nano tổ hợp TiO -Fe O -GO. .. SĨ Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xy hóa xúc tác quang dựa hệ nano tổ hợp TiO -Fe 3O -GO để xử lý nước rỉ rác NGUYỄN HỒNG HUỆ HueCA180240@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành Kỹ. .. -GO để xử lý nước rỉ rác? ??’ tác giả lựa chọn nghiên cứu khuôn khổ luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nước rỉ rác 1.1.1 Sự hình thành nước rỉ rác Nước rỉ rác (NRR) nước bẩn thấm qua lớp rác,