Chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ lên chất mang tro trấu và khảo sát hiệu quả xử lý các hợp chất của nitơ trong nước thải sinh hoạt trong điều kiện ánh sáng tự nhiên và

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu quá trình tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ trên tro trấu bằng phương pháp sol-gel. Vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ ở dạng tinh thể anatase, có kích cỡ khoảng 25 nm và phân bố khá đồng đều trên khắp bề mặt tro trấu. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu thu được là 109,7 m2/g. Mời các bạn tham khảo!

Kỷ yếu Hội nghị Gắn kết khoa học với khoa học trái đất (CBES2-2018) Chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ lên chất mang tro trấu khảo sát hiệu xử lý hợp chất nitơ nước thải sinh hoạt điều kiện ánh sáng tự nhiên bóng tối vật liệu Nguyễn Hoàng Nam1,*, Đặng Thị Ngọc Thuỷ1, Nguyễn Viết Hùng2, Nguyễn Đình Độ2, Nguyễn Mạnh Hà2, Nguyễn Thu Hà2, Bùi Thị Lệ Thủy1 Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất; - Địa chất; Khoa Khoa học bản, Trường Đại học Mỏ * Email: nguyenhoangnam@humg.edu.vn TĨM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu q trình tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ tro trấu phương pháp sol-gel Vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ dạng tinh thể anatase, có kích cỡ khoảng 25 nm phân bố đồng khắp bề mặt tro trấu Diện tích bề mặt riêng vật liệu thu 109,7 m2/g Vật liệu thu có khả loại bỏ tốt hợp chất nitơ nước thải NH4+, NO3- NO2- Trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, thời gian lưu 60 phút, hàm lượng đầu vào 20 mg/L kết đầu NH4+-N; NO3 N, NO2 N 0,053 mg/L; 1,02 mg/L; 0,87 g/L (đạt 77 97 %) Từ khóa: Tro trấu; Nano TiO2; NH4+ NO3- NO2- Mở đầu Hàm lượng nitơ nước cao, làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng, gây phát triển mạnh mẽ loại thực vật phù du rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường thủy vực, sản sinh nhiều chất độc nước NH4+, H2S, CO2, CH4… tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích nước Hiện tượng gọi phú dưỡng nguồn nước Sản phẩm chuyển hóa từ nitơ thành nitrit nitrat yếu tố gây độc Nitrit hấp thu vào máu tiêu thụ oxi làm khả tiếp nhận oxi hemoglobin, dẫn đến tình trạng thiếu máu Nitrit kết hợp với axit amin thực phẩm làm thành họ chất nitrosamin gây tổn thương di truyền tế bào, nguyên nhân gây bệnh ung thư [1-5] Hàm lượng nitrit cho phép nước uống thấp (3,0 mg/L) [11] Vì việc xử lý hợp chất chứa nitơ đối tượng nước quan trọng 23 Kỷ yếu Hội nghị CBES2-2018 Nano TiO2 chất có hoạt tính quang xúc tác mạnh, không gây độc hại đến người môi trường nên ứng dụng rộng rãi việc xử lý số chất gây nhiễm Tuy nhiên, kích thước hạt nano TiO2 tương đối nhỏ, bị phân tán mơi trường nước nên khó thu hồi để tái sử dụng Do đó, để giảm việc mát trình xử lý dễ dàng thu hồi sau xử lí cần phủ nano TiO2 lên loại chất mang Các báo [3], [4] thành cơng biến tính TiO2 cacbon nhiên giới hạn phạm vi phịng thí nghiệm phải dùng xúc tác quang hóa Trên tồn cầu, có khoảng hai mươi triệu tro trấu thải năm Lượng tro trấu vào hệ sinh thái gây nhiều tác hại cho người, động vật môi trường Mặt khác, Tro trấu có độ bền học tốt, trơ mặt hóa học, khả hấp phụ tốt đóng vai trị chất mang, vật liệu hấp phụ chất ô nhiễm bề mặt hiệu Tận dụng tro trấu đóng vai trò chất mang vật liệu hấp phụ hợp chất nitơ, qua tác dụng xúc tác quang hoá để chuyền hoá hợp chất nitơ nitrat, nitrit, amoni thành N2 (chất không độc hại) mở hướng việc xử lý hợp chất nitơ Thực nghiệm 2.1 Hóa chất Hóa chất sử dụng nghiên cứu bao gồm: TiCl4, NH4NO3, PVA, (NH2)2CO, dung dịch chuẩn NH4+, NO3-, NO2-, HgCl2, KI, NaOH, KNaC4H4O6.4H2O, H2SO4, NH4Cl, KNO3, NaNO2, CH3COOH, NaOH, Phenol, axit sunfanilic, α−naphtylamin, EDTA, loại hố chất có độ tinh khiết Pa hãng Merck Đức sản xuất 2.2 Phương pháp phân tích thiết bị sử dụng nghiên cứu Bảng Các phương pháp phân tích thiết bị sử dụng Chỉ tiêu Bề mặt vật liệu Phương pháp/chỉ tiêu phân tích SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope (SEM) Jeol 5410 LV Nhật Bản sản xuất BET Máy NOVA 1200 Quantachrome - Mỹ Nhiễu xạ tia X (XRD) Máy Siemens D5005 Đức sản xuất TEM Máy LIBRA120 Đức sản xuất EDX Phân tích phổ EDX EnergyDispersive X-Ray Spectroscopy” sản xuất Nhật Bản Cấu trúc vật liệu NH4+-N; NO3 N, NO2 N Thiết bị máy móc sử dụng Phổ hấp phụ phân tử [10] Máy quang phổ UV-VIS Optizen /QCVN 14 – 2008 BTNMT 2120UV sản xuất Anh 24 Kỷ yếu Hội nghị Gắn kết khoa học với khoa học trái đất (CBES2-2018) 2.3 Tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ lên chất mang tro trấu 2.3.1 Tổng hợp nano TiO2 biến tính nitơ Bảng Thành phần tỷ lệ hóa chất chế tạo nano TiO2 biến tính nitơ Hóa chất NH4NO3 (1M) (NH2)2CO (1M) PVA (1M) TiCl4 (0,5M) Thể tích 60 ml 450 ml 180 ml 60ml Trộn dung dịch theo thứ tự tỷ lệ bảng Gia nhiệt nhiệt độ 70°C khuấy liên tục 24 Nâng nhiệt độ lên 90°C khuấy liên tục 24 Sau sấy đốt sản phẩm 250°C giờ, đến hết khói trắng Cuối cùng, nung sản phẩm 600°C Vật liệu thu sau nung rửa nhiều lần nước cất lần, sau đem sấy khơ 120°C 2.3.2 Chuẩn bị chất mang tro trấu Trấu rửa nước cất để loại bỏ tạp chất, Sấy khô nung trấu nhiệt độ 800oC trong mơi trường khí N2, thu vật liệu tro trấu 2.3.3 Phủ vật liệu nano TiO2 chất mang tro trấu Thêm tro trấu vào dung dịch solgel theo tỉ lệ: 625 ml solgel: 998 g tro trấu (tương ứng với tỉ lệ 2/1000), khuấy trộn hỗn hợp nhiệt độ 90°C 12 Sau sấy 105oC vịng 24 Nung thành phẩm 250oC giờ, tiếp tục nung nhiệt độ 600°C môi trường khí trơ N2 Sản phẩm sau nung rửa nhiều lần nước cất lần sau nước cất lần, sấy khô 120°C 2.4 Khảo sát hiệu xử lý hợp chất nitơ vật liệu nano TiO2/tro trấu Chuẩn bị cột vật liệu, cột tích 25,0 ml nhồi 4,1 gam vật liệu TiO2/tro trấu, thể tích nước rỗng cột 14 ml Nước thải đưa vào cột cách liên tục từ bình chứa, thơng qua van điều chỉnh bể chứa van đầu cột, điều chỉnh lưu lượng nước đầu vào với thời gian lưu khác nhau: 30 phút, 60 phút 90 phút Nước thải sau qua cột thu gom vào bể chứa nước đầu Mẫu lấy đầu vào đầu hệ thống hàng Hình Hệ thống xử lý hợp chất Nitơ nước thải 25 Kỷ yếu Hội nghị CBES2-2018 Kết thảo luận 3.1 Kết chế tạo vật liệu nano TiO2/ tro trấu 3.1.1 Chế tạo chất mang tro trấu từ vỏ trấu Vỏ trấu xử lý mục 2.3.2 để thu tro trấu Sản phẩm tro trấu thu được đem phân tích SEM BET để xác định cấu trúc bề mặt diện tích bề mặt vật liệu (a) (b) Hình Hình ảnh SEM mẫu than nung nhiệt độ 800oC với độ phóng đại 2µm (a); 50 µm (b) Kết phân tích cho thấy, bề mặt vật liệu thu có đường nứt, cấu trúc lỗ phân bố tự nhiên có mảnh nhỏ có kích thước khác nhau, cấu thành từ hạt nhỏ với kích thước đồng Cấu trúc than nghiên cứu tương đồng với nghiên cứu tác giả Khu, Le Van [9] Kết phân tích BET từ hình cho thấy, đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 có hình dạng I theo IUPAC đặc trưng cho vật liệu có cấu trúc vi mao quản Diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET tính đoạn tuyến tính hấp phụ (P/Po < 0,2) 109,7 m2/g cho thấy vật liệu tro trấu có diện tích bề mặt tương đối lớn có cấu trúc phù hợp để làm vật liệu chất mang TiO2 nghiên cứu Hình Đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 mẫu than nung 800oC 3.1.2 Chế tạo vật liệu TiO2 Vật liệu nano TiO2 điều chế theo phương pháp thủy nhiệt sol-gel từ TiCl4 amoni nitrat, ure PVA theo mục 2.2.1 Sản phẩm đem phân tích TEM để xác định kích thước hạt XRD để xác định thành phần vật liệu 26 Kỷ yếu Hội nghị Gắn kết khoa học với khoa học trái đất (CBES2-2018) Giản đồ nhiễu xạ tia X (Hình 4) vật liệu thu cho thấy, pic sắc nhọn chứng tỏ độ tinh khiết vật liệu TiO2 điều chế cao Các pic đặc trưng cho cấu trúc TiO2 vị trí 2θ = 25,3º; 37,8º; 48º; 53,90º; 55º; 62,52º xuất điều chứng tỏ cấu trúc TiO2 dạng anatase VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau TiO2 d =3 51 400 d =1 36 d =1 47 d =1 69 d =2 33 d =2 42 100 d =1 66 d =1 89 200 d =2 37 Lin (Cps) 300 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Nhung-DHSP-TiO2(28-6-2016).raw - Type: 2Th alone - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 06/30/16 14:45:47 21-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 33.37 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình Giản đồ XRD vật liệu nano TiO2 Hình Hình ảnh TEM TiO2 Việc xác định kích thước hạt vật liệu thu kính hiển vi điện tử truyền qua TEM hình Kết thu rằng, vật liệu nano TiO2 chế tạo phương pháp sol−gel có cấu trúc dạng anatase đạt kích thước khoảng 25 nm 3.1.3 Chế tạo vật liệu nano TiO2/tro trấu Vơi mụ c đích là m tang hiẹ u quả quang hoa củ a TiO2 cũ ng khả nang thu hò i, tai sử dụ ng vạ t liẹ u, tiết kiệm vật liệu nano, việc chế tạo hạt vật liệu nano TiO2 phủ tro trấu tiến hành theo bước mục 2.3 Kết chụp SEM vật liệu TiO2/tro trấu thu cho thấy, bề mặt vật liệu đường nứt lỗ trống tro trấu, có hạt nano TiO2 bám lên bề mặt phân bố đồng khắp bề mặt tro trấu (b) (a) (b) Hình Hình ảnh SEM TiO2/tro trấu với độ phóng đại 500 nm(a) 50µm(b) Để khẳng định bề mặt vật liệu tro trấu có chứa TiO2, vật liệu tiếp tục đem phân tích phổ XRD (hình 7), ngồi cần xác định hàm lượng nguyên tố có vật liệu phương pháp EDX Từ giản đồ XRD vật liệu nano TiO2/tro trấu thu thấy, phổ vật liệu xuất pic đặc trưng TiO2, SiO2 qua khẳng định, bề mặt tro trấu có hạt nano TiO2 SiO2 có tro trấu Với thành phần vật liệu thu được, TiO2 có vai trị làm 27 Kỷ yếu Hội nghị CBES2-2018 chất xúc tác quang hóa, cịn SiO2 đóng vai trị chất hấp phụ, qua đó, làm tăng hiệu q trình xử lý Kết phân tích EDX vật liệu nano TiO2/tro trấu hình bảng cho thấy, vật liệu thu chứa chủ yếu Si, chiếm 83,13%, C chiếm 5,64% khối lượng Hai nguyên tố có tro trấu, phân huỷ nhiệt nhiệt độ 800°C, mơi trường khí trơ N2, hợp chất hữu có vỏ trấu phân huỷ thành C Ngoài Ti chiếm lượng nhỏ 0,19% khối lượng Như vậy, việc phủ TiO2 phương pháp sol-gel đạt kết mong muốn VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau TiO2/C 400 d=4.063 200 d=3.513 Lin (Cps) 300 100 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Nhung-DHSP-TiO2-C(28-6-2016).raw - Type: 2Th alone - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 06/30/16 15:20:19 21-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 12.03 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 11-0695 (D) - Cristobalite, syn - SiO2 - Y: 14.55 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình Giản đồ XRD vật liệu nano TiO2/tro trấu Hình Giản đồ EDX vật liệu TiO2/tro trấu Bảng Kết phân tích EDX vật liệu nano TiO2/tro trấu Nguyên tố C O Si Cl K Ca Ti Tổng % Khối lượng 5,64 6,33 83,13 0,64 3,65 0,43 0,19 100,00 % Nguyên tử 11,50 10,04 75,15 0,46 2,37 0,27 0,21 100,00 3.2 Hiệu xử lý nitơ vật liệu Vật liệu nano TiO2/tro trấu sau điều chế, tiến hành khảo sát khả xử lý hợp chất nitơ điều kiện khác như: chiếu ánh sáng tự nhiên (ánh sáng mặt trời), bóng tối (khơng chiếu sáng) thời gian lưu khác 3.3.1 Hiệu xử lý amoni * Trong điều kiện bóng tối Sau tiến hành khảo sát điều kiện bóng tối 24 với thời gian lưu 60 phút, kết khảo sát hiệu xử lý amoni bóng tối đưa hình Từ hình cho thấy, hàm lượng nitơ nước ban đầu giảm (sau 14 giờ, độ giảm tải lượng 7,8 g/m3.giờ) Theo thời gian, tải lượng amoni tăng lên nhờ trình giải hấp phụ mà khơng có q trình xử lý xúc tác quang (độ giảm tải lượng 2,8 g/m3.giờ sau 24 giờ) Ở đầu cột vật liệu không phát dạng tồn khác nitơ NH4+ Như vậy, diễn trình hấp phụ giải hấp phụ NH4+ 28 Kỷ yếu Hội nghị Gắn kết khoa học với khoa học trái đất (CBES2-2018) Như vậy, bóng tối, nano TiO2 khơng phát huy tính chất quang hóa khơng có lượng để tạo electron lỗ trống, có trình hấp phụ vật liệu hấp phụ tro trấu Do đó, q trình xử lý, ban đầu hàm lượng nitơ giảm nhờ q trình hấp phụ, sau tăng dần lên nhờ trình giải hấp phụ Hình Tải lượng NH4+−N điều kiện bóng tối * Trong điều kiện ánh sáng tự nhiên Đối với ion NH4+, chiếu ánh sáng tự nhiên, trình vận hành hệ thống xử lý tiến hành theo thời gian lưu khác để tối ưu hoá trình xử lý, cụ thể tiến hành theo giai đoạn khác Kết thu hình 10: Hình 10 Tải lượng NH4+−N điều kiện ánh sáng tự nhiên Giai đoạn 1, với thời gian lưu 30 phút, ban đầu tải lượng nitơ NH4+-N đầu vào 27,09 g/m3.giờ sau vận hành, tải lượng đầu giảm 0,37 g/m3.giờ, nhiên, tiếp tục vận hành hệ thống, tải lượng nitơ đầu tăng dần lên, chí tải lượng nitơ sau 24 đầu cao đầu vào (29,59 g/m3.giờ) Điều giải thích với tốc độ dịng chảy nhanh, nitơ hấp phụ lên bề mặt vật liệu làm cho lượng nitơ ban đầu giảm, nhiên nitơ hấp phụ lên bề mặt vật liệu hiệu xúc tác quang vật liệu cột vật liệu giữ lại lượng nitơ định Sau thời gian, nitơ cột vật liệu bị giải hấp phụ với nitơ vào khỏi cột làm cho lượng nitơ tăng dần lên Giai đoạn 2, vận hành với thời gian lưu 60 phút, tải lượng đầu giảm rõ rệt (độ giảm tải lượng khoảng 10,66-11,97 g/m3.giờ) Điều cho thấy với thời gian lưu 60 phút, ban đầu NH4+ hấp phụ lên bề mặt tro trấu, chiếu sáng TiO2 tạo lỗ trống, lỗ trống oxi hóa N-3 thành NO2−, NO3− dạng khí N2, NO, NO2, khiến hàm lượng NH4+ đầu 29 Kỷ yếu Hội nghị CBES2-2018 giảm đáng kể so với đầu vào Trên bề mặt tro trấu bắt đầu xuất bọt khí, qua khẳng định nitơ nước bị chuyển hóa phần thành khí (N2, NO, NO2,…) Ở giai đoạn 3, với thời gian lưu 90 phút, tải lượng đầu vào từ 6,7 g/m3.giờ, tải lượng đầu 1,6 g/m3.giờ sau 38 giờ, tương ứng với độ giảm tải lượng 5,1 g/m3.giờ, dung dịch thu đầu xuất thêm ion nitrit với tải lượng (0,024 g/m3.giờ) nitrat (0,027 g/m3.giờ), có q trình quang hóa xảy giai đoạn Với thời gian lưu lớn hơn, lượng NH4+ nước ban đầu hấp phụ nhiều lên bề mặt vật liệu làm lượng nitơ đầu giảm, hàm lượng nitơ tập trung nhiều bề mặt vật liệu, làm lỗ trống trình quang hóa khơng oxi hóa hồn tồn nitơ bám bề mặt vật liệu diễn trình giải hấp phụ Do đó, sau thời gian vận hành, tải lượng đầu cột vật liệu bắt đầu tăng lên (sau 43 giờ, độ giảm lượng 2,9 g/m3.giờ) Như vậy, thời gian lưu ngắn gây ảnh hưởng lớn đến trình xử lý amoni vật liệu Hình 11 Cột vật liệu trước (a) sau (b) xử lý hợp chất nitơ 3.3.2 Hiệu xử lý nitrit * Trong điều kiện bóng tối Hình 12 Tải lượng NO2−−N điều kiện bóng tối Kết khảo sát hiệu loại bỏ nitơ bình NO2− đưa hình 12 Kết cho thấy, 14 vận hành đầu tiên, tải lượng NO2−−N đầu vào từ 12,1 g/m3.giờ giảm 10,3 g/m3.giờ tương ứng với độ giảm tải lượng 1,8 g/m3.giờ Nhưng sau đó, tải lượng NO2−−N tăng lên nhanh chóng cịn vượt so tải lượng đầu vào (tải lượng đầu 17,9 30 Kỷ yếu Hội nghị Gắn kết khoa học với khoa học trái đất (CBES2-2018) g/m3.giờ sau 24 giờ) Đầu cột vật liệu có xuất thêm ion NH4+ ion NO3- với tải lượng nhỏ (1,97 g/m3.giờ amoni 3,99 g/m3.giờ nitrat) Sự xuất thêm ion NO2- dễ bị chuyển hóa q trình tự nhiên Như vậy, cột vật liệu xử lý NO2− bóng tối chủ yếu diễn q trình hấp phụ * Trong điều kiện ánh sáng tự nhiên Nitơ NO2− với điều kiện ánh sáng tự nhiên có thay đổi tải lượng giống bình NH4+ giai đoạn Cụ thể đưa hình 13 sau: Hình 13 Tải lượng NO2− điều kiện ánh sáng tự nhiên Trong giai đoạn 1, với thời gian lưu 30 phút, giống xử lý NH4+, ban đầu tải lượng nitơ có giảm (tải lượng đầu vào từ 24,2 g/m3.giờ giảm 12,8 g/m3.giờ sau 14 tương ứng với độ giảm tải lượng 11,4 g/m3.giờ) sau tải lượng nitơ tăng dần lên thời gian (độ giảm tải lượng 6,88 g/m3.giờ sau 24 giờ) Điều giải thích với tốc độ dịng chảy nhanh, nitơ hấp phụ lên bề mặt vật liệu làm cho lượng nitơ ban đầu giảm, lượng hấp phụ chưa đủ để NO2− bị oxi hóa (khử) với hiệu suất cao tượng giải hấp phụ diễn Ở giai đoạn 2, với thời gian lưu 60 phút, tải lượng đầu vào từ 12,12 g/m3.giờ giảm 1,02 g/m3.giờ sau 24 tương ứng với độ giảm tải lượng 11,1 g/m3.giờ đồng thời đầu xuất nhiều dạng tồn nitơ dạng NH4+ NO3−, cột vật liệu xuất nhiều bọt khí Điều giải thích với thời gian lưu 60 phút, nitơ hấp phụ lên bề mặt vật liệu vừa đủ để xúc tác quang diễn oxi hóa (khử) lượng nitơ hấp phụ bề mặt vật liệu với hiệu cao Nitơ NO2− có số oxi hóa trung gian +3, số oxi hóa bền nitơ, nên q trình xử lý quang hóa, electron (e−) khử NO2− dạng NH4+ khí N2, NO đồng thời lỗ trống (h+) oxi hóa phần NO2− lên dạng NO3− khí NO2 Ở giai đoạn 3, tăng thời gian lưu lên 90 phút, độ giảm tải lượng 5,3 g/m3.giờ sau 19 cịn 3,9 g/m3.giờ sau 24 Điều cho thấy q trình quang hóa khơng thể xử lý tồn lượng nitơ hấp phụ lên bề mặt vật liệu nên sau thời gian, nitơ giải hấp phụ khỏi cột với lượng lớn Như vậy, thời gian lưu lớn gây ảnh hưởng đến trình xử lý nitrit vật liệu 31 Kỷ yếu Hội nghị CBES2-2018 3.3.3 Hiệu xử lý nitrat * Trong điều kiện bóng tối Kết khảo sát hiệu loại bỏ nitơ NO3− đưa hình 14 Từ đồ thị cho thấy, 14 đầu tiên, tải lượng NO3−−N đầu vào từ 11,4 g/m3.giờ giảm 4,6 g/m3.giờ tương ứng với độ giảm tải lượng 6,8 g/m3.giờ Theo thời gian, tải lượng nhanh chóng tăng lên (tải lượng đầu sau 19 21,1 g/m3.giờ sau 24 25,7 g/m3.giờ) Điều cho thấy TiO2 bóng tối khơng phát huy tính chất quang hóa, việc hấp phụ vật liệu sau thời gian diễn trình giải hấp phụ khiến cho tải lượng nitơ tăng lên nhiều Như vậy, điều kiện bóng tối, ba cột vật liệu xử lý dạng hợp chất nitơ ban đầu diễn trình hấp phụ làm giảm hàm lượng nitơ mà khơng có q trình quang hóa, nên sau thời gian, q trình giải hấp phụ diễn làm lượng nitơ tăng dần lên Hình 14 Tải lượng NO3−−N điều kiện bóng tối * Trong điều kiện ánh sáng tự nhiên Nitơ NO3− xử lý điều kiện ánh sáng tự nhiên với giai đoạn NH4+ NO2− Kết xử lý biểu diễn hình 15 Hình 15 Tải lượng NO3− điều kiện ánh sáng tự nhiên Trong giai đoạn 1, với thời gian lưu 30 phút, ban đầu tải lượng nitơ có giảm (từ 22,6 g/m3.h xuống 12,8 g/m3.giờ sau 14 giờ) sau tải lượng nitơ đầu tăng dần lên (từ 12,8 32 Kỷ yếu Hội nghị Gắn kết khoa học với khoa học trái đất (CBES2-2018) g/m3.giờ lên 21,4 g/m3.giờ sau 24 giờ) Điều giải thích giống với bình NH4+ bình NO2− Ở giai đoạn 2, tương ứng với thời gian lưu 60 phút, tải lượng đầu vào từ 11,35 g/m3.giờ giảm 0,87 g/m3.giờ tương ứng với độ giảm tải lượng 10,48 g/m3.giờ Như với thời gian lưu 60 phút thời gian vừa đủ để electron (sinh nhờ phản ứng quang quá) khử nitơ NO3− hấp phụ bề mặt vật liệu số oxi hóa thấp với hiệu suất cao Nitơ NO3− có số oxi hóa cao +5, số oxi hóa bị khử số oxi hóa thấp Khi q trình quang hóa xảy ra, nitơ NO3− kết hợp với electron để đưa nitơ số oxi hóa thấp tồn dạng NO2−, NH4+ dạng khí N2, NO, NO2 Điều khẳng định nitơ đầu bình NO3− tồn dạng NH4+ NO2− cột vật liệu xuất bọt khí giống cột vật liệu xử lý NH4+, NO2− Trong giai đoạn 3, tăng thời gian lưu lên 90 phút, tải lượng đầu nitơ không ổn định giai đoạn mà tăng giảm thất thường có xu hướng tăng lên Điều cho thấy q trình quang hóa khơng đủ để khử tồn lượng nitơ hấp phụ lên bề mặt vật liệu Kết luận Vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ tro trấu thu được, ứng dụng cho việc xử lý hợp chất nitơ nước Trong điều kiện có nguồn điện tử xúc tác quang TiO2 cung cấp chiếu sáng, hợp chất nitơ đặc biệt nitrat nitrit xử lý với hiệu cao Kết nghiên cứu cho thấy, nano TiO2/tro trấu loại vật liệu có triển vọng ứng dụng cao nhiều lĩnh vực Lời cảm ơn Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Viện công nghệ sinh học - Viện công nghệ Môi trường Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Trung tâm xử lý môi trường - Viện Khoa học Kỹ thuật Qn sự; Bộ mơn Hố – Khoa Khoa học – Trường Đại học Mỏ - Địa chất tạo điều kiện, giúp đỡ trình nghiên cứu Tài liệu tham khảo Đặng Kim Chi (1998), Hóa học mơi trường, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Hữu Phú (2001), Cơ sở lý thuyết công nghệ xử lý nước tự nhiên, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Diệu Thu (2012), Nghiên cứu biến tính TiO2 cacbon sắt làm chất xúc tác quang hóa vùng ánh sáng trông thấy, Luận văn thạc sỹ, Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Trần Thị Hoài Thu, Nguyễn Thị Hoài Ly (2016), Nghien cưu ché tạ o vạ t liẹ u nano composite TiO2/C ưng dụ ng đẻ xử ly nươc bị ô nhiễm hợp chất nitơ có nước thải phịng thí nghiệm Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Ninh Thị Thuận (2014), Nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý hợp chất nitơ có nước thải phịng thí nghiệm hóa học hệ thống kết hợp đá vơi, mùn cưa vi sinh, Luận văn thạc sỹ, Đại học Sư phạm Hà Nội 33 Kỷ yếu Hội nghị CBES2-2018 Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị khu công nghiệp (CEETIA) (2001), Hội thảo công nghệ xử lý hợp chất hữu nitơ nước ngầm, Trường ĐH Xây Dựng, Hà Nội Andrea G Capodaglio; Petr Hlavínek; Massimo Raboni (2015) Physico−chemical technologies for nitrogen removal from wastewaters: a review Rev Ambient Água 10(3), 481-498 Cong Y., Zhang J., Chen F., Anpo M., and He D (2007) Preparation, Photocatalyst Activity, and Machamism of Nano−TiO2 Co−Doped with Nitrogen and Iron (III) Journal of Physical Chemistry 111(28), 10618-10623 Le Van, Khu and T.T Luong Thi (2014) Activated carbon derived from rice husk by NaOH activation and its application in supercapacitor Progress in Natural Science: Materials International, 191-198 10 Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV−Vis, NXB ĐHQG Hà Nội 11 QCVN 01:2009/BYT quy chuả n kỹ thuạ t quó c gia vè chá t lượng nước an uó ng 34 ... 2.3 Tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ lên chất mang tro trấu 2.3.1 Tổng hợp nano TiO2 biến tính nitơ Bảng Thành phần tỷ lệ hóa chất chế tạo nano TiO2 biến tính nitơ Hóa chất NH4NO3... 0,21 100,00 3.2 Hiệu xử lý nitơ vật liệu Vật liệu nano TiO2/ tro trấu sau điều chế, tiến hành khảo sát khả xử lý hợp chất nitơ điều kiện khác như: chiếu ánh sáng tự nhiên (ánh sáng mặt trời),... lượng nitơ hấp phụ lên bề mặt vật liệu Kết luận Vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ tro trấu thu được, ứng dụng cho việc xử lý hợp chất nitơ nước Trong điều kiện có nguồn điện tử xúc tác quang TiO2