Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DIỆU CẨM NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BENTONIT VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ, XÚC TÁC PHÂN HUỶ CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƯỚC BỊ Ô NHIỄM LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC Hà Nội – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DIỆU CẨM NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BENTONIT VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ, XÚC TÁC PHÂN HUỶ CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƯỚC BỊ Ơ NHIỄM Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 62 44 41 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Nội PGS.TS Nguyễn Đình Bảng Hà Nội - 2011 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình ảnh 11 MỞ ĐẦU 14 Chương TỔNG QUAN 17 1.1 Bentonit 17 1.1.1 Giới thiệu Bentonit 17 1.1.2 Nguồn tài nguyên bentonit Việt Nam 17 1.1.3 Ứng dụng Bentonit lĩnh vực xử lý môi trường .19 1.2.Vật liệu sét hữu 19 1.2.1 Giới thiệu vật liệu sét hữu 19 1.2.2 Tổng hợp sét hữu 23 1.3 Vật liệu nano TiO2 biến tính vật liệu nano TiO2 biến tính phân tán pha Bentonit 25 1.3.1 Vật liệu nano TiO2 vật liệu nano TiO2 biến tính 25 1.3.1.1 Vật liệu nano TiO2 25 1.3.1.2 Biến tính vật liệu nano TiO2 28 1.3.1.3 Một số phương pháp điều chế TiO2 TiO2 biến tính .32 1.3.2 Ứng dụng tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2 TiO2 biến tính 37 1.3.2.1 Tính chất quang xúc tác chế phân huỷ hợp chất hữu gây ô nhiễm TiO2 37 1.3.2.2 Tính chất quang xúc tác chế phân huỷ hợp chất hữu gây ô nhiễm vật liệu nano TiO2 biến tính .40 1.3.2.3 Động học trình quang xúc tác TiO2 40 1.3.3 Vật liệu nano TiO2 biến tính phân tán pha Bentonit 41 1.3.3.1 Ưu điểm việc phân tán vật liệu nano TiO2 biến tính pha Bentonit 41 1.3.3.2 Một số phương pháp phân tán xúc tác chất 41 1.4 Tổng quan hợp chất phenol phương pháp xử lý 42 1.4.1 Tổng quan hợp chất phenol 42 1.4.2 Giới thiệu số thành tựu xử lý hợp chất phenol 44 Chương THỰC NGHIỆM 46 2.1 Tổng hợp vật liệu 46 2.1.1 Tổng hợp Bent- BHDDMA (Bent – BH) 46 2.1.2 Tổng hợp Bent- DMDOA (Bent – DM) 47 2.1.3 Tổng hợp Bent- BSDMA (Bent – BS) 47 2.1.4.Tổng hợp Bent – BH, Bent – DM Bent - BS điều kiện khác 47 2.1.5 Tổng hợp xúc tác Ag-TiO2 /Bent phương pháp sol – gel có sử dụng dung môi 47 2.1.5.1 Tổng hợp TiO2 47 2.1.5.2 Tổng hợp Ag - TiO2 48 2.1.5.3 Tổng hợp xúc tác Ag-TiO2 /Bent 48 2.1.5.4 Tổng hợp xúc tác Ag-TiO2 /Bent điều kiện khác 48 2.1.6 Tổng hợp xúc tác Ag-TiO2 /Bent phương pháp sol – gel không sử dụng dung môi 48 2.1.6.1 Tổng hợp TiO2 48 2.1.6.2 Tổng hợp Ag - TiO2 49 2.1.6.3 Tổng hợp xúc tác Ag-TiO2 /Bent 49 2.1.6.4 Tổng hợp xúc tác Ag-TiO2 /Bent điều kiện khác 49 2.2 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 49 2.2.1 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ .49 2.2.2 Phương phá p xa R ̣ ơnghen (XRD) 52 nhiêu 2.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt (TG-DTA) 53 2.2.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 53 2.2.5 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 55 2.2.6 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 56 2.2.7 Phương pháp tán xạ g tia X (EDX) 56 lươn 2.2.8 Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis 57 2.2.9 Phương pháp quang điện tử tia X (XPS) 58 2.2.10 Phương pháp xác định dung lượng trao đổi cation Bentonit 59 2.3 Quá trình làm giàu Bentonit 59 2.4 Khảo sát khả hấp phụ Bent - hữu 59 2.4.1 Đường chuẩn xác định nồng độ hợp chất phenol .59 2.4.2 Thí nghiệm khảo sát dung lượng hấp phụ Bent – hữu 60 2.4.3 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác .61 2.5 Phân tích sản phẩm phản ứng phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 62 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .63 3.1 Đặc trưng Bentonit Thanh Hoá .63 3.2 Đặc trưng Bent – hữu 65 3.2.1 Bent – BH 65 3.2.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp Bent-BH 67 3.2.2.1 Ảnh hưởng lượng BHDDMA .67 3.2.2.2 Ảnh hưởng pH huyền phù Bentonit 69 3.2.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 70 3.2.2.4 Ảnh hưởng thời gian tổng hợp 71 3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp Bent – DM Bent - BS 72 3.2.3.1 Ảnh hưởng lượng muối amoni hữu .72 3.2.3.2 Ảnh hưởng pH huyền phù Bentonit 73 3.2.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 74 3.2.3.4 Ảnh hưởng thời gian tổng hợp 75 3.2.4 Hấp phụ hợp chất phenol Bent – hữu .78 3.2.4.1 Dung lượng hấp phụ Bent – BH 79 3.2.4.2 Dung lượng hấp phụ Bent – BS 83 3.2.4.3 Dung lượng hấp phụ Bent - DM 87 3.2.5 Bàn luận chế hấp phụ hợp chất phenol Bent - hữu 90 3.3 Nghiên cứu đặc trưng xúc tác 91 3.3.1 Đặc trưng vật liệu T, AT ATB 91 3.3.1.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 91 3.3.1.2 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TG-DTA) .97 3.3.1.3 Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis .97 3.3.1.4 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 99 3.3.1.5 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 101 3.3.1.6 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 101 3.3.1.7 Phương pháp hấp phụ - giải hấp phụ N2 102 3.3.1.8 Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) 103 3.3.2 Đặc trưng vật liệu T’, AT’ ATB’ 105 3.3.2.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 105 3.3.2.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 107 3.3.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis 107 3.3.2.4 Phương pháp tán xạ lượng tia X (EDX) 108 3.3.3 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu ATB7(2.5)2 110 3.3.4 Ảnh hưởng điều kiện thực nghiệm đến phân huỷ phenol 112 3.3.4.1 Ảnh hưởng pH 112 3.3.4.2 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến khả phân huỷ phenol 113 3.3.4.3 Ảnh hưởng lượng xúc tác 114 3.3.5 Ảnh hưởng điều kiện tổng hợp mẫu T, AT ATB đến phân huỷ phenol 116 3.3.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác vật liệu .116 3.3.5.2 Ảnh hưởng lượng Ag đến hoạt tính xúc tác vật liệu .116 3.3.5.3 Ảnh hưởng thời gian nung đến hoạt tính xúc tác vật liệu 121 3.3.6 Hoạt tính quang xúc tác ATB7(2.5)2 ATB’7(2.5)2 phân huỷ hợp chất phenol 122 3.3.6.1 Phenol .122 3.3.6.2 Phenol đỏ 123 3.3.6.3 DB 53 123 3.3.7 Bàn luận chế hoạt động xúc tác ATB7(2.5)2 phản ứng phân huỷ phenol .124 3.3.8 Khả khoáng hố hồn tồn phenol phenol đỏ 128 3.3.9 Xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội 129 KẾT LUẬN 130 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN… .132 TÀI LIỆU THAM KHẢO… .134 PHỤ LỤC… 148 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT 10 11 12 13 14 15 AT ATx ATB ATBx ATBx(y) ATBx(y)z ATB7(2.5)2 Bent BHDDMA BSDMA DMDODA Bent - BH Bent - BS Bent - DM Tên đầy đủ Liên quan đến vật liệu tổng hợp Ag – TiO2 Ag – TiO2 (x, nhiệt độ nung) Ag – TiO2/Bent Ag – TiO2/Bent (x, nhiệt độ nung) Ag – TiO2/Bent (y, lượng Ag ) Ag – TiO2/Bent (z, thời gian nung) Ag(2,5%) – TiO2/Bent (700oC giờ) Bentonit Benzyl hexadecyl dimetyl amoni clorua Benzyl stearyl dimetyl amoni clorua Dimetyl dioctadecyl amoni clorua Bentonit - Benzyl hexadecyl dimetyl amoni Bentonit - Benzyl stearyl dimetyl amoni Bentonit - Dimetyl Dioctadecyl amoni 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Bent - BH0.5 Bent - BH0.75 Bent - BH1.0 Bent - BH1.25 Bent - BS1.50 Bent - DM1.00 CEC DB 53 MMT TIOT T Tx Bent – BH (lượng BH = 50% CEC Bent) Bent – BH (lượng BH = 75% CEC Bent) Bent – BH (lượng BH = 100% CEC Bent) Bent – BH (lượng BH = 125% CEC Bent) Bent – BH (lượng BH = 150 % CEC Bent) Bent – BH (lượng BH = 100% CEC Bent) Cation exchange capacity Direct blue 53 Montmorillonit Tetra isopropyl octo titanat TiO2 TiO2 (x, nhiệt độ nung) 28 29 Kí hiệu A ATP Các chữ viết tắt khác Anatase Adenosine triphosphat 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 BET BJH CB EDX Ebg DTA HPLC HR - TEM FIB - SEM IR IUPAC MQTB MT R SEM TGA Brunauer-Emmett-Teller Brunauer-Joyner-Halenda Conduction band Energy Dispersive analysis of X-rays Năng lượng vùng cấm Differential Thermal Analysis High Performance Liquid Chromatography High Resolution - Transmission Electron Microscopy Focused Ion Beam - Scanning Electron Microscopy Infrared spectroscopy International Union of Pure and Applied Chemistry Mao quản trung bình Mặt trời Rutile Scanning Electron Microscopy Thermogravimetric Analysis 46 47 48 49 VB UV-VIS XRD XPS Valence band Ultra violet- Visible X-Ray Diffraction X-ray Photoelectron Spectroscopy DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Ảnh hưởng độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001 21 Bảng 1.2 Sự phụ thuộc d001 sét hữu vào lượng muối amoni hữu bị hấp phụ 21 Bảng 1.3 Sét hữu tổng hợp từ Bent hợp chất hữu khác 23 Bảng 1.4 Một số thông số vật lý TiO2 dạng anatase rutile .28 Bảng 1.5 Thế oxi hóa gốc tự chất oxi hoá phổ biến 39 Bảng 1.6 Hằng số tốc độ phản ứng O3 kHO• .40 Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng luận án 46 Bảng Thành phần khoáng học mẫu Bentonit Thanh Hoá sau làm giàu63 Bảng 3.2 Thành phần hoá học mẫu Bentonit Thanh Hoá trước làm giàu 63 Bảng 3.3 Các thành phần mẫu Bentonit Thanh Hố sau làm giàu 63 Bảng 3.4 Ảnh hưởng lượng BHDDMA đến giá trị d001 hiệu suất hấp phụ phenol đỏ Bent - BH .68 Bảng 3.5 Ảnh hưởng pH huyền phù Bent đến giá trị d001 hiệu suất hấp phụ phenol đỏ Bent – BH1.25 69 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ tới giá trị d001 hiệu suất hấp phụ phenol đỏ Bent – BH1.25 .71 Bảng 3.7 Ảnh hưởng thời gian tổng hợp đến giá trị d001 Bent – BH1.25 hiệu suất hấp phụ phenol đỏ Bent – BH1.25 72 Bảng 3.8 Sự phụ thuộc khoảng cách lớp Bent – hữu vào hàm lượng muối muối amoni hữu 73 Bảng 3.9 Ảnh hưởng pH huyền phù Bent đến giá trị d001 Bent – hữu 74 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ tới giá trị d001 Bent – hữu 74 Bảng 3.11 Ảnh hưởng thời gian tổng hợp đến giá trị d001 Bent – hữu 75 Bảng 3.12 Điều kiện tối ưu tổng hợp Bent – BH, Bent – DM Bent – BS 75 Bảng 3.13 Kết khảo sát phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đầu hợp chất phenol Bent – BH1.25 79 Bảng 3.14 Các giá trị số Langmuir hấp phụ hợp chất phenol Bent – BH1.25 82 Hình P3.27 Ảnh SEM mẫu AT6(2.5) Hình P3.28 Ảnh SEM mẫu AT6(2.5) Hình P3.29 Ảnh SEM mẫu ATB7(2.5) Title : IMG1 Instrument : 6490(LA) Volt : 20.00 kV 0.3 mm 00 005 1000 Acquisition Parameter 900 700 Ti Ll Ti La 600 O 800 C ou nt s Ti K a Instrument Probe Current: 1.00000 nA Ti K b PHA mode Ka 500 Si Ti AlK Ls K a a u m 400 300 200 100 : 6490(LA) Acc Voltage : 20.0 kV : T4 Real Time : 62.70 sec Live Time : 50.00 sec Dead Time : 19 % Ti K su m Ti K es c 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Hình P3.30 Ảnh phổ EDX mẫu T6 ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.3129 Element JED-2300 (keV) Mass% Error% Atom% O K 0.525 44.87 1.19 70.68 Al K 1.486 0.27 0.23 0.26 0.2445 Si K 1.739 0.53 0.20 0.48 0.6002 AnalysisStation 204 Compound Mass% Cation K 18.9735 1000 900 800 C o u nt : IMG1 Instrument : 6490(LA) Volt : 20.00 kV 0.3 mm 00 005 Title Acquisition Parameter Ti La Instrument T i K a O Ka Ti Ll : 6490(LA) Acc Voltage : 20.0 kV Probe Current: 1.00000 nA 700 PHA mode 600 Real Time : 65.83 sec Live Time : 50.00 sec 500 Ti 300 200 Dead Time : 23 % K Si A K A gM l a g K TiL sum 400 : T4 es Ti K su m c A g Ll AgLa AgLb 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Hình P3.31 Ảnh phổ EDX mẫu AT6(2.5)2 ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.3256 Element (keV) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K O K 0.525 43.93 1.20 70.40 18.3482 Al K 1.486 0.12 0.23 0.12 0.1084 Si K 1.739 0.33 0.20 0.30 0.3739 Ti K 4.508 53.62 0.31 28.70 78.3460 Title : IMG1 Instrument : 6490(LA) Volt : 20.00 kV 005 1000 900 800 700 600 C ou nt s 500 400 300 200 30 µm 005 Acquisition Parameter O Ka Ti La Si K a Instrument Ti K a : 6490(LA) Acc Voltage : 20.0 kV Probe Current: 1.00000 nA PHA mode A Al g Ti K M Ll Fe Ma L g a Fe K LlTi Ls u m Ti K b : T4 Real Time : 65.01 sec Live Time : 50.00 sec Dead Time : 22 % A Ti A A gLb g g Ke Lr sc LAgL Ag r Fe K es c Fe K a Ti K su m Fe K b Ll 100 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Hình P3.32 Ảnh phổ EDX mẫu ATB7(2.5)2 ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.2865 Element (keV) Mass% Error% Atom% O K 0.525 48.95 0.49 71.67 Compound Mass% Cation 31.0216 K Mg K 1.253 1.87 0.16 1.80 1.3615 Al K 1.486 1.48 0.14 1.28 1.3354 Si K 1.739 7.73 0.13 6.45 8.6853 Ti K 4.508 33.47 0.20 16.37 48.6704 Hình P3.33 Ảnh Phổ EDX mẫu AT’7 Hình P3.34 Ảnh Phổ EDX mẫu ATB’7 207 Bang ket qua PT EDX cua 03 mau thuoc PYC 175/10 TiO2-600 O Al Si Ti Total(Mass%) 001 46.09 0.31 0.49 53.11 100.00 002 43.25 0.35 0.39 56.01 100.00 003 44.19 0.26 0.41 55.14 100.00 004 45.03 0.20 0.44 54.32 100.00 005 44.87 0.27 0.53 54.33 100.00 Ag- TiO2-600 O 001 46.27 0.25 0.29 50.95 2.25 100.00 002 44.70 0.16 0.30 52.88 1.97 100.00 003 44.49 0.08 0.23 53.07 2.13 100.00 004 45.69 0.14 0.36 51.80 2.02 100.00 005 43.93 0.12 0.33 53.62 2.00 100.00 2,5%Ag-TiO2-bent O Al Mg Si Al Ti Si Ag Ti Total(Mass%) Fe Ag Total(Mass%) 001 53.43 1.78 1.39 6.88 30.90 4.48 1.15 100.00 002 52.67 1.80 1.09 7.21 31.31 4.37 1.54 100.00 003 52.10 1.74 1.34 7.24 31.73 4.70 1.15 100.00 004 45.91 2.92 1.12 8.36 35.96 4.61 1.12 100.00 005 48.95 1.87 1.48 7.73 33.47 5.02 1.49 100.00 006 51.34 1.73 1.05 7.09 33.41 4.09 1.30 100.00 ... 1.3.2.2 Ứng dụng tính chất quang xúc tác chế phân huỷ hợp chất hữu gây nhiễm vật liệu nano TiO2 biến tính Ứng dụng tính chất quang xúc tác chế phân huỷ hợp chất hữu gây ô nhiễm vật liệu nano TiO biến. .. HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DIỆU CẨM NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BENTONIT VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ, XÚC TÁC PHÂN HUỶ CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƯỚC BỊ Ô NHIỄM Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 62... sau biến tính ứng dụng để hấp phụ xúc tác phân huỷ hợp chất phenol nước bị ô nhiễm 1.2.Vật liệu sét hữu 1.2.1 Giới thiệu vật liệu sét hữu Nhiều nghiên cứu tương tác khoáng sét tự nhiên với hợp chất
Ngày đăng: 23/12/2021, 18:30
Xem thêm:
