Để cú thụng tin về kớch thƣớc và hỡnh dạng mẫu Fe2O3 - SiO2 đƣợc chụp ảnh hiển vi điện tử quột. (SEM)
Hỡnh 15: Ảnh SEM của mẫu Fe2O3 - SiO2
Ảnh SEM cho thấy mẫu xỳc tỏc tổng hợp cú kớch thƣớc hạt khỏ đồng đều xấp xỉ 30nm.
3.2. Đỏnh giỏ hoạt tớnh oxy húa xỳc tỏc
Phản ứng oxy húa thuốc nhuộm hoạt động LGY 27 trờn xỳc tỏc Fe2O3- SiO2 (1g/l) thực hiện ở 50o
C và tỏc nhõn oxy húa hydropeoxit.
Sản phẩm đƣợc lấy theo thời gian và xỏc định mật độ quang D tại bƣớc súng λmax = 437nm. Độ chuyển húa LGY 27 đƣa ra trong bảng.
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
Bảng 2: Độ chuyển húa LGY 27 trờn xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 Lƣợng xỳc tỏc Thời gian 1h 2h 3h 4h 5h 6h 0 g/l 3,87 5,43 5,94 6,46 9,43 1 g/l 4,39 15,68 45,94 72,38 84,50 94,98
Hỡnh 16: Độ chuyển húa LGY 27 theo thời gian phản ứng ở 50o
C. [a]: Fe2O3 - SiO2 (5%Fe2O3, 1g/l).
[b]: khụng xỳc tỏc
Khi khụng cú xỳc tỏc độ chuyển húa LGY 27 thấp chỉ đạt 9,3% sau 5h phản ứng. Dƣới tỏc dụng của tỏc nhõn oxi húa mạnh H2O2 và nhiệt độ, sự phõn hủy của thuốc nhuộm LGY 27 vẫn rất kộm. Sự cú mặt của xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 (1g/l) đó làm tăng độ chuyển húa sau 5h đạt 84,5% và sau 6h đạt 95%. Nhƣ vậy, với lƣợng xỳc tỏc nhỏ đó làm tăng độ chuyển húa xấp xỉ 10 lần. Trong quỏ trỡnh phản ứng, màu của thuốc nhuộm cũng nhạt dần theo thời gian và biến mất sau 5h. Kết quả này cho thấy sự cú mặt của Fe trong mẫu tổng hợp đúng vai trũ là tõm hoạt tớnh xỳc tỏc oxi húa. Và phản ứng xảy ra theo cơ chế của quỏ trỡnh Fenton dị thể.
Để làm rừ sự thay đổi trong phõn tử và cấu trỳc đặc trƣng của thuốc nhuộm hoạt tớnh LGY 27 trong quỏ trỡnh oxi húa. Cỏc mẫu sản phẩm đƣợc đo hấp thụ UV- VIS theo thời gian phản ứng.
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
Hỡnh 17: Phổ UV-Vis của LGY 27 và sản phẩm phản ứng.
Từ phổ UV-Vis (hỡnh 17) nhận thấy trƣớc khi phản ứng phổ UV-Vis của LGY trong nƣớc đƣợc đặc trƣng bởi một dải band chớnh trong vựng nhỡn thấy và đạt hấp thụ cực đại tại bƣớc súng λmax = 437nm và hai dải band trong vựng tử ngoại 320nm, 265nm. Dải band cú cƣờng độ mạnh tại 437nm là do sự chuyển dịch điện tử từ n→ л của nhúm azo -N=N- [14]. Cỏc dải band đƣợc quan sỏt ở 320nm và 265nm đặc trƣng cho sự dịch chuyển từ của liờn kết đụi trong vũng thơm [13]. Pic ở bƣớc súng 207nm đặc trƣng cho nhúm >C=O trong phõn tử thuốc nhuộm.
Sự mất màu của thuốc nhuộm theo thời gian phản ứng là do liờn kết azo bị bẻ góy và cƣờng độ pic ở 437nm giảm. Cƣờng độ pic đặc trƣng cho vũng thơm (320nm, 265nm) cũng giảm đồng thời xuất hiện cỏc vai nhỏ ở 254nm, 228nm và dần biến mất theo thời gian phản ứng. Điều này chứng tỏ trong quỏ trỡnh oxy húa, cỏc vũng thơm bị phỏ vỡ và hỡnh thành cỏc chất trung gian kộm bền. Sau 5h phản ứng, màu thuốc nhuộm đó biến mất và cấu trỳc
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa vũng thơm cũng bị phỏ hủy hoàn toàn. Trong dung dịch chỉ cũn một lƣợng rất nhỏ cỏc axit cacboxylic hay cỏc hydrocacbon nối đụi mạch thẳng (215nm).
Khả năng vụ cơ húa thuốc nhuộm LGY 27 trờn xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 với tỏc nhõn oxy húa H2O2 đƣợc thể hiện bằng chỉ số COD. Sau 6h phản ứng chỉ số COD giảm xấp xỉ 90%. Nhƣ vậy xỳc tỏc nano Fe2O3 - SiO2 là xỳc tỏc cú khả năng oxy húa sõu thuốc nhuộm hoạt tớnh.
Để đỏnh giỏ độ bền của xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 chỳng tụi đó xỏc định lƣợng sắt tan ra trong dung dịch bằng phƣơng phỏp hấp thụ nguyờn tử (AAS). Kết quả phõn tớch AAS cho thấy sau 6h phản ứng lƣợng sắt tan ra xấp xỉ 0,5mg/l. Theo phổ EDS lƣợng sắt trong mẫu tổng hợp là 27mg Fe/ 1g xỳc tỏc, với hàm lƣợng xỳc tỏc là 1g/l trong dung dịch phản ứng thỡ lƣợng sắt tan ra khụng đỏng kể (1,8%). Nhƣ vậy cú thể đỏnh giỏ sơ bộ xỳc tỏc nano Fe2O3 - SiO2 tổng hợp theo phƣơng phỏp sol-gel tƣơng đối bền và cú khả năng dựng lại nhiều lần.
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
KẾT LUẬN
1. Đó tổng hợp thành cụng oxit hỗn hợp Fe2O3 - SiO2 cú kớch thƣớc nano (30nm) bằng phƣơng phỏp sol-gel từ cỏc tiền chất TEOS và FeCl3.
2. Mẫu Fe2O3 - SiO2 đƣợc đặc trƣng cấu trỳc, thành phần nguyờn tố, kớch thƣớc hạt bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tỏn xạ năng lƣợng tia X (EDS) và hiển vi điện tử quột (SEM).
3. Đỏnh giỏ hoạt tớnh xỳc tỏc oxy húa của Fe2O3 - SiO2 trong phản ứng oxy húa thuốc nhuộm hoạt tớnh LGY 27, kết quả cho thấy ở 50oC sau 6h độ chuyển húa LGY đạt 95%. Màu thuốc nhuộm mất và toàn bộ vũng thơm đó bị phỏ, mức độ vụ cơ húa đạt xấp xỉ 90% (theo chỉ số COD).
4. Lƣợng sắt tan ra trong phản ứng khụng đỏng kể (1,8%), xỳc tỏc nano Fe2O3 - SiO2 tổng hợp theo phƣơng phỏp sol-gel tƣơng đối bền, cú khả năng dựng lại đƣợc nhiều lần.
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
TÀI LIỆU THAM khảo
1. Cao Hữu Trƣợng, Nguyễn Thị Lĩnh. Húa học thuốc nhuộm. 2004. Đại học Bỏch Khoa Hà Nội.
2. Trần Văn Nhõn, Ngụ Thị Nga. Giỏo trỡnh cụng nghệ xỷ lý nước thải. 1999. NXB KH & KT Hà Nội. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. Trần Mạnh Trớ, Trần Mạnh Trung. Cỏc quỏ trỡnh oxy húa nõng cao trong xử lý nước và nước thải. 2006. NXB KH KT Hà Nội
4. Fan Lee. Reactivive dyes and the probem of effluent. Technical Features. Ata fournal Feb/mark 1997. 61-64
5. G.M.Walker, L.R.Weatherley. COD Remeval from textile industry effluent: Pilot plant studenties. Chemical Engineering fournal 84 (2001) 125-131.
6. D.Duprer, F.Delanoe, J.barbier JR, P.Isnard, G.Blanchard. Catalytic Oxidation of organic compounds in aqueous media. Catalysis today 29.(1996) 317-322.
7. Roberto Andreozzi, Vincenzo Capiro; Amedeo Insola, Raffacle Marotta.
Advanced oxidation processes (APOs) for water purification and Recovery. Catalysis Today 53 (1999) 51-59.
8. Jiefang Zhu, Wei Zheng, Bin He, Jinlong Zhang, Masakazu Anpo.
Characterization of Fe - TiO2 photo catalysts synthesized by hydrothermal methol and their photo catalytic Reactivity for photo degradation of XRG dye diluted in water. Journal of Molecular catalysis A: chemical 216 (2004) 35-43.
9. M. Rodriguez, N. Ben Abderrazik, S. Contreras, E. Chamarrd,
J. Gimenez, S. Esplugas. Iron(III) photoxidation of organic compounds in aqueous solution. Applied catalysis B: Envirenmental 37 (2002) 131-137. 10. J.CLon and S.S Lee. Chemical oxidation of BTX using Fenton’s Reagent.
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa 11. Gabriele Centi, Singlinda Perathoner. Teresa Torre, Maria Grazia Verduna. Catalytic Wet oxidation with H2O2 of carboxylic acids on homogeneous and heterogenous Fenten - typy catalysts. Catalysis today 55 (2000) 61- 69.
12. L.F. Liotta, M. Gruttadauria, G. Dicarlo. G. perrini. V. Librando.
Heterogeneous catalytic degradation of phenolic substrates: Catalysts activity. Journal of hazardous material 162 (2009) 588-606.
13. Huizhang, Jianhua Zhang, Chunyang Zhang, Fang Lin, Daobin Zhang.
Degradation of C.I acid orange 7 by the advanced Fenton process in combi-nation with ulncaronic irradiation. Ultrasonics Sono chemistry 16 (2009) 325- 330.
14. Jiyun Feng, Xijiun Hu, Polock Yue. Novel bentonite clay- based Fe - nanocomposite as a heterogeneous catalyst for photo - Fenton discoloration and Mineralization of orange II. Environ. Sci. Techol. 2004, 38, 269-275.
15. Ju. He, Wanhong Ma, Jianjun He, Jincai Zhao,Jimmy C. Yn.Photo oxidation of azo dye in aqueous dispersions. Envionmental 39 (2002) 211-220.
16. Jerry A. Mielczarski, Gonzalo Menten Atenas,Ela Mielczarski. Role of ion surface oxidation Layers in decomposition of azo - dye water pollutants in weak acidic solutions.
17. Brian L. Cushing, Vladimir L. Kolesnichenko, and Charles J. O’connor.
Recent advanced in the liquid-phas syntheses of Inoranganic Nanoparticles. Chem Rev, 2004, 104(9). 3893-3946.
18. R.Ratnasamy and R. Rumar. Ferrisilicat analogs of Zeolites. Vol.9, No.4, 10 june 1991.
19. Zheng- lin Lu, Ekkehard Lindner and Hermann A. Mayer. Application of sol - gel - processed Interphase catalysts. Chem. Rev. 2002. 102 (10) 3543-3578
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
LỜI CẢM ƠN
Tụi xin chõn thành cảm ơn sự dạy dỗ tận tỡnh của cỏc thầy cụ Trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội II, đặc biệt là cỏc thầy cụ trong khoa Húa Học của trƣờng. Khúa luận tốt nghiệp này đƣợc thực hiện tại phũng Húa Lý Bề Mặt, Viện Húa Học, Viện Húa Học và Cụng Nghệ Việt Nam. Trong thời gian làm khúa luận tốt nghiệp, tụi đó nhận đƣợc sự chỉ bảo và giỳp đỡ về kiến thức cũng nhƣ kỹ thuật thực nghiệm của cỏc cỏn bộ nghiờn cứu ở Viện. Nhờ sự hƣớng dẫn nhiệt tỡnh và hiệu quả đú mà tụi đó hoàn thành khúa luận tốt nghiệp trong một khoảng thời gian tƣơng đối eo hẹp.Do đú, tụi xin bày tỏ lũng cảm ơn sõu sắc đến tiến sĩ Trần Thị Kim Hoa cựng cỏc cỏn bộ nghiờn cứu của phũng Húa Lý Bề Mặt, Viện Húa Học, Viện Húa Học và Cụng Nghệ Việt Nam về sự quan tõm chu đỏo đối với tụi trong buổi đầu tập sự nghiờn cứu.
Cuối cựng, tụi xin bày tỏ lũng biết ơn sõu sắc đến gia đỡnh, bạn bố đó động viờn, giỳp đỡ tụi trong những năm thỏng học tập.
Hà Nội, ngày 15 thỏng 05 năm 2009
Sinh viờn
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
LỜI CAM ĐOAN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tụi xin cam đoan đề tài nghiờn cứu của tụi: “Nghiờn cứu tổng hợp xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 bằng phƣơng phỏp sol - gel cho phản ứng oxy húa hoàn toàn thuốc nhuộm hoạt tớnh Levafix Golden Yellow E - G (LGY 27) ” khụng trựng với bất kỳ đề tài nghiờn cứu nào của cỏc sinh viờn trƣờng đại học khỏc. Nếu sai tụi xin chịu hoàn toàn trỏch nhiệm.
Hà nội, ngày 15 thỏng 05 năm 2009
Sinh viờn Bựi Thị Ngỏt
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
Danh mục hỡnh vẽ-sơ đồ, bảng
Hỡnh 1: Cụng thức húa học của thuốc nhuộm hoạt tớnh LGY 27
Hỡnh 2: Nƣớc thải từ xó Dƣơng Nội, Hà Đụng nhuộm đỏ sụng La Khờ (nhỏnh của sụng Nhuệ) - trớch từ bỏo Tiền Phong : “con sụng xanh nay thành con sụng chết”
Hỡnh 3: Nƣớc thải cụng ty TNHH may mặc và giặt tẩy BẾN NGHẫ.
Hỡnh 4: Nƣớc thải từ làng nghề dệt nhuộm ven Đụ
Hỡnh 5: Nƣớc sụng Sài Gũn đoạn Bỡnh Triệu bị phõn chia thành hai màu rừ rệt do ụ nhiễm
Hỡnh 6: Sơ dồ tổng hợp oxit bằng phƣơng phỏp sol - gel.
Hỡnh 7: Sự hỡnh thành cấu trỳc dimmer, 2-D, 3-D.
Hỡnh 8: Ảnh hƣởng của pH đến cấu hỡnh hạt gel.
Hỡnh 9: Sơ đồ tổng hợp xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 .
Hỡnh 10a: Mỏy nhiễu xạ Rơnghen
Hỡnh 10b: Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trờn tia tới
Hỡnh 11 : Bƣớc chuyển năng lƣợng của cỏc electron
Hỡnh 12 : Sơ đồ phản ứng oxy húa pha lỏng
Hỡnh 13: Phổ XRD của mẫu xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2
Hỡnh 14: Phổ EDS của xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2
Hỡnh 15: Ảnh SEM của mẫu Fe2O3 - SiO2
Hỡnh 16: Độ chuyển húa LGY 27 theo thời gian phản ứng ở 50o C.
Hỡnh 17: Phổ UV-Vis của LGY 27 và sản phẩm phản ứng
Bảng 1: Phõn tớch thành phần nguyờn tố của phổ EDS của xỳc tỏc.
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
Danh mục cỏc chữ viết tắt, kớ hiệu
COD: Chemical Oxidation Demand
TEOS: Tetra ethyl octosilicat {Si(C2H5O)4}
TNHT: Thuốc nhuộm hoạt tớnh
UV - VIS: Ultra violet - visible (phổ kớch thớch hạt nhõn) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SEM: Scanning Electron Mcroscope (Hiển vi điện tử quột)
EDS: Energy Dispersive Spectroscopy (tỏn xạ năng lƣợng tia X)
XRD: X - ray Diffraction (nhiễu xạ tia X)
LGY 27: Levafix Golden Yellow E- G
CWAO: Catalytic Wet Air Oxidatio (Xỳc tỏc oxy húa dựng tỏc nhõn oxy khụng khớ)
AOPs: Advanced Oxidation Processes AOPS (phƣơng phỏp oxy húa tiờn tiến)
AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric (Phƣơng phỏp hấp thụ nguyờn tử)
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
Mục lục
Lời cảm ơn Lời cam đoan
Danh mục hình vẽ-sơ đồ, bảng
Danh mục các chữ viết tắt, kí hiệu
MỞ ĐẦU ... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ... 3
1.1. Thuốc nhuộm [1] ... 3
1.2. Phõn loại thuốc nhuộm ... 3
1.2.1. Theo cấu trỳc húa học ... 3
1.2.2. Theo đặc tớnh ỏp dụng ... 3
1.3. Sự ụ nhiễm mụi trƣờng nƣớc do thuốc nhuộm ... 5
1.4. Cỏc phƣơng phỏp xử lý ụ nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm ... 8
1.4.1. Phƣơng phỏp xử lý sinh học ... 9
1.4.2. Phƣơng phỏp keo tụ ... 9
1.4.3. Phƣơng phỏp hấp phụ ... 9
1.4.4. Cỏc phƣơng phỏp oxy húa húa học ... 9
1.5. Oxy húa tiờn tiến AOPs ... 10
1.5.1. Oxy húa quang húa ... 10
1.5.2. Oxy húa xỳc tỏc đồng thể ... 11
1.5.3. Oxy húa xỳc tỏc dị thể [12] ... 12
1.6. Phƣơng phỏp sol - gel ... 13
1.6.1. Húa học sol - gel………14 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.6.2. Sự hỡnh thành liờn kết sắt - silicat [18] ... 18
CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ... 19
2.1. Tổng hợp xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 bằng phƣơng phỏp sol - gel ... 19
2.2. Cỏc phƣơng phỏp đặc trƣng xỳc tỏc. ... 21
SV : Bựi Thị Ngỏt Lớp : K31A- Húa
2.2.2. Phƣơng phỏp phổ tỏn xạ năng lƣợng tia X (EDS) ... 23
2.2.3.Phƣơng phỏp kớnh hiển vi điện tử quột (SEM). ... 23
2.3. Cỏc phƣơng phỏp nghiờn cứu hoạt tớnh xỳc tỏc. ... 24
2.3.1. Phƣơng phỏp phổ kớch thớch electron (Ultra violet - visible: UV - Vis). .... 24
2.3.2. Phƣơng phỏp COD (Chemical Oxidation Demand). ... 26
2.3.3 Phƣơng phỏp xỏc định hoạt tớnh xỳc tỏc . ... 28
CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 29
3.1.Đặc trƣng cấu trỳc của xỳc tỏc Fe2O3 - SiO2 ... 29
3.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X……….……29
3.1.2. Phổ tỏn xạ năng lƣợng tia X……….….30
3.1.3 Hiển vi điện tử quột (SEM)………31
3.2. Đỏnh giỏ hoạt tớnh xỳc tỏc ... 31
KẾT LUẬN……….35