Thời gian (h) Nồng độ còn lại (ppm) Hiệu suất (%)
2 1.914 90.43
6 0.718 96.41
12 0.23 98.85
Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý quang phân hủy Rhodamin B của vật liệu tái sinh không kém gì vật liệu ban đầu (sau 12 giờ đạt hiệu suất 98.85%). Có thể thấy đây là hệ vật liệu có nhiều ưu điểm. Hoạt tính xúc tác cao, bền, không bị ảnh hưởng bởi pH và dễ dàng tái sinh. Những ưu điểm đó cho thấy hệ vật liệu TM2 (5%ZnO/10%TiO2/SiO2) có triển vọng ứng dụng thực tế rất cao cho quá trình oxi hóa quang phân hủy nói chung và xử lý Rhodamin B nói riêng.
3.6. Thử nghiệm khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác của vật liệu TM2 vật liệu TM2
Alizarin Yellow GG và Xanh Metylen. Hiệu quả xử lý được xác định bằng phương pháp đo trắc quang (Alizarin Yellow GG ở bước sóng 353nm và Xanh Metylen ở bước sóng 665nm).
Điều kiện thực nghiệm của phản ứng xử lý quang phân hủy Alizarin Yellow GG và Xanh Metylen được chọn tương tự như với Rhodamin B: 100ml dung dịch chất nồng độ 20ppm, lượng xúc tác 0.75g, pH = 7, chiếu UV, tiến hành trong 12 giờ. Kết quả được đưa ra trong bảng 3.12.
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý Alizarin Yellow GG và Xanh Metylen
Thời gian (h)
Nồng độ đầu (ppm)
Alizarin Yellow GG Xanh Metylen Nồng độ sau (ppm) Hiệu suất phân hủy (%) Nồng độ sau (ppm) Hiệu suất phân hủy (%) 2 20 7.29 65.3 0.25 98.75 6 20 6.73 67.93 0.21 98.97 8 20 4.65 78.57 0.19 99.07 12 20 2.75 86.9 0.12 99.39
Hình 3.22. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất phân hủy Alizarin Yellow GG và Xanh Metylen
Hình 3.24. Màu của dung dịch Xanh Metylen và vật liệu TM2 sau phản ứng
Sau 2 giờ phản ứng hiệu suất xử lý Xanh Metylen đạt 99.4%. Tuy nhiên theo quan sát vật liệu xúc tác có màu xanh nhạt sau 12 giờ phản ứng (hình 3.25), điều này có thể giải thích là do phân tử Xanh Metylen tương dối phân cực nên có ái lực lớn đối với vật liệu. Hoặc cũng có thể do nồng độ 20ppm là khá lớn, làm cho phân tử Xanh Methylen hấp thụ lên bề mặt vật liệu dày đặc làm giảm khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu dẫn đến việc sản sinh ra các gốc tự do giảm, nên vật liệu vẫn có màu xanh nhạt [13,14,23].
Trong cùng điều kiện nghiên cứu, hiệu suất xử lý Alizarin Yellow GG thấp hơn chỉ đạt 86.9% sau 12 giờ.
KẾT LUẬN
Trong quá trình nghiên cứu và dựa trên kết quả thực nghiệm thu được có thể rút ra được một số kết luận sau:
1. Đã điều chế thành công xúc tác quang hóa TiO2 phân tán trên nền SiO2 với hàm lượng 9% TiO2 và đã biến tính thành công hệ vật liệu TiO2/SiO2 với các hàm lượng ZnO khác nhau (0.87%, 4%, 11.12%).
2. Những đặc trưng cấu trúc của vật liệu được đánh giá bằng các phương pháp vật lý hiện đại (XRD, SEM, EDX, BET). Kết quả cho thấy TiO2 được tạo thành ở pha anatase với kích thước nano, phân tán trên nền SiO2 vô định hình. ZnO hình thành ở pha tứ diện. Diện tích bề mặt của hệ 10%TiO2/SiO2
là 424.6 m2/g và của hệ phân tán ZnO là 208.5m2/g. Các hệ vật liệu xúc tác chủ yếu là các hạt hình cầu với kích thước khoảng 20 ÷ 50nm.
3. Đã nghiên cứu tính chất xúc tác quang của các hệ vật liệu trong phản ứng quang phân hủy Rhodamin B. Kết quả cho thấy rằng hệ 5%ZnO/10%TiO2/SiO2 cho hiệu quả xử lý Rhodamin B lớn nhất (98.31%). Đồng thời đã nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng (pH, thời gian, lượng xúc tác, điều kiện chiếu sáng) đến quá trình quang phân hủy Rhodamin B. Các điều kiện tối ưu nhận được là: pH = 7, lượng xúc tác 0.75g, chiếu UV trong 12 giờ, hiệu suất đạt 98.31% khi xử lý 100ml dung dịch Rhodamin B 20ppm.
4. Thử nghiệm khả năng xử lý 2 phầm màu Alizarin Yellow GG và Xanh Metylen của vật liệu 5%ZnO/10%TiO2/SiO2. Sau 12 giờ hiệu suất xử lý đối với Alizarin Yellow GG là 86.9%, đối với Xanh Metylen là 99.39%.
5. Khảo sát được khả năng tái sử dụng và tái sinh của vật liệu 5%ZnO/10%TiO2/SiO2. Theo đó, sau khi quay vòng lần thú 4 khả năng xử lý của vật liệu vẫn là 72.17%. Sau khi tái sinh, vật liệu tái sinh đạt hiệu suất xử lý tương tự như vật liệu ban đầu. Đây là cơ sở khẳng định vật liệu xúc tác
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Đào Thị Hiên (2013), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác TiO2 xử lý Xanh Metylen trong nước”, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại
Học Quốc Gia Hà Nội.
2. Đặng Kim Chi (1998), Hóa học môi trường, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà
Nội.
3. Hoàng Ngọc Chiến (2012), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa
dựa trên cơ sở TiO2 ứng dụng cho việc xử lý một số hợp chất hữu cơ độc hại trong nước, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học
Quốc Gia Hà Nội.
4. Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lí ứng dụng trong hóa học,
Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội.
5. Nguyễn Thị Kim Giang (2005), Nghiên cứu vật liệu TiO2 biến tính và khả năng quang xúc tác của chúng, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa Học
Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
6. Nguyễn Thị Thu Hà (2013), “Nghiên cứu quang hóa xúc tác TiO2 phân hủy thuốc trừ cỏ trong môi trường nước”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa
Học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
7. Phan Văn Tường (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại
học quốc gia Hà Nội
8. Phạm Văn Thưởng, Đặng Đình Bạch (2001), “Giáo trình cơ sở hóa học môi
trường”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.
9. Trần Thị Thanh Xuân (2005), Điều chế và khảo sát tính chất TiO2 dạng bột kích thước nano mét từ chất đầu là titan acoxit, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại
Tiếng Anh
10. A.R. Khataee, M.B.Kasiri (2010), “Review Photocatalytic degradation of organic dyes in the presence of nanostructured titanium dioxide: Influence of
the chemical structure of dyes”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical ,
328, pp. 8-26.
11. B.A. Sava, Adriana Diaconu, M. Elisa, C.E.A. Grigorescu, I.C. Vasiliu, A. Manea (2007), “Structural characterization of the sol–gel oxide powders from the ZnO–TiO2 –SiO2 system”, Superlattices and Microstructures 42, pp. 314–
321.
12. Chen Shifu, Cao Gengyu (2005), “Photocatalytic degradation of organophosphorus pesticides using floating photocatalyst TiO2/SiO2beads by
sunlight”, Solar Energy 79, pp. 1–9.
13. C.Jin, R.Y.Zheng, Y. Guo, J.L.Xie, Y.X.Zhu, Y.C.Xi(2009), “Hydrothermal
synthesis and characterization of phosphorous-doped TiO2 with high
photocatalytic activity for Methylene Blue degradation”, Journal of Molecular
Catalysis A: Chemical, 313, pp. 44-48.
14. Fawzi Banat, Sameer A1-Asheh, Ma'moun A1-Rawashdeh Mohammad Nusair, “Photodegradation of methylene blue dye by the UV/H202 and
UV/acetone oxidation processes”, Desalination 181 (2005), pp.225-232.
15. M. Muneer , D. Bahnemann , M. Qamar , M.A. Tariq , M. Faisal (2005),”Photocatalysed reaction of few selected organic systems in presence
of titanium dioxide”, Applied Catalysis A: General, 289,pp. 224–230.
16. Mangalampalli et al (2009), “An efficient and novel porous nanosilica supported TiO2 photocatalyst for pesticide degradation using solar light”,
Journal of Hazardous Materials, 171, 626–633.
17. Min Gyu Choi, Young-Gi Lee, Seung-Wan Song, Kwang Man Kim (2010), “Lithium-ion battery anode properties of TiO2 nanotubes prepared by the
18. M.Saif, M.S.A.Abdel-Mottaleb (2007), “Titanium dioxide nanomaterial doped with trivalent lanthanide ions of Eu and Sm: Preparation, characterization and
potential applications”, Inorganica Acta, 360, pp. 2863-2874.
19. Sangwook Lee, In-Sun Cho, Duk Kyu Lee, Dong Wook Kim, Tae Hoon Noh, Chae Hyun Kwak, Sangbaek Park, Kug Sun Hong, Jung-Kun Lee, Hyun Suk Jungc (2010), “Influence of nitrogenchemical states on photocatalytic activities of nitrogen-doped TiO2 nanoparticles under visible light”, Journal of
Photochemistry and Photobiology.
20. S.Karvinen, Ralf-Johan Lamminmaki (2003), “Preparation and
characterization of mesoporous visible-light-active anatase”, Solid State
Sciences, 5, pp. 1159-1166.
21. Thillai Sivakumar Natarajan, Molly Thomas, Kalithasan Natarajan, Hari C. Bajaj, Rajesh J. Tayade (2011), “Study on UV-LED/TiO2 process for
degradation of Rhodamine B dye”, Chemical Engineering Journal.
22. U.G.Akpan, B.H.Hameed (2010), “The advancements in sol-gel method of doped-TiO2 photocatalysts”, Applied Catalysis A: General, 375, pp. 1-11.
23. V. S. Shrivastava, “Photocatalytic degradation of Methylene blue dye and
Chromium metal from astewater using nanocrystalline TiO2 Semiconductor”,
Scholars Research Library.
24. Weihua Suna, Lujun Chen, Jinping Tian, Jianlong Wang, Shijun H (2013),
“Degradation of a monoazo dye Alizarin Yellow GG in aqueous solutions by
gamma irradiation: Decolorization and biodegradability enhancement”,
Radiation Physics and Chemistry 83, pp.86 – 89.
25. Xi-Tao Wang, Shun-He Zhong, Xiu-Fen Xiao (2005), “Photo-catalysis of ethane and carbon dioxide to produce hydrocarbon oxygenates over ZnO- TiO2/SiO2 catalyst”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 229, pp. 87–
PHỤ LỤC
Hình 1: Kết quả đó EDX của hệ vật liệu 0.87%ZnO/9%TiO2/SiO2
Hình 3: Kết quả đó EDX của hệ vật liệu 11.12%ZnO/9%TiO2/SiO2
3. Kết quả đo BET