Từ các kết quả về độ chuyển hóa RhB và kháng sinh trong môi trường nước của vật liệu composite ANT-10-1, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm quang xúc tác của composite ANT-10-1 để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi tôm để phát triển tiềm năng ứng dụng của vật liệu này.
Mẫu nước thải nuôi tôm được lấy ở khu vực xã Nhơn Hội, Tp. Quy Nhơn, tỉnh Bình Định. Mẫu nước thải được lấy ở kênh xả thải chung, mẫu 1 được lấy trong hồ nuôi tôm phía trên ống xả thải, kí hiệu M1, mẫu 2 được lấy cách ống xả thải 2 m về phía hạ lưu kênh xả thải, kí hiệu M2. Mẫu sau khi lắng lọc được xác định giá trị COD. Kết quả được trình bày ở Bảng 3.9.
Bảng 3. 9. Giá trị COD của mẫu nước thải nuôi tôm sau khi lắng lọc
M1 M2
COD(mgO2/L) 11,20 9,85
Từ các dữ liệu thu thập được từ các hộ dân nuôi tôm cho thấy, mẫu nước thải thực tế có chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ khác nhau như: chất kháng sinh, chất kích thích tăng trưởng, chất diệt tạp,… Lượng chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm công nghiệp không lớn nhưng khó bị phân hủy bởi vi sinh, do vậy cần xử lý chúng để chuyển hóa chúng thành CO2 và H2O là những chất vô hại trong môi trường bằng phương pháp hóa học quang xúc tác.
Mẫu sau khi xử lý được xác định giá trị COD. Kết quả được trình bày ở Bảng 3.10.
Bảng 3. 10. Giá trị COD của nước hồ tôm và nước thải sau khi xử lý trên mẫu vật liệu composite ANT-10-1 M1 M2 COD0 Mn (mgO2/L) 9,72 8,58 COD1Mn (mgO2/L) 4,54 3,76 Độ chuyển hóa (%) 53,29 56,18
Kết quả xử lý các mẫu nước thải nuôi tôm ở Bảng 3.10 cho thấy, giá trị COD của nước thải nuôi tôm giảm khá tốt, cụ thể sau 180 phút, hiệu suất xử lý chất hữu cơ ở mẫu 1 đạt 53,29 %, mẫu 2 đạt đều 56,18 %.
Kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng vật liệu composite ANT-10-1 xử lý các chất hữu cơ và chất kháng sinh có trong nước thải nuôi tôm ngay trong vùng ánh sáng mặt trời, nhằm góp phần hướng đến sự phát triển bền vững trong ngành nuôi nuôi tôm ở tỉnh Bình Định.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu của đề tài, chúng tôi thu được một số kết quả sau:
1. Đã tổng hợp thành công vật liệu Ag3VO4, vật liệu N-TiO2 và vật liệu composite Ag3VO4 / N-TiO2 .
2. Đã đặc trưng vật liệu vật liệu Ag3VO4, vật liệu N-TiO2 và vật liệu composite Ag3VO4 / N-TiO2 bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như XRD, SEM, IR, BET, UV-Vis. Kết quả thu được chứng minh sự tạo thành Ag3VO4 mang trên N-TiO2.
3. Đã khảo sát hoạt tính xúc tác quang của các mẫu vật liệu tổng hợp được bằng phản ứng phân hủy RhB trong dung dịch nước dưới điều kiện ánh sáng khả kiến. Kết quả cho thấy tất cả các mẫu vật liệu composite đều có khả năng xúc tác quang trong vùng ánh sáng nhìn thấy cao hơn vật liệu ban đầu. Trong đó, vật liệu ANT-10-1 cho hiệu suất xúc tác quang cao nhất đạt 64,10% sau 3 giờ chiếu sáng (mxt = 40mg, VRhB = 80 mL, Co=10 mg/L, đèn led 30W-220V).
4. Động học quá trình quang phân hủy RhB đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy quá trình phân hủy RhB trên xúc tác composite Ag3VO4 / N-TiO2
tuân theo phương trình động học bậc nhất của Langmuir-Hinshelwood.
5. Đã khảo sát sự ảnh hưởng của các gốc tự do đến quá trình xúc tác quang bằng cách sử dụng các chất dập tắt gốc tự do. Kết quả thu được khi sử dụng BQ và TBA và AO, hiệu suất phân hủy RhB lần lượt chỉ đạt 11,58, 15,25 và 34,12%. Điều này chứng tỏ, gốc O2 và các gốc •OH là hai tác nhân chính quyết định đến hiệu suất quá trình xúc tác quang của vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 hơn là lỗ trống quang sinh.
TiO2 để xử lý kháng sinh. Kết quả cho thấy tất cả các mẫu vật liệu composite đều có khả năng xử lý kháng sinh trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Trong đó, vật liệu ANT-10-1 cho hiệu suất xử lý cao nhất đạt 57,65% sau 3 giờ chiếu sáng.
7. Đã tiến hành xử lý nước thải nuôi tôm ở Bình Định, kết quả thu được cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu composite ANT-10-1 trong xử lý nước trong nuôi trồng thủy sản.
KIẾN NGHỊ
Do hạn chế về thời gian nghiên cứu, nên còn nhiều vấn đề chưa giải quyết được trong luận văn này. Do vậy chúng tôi có một số kiến nghị:
1. Mở rộng tiềm năm ứng dụng của các vật liệu tổng hợp được dùng để xử lý nhiều loại nước thải thực tế chứa các chất hữu cơ khó sinh hủy.
2. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite Ag3VO4/N- TiO2 trong các môi trường có pH khác nhau.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
Mai Hùng Thanh Tùng, Nguyễn Hồng Thự, Nguyễn Thị Phương Lệ Chi, Phạm Thanh Đồng, Trần Thị Thu Phương, Nguyễn Tấn Lâm, Đặng Nguyên Thoại, Nguyễn Thị Diệu Cẩm, “Tổng hợp vật liệu xúc tác quang composite Ag3VO4/BiVO4 nhằm ứng dụng phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong vùng ánh sáng khả kiến”, Tạp chí Phân tích Lý, Hóa và Sinh học.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Văn Dũng, Phạm Thị Thúy Loan, Đào Văn Lượng (2006), " Nghiên cứu điều chế vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 từ sa khoáng ilmenite. Phần iii: Đánh giá hoạt tính quang hóa xúc tác của TiO2 trong phản ứng quang phân hủy axít orange 10", Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, 9, pp, 25-31.
2. Vũ Thị Thu Hạnh (2008), Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO2 và TiO2 pha tạp N (TiO2: N), Luận án Tiến sĩ Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHCM, place Luận án Tiến sĩ Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHCM.
3. Nguyễn Thị Bích Lộc, Cao Thế Hà, Nguyễn Thị Bích Phượng (2009), " Nghiên cứu chế tạo TiO2 trên vật liệu mang: Đề tài nghiên cứu khoa học. Qg. 07.10", pp,
4. Trần Minh Trí , Trần Mạnh Trung (2006), " Các quá trình oxi hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải cơ sở khoa học và ứng dụng", NXB Khoa học kỹ thuật, pp,
Tiếng Anh
5. A. V. Rosario , E. C. Pereira (2014), " The role of Pt addition on the photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles: The limit between doping and metallization", Applied Catalysis B: Environmental, 144, pp, 840- 845.
6. A. Houas, H. Lachheb, M. Ksibi, E. Elaloui, C. Guillard, J.-M. Herrmann (2001), " Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water", Applied Catalysis B: Environmental, 31, pp, 145-157. 7. C.-M. Huang, G.-T. Pan, Y.-C. M. Li, M.-H. Li, T. C.-K. Yang (2009),
synthesis Ag3VO4 and Ag4V2O7 under visible light irradiation", Applied Catalysis A: General, 358, pp, 164-172.
8. D. I. Anwar , D. Mulyadi (2015), " Synthesis of Fe-TiO2 composite as a photocatalyst for degradation of methylene blue", Procedia Chemistry, 17, pp, 49-54.
9. H. Xu, H. Li, L. Xu, C. Wu, G. Sun, Y. Xu, J. Chu (2009), " Enhanced photocatalytic activity of Ag3VO4 loaded with rare-earth elements under visible-light irradiation", Industrial & Engineering Chemistry Research, 48, pp, 10771-10778.
10. H. Li, Y. Hao, H. Lu, L. Liang, Y. Wang, J. Qiu, X. Shi, Y. Wang, J. Yao (2015), " A systematic study on visible-light N-doped TiO2
photocatalyst obtained from ethylenediamine by sol–gel method",
Applied Surface Science, 344, pp, 112-118.
11. I. K. Konstantinou , T. A. Albanis (2004), " TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: Kinetic and mechanistic investigations: A review", Applied Catalysis B: Environmental, 49, pp, 1-14.
12. J. Wang, D. N. Tafen, J. P. Lewis, Z. Hong, A. Manivannan, M. Zhi, M. Li, N. Wu (2009), " Origin of photocatalytic activity of nitrogen- doped TiO2 nanobelts", Journal of the American Chemical Society, 131, pp, 12290-12297.
13. J. Y. Lee , W.-K. Jo (2016), " Heterojunction-based two-dimensional N-doped TiO2/WO3 composite architectures for photocatalytic treatment of hazardous organic vapor", Journal of hazardous materials, 314, pp, 22-31.
14. K. H. Wammer, M. T. Slattery, A. M. Stemig, J. L. Ditty (2011), " Tetracycline photolysis in natural waters: Loss of antibacterial activity", Chemosphere, 85, pp, 1505-1510.
15. K. Nakata , A. Fujishima (2012), " TiO2 photocatalysis: Design and applications", Journal of photochemistry and photobiology C: Photochemistry Reviews, 13, pp, 169-189.
16. L. Jing, Y. Xu, S. Huang, M. Xie, M. He, H. Xu, H. Li, Q. Zhang (2016), " Novel magnetic CoFe2O4/Ag/Ag3VO4 composites: Highly efficient visible light photocatalytic and antibacterial activity", Applied Catalysis B: Environmental, 199, pp, 11-22.
17. M. Zhu, P. Chen, M. Liu (2011), " Graphene oxide enwrapped Ag/AgX (X= Br, Cl) nanocomposite as a highly efficient visible-light plasmonic photocatalyst", Acs Nano, 5, pp, 4529-4536.
18. M. A. Tariq, M. Faisal, M. Muneer, D. Bahnemann (2007), " Photochemical reactions of a few selected pesticide derivatives and other priority organic pollutants in aqueous suspensions of titanium dioxide", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 265, pp, 231- 236.
19. M. Prairie, B. Stange, L. Evans (1993), " TiO2 photocatalysis for the destruction of organics and the reduction of heavy metals",
Photocatalytic purification and treatment of water and air, pp, 353- 363.
20. M. R. Hoffmann, S. T. Martin, W. Choi, D. W. Bahnemann (1995), " Environmental applications of semiconductor photocatalysis",
21. N. Laoufi, D. Tassalit, F. Bentahar (2008), " The degradation of phenol in water solution by TiO2 photocatalysis in a helical reactor", Global NEST Journal, 10, pp, 404-418.
22. P. K. Robertson (1996), " Semiconductor photocatalysis: An environmentally acceptable alternative production technique and effluent treatment process", Journal of cleaner production, 4, pp, 203- 212.
23. P. Afanasiev (2008), " Mixed TiO2–ZrO2 support for hydrotreating, obtained by co-precipitation from Zr basic carbonate and Ti oxosulfate", Catalysis Communications, 9, pp, 734-739.
24. R. E. Dinnebier, A. Kowalevsky, H. Reichert, M. Jansen (2007), " Polymorphism of Ag3VO4", Zeitschrift für Kristallographie, 222, pp, 420-426.
25. T. Commentary (1996), " Advanced oxidation processes for treatment o f industrial wastewater", An EPRI Community Environmental Center Publ, pp,
26. S. Ma, J. Xue, Y. Zhou, Z. Zhang (2015), " Enhanced visible-light photocatalytic activity of Ag2O/g-C3N4 p–n heterojunctions synthesized via a photochemical route for degradation of tetracycline hydrochloride", RSC Advances, 5, pp, 40000-40006.
27. S. Liu, Z. Qu, X. Han, C. Sun (2004), " A mechanism for enhanced photocatalytic activity of silver-loaded titanium dioxide", Catalysis Today, 93, pp, 877-884.
28. S. Khanchandani, S. Kundu, A. Patra, A. K. Ganguli (2013), " Band gap tuning of ZnO/In2S3 core/shell nanorod arrays for enhanced visible- light-driven photocatalysis", The Journal of Physical Chemistry C, 117, pp, 5558-5567.
29. R. Munter (2001), " Advanced oxidation processes–current status and prospects", Proc. Estonian Acad. Sci. Chem, 50, pp, 59-80.
30. T. A. Albrecht, C. L. Stern, K. R. Poeppelmeier (2007), " The Ag2O− V2O5− hf (aq) system and crystal structure of α-Ag3VO4", Inorganic chemistry, 46, pp, 1704-1708.
31. X. Zou, Y. Dong, X. Zhang, Y. Cui (2016), " Synthesize and characterize of Ag3VO4/TiO2 nanorods photocatalysts and its photocatalytic activity under visible light irradiation", Applied Surface Science, 366, pp, 173-180.
32. X. Lv, J. Wang, Z. Yan, D. Jiang, J. Liu (2016), " Design of 3D h-BN architecture as Ag3VO4 enhanced photocatalysis stabilizer and promoter", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 418, pp, 146- 153.
33. X. Hu , C. Hu (2010), " Selective photocatalytic degradation of azodyes in NiO/Ag3VO4 suspension", Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 85, pp, 1522-1527.
34. Y. Xu, H. Xu, J. Yan, H. Li, L. Huang, J. Xia, S. Yin, H. Shu (2013), " A plasmonic photocatalyst of Ag/AgBr nanoparticles coupled with g- C3N4 with enhanced visible-light photocatalytic ability", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 436, pp, 474- 483.
35. Y. Lu, Y. Wan, S. Bi, H. Weng, Y. Huang, L. Qin, H. J. Seo (2016), " Synthesis, surface and optical properties of Ag2CaV4O12 nanoparticles for dye removal under visible irradiation", Materials Chemistry and Physics, 180, pp, 263-271.
PHỤ LỤC 1
Bảng giá trị C/C0 của RhB theo thời gian t (phút) của các vật liệu ANT-x-1 (x = 5, 7, 10 và 13)
Thời gian (phút)
C/C0
ANT-5-1 ANT-7-1 ANT-10-1 ANT-13-1
0 1.000 1.000 1.000 1.000 30 0.822 0.831 0.732 0.867 60 0.715 0.684 0.630 0.738 90 0.661 0.637 0.578 0.642 120 0.607 0.594 0.491 0.532 150 0.553 0.534 0.437 0.478 180 0.499 0.433 0.359 0.415
PHỤ LỤC 2
Bảng giá trị C/C0 của kháng sinh theo thời gian t (phút) của các vật liệu ANT-x-1 (x = 5, 7, 10 và 13)
Thời gian (phút)
C/C0
ANT-5-1 ANT-7-1 ANT-10-1 ANT-13-1
0 1.000 1.000 1.000 1.000 30 0.654 0.514 0.550 0.613 60 0.636 0.495 0.504 0.590 90 0.626 0.485 0.498 0.580 120 0.608 0.478 0.469 0.567 150 0.601 0.475 0.443 0.558 180 0.591 0.452 0.423 0.545