7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
3.4 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG THU HỒI VÀ TÁI SỬ DỤNG VẬT LIỆU XÚC
XÚC TÁC
Bảng 3.6. Hiệu suất phân hủy TC với xúc tác C,N,S–TiO2 gắn trên silicon sau nhiều lần sử dụng
Thời gian (phút)
Hiệu suất phân hủy TC (%)
Ban đầu Lần 1 Lần 2 Lần 3 60 20,32 25,60 22,27 24,92 120 43,07 32,92 28,09 26,37 180 65,28 49,72 43,18 36,14 240 71,14 55,23 52,31 60,69 300 78,47 68,41 62,42 67,95 360 81,79 81,04 80,05 79,08
Hình 3.16. Kết quả phân hủy TC bởi xúc tác C,N,S–TiO2 gắn trên silicon sau nhiều lần sử dụng 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 Ct /C o Thời gian (phút) (a) (b) (c) (d
Độ bền của xúc tác trong quá trình phân hủy TC dưới ánh sáng khả kiến được thể hiện qua hình 3.16. Xúc tác sau gắn trên miếng thủy tinh sau những lần sử dụng chỉ cần lấy ra khỏi dung dịch, rửa bằng nước mà không cần xử lý gì thêm. Kết quả cho thấy xúc tác vẫn thể hiện hoạt tính tốt sau 4 lần sử dụng. Nghiên cứu này đã cho thấy xúc tác C,N,S–TiO2 gắn trên silicon là một vật liệu xúc tác quang hóa có độ bền cao, phù hợp khi ứng dụng vào thực tiễn trong xử lý nước thải
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu điều chế vật liệu C,N,S-TiO2 và C,N,S-TiO2 gắn trên silicon nhằm ứng dụng làm xúc tác quang đã thu được những kết quả như sau:
1.Đã nghiên cứu tổng hợp thành công vật liệu xúc tác TiO2 đồng pha tạp C, N, S từ quặng ilmenite Bình Định theo phương pháp sunfat kết hợp với phương pháp thủy nhiệt.
2. Đã tiến hành đặc trưng cấu trúc của hệ vật liệu tổng hợp được. Kết quả cho thấy xúc tác TiO2 biến tính C, N, S thu được ở dạng nano, thành phần pha của TiO2 ở dạng anatase và có hoạt tính xúc tác quang tốt trong vùng ánh sáng khả kiến. Việc pha tạp C, N, S làm giảm năng lượng vùng cấm từ đó tăng khả năng hoạt động trong vùng ánh sáng khả kiến. Vai trò của C, N, S sau khi pha tạp cũng đã được khẳng định. Qua đó so sánh và chứng minh việc pha tạp C, N, S vào TiO2 cho hoạt tính xúc tác quang trong vùng khả kiến cao hơn hẳn so với vật liệu TiO2 không pha tạp. Hoạt tính xúc tác quang của TiO2 biến tính được khảo sát qua quá trình phân hủy tetracycline dưới ánh sáng khả kiến. Kết quả cho thấy mẫu C,N,S-TiO2 cho hiệu suất phân hủy TC là 87,8 % sau 360 phút chiếu sáng,
3. Đã cố định được vật liệu C,N,S-TiO2 lên thủy tinh thông qua chất kết dính là silicon. Kết quả cho thấy mẫu vẫn giữ được thành phần pha anatase của TiO2 và thành phần các nguyên tố pha tạp là C, N, S. Mẫu sau khi gắn trên silicon vẫn cho hoạt xúc tác quang cao trong vùng ánh sáng khả kiến và có thể tái sử dụng, thu hồi dễ dàng sau khi xử lý. Từ đó mở ra triển vọng ứng dụng hệ vật liệu trong việc xử lý thực tiễn các chất chất ô nhiễm hữu cơ bền dưới điều kiện ánh sáng khả kiến.
KIẾN NGHỊ
Đề tài có thể tiếp tục phát triển theo các hướng sau:
1. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của hệ vật liệu C,N,S-TiO2 trên các chất nền khác và xử lý nhiều chất thải hữu cơ khác gây ô nhiễm môi trường.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Thông tư số 03/2012/TT-BNNPTNT ngày 16/01/2012 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về việc ban hành Danh mục thuốc, hoá chất, kháng sinh cấm sử dụng, hạn chế sử dụng
[2] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung, (2006), “Các quá trình oxi hoá nâng cao
trong xử lý nước và nước thải - Cơ sở khoa học và ứng dụng”, Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[3] Ngô Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê, (2008), “Điều chế bột anatase kích thước nano mét bằng cách thủy phân titan isopropoxit trong dung môi cloroform- nước”, Tạp chí hóa học, 46(2A), tr. 177-181.
[4] Ngô Sỹ Lương và cộng sự (2006), “Khảo sát quá trình điều chế titan dioxit dạng bột kích thước nano bằng phương pháp thủy phân tetra n-butyl
octotitanat trong dung môi hỗn hợp etanol-nước”, Tạp chí Phân tích Hóa
Lý và Sinh học, 11(3B), tr.52-56.
[5] Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Nhu Liễu, Nguyễn Hữu Trí, Trần Trí Luân, (2003), “Nghiên cứu và điều chế vật liệu xúc tác quang hoá TiO2 từ sa
khoáng illmenite Việt Nam”, Báo cáo tại Hội nghị Hoá học toàn quốc lần
thứ IV, Hà Nội.
[6] Ngô Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê, (2008), “Điều chế bột anatase kích thước nano mét bằng cách thủy phân titan isopropoxit trong dung môi cloroform- nước”, Tạp chí hóa học, 46 (2A), tr. 177-181.
[7] Nguyễn Văn Cường và cộng sự, (2009), “Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang
trên cơ sở vật liệu TiO2-SiO2 và ứng dụng trong xử lý nước nghiễm Phenol”,
Phát triển Khoa học & Công nghệ Môi trường, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 12 (2), 17-28.
[8] T. N. Tran, T. V. A. Pham, M. L. P. Le, T. P. T. Nguyen and V. M. Tran (2013), Synthesis of amorphous silica and sulfonic acid functionalized
silica used as reinforced phase for polymer electrolyte membrane, Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol, 4, 1-6.
[9] Nguyen Thi Lan, Vo Hoang Anh, Nguyen Thi Viet Kieu, Le Thi Thanh Thuy, Nguyen Phi Hung (2017), Influence factors of the preparation of
TiO2 nanoparticles from Binh Dinh ilmenite ore using H2SO4 agent,
Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, 6 (3), 72-77. Tiếng anh
[10] Kaur, Japinder, Bansal, Sami, Singhal, Sonal, (2013), “Photocatalytic degradation of methyl orange using ZnO nanopowders synthesized via
thermal decomposition of oxalate precursor method”, Physica B:
Condensed Matter, 416, 33–38.
[11] Kim, Sung, Choi, Myong, Hyunchul, (2016), “Photocatalytic activity of
SnO2 nanoparticles in methylene blue degradation”, Materials Research
Bulletin, 74, 85–89.
[12] Deshpande, Siddharth, Tamboli, Mohaseen, Arbuj, Sudhir, Mulik, Uttam, Amalnerkar, (2014), "Synthesis of Nanostructured Ta2O5 and Its
Photocatalytic Performance Study" Journal of Nanoengineering and
Nanomanufacturing, 4, 1166 –1196.
[13] Shahabuddin, Syed, Muhamad Sarih, Norazilawati, Mohamad, Sharifah, Juan, Joon Ching (2016) "SrTiO3 Nanocube - Doped Polyaniline Nanocomposites with Enhanced Photocatalytic Degradation of Methylene
Blue under Visible Light", Polymers, 8, 1-8
[14] A. Fujishima, K. Honda, (1972), “Electrochemical photolysis of water at
a semiconductor electrode”, Nature, 37, 238-246.
[15] E. Grabowska, A. Zaleska, J. W. Sobczak, M. Gazda, J. Hupka, (2009),
“Boron-doped TiO2Characteristics and photoactivity under visible light”,
[16] K. Palanivelu, Ji Sun Im and Young-Seak Lee, (2007), “Carbon Doping
of TiO2 for Visible Light Photo Catalysis - A review”, Carbon Science, 8,
214–224.
[17] In-Cheol Kang, Qiwu Zhang, Junya Kano, Shu Yin, Tsugio Sato, Fumio Saito (2007), "Synthesis of nitrogen doped TiO2 by grinding in gaseous NH3", Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 189 (2- 3), 232–238.
[18] Lin, Xiaoxia, Rong, Fei, Fu, Degang, Yuan, Chunwei, (2012), "Enhanced
photocatalytic activity of fluorine doped TiO2 by loaded with Ag for
degradation of organic pollutants", Powder Technology, 219, 173–178.
[19] L. Devi, Rg. Kavitha, (2014),"Enhanced photocatalytic activity of sulfur
doped TiO2 for the decomposition of phenol: A new insight into the bulk
and surface modification" Materials Chemistry and Physics, 143, 1300 –
1308.
[20] Lin, Xiaoxia, Rong, Fei, Fu, Degang, Yuan, Chunwei, (2012),"Enhanced
photocatalytic activity of fluorine doped TiO2 by loaded with Ag for
degradation of organic pollutants", Powder Technology, 219, 173–178.
[21] Li, Xuemin, Guo, Zhengkai, He, Tao, (2013), "The doping mechanism of
Cr into TiO2 and its influence on the photocatalytic performance”, Physical
chemistry chemical physics, 15, 1039-1047.
[22] Mojtaba Safari, Rasoul Talebi, Mohammad Hossein Rostami, Manouchehr Nikazar,Mitra Dadvar, (2014), “Synthesis of iron-
doped TiO2 for degradation of reactive Orange16”, Journal of
Environmetal Health Science & Engineering, 1-9.
[23] Escalante, Karen, García, Ma, Rodriguez, Francisco, Ortiz-Frade, L., Godínez, Luis, (2013), "Study of the photo-electrochemical activity of
cobalt- and nickel-doped TiO2 photo-anodes for the treatment of a dye-
contaminated aqueous solution", Journal of Applied Electrochemistry, 43,
[24] Jiang, Chen, Daimei, Zhongyi, Geng, Jiaqing, Wang, Qun, (2007),
“Carbon and Nitrogen Co-Doped TiO2 with Enhanced Visible-Light”
Photocatalytic Activity, Industrial & Engineering Chemistry Research, 46, 1021-1029.
[25] Jaiswal, Rishabh, Patel, N., Kothari, D C, Miotello, A, (2012), "Improved
visible light photocatalytic activity of TiO2 co-doped with Vanadium and
Nitrogen" Catalysis B Environmental, 126, 47-56.
[26] Dorian Hanaor, Charles Sorrell. “Review of the anatase to rutile phase
transformation”, Journal of Materials Science, Springer Verlag, 2011, 46
(4), 855-874
[27] David A Keen and Martin T Dove (1999), “Local structures of amorphous and crystalline phases of silica, SiO2, by neutron total scattering”, Journal
of Physics: Condensed Matter, 11(47), 9263-9273
[28] X. Cheng, et al., Synthesis and characterization of C-N-S-tridoped TiO2 nano-crystalline photocatalyst and its photocatalytic activity for
degradation of rhodamine B, Journal of physics and Chemistry of solids
(2013), 74, 684-690.
[29] Y. Wu, et al., Properties of carbon and iron modified TiO2 photocatalyst synthesized at low temperature and photodegradation of acid orange 7
under visible light, Applied Surface Science (2010), 256, 4260-4268.
[30] G. Zhang, et al., Visible light-sensitized S, N and C co-doped polymorphic
TiO2 for photocatalytic destruction of microcystin-LR, Applied Catalysis
B: Environmental (2014), 144, 614-621
[31] X. Wang, et al., Solvothermal synthesis of Fe-C co-doped TiO2 nanoparticles for visible-light photocatalytic removal of emerging organic
contaminants in water, Applied Catalysis A: General(2011), 409-410, 257-
[32] H. J. Yun, et al., Facile preparation of high performance visible light
sensitive photo-catalysts, Applied Catalysis B: Environmental (2010), 94,
241-247.
[33] X. Wang, et al., Solvothermal synthesis of C-N codoped TiO2 and photocatalytic evaluation for bisphenol A degradation using a visible-light
irradiated LED photoreactor, Applied Catalysis B: Environmental(2010),
100, 355-364.
[34] H. Liu, Y. Wu, and J. Zhang, A new approach toward Carbon - Modified
Vanadium - Doped Titanium Dioxide Photo catalysts, Applied Materials &
Interfaces (2011), 10, 1021-1027.
[35] Lee, Heejin, Jurng, Jongsoo, Park, Young–Kwon, (2011), “The synthesis
and coating process of TiO2 nanoparticles using CVD process", Powder
Technology, 214, 64–68.
[36] Asahi R, Morikawa T, Ohwaki T, Aoki K, Taga Y (2001), “Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium dioxide”, Science; 293: 269-271. [37] Chen, J.-Y, Peng, T.-Z, Xiao, Y.-F, (2003) "Preparation of titanium dioxide/bentonite composite material with high activity and study on its
photo-catalysis" Acta Chimica Sinica, 61, 1311- 1315.
[38] Predoi, Daniela, Cao, Xi, Liu, Chen, Hu, Yandi, Yang, Wenli, Chen, Jiawei, (2016) "Synthesis of N/Fe Comodified TiO2 Loaded on Bentonite for
Enhanced Photocatalytic Activity under UV-Vis Light”, Journal of
Nanomaterials, 1687- 4110.
[39] Wooseok Nam., K. Woo, and G. Han, (2009), “Photooxidation of anionic surfactant (sodium lauryl sulfate) in a three-phase fluidized bed reactor
using TiO2/SiO2 photocatalyst”, 15, 348-353.
[40] Tian J., et al. (2009), “Photocatalyst of TiO2/ZnO nano composite film: Preparation, characterization, and photodegradation activity of methyl
[41] Andreas Hanel, P.M., Adriana Zaleska, Jan Hupka, (2010),
“Photocatalytic activity of TiO2 immobilized on glass beads”,
Physicochem. Probl. Miner. Process, 45, 49-56.
[42] Shavisi Y., et al. (2014), “Application of solar light for degradation of
ammonia in petrochemical wastewater by a floating TiO2/LECA
photocatalyst”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20, 2806-
2813.
[43] Yamashita H., et al. (2008), “TiO2 photocatalyst loaded on hydrophobic
Si3N4 support for efficient degradation of organics diluted in water”,
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
[1] Lê Thị Thanh Thúy, Huỳnh Thanh Tùng, Nguyễn Phi Hùng, “Tổng hợp
vật liệu C, N, S đồng pha tạp vào TiO2 phủ trên silicone ứng dụng trong xử lý
chất kháng sinh tetracycline dưới ánh sáng khả kiến”, Tạp chí xúc tác và hấp
PHỤ LỤC Kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của TiO2
Hình 2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của C,N,S-TiO2
T iO 2 -C N S 00 -0 2 1 -1 2 7 2 ( * ) - A n a t as e , s y n - T i O 2 - Y : 83 . 72 % - d x b y : 1 . - W L : 1 . 5 4 0 6 - T et ra g o n al - a 3 .7 8 52 0 - b 3 . 7 8 5 2 0 - c 9 . 5 1 39 0 - alp h a 9 0. 0 00 - b e ta 9 0. 0 00 - g a m m a 9 0 . 0 0 0 - B o d y -c en t ere d - I 41 / am d (1 4 1) - 4 - 1 36 . 31 3 - I/ I c 1 ) T h u y Q N M N S C T iO 2 - F ile : T h u y Q N M N S C T iO 2 . r aw - T y p e: 2 T h / T h l oc k e d - S t a rt : 19 . 77 5 ° - E n d: 7 9. 8 25 ° - St e p: 0 . 02 0 ° - S t ep t im e : 1 . s - T e m p . : 2 5 °C ( R oo m ) - T im e S t ar te d : 0 s - 2- T he t a : 1 9. 7 75 ° - T he t a: 1 0. 0 00 ° - C T hu y Q N M N S C T iO 2 - Le f t A n gl e : 2 2 .5 1 7 ° - R ig h t A ng le : 2 8 . 3 0 2 ° - L ef t I nt . : 7. 5 5 C p s - R ig h t I n t .: 6 . 78 C ps - O b s . M a x : 2 5 .1 7 9 ° - d (O bs . M a x ): 3 . 5 3 4 - M a x I n t. : 7 8 . 5 C p s - N e t H e igh t : 7 1 .3 C p s - F W H M : 1 . 17 0 ° - C h o r Li n (C p s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 20 0 2 - T he t a - S c a le 2 0 3 0 4 0 50 6 0 70 8 0 d = 3. 5 24 d= 2 .3 8 1 d= 2 .3 2 2 d =1 .8 9 8 d = 1 .7 0 3 d= 1 .3 3 4
Hình 3. Phổ tán xạ năng lượng EDX của hệ C,N,S-TiO2/ Silicon
HANOI NATIONAL UNIVERSITY OF EDUCATION TriStar 3000 V6.07 A Unit 1 Port 3 Serial #: 2125 Page 22
Sample: C,N,S,TiO2 Operator: LvK Submitter: HV DHQN
File: C:\WIN3000\DATA\2020\002-662.SMP Started: 7/27/2020 4:33:22PM Analysis Adsorptive: N2 Completed: 7/27/2020 9:43:16PM Analysis Bath Temp.: 77.350 K
Report Time: 7/29/2020 4:10:17PM Sample Mass: 0.1542 g
Warm Free Space: 6.9392 cm³ Measured Cold Free Space: 22.3817 cm³ Measured Equilibration Interval: 10 s Low Pressure Dose: None
Sample Density: 1.000 g/cm³ Automatic Degas: No
Comments: Mau: C,N,S,TiO2/Silicon. Degas o 200 C voi N2 trong 4h. Mau cua Hoc vien Cao hoc-DHQN. Ngay 27-7-2020.
Summary Report Surface Area
Single point surface area at p/p° = 0.249007834: 64.7425 m²/g BET Surface Area: 67.0389 m²/g
BJH Adsorption cumulative surface area of pores between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 67.7144 m²/g
BJH Desorption cumulative surface area of pores between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 84.5778 m²/g
Pore Volume
BJH Adsorption cumulative volume of pores
between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 0.079572 cm³/g BJH Desorption cumulative volume of pores
between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 0.087514 cm³/g Pore Size
BJH Adsorption average pore width (4V/A): 4.7005 nm BJH Desorption average pore width (4V/A): 4.1388 nm
HANOI NATIONAL UNIVERSITY OF EDUCATION TriStar 3000 V6.07 A Unit 1 Port 2 Serial #: 2125 Page 25
Sample: TiO2 99% Operator: LvK Submitter: HV DHQN
File: C:\WIN3000\DATA\2020\002-661.SMP Started: 7/27/2020 4:33:22PM Analysis Adsorptive: N2 Completed: 7/27/2020 9:43:16PM Analysis Bath Temp.: 77.350 K
Report Time: 7/29/2020 4:07:56PM Sample Mass: 0.2233 g
Warm Free Space: 6.7231 cm³ Measured Cold Free Space: 21.5019 cm³ Measured Equilibration Interval: 10 s Low Pressure Dose: None
Sample Density: 1.000 g/cm³ Automatic Degas: No
Comments: Mau: TiO2 99%. Degas o 200 C voi N2 trong 4h. Mau cua Hoc vien Cao hoc-DHQN. Ngay 27-7-2020.
Summary Report Surface Area
Single point surface area at p/p° = 0.249307121: 8.6604 m²/g BET Surface Area: 8.8711 m²/g
t-Plot Micropore Area: 2.1494 m²/g t-Plot External Surface Area: 6.7217 m²/g BJH Adsorption cumulative surface area of pores between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 6.3760 m²/g
BJH Desorption cumulative surface area of pores between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 6.2886 m²/g
Pore Volume
t-Plot micropore volume: 0.000965 cm³/g BJH Adsorption cumulative volume of pores
between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 0.025231 cm³/g BJH Desorption cumulative volume of pores
between 1.7000 nm and 300.0000 nm width: 0.024459 cm³/g Pore Size
BJH Adsorption average pore width (4V/A): 15.8288 nm BJH Desorption average pore width (4V/A): 15.5578 nm