1.7.1
Rhodamin B (RhB) là một loại thuốc nhuộm base-cation, có công thức phân tử là C28H31ClN2O3 (M = 479 g/mol) và được gọi bằng một số tên khác như basic violet 10, brilliant pink B, tetraethylrhodamin [52].
H nh 1.14 Công thức cấu tạo của Rhodamin B [52]
Rhodamin B là những tinh thể màu tối, có ánh xanh, ở dạng bột có màu nâu đỏ. RhB là một thuốc nhuộm độc hại, có nhiệt độ nóng chảy khoảng 210ºC, tan tốt trong nước, metanol và etanol. Khi tan trong nước, dung dịch Rhodamin B có màu hồng với độ hòa tan là 15 g/L (20ºC) và hấp thụ bước sóng mạnh nhất ở 553 nm [52].
Rhodamin B là một trong những thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến cho mục đích tạo màu và nhuộm màu trong các ngành công nghiệp như dệt nhuộm,
25 giấy, sơn, nhựa, dược phẩm,…Ngoài ra, RhB cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sinh học như là chất chỉ thị sinh học để phát hiện vacxin bệnh dại cho động vật hoang dã, kiểm soát lượng thuốc bảo vệ thực vật, xác định tốc độ và hướng của dòng chảy vận chuyển hoặc trong kính hiển vi huỳnh quang, quang phổ huỳnh quang tương quan. Trước đây, RhB được sử dụng trong thực phẩm như là một chất tạo màu nhưng hiện nay RhB đã bị cấm ở hầu hết các nước trên thế giới trong sản xuất và chế biến thực phẩm bởi tính độc hại và khả năng gây ung thư [52].
Với những ứng dụng như trên nên Rhodamin B được sử dụng một cách phổ biến, cũng chính vì thế mà thực trạng phát thải Rhodamin B đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Rhodamin B đại diện cho những loại thuốc nhuộm quan trọng được sử dụng trong các ngành công nghiệp, nhất là ngành công nghiệp dệt may. Tuy nhiên, nước thải từ ngành công nghiệp đó lại là một trong những nguyên nhân chính gây ra các vấn đề ô nhiễm nguồn nước trên toàn thế giới. Mỗi năm có khoảng 1,3 triệu tấn thuốc nhuộm được sử dụng với hơn 100.000 loại thuốc nhuộm khác nhau, trong đó 10-25% lượng thuốc nhuộm bị mất trong quá trình sử dụng và 2-20% lượng thuốc nhuộm cùng dòng nước thải được xả trực tiếp ra môi trường. Trong nước thải đó, nồng độ thuốc nhuộm thường ghi nhận trong khoảng 10-15 mg/L và cho cảm nhận về màu sắc trong nước là từ 0,3 mg/L [52]. Việc xả thải dòng nước chứa thuốc nhuộm hữu cơ chưa qua xử lý vào môi trường là điều không mong muốn, vì những tác hại không nhỏ của nó đến con người và môi trường sinh thái. Nếu không được xử lý hoàn toàn thì lượng thuốc nhuộm đó vẫn có thể tồn tại trong môi trường trong một thời gian dài vì chúng rất khó bị phân hủy ở điều kiện tự nhiên.
Với khả năng dễ hòa tan trong nước, độ ổn định cao và hiệu quả trong nhuộm màu của dòng thuốc nhuộm bazơ cation nên Rhodamin B là một trong những loại thuốc nhuộm hữu cơ được rất nhiều nhà máy, xí nghiệp, làng nghề sử dụng để nhuộm các loại tơ tằm, bông sợi,… Do đó, Rhodamin B được chọn để làm đối tượng khảo sát.
Quang xúc tác xử lý rhodamin B 1.7.2
Khi nhận thức được những tác động của các loại thuốc nhuộm hữu cơ đối với môi trường sinh thái và sức khỏe con người, thì việc phát triển các phương pháp nhằm xử lý tình trạng ô nhiễm môi trường nước cũng như chủ động trong xử lý nước thải của các nhà máy có sử dụng thuốc nhuộm là điều tất yếu và bắt buộc.
Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hữu cơ như Rhodamin B có thể chia thành hai nhóm là nhóm phân hủy và nhóm không phân hủy.Các phương pháp trong nhóm không phân hủy có thể kể đến như phương pháp đông keo tụ, phương pháp hấp phụ, phương pháp màng lọc, phương pháp keo tụ điện hóa. Các
26 phương pháp thuộc nhóm phân hủy như phương pháp sinh học, phương pháp oxy hóa điện hóa, phương pháp oxy hóa hóa học. Trong phương pháp oxy hóa hóa học, dưới những nhược điểm của các chất oxy hóa thông thường, phương pháp oxy hóa tiên tiến được phát triển nhằm cải thiện các vấn đề còn tồn tại. Phương pháp quang xúc tác là phương pháp được đánh giá cao với khả năng phân hủy hoàn toàn thuốc nhuộm Rhodamin B thành các sản phẩm vô hại như nước và cacbon dioxit. ThivaharanVaradavenkatesan cùng cộng sự đã tổng hợp thành công các hạt nano ZnO từ dịch chiết lá Cyanometra ramiflora và tiền chất kẽm axetat, sản phẩm thu được có thể phân hủy rhodamine B với hiệu suất phân hủy 98% trong vòng 200 phút dưới sự chiếu xạ của ánh sáng mặt trời và thu được hằng số phân hủy là 0,017/phút [53]. Vật liệu quang xúc tác Fe-TiO2/rGO được nhóm nghiên cứu của Ali AkbarIsari tổng hợp thành công có thể loại bỏ tối đa 91% rhodamine B dưới ánh sáng mặt trời [23]. C. Maria Magdalane cùng cộng sự đã tổng hợp thành công vật liệu quang xúc tác CeO2/Y2O3 với khả năng loại bỏ rhodamine B đến gần 98% dưới sự chiếu xạ của ánh sáng UV/Visible [54]. Vật liệu quang xúc tác nanotube polyvinyl chloride/TiO2 liên hợp đã được tổng hợp thành công bởi nhóm nghiên cứu của Bùi Đại Phát có thể hoạt động dưới ánh sáng nhìn thấy và phân hủy đến 90% rhodamine B [55].
1.8 Mục đích và nội dung nghiên cứu
Từ tổng quan tài liệu trên đây và nhu cầu xử lý môi trường trong thực tế, có thể nhận thấy BiOI có ưu điểm là năng lượng vùng cấm thấp nên có khả năng quang xúc tác trong vùng nhìn thấy. Tuy nhiên, nhược điểm của BiOI là diện tích bề mặt riêng nhỏ, khả năng tái tổ hợp electron và lỗ trống quang sinh cao, dẫn đến nhanh mất hoạt tính xúc tác.
Để khắc phục nhược điểm này, có thể sử dụng rGO để tổ hợp với BiOI nhằm tăng khả năng truyền điện tử, giảm tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống quang sinh, đồng thời tăng diện tích bề mặt riêng vật liệu, tăng khả năng hấp phụ chất hữu cơ, nâng cao hiệu của quá trình xúc tác.
Ngoài ra, nếu tổ hợp được bổ sung Fe3O4, nhờ tính chất từ, có thể dễ dàng thu hồi xúc tác trong dung dịch sau phản ứng, tăng khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu.
Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là chế tạo được tổ hợp BiOI- Fe3O4/rGO có hoạt tính xúc tác cao cho phép phân hủy được các chất màu khó phân hủy như rhodamin B trong điều kiện ánh sáng nhìn thấy.
Để đạt được mục tiêu này, các nội dung nghiên cứu chính sẽ thực hiện gồm:
- Nghiên cứu tổng hợp tổ hợp BiOI- Fe3O4/rGO theo phương pháp thủy nhiệt;
27 - Phân tích xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu: Xác định thành phần cấu trúc pha, hình thái bề mặt, thành phần nguyên tố và sự phân bố trong vật liệu, khả năng hấp thụ ánh sáng và năng lượng vùng cấm của vật liệu, diện tích bề mặt riêng của vật liệu.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của vật liệu trong phản ứng phân hủy rhodamin B dưới ánh sáng khả kiến mô phỏng bằng đèn Xenon 300W (350nm-2500nm), bao gồm: thành phần xúc tác, tỷ lệ xúc tác, nồng độ rhodamin B, pH, …
28
CHƢƠNG 2.THỰC NGHIỆM