Mục đích chính của đề tài là phát triển hệ xúc tác TiO2 trên nền graphene, biến tính với Ag, có hoạt tính quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng nhìn thấy, ứng dụng cho quá trình xử lý nước thải nhiễm dầu. Tổ hợp Ag/TiO2/rGO chế tạo được cần có khả năng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến, xử lý được nước thải nhiễm dầu đáp ứng yêu cầu QCVN 29:2010/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải của kho và cửa hàng xăng dầu.
Các nội dung nghiên cứu chính gồm:
• Tổng hợp tổ hợp xúc tác quang TiO2/rGO và Ag/TiO2/rGO.
• Đặc trưng xúc tác bằng các kỹ thuật XRD, SEM, BET, UV-VIS DRS.
• Thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác của vật liệu chế tạo được trong vùng ánh sáng nhìn thấy cho quá trình xử lý nước thải nhiễm dầu thực tế lấy từ cơ sở dịch vụ sửa xe trên địa bàn tỉnh Hưng Yên. Xác định khả năng quang xúc tác xử lý nước thải nhiễm dầu của vật liệu thông qua chỉ số COD (Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học) của nước thải trước và sau xử lý.
41
CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
Hóa chất
Hóa chất sử dụng cho thực nghiệm được thống kê trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Danh mục hóa chất
Stt Hóa chất Công thức phân tử Độ tinh khiết
nồng độ Xuất xứ
1 Bột graphit 99% Merck – Đức
2 Axit sunfuric H2SO4 98% Trung Quốc
3 Axit photphoric H3PO4 85% Trung Quốc
4 Kali pemanagat KMnO4 99,5% Trung Quốc
5 Hydro peroxit H2O2 30% Trung Quốc
6 Axit clohydric HCl 36,5% Trung Quốc
7 Etanol C2H5OH 99,7% Trung Quốc
8 Axit L-ascorbic C6H8O6 99,7% Trung Quốc 9 Acetate bạc CH3COOAg 99% Merck – Đức 10 Titanium (IV) iso-
propoxide (TTIP) Ti[OCH(CH3)2]4 97% Merck – Đức
11 Clorua kali KCl 99% Trung Quốc
12 Natri dodecyl sul-
fate (SDS) C12H25NaO4S 98.5% Trung Quốc 13 Titan dioxide
(P25) TiO2 98% Merck – Đức
Dụng cụ và thiết bị
Các dụng cụ và thiết bị sử dụng cho thực nghiệm được thống kê trong bảng 2.2.
Bảng 2.2 Danh mục thiết bị
STT Dụng cụ và thiết bị
1 Tủ sấy
2 Lò nung môi trường khí trơ 3 Thiết bị ly tâm
4 Máy khuấy từ 5 Autoclave – Teflon
6 Thiết bị đo quang phổ UV-VIS 7 Thiết bị lọc chân không và bơm 8 Máy siêu âm GT QT27300 40kHz 9 Đèn Compact 75W, Xenon 300W
42
2.2 Tổng hợp vật liệu Tổng hợp GO
Quy trình tổng hợp graphen oxit (GO) theo phương pháp Hummers cải tiến được tiến hành như sau:
Hình 2.1 Quy trình tổng hợp GO
• Cân 1g graphit cho vào cốc phản ứng 250 mL, đặt lên thiết bị khuấy từ.
• Đong 45mL H2SO4 98% và 5mL H3PO4 85% đổ vào cốc 250mL chứa 1g graphit, khuấy trong 1,5h.
• Tiến hành cho từ từ 3g KMnO4 hỗn hợp tỏa nhiệt 35-40°C và khuấy trong 3 giờ.
• Thêm từ từ 50mL nước cất vào cốc, khuấy trong 2,5h.
• Thêm từ từ 100mL nước cất vào cốc, khuấy trong 1h.
• Thêm từ từ 30mL H2O2 30% khuấy trong 30 phút.
• Lọc, rửa bằng HCl 5%, nước cất và etanol, sau đó đem đi sấy ở 70°C trong 12 giờ thu được sản phẩm graphen oxit (GO).
Tổng hợp rGO
Quy trình tổng hợp rGO dựa trên sự kết hợp giữa hai phương pháp là phương pháp khử hóa học với tác nhân khử là axit L-ascorbic và phương pháp khử nhiệt trong môi trường nitơ được tiến hành như sau:
43
Hình 2.2 Quy trình tổng hợp rGO
• Cho 100mL nước cất vào cốc 250mL chứa 0,1g GO, sau đó tiến hành siêu âm trong 1 giờ.
• Thêm 1g axit L-ascorbic vào sau đó, tiếp tục siêu âm trong 1 giờ.
• Tiến hành khuấy trong 8 giờ ở nhiệt độ 70-80°C.
• Lọc, rửa mẫu bằng nước cất, sau đó sấy khô rồi đem vào nung trong môi trường nitơ ở 600°C và thu được rGO.
Tổng hợp TiO2
Quy trình tông hợp được tiền hành theo hình dưới đây:
Hình 2.3 Quy trình tổng hợp TiO2
• Lấy 50mL TTIP với 10mL etanol tuyệt đối cho vào cốc phản ứng, sau đó cho thêm 40mL nước đề ion, hỗn hợp được khuấy trong 2 giờ tạo thành dung dịch đồng nhất.
• Chuyển hỗn hợp vào autoclave có lót Teflon 100 mL và duy trì ở 180 ° C trong 10 giờ.
• Hỗn hợp màu xám cuối cùng được ly tâm, rửa sạch bằng nước đề ion, và sau đó được làm khô ở 60°C trong tủ sấy qua đêm, thu được TiO2.
44
Tổng hợp xúc tác TiO2/rGO
Quy trình tổng hợp được tiến hành theo hình dưới đây:
Hình 2.4 Quy trình tổng hợp TiO2/rGO
• 100 mg graphene oxit thu được được tái phân tán trong 40 mL nước đề ion và 20 mL ethanol tuyệt đối, khuấy trong 1,5 giờ để tạo thành dung dịch đồng nhất.
• Sau đó thêm từ từ 10 mL etanol tuyệt đối với 50 mL TTIP vào dung dịch, khuấy trong 2 giờ.
• Chuyển hỗn hợp vào autoclave có lót Teflon 100 mL và duy trì ở 180 ° C trong 10 giờ.
• Hỗn hợp màu xám cuối cùng được ly tâm, rửa sạch bằng nước đề ion, và sau đó được làm khô ở 60°C trong tủ sấy qua đêm, thu được TiO2/rGO.
Tổng hợp xúc tác Ag/TiO2/rGO
Quy trình tổng hợp Ag/TiO2/rGO được tiến hành theo sơ đồ dưới đây:
45
• 40 mg tấm graphene oxit thu được được tái phân tán trong 16 mL nước đề ion và khuấy trong 2 giờ để tạo thành dung dịch GO đồng nhất.
• Tiếp theo, 17 mg CH3COOAg được hòa tan trong 20 mL nước đề ion và dung dịch này được thêm từng giọt vào dung dịch GO dưới sự khuấy từ trong 12 giờ (Ag chiếm 4% khối lượng lý thuyết).
• Sau đó, hỗn hợp 20 mg SDS và 10 mg KCl trong 10 mL nước đề ion được thêm vào dung dịch trên và tiếp tục khuấy trong 0,5 giờ.
• Sau đó thêm từ từ 10 mL etanol tuyệt đối với 20 mL TTIP vào dung dịch, khuấy trong 30 phút.
• Chuyển hỗn hợp vào autoclave có lót Teflon 100 mL và duy trì ở 180 ° C trong 10 giờ.
• Hỗn hợp màu đen cuối cùng được ly tâm, rửa sạch bằng nước đề ion, và sau đó được làm khô ở 60°C trong tủ sấy qua đêm, thu được Ag/TiO2/rGO.