Thời gian thử (phút)
Hiệu suất xử lí RhB (%) của các mẫu
8%N-C-TiO2/AC-P 8%N-C-TiO2/AC-N
30 28 15 60 55 24 90 79 40 120 80 47 150 92 66 180 98 78 210 98 81 240 99 81 270 100 92
Hình 3.15. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của tác nhân hoạt hóa than
3.2.2. Ảnh hưởng của lượng than hoạt tính đưa vào trong q trình tổng hợp
Để khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng AC-P đƣa vào trong quá trình tổng hợp vật liệu xúc tác đến hoạt tính của xúc tác chúng tơi tiến hành thử hoạt tính đối với các mẫu 8%N-C-TiO2/AC-P với lƣợng AC-P đƣa vào trong quá trình tổng hợp mẫu lần lƣợt là 0,5g; 1g ; 2g và 3g; đem thử hoạt tính với 100ml dung dịch RhB 20mg/L. Lƣợng vật liệu đem đi thử hoạt tính của các mẫu là 0,5g. Kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.6 và hình 3.16 cho thấy mẫu vật liệu 8%N-C-TiO2/AC-P với lƣợng AC-P đƣa vào là 3g cho kết quả tốt nhất.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của lượng AC-P đưa vào trong quá trình tổng hợp tới hiệu suất xử lý RhB Thời gian thử (phút) Hiệu suất xử lí RhB (%) của các mẫu 0,5g 1g 2g 3g 30 29 38 45 55 60 36 48 53 79 90 41 65 70 80
120 52 73 82 92 150 61 79 89 98 180 62 85 93 98 210 62 89 97 99 240 63 89 98 100 270 63 91 100 - 300 65 100 - -
Hình 3.16. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của lượng AC-P đưa vào trong quá trình tổng hợp
3.2.3. Một số đặc trưng của vật liệu 8%N-C-TiO2/AC-P
Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu các vật liệu xúc tác 8%N-C-TiO2/AC-P thể hiện trên hình 3.1 cho thấy mẫu chỉ có một pha TiO2 anatase duy nhất. Các nguyên tố pha tạp (C, N) với hàm lƣợng nhỏ không xuất hiện trên phổ XRD và không ảnh hƣởng đến pha chính là TiO2 anatase.
Phổ hấp phụ UV-Vis của mẫu vật liệu thể hiện trên hình 3.2 cho thấy sự hấp thụ của vật liệu có sự dịch chuyển mạnh về phía sóng dài trong vùng ánh sáng trơng
thấy bƣớc sóng λ ~ 400 – 700 nm, điều này góp phần khẳng định xúc tác sau khi đƣa lên AC-P có thể hoạt động tốt trong vùng ánh sáng khả kiến.
Hình ảnh SEM của mẫu vật liệu (Hình 3.14) cho thấy xúc tác 8%N-C-TiO2 khi đƣợc mang lên AC-P có độ phủ lớn, kích thƣớc hạt đạt kích thƣớc nano.
Kết quả chụp phổ IR (Hình 3.13) góp phần khẳng định sự thành cơng trong việc hoạt hóa than với tác nhân hoạt hóa là PSS, đồng thời chứng minh đƣợc có liên kết giữa xúc tác với than và PSS.
3.3. KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC
TÁC CỦA VẬT LIỆU 8%N-C-TiO2/AC-P
3.3.1. Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến khả năng phân hủy Rhodamin B Lấy mẫu vật liệu xúc tác 8%N-C-TiO2/AC-P với các lƣợng 0,3g; 0,5g; 0,8g và 1g Lấy mẫu vật liệu xúc tác 8%N-C-TiO2/AC-P với các lƣợng 0,3g; 0,5g; 0,8g và 1g đem thử hoạt tính để khảo sát lƣợng xúc tác với q trình phân hủy RhB. Kết quả thu đƣợc đƣợc trình bày ở bảng. 3.7 và hình 3.17. Kết quả cho thấy lƣợng vật liệu tối ƣu dùng để xử lí cho 100ml dung dịch Rhodamin B là 0,8g.
Bảng3.7. Ảnh hưởng của lượng vật liệu xúc tác 8%N-C-TiO2/AC-P tới hiệu suất xử lý RhB Thời gian thử (phút) Hiệu suất xử lí RhB (%) của các mẫu 0,3g 0,5g 0,8g 1g 30 46 28 45 32 60 49 42 64 55 90 63 58 84 79 120 68 72 98 83 150 73 84 100 92 180 80 93 - 98 210 87 97 - 100 240 93 99 - -
Hình 3.17. Đồ thị khảo sát lượng xúc tác
3.3.2. Khảo sát khả năng thu hồi và tái sử dụng xúc tác
Tiến hành thử hoạt tính vật liệu xúc tác 8%N-C-TiO2/AC-P sau đó thu hồi và tái sử dụng hai lần. Kết quả thu đƣợc đƣợc trình bày ở bảng 3.8 và hình 3.18.
Từ kết quả thu đƣợc, ta thấy sau ba lần sử dụng, hiệu quả xử lý Rhodamin B của xúc tác giảm không đáng kể, xúc tác vẫn thể hiện hoạt tính tƣơng đối tốt (trên 90%). Điều này cho phép kết luận rằng xúc tác có thể sử dụng nhiều lần mà vẫn có hoạt tính tốt.
Bảng 3.8. Độ chuyển hóa Rhodamin B khi sử dụng xúc tác 8%N-C-TiO2/AC-P nhiều lần Thời gian thử (phút) Hiệu suất xử lí RhB (%) của các mẫu Lần 1 Lần 2 Lần 3 30 45 9 5 60 64 20 18 90 84 37 25 120 98 43 41 150 100 61 51 180 - 81 68 210 - 92 76 240 - 99 84 270 - - 87 300 - - 91 330 - - 95
KẾT LUẬN
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn, chúng tôi đã đạt đƣợc các kết quả nhƣ sau:
1. Đã tổng hợp thành công vật liệu tổ hợp quang xúc tác N, C-TiO2 và nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tổng hợp vật liệu, tìm ra điều kiện tổng hợp tối ƣu. Kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
- Biến tính TiO2 đồng thời bởi cacbon và nitơ cho kết quả phân hủy Rhodamin B tốt hơn so với TiO2 khơng biến tính.
- Hàm lƣợng nitơ tối ƣu dùng để biến tính TiO2 là 8% (tính theo khối lƣợng nitơ so với titan).
- Điều kiện tối ƣu để tổng hợp vật liệu 8%N-C-TiO2 với nhiệt độ thủy nhiệt 1800C là: tỉ lệ dung môi TIOT: etanol: H2O là 1 : 25 : 1 và thời gian thủy nhiệt là 12h.
- Một số đặc trƣng hóa lý của mẫu 8%N-C-TiO2 đã cho thấy mẫu có cấu trúc anatase, hạt đồng đều, kích thƣớc nhỏ cỡ nano; nitơ và cacbon đã có mặt trong thành phần mạng tinh thể TiO2; mẫu TiO2 biến tính đã có hoạt tính cao trong vùng ánh sáng vùng khả kiến, hiệu suất xử lý RhB đạt khoảng 98% sau 90 phút chiếu sáng.
2. Đã đƣa đƣợc vật liệu 8%N-C-TiO2 lên than hoạt tính kết quả thu đƣợc: - Xúc tác 8%N-C-TiO2 đƣợc mang lên than hoạt tính đã đƣợc hoạt hóa có khả năng xúc tác tốt trong vùng ánh sáng khả kiến; sự hấp thụ có sự dịch chuyển nhiều hơn về phía sóng dài so với xúc tác chƣa mang lên than.
- Mẫu xúc tác gắn trên than hoạt tính đƣợc hoạt hóa bằng PSS cho kết quả tốt hơn so với mẫu gắn trên than hoạt tính đƣợc hoạt hóa bằng HNO3.
- Lƣợng than hoạt tính đƣợc hoạt hóa bằng PSS đƣa vào trong quá trình tổng hợp vật liệu 8%N-C-TiO2/AC-P là 3g cho kết quả tốt nhất trong điều kiện khảo sát.
3. Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác, và khả năng thu hồi tái sử dụng vật liệu xúc tác 8%N-C-TiO2/AC-P cho kết quả:
- Lƣợng xúc tác tối ƣu để phân hủy 100 ml dung dịch RhodaminB nồng độ 20 mg/L là 0,8g/L.
- Mẫu vật liệu vẫn thể hiện hoạt tính xúc tác tốt sau 3 lần sử dụng.
Điều này mở ra triển vọng ứng dụng vật liệu xúc tác N-C-TiO2/AC trong việc xử lý nƣớc thải dệt nhuộm nói riêng và xử lý mơi trƣờng nói chung.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Vũ Đăng Độ (2003), Các phương pháp vật lý trong hóa học, Đại học quốc
gia Hà Nội. 2. Vũ Đăng Độ (2007), Cơ sở lý thuyết các q trình hóa học, Nhà xuất bản
Giáo dục.
3. Lê Kim Long, Hoàng Nhuận dịch (2001), Tính chất vật lý, hóa học các chất
vô cơ, R.A.Lidin, V.A. Molosco, L.L. Andreeva, NXBKH&KT Hà Nội.
4. Nguyễn Thị Bích Lộc (2009), “Nghiên cứu chế tạo TiO2 trên vật liệu mang”,
Đề tài khoa học mã số QG.07.10, Trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên.
5. Nguyễn Hữu Phú (2003), Hóa lý và hóa keo, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà
Nội.
6. Nguyễn Hữu Phú (1999), Vật liệu vô cơ mao quản trong hấp phụ và xúc tác, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội.
7. Trần Mạnh Trí (2005), “Sử dụng năng lƣợng mặt trời thực hiện quá trình quang xúc tác trên TiO2 để xử lý nƣớc và nƣớc thải cơng nghiệp”, Tạp chí khoa học và công nghệ, 43(2), tr. 10-12.
8. Vũ Anh Tuấn, Nguyễn Văn Hòa, Đặng Tuyết Phƣơng (2007), “Tổng hợp và ứng dụng xúc tác quang hóa kích thƣớc nanomet trong xử lý môi trƣờng”,
Báo cáo tổng kết đề tài độc lập nghiên cứu phát triển khoa học và công nghệ, tr 80-85.
9. Phan Văn Tƣờng (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại học quốc gia Hà Nội.
10. Phan Văn Tƣờng, Vật liệu vô cơ, giáo trình giảng dạy.
11. Nghiêm Bá Xuân, Mai Tuyên (2006), “Nghiên cứu cơ chế và các điều kiện chế tạo vật liệu nano TiO2 dạng anatase dùng làm xúc tác quang hóa”, Tạp chí khoa học và ứng dụng, 54(6), tr. 18-21.
Tiếng Anh
12. Anderson M., L.Osterlund, S. Ljungstrom, A. Palmqvist (2002), “Preparation of nanosize anatase and rutile TiO2 by hydrothermal treament of micro-emulsions and their activity for photocatalytic wet oxidation of phenol”, J. Phys. Chem. B, 106, pp. 10674-10679.
13. Ao Yanhui, Jingjing Xu, Degang Fu, Chunwei Yuan (2008), “A simple method to prepare N-doped titania hollow spheres with high photocatalytic
activity under visible light”, Journal of Hazardous Materials, Accepted
Manuscript.
14. Ao Yanhui, Jingjing Xu, Songhe Zhang, Degang Fu (2010), “A one-pot method to prepare N-doped titania hollow spheres with high photocatalytic activity under visible light”, Applied Surface Science, 256, pp. 2754-2758. 15. Akpan U.G., B.H.Hameed (2010), “The advancements in sol-gel method of
doped-TiO2 photocatalysts”, Applied Catalysis A: General, 375, pp. 1-11. 16. Benedix Roland, Frank Dehn, Tana Quaas, Marko Orgass (2000),
“Application of titanium dioxide photocatalysis to create self-cleaning building material”, Lacer, No, pp. 157-169.
17. Calza P., E. Pelizzetti, K. Mogyorosi, R. Kun, I. Dekany (2007), “ Size dependent photocatalytic activity of hydrothermally crystallized titania nanoparticles on poorly adsorbing phenol in absence and presence of flouride ion”, Applied Catalysis B: Environmental, 72, pp. 314-321.
18. Chentharmarakshan C. R, Rajeshwar K., Wolfrum, E.J (2000), “Heterogeneous photocatalytic reduction of Cr(VI) in Uv-irradiated titania suspension efNct of prorons, ammonium ions, and other interfacial aspects”,
Langmiur, 16 pp. 2715-2721.
19. Choi W.Y., A. Termin and M.R. Hoffmann (1994), “The role of metal ion dopants in quantum-sized TiO2: correlation between photoreactivity and charge carrier recombination dynamics”, J Phys Chem, 84, pp. 13669-13679.
20. Choi Min Gyu, Young-Gi Lee, Seung-Wan Song, Kwang Man Kim (2010), “Lithium-ion battery anode properties of TiO2 nanotubes prepared by the hydrothermal synthesis of mixed (anatase and rutile) particles”,
Electrochimica Acta, 55, pp. 5975-5983.
21. Cui LiNng, Yuasheng Wang, Mutong Niu, GuoxinChen, YaoCheng (2009), “Synthesis and visible light photocatalysis of N-doped TiO2 mesoporous layers deposited on holowglass microbeads”, Journal of Solid State Chemistry, 182, pp. 2785-2790.
22. Cui LiNng, Nng Huang, Mutong Niu, Lingwei Zeng, Ju Xu, Yuansheng Wang (2010), “A visible light active photocatalyst: Nano-composite with N- doped anatase TiO2 nanoparticles coupling with TiO2(B) nanobelts”, Journal
of Molecular Catalysis A: Chemical, 326, pp. 1-7.
23. Deng B, Stone A. T (1996), “Surface –Catalyzed Chromium (VI) reduction: the TiO2-Cr(VI)-Mandelic Acid System”, Environmrntal Science and Technology, 30, pp. 463-472.
24. Đuan Y.K., J. Rabani (2003), “The measure of TiO2 photocatalytic efficiency and comparison of diferent photocatalytic titania”, J. Phys. Chem. B, 107, pp 11970-11978.
25. Fang Han, Venkata Subba Rao Kambala, Madapusi Srinivasan, Dharmarajan Rajarathnam, Ravi Naidu (2009), “Tailored titanium dioxide photocatalysts for the degradation of organic dyes in wastewater treatment: A review”,
Applied Catalysis A: General, 359, pp 25-40.
26. Fujishima Akira et al. (1999) ), Study on the photocatalytic degradation of insecticide methomyl in water, Desalination 262, pp. 283-234.
27. Hoffmann M.R., S. T. Martin, W. Choi, D.W. Bahnemann (1995), “Environment application of semiconductor photocatalysis”, Chem. Rev, 95, pp. 69-96.
28. Jin C., 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.
29. Jiaguo Yu, Quanjun Xiang, Minghua Zhou (2009), “Preparation, characterization and visible-light-driven photocatalytic of N-doped titania nanorods and first-principles study for electronic structures”, Applied Catalysis B: Environmental, 90, pp. 595-602.
30. Karvinen S., Ralf-Johan Lamminmaki (2003), “Preparation and characterization of mesoporous visible-light-active anatase”, Solid State Sciences, 5, pp. 1159-1166.
31. Khalil L.B., W.E.Mourad, M.W.Rophael (1998), “Photocatalytic reduction of environment pollutant Cr(VI) over some semiconductor under UV/visible light illumination”, Applied Catalysis B: Environmental, 17, pp. 267-273. 32. Khataee A.R., 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.
33. Ku Y. and In-Liang Jung (2001),“Photocatalytic reduction of Cr(VI) in aqueous solution by UV irradiation with the presence of titanium dioxide”,
Wat.Res.Vol 35, No.1 pp. 135-142.
34. Lee MS, Hong SS, MohseniM (2005), “Synthesis of photocatalytic nanosized TiO2-Ag particles with sol-gel method using reduction agent”, J Molec Catal A, 242, pp. 135-140.
35. Lee Sangwook, 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 A: Chemistry, 146, pp.
36. Liu S.X., X.Y.Chen, X.Chen (2007), “A TiO2/AC composite photocatalyst wwith high activity and easy separation prepared by a hydrothermal method”, Journal of Hazardous Matarial, 143, pp. 257-263.
37. Li XZ, Li FB (2002), “The enhancement of photodegration efficiency using Pt-TiO2 catalyst”, Chemosphere, 48, pp. 1103-1111.
38. Li Zhijie, Wenzhong Shen, Wensen He, Xiaotao Zu (2008), “EfNct of N- doped TiO2 nanoparticle dervied from modified hydrothermal process on the photocatalytic degradation performance on methylence blue”, Journal of Hazardous Materials, 155, pp. 590-594.
39. Li Hong, Gaoling Zhao, Zhijiun Chen, Gaorong Han, Bin Song (2010), “Low temperature synthesis of visible light-driven vanadium doped titania photocatalyst”, Journal of Colloid and Interface Science,244, pp. 247-250. 40. Nalwa Hari Singh (2002), “Handbook of Nanostructured materials and
nanotechnology”, Volume 1. Synthesis and processing, Academic Press. 41. Prairie M.R., B.M Stange, and L.R. Evans (1992), “TiO2 Photocatalysis for
the Destruction of Organic and the Reduction heavy metals”, Proceeding of the 1st International ConNrence on TiO2 Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air, London, Ontario, Canada, Vol 3, pp. 353-363.
42. Prairie M.R,. Evans L.R., Stange B.M. and Martinez S.L (1993), “An investigation of TiO2 photocatalysis for the treatment of water contaminated with metals and organic chemicals”, Environ.Sci.Technol, 27, pp. 1776-1782. 43. Robert Didier. Sixto Matato (2002), “Solar photocatalysis: A clean proces for water detoxification”, The Sience of the Total Enviroments,291, pp. 85-
97.
44. Saif M., M.S.A.Abdel-Mottaleb (2007), “Titanium dioxide nanomaterial doped with trivalent lanthanide ions of T, Eu and Sm: Preparation, characterization and potential applications”, Inorganica Acta, 360, pp. 2863- 2874.
45. Yang Xiangxin, Chundi Cao, Larry Erickson, Keith Hohn, Ronaldo Maghirang, Kenneth Klabunde (2009), “Photo-catalytic degradation of Rhodamine B on C-,S-,N- and N- doped TiO2 under visible-light irradiation”, Applied Catalysis B: Environmental, 91, pp. 657-662.
46. Yap Pow-Seng, Teik-Thye Lim, Madhavi Srinivasan (2011), “Nitrogen- doped TiO2/AC bi-functional composite prepared by two-stage calcination for enhanced synergistic removal of hydrophobic pollutant using solar irradiation”, Catalysis Today, 161, pp. 46-52.
47. Yongmei Wu, Jinlong Zhang, Ling Xiao, Nng Chen (2010), “Properties of carbon and iron modified TiO2 photocatalyst synthesized at low temperature and photodegradation of acid orange 7 under visible light”, Applied Surface Science, 256, pp. 4260-4268.
48. Yuning Huo, Zhu Jian, Jie Ren, ZhenNng Bian, and Hexing Li (2007), “Nanocrystalline N/TiO2 Visible Photocatalyst with a Mesoporous Structure Prepared via a nonhydrolytic sol-gel route”, J.Phys. Chem, 111, pp. 18965-
18969.
49. Zhang Wenlong, Yi Li, Chao Wang, Peifang Wang (2011), “Kinetics of heterogeneous photocatalytic degradation of rhodamin B by TiO2 –coated activated carbon: Roles of TiO2 content and light intensity”, Desahnation,
266, pp. 40-45.
50. Zhang Xingwang, Ming hua Zhou, Lecheng Lei (2005), “Enhancing the concentration of the TiO2 photocatalyst on the external surface of activated carbon by MOCVD”, Materials Research Bulletin, 40, pp. 1899-1904.
51. Zhu Jiefang, Nnf Chen, Jinlong Zhang, Haijun Chen, Masakazu Anpo (2006), “N3+
-TiO2 photocatalyst prepared by combining sol-gel method with hydrothermal treatment and their characterization”, Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, 180, pp. 196-204.
52. Zrancisco Rodriguez-Reinoso, Marsh Harry, (2006), “Activated Carbon”,