3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình quang phân hủy diazinon với xúc tác
3.2.5. Khả năng tái sử dụng của xúc tác ZnO nano
Độ bền của xúc tác sau mỗi lần sử dụng có ý nghĩa rất lớn trong thực tế. Vì vậy trong thí nghiệm này, chúng tơi nghiên cứu khả năng tái sử dụng của xúc tác ZnO nano cho phản ứng quang xúc tác phân hủy diazinon. Trong thí nghiệm này, hàm lƣợng vật liệu xúc tác ZnO nano là 0,4 g/L; pH =7; nồng độ TTS diazinon là 1.000 ppb, thể tích mỗi mẫu khảo sát là 100 mL, thời gian phản ứng là 180 phút.
Sau khi tiến hành phản ứng, chất xúc tác đƣợc thu hồi, ly tâm và gạn lọc, đem sấy khô ở 103±2 O
C trong 3 giờ. Tiến hành thí nghiệm phân hủy diazinon với các chất xúc tác đã dùng lần 1, lần 2 và lần 3 để đánh giá khả năng tái sử dụng xúc tác của hệ xúc tác này thông qua chỉ số hiệu suất hoạt tính quang xúc tác HXT% (xem Bảng 3.6).
Kết quả cho thấy, ở lần sử dụng thứ hai, hiệu suất hoạt tính quang xúc tác của vật liệu đạt 98,6 %; Ở lần sử dụng thứ ba, hiệu suất hoạt tính quang xúc tác của vật liệu vẫn đạt 92,8 %; Sang lần sử dụng thứ tƣ, hiệu suất hoạt tính quang xúc tác của vật liệu giảm mạnh, chỉ cịn 66,8 % (xem Bảng 3.6 và Hình 3.35).
Bảng 3.6: Hiệu suất hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO nano khi tái sử dụng Hiệu suất hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO nano khi tái sử dụng
(thời gian phân hủy 180 phút)
Ký hiệu mẫu và lần sử dụng SDL1 SDL2 SDL3 SDL4
C0 (ppb) 1000 1000 1000 1000
C (ppb) 79,8 92,3 146 385
H% {[(C0-C)/C0].100} 92,02 90,8 85,4 61,5
Hiệu suất hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO nano HXT% = (Hi/H1).100 %
100 98,6 92,8 66,8
Chú thích:
- SDL: Sử dụng lần
- H1: Hiệu suất phân hủy diazinon của vật liệu ZnO nano sử dụng lần 1 - Hi : Hiệu suất phân hủy diazinon của ZnO nano sử dụng lần i (i = 1, 2, 3, 4)
Hình 3.18: Biến thiên hiệu suất hoạt tính quang xúc tác của ZnO nanno khi tái sử dụng Từ kết quả trên ta thấy, hiệu suất quang xúc tác của vật liệu ZnO nano sử dụng lần 2 đạt 98,6 %, sử dụng lần 3 đạt 92,8 %, sử dụng thứ 4 chỉ đạt 66,8 %. Nhƣ vậy, vật liệu xúc tác ZnO nano có thể tái sử dụng ít nhất 3 lần.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng ZnO nano làm chất quang xúc tác phân hủy thuốc trừ sâu diazinon dưới ánh sáng trơng thấy”
đã thu đƣợc những kết quả chính sau:
1. Đã tổng hợp đƣợc vật liệu ZnO nano dạng bột có hoạt tính quang xúc tác bằng phƣơng pháp đơn giản đi từ hydrat kẽm nitrat Zn(NO3)2.6H2O và hydrat axit oxalic H2C2O4.2H2O để tạo kết tủa hydrat kẽm oxalat [Zn(C2O4).2H2O] rồi nhiệt phân ở 400 O
C.
2. Đã xác định đƣợc các đặc trƣng của sản phẩm vật liệu xúc tác quang ZnO nano:
- Oxit ZnO nano có cấu trúc tinh thể thuộc hệ lục phƣơng kiểu wurtzit.
- Vật liệu ở dạng tập hợp hạt rất mịn đạt cấp độ nanomet và kích thƣớc các hạt tƣơng đối đồng đều, có đƣờng kính trong khoảng 15÷30 nanomet.
3. Đã khảo sát đƣợc các điều kiện tối ƣu cho phản ứng phân hủy thuốc trừ sâu phospho hữu cơ diazinon với xúc tác ZnO nano dƣới ánh sáng trông thấy của đèn compact 36 W:
- pH của dung dịch bằng 7.
- Hàm lƣợng chất xúc tác ZnO nano là 0,4 g/L.
- Nồng độ diazinon vào khoảng 1 mg/L (1.000 µg/L). - Thời gian phân hủy là 4 giờ (đạt 99%).
4. Đã bƣớc đầu khảo sát đƣợc khả năng tái sử dụng của vật liệu ZnO nano, khi tái sử dụng lần 3, hiệu suất xúc tác quang để phân hủy diazinon vẫn đạt 92,8 %.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Mạnh Chinh (Chủ biên) (2012), Cẩm nang thuốc bảo vệ thực vật, NXB
Nông nghiệp, ISBN: 8935217210930, 746 trang.
2. Trần Thị Kim Cúc (2012), Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân
hủy thuốc trừ sâu Diazinon bằng tác nhân (fenton UV) Fe2+
/H2O2/UV, khóa
luận tốt nghiệp, khoa hóa Trƣờng ĐH sƣ phạm Đà Nẵng.
3. Bùi Vĩnh Diên, Vũ Đức Vọng và nnk. (2004), Dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất và nước, Tạp chí y học thực hành, tập XIV, số 4 (67), phụ
bản, tr. 97.
4. Đỗ Khắc Hải (2013), Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X, tài liệu giáo trình cho học viên cao học của Khoa Hóa học, ĐH KH Tự nhiên.
5. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang - phổ hấp thụ UV- VIS, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
6. Nguyễn Thị Hƣơng (2012), Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu ZnO nano, luận văn thạc sĩ, chuyên ngành vật lí chất rắn, Trƣờng ĐHKHTN
Hà Nội.
7. Nguyễn Tuấn Khanh (2010), Đánh giá ảnh hưởng của sử dụng hóa chất bảo vệ thực
vật đến sức khỏe người chuyên canh chè tại Thái Nguyên và hiệu quả của các biện pháp can thiệp, Luận án tiến sỹ y học, Trƣờng ĐH Thái Nguyên.
8. Đào Văn Lập (2011), Nghiên cứu tổng hợp oxit ZnO có kích thước nanomet bằng
phương pháp đốt cháy, luận văn thạc sỹ hóa học, Trƣờng Đại học Vinh.
9. Trần Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano cơng nghệ nền và vật liệu nguồn, NXB
Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.
10. Hoàng Nhâm (2000), Hố học vơ cơ, Tập ba, NXB Giáo dục.
11. Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2001), Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội.
12. Lê Kim Long, Hồng Nhuận dịch (2001), Tính chất vật lý, hóa học các chất vơ cơ, R.A.Lidin, V.A. Molosco, L.L. Andreeva, NXBKH&KT Hà Nội
13. Phạm Thị Phong (2012), “Phân loại thuốc trừ sâu”, http://baovethucvat-
congdong.info/en/node/16710.
14. Phƣơng Thảo (2012) , Độc học môi trường, Bài giảng chuyên đề - tài liệu giáo
trình của Khoa Hóa học, ĐH KH Tự nhiên.
15. Vũ Kim Thanh (2012), Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy của vật liệu tổ hợp quang xúc tác biến tính từ TiO2 đối với thuốc trừ sâu, Luận văn Thạc
sỹ ngành hóa mơi trƣờng, Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.
16. Hoàng Thƣởng, Đỗ Khắc Hải (1998), "Hiển vi điện tử quét - Microsonde trong truy ngun dấu vết hố hình sự", Tạp chí Cảnh Sát Nhân Dân, số
08, tr 24-26.
17. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006), Các q trình oxi hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
18. Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lý và hố lý, T.1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
19. Viện Nƣớc tƣới tiêu và Môi trƣờng (Bộ NN&PTNT) (2011), Báo cáo thực trạng ô
nhiễm thuốc trừ sâu trong môi trường, Hà Nội.
20. Nguyễn Văn Ri (2006), Chuyên đề các phương pháp tách chất, NXB ĐHQGHN. 21. Bùi Xuân Vững (2009), Phương pháp phân tích sắc kí.
Tiếng Anh
22. Brijesh Pare, S.B. Jonnalagadda, Hintendra Tomar, Pardeep Singh, V.W. Bhagwat (2008), “ZnO assisted photocatalytic degradation of acridine orange in aqueos solusion using visible irradiation”, Desalination, 232, pp. 80-90.
23. Cecie Starr (2005), “Biology: Concepts and Applications”, Thomson Brooks/ Cole, ISBN 0-534-46226-X.
24. E. Evgenidou, K. Fytianos, I. Poulios (2005), “Semiconductor-sensitized photo- degradation of dichlorvos in water using TiO2 anh ZnO as catalysts”, Applied
Catalysis B: Environmental, 59, pp. 81-89.
25. EPA Method 8270D (2007), Semivolatile organic compounds by gas chromato- graphy/ mass spectrometry.
26. Jose Fenoll, Encarnacion Ruiz, Pilar Hellin, Pilar Flores, Simon Navarro (2011), “Heterogeneous photocatalytic oxidation of cyprodinil and fludioxonil in leaching water under solar irridation”, Chemosphere, 85, pp. 1262-1268. 27. Jose Fenoll, Pilar Hellin, Carmen Maria Martinez, Pilar Flores, Simon Navarro
(2012), “Semiconductor oxides-sensitized photodegradation of fenamiphos in leaching water under natural sunlight”, Applied Catalysis B: Environmental,
(115-116), pp. 31-37.
28. Jose Fenoll, Pilar Flores, Pilar Hellin, Carmen Maria Martinez, Simon Navarro (2012), “Photodegradation of eight miscellaneous pesticides in drinking water after treatment with semiconductor materials under sunlight at pilot plan scale”, Chemical Engineering Jounal, 204-206, pp. 54-64.
29. Margarita Stoytcheva (2011), Pesticides in the Modern World - Trends in Pesticides Analysis, Publisher InTech, ISBN 978-953-307-437-5, 514 pages.
30. M. Kazemi, A. M. Tahmasbi, R. Valizadeh, A. A. Naserian and A. Soni (2012), “Organophosphate pesticides: A general review”, Agricultural Science Research Journals, 2(9), pp. 512- 522.
31. M. Rezaei. A. Habibi- Yangjeh (2013), “Simple and large scale refluxing method for preparation of Ce-doped ZnO nanostructures as highly efficient photocatalyst”, Applied Surface Science, 265, pp. 591-596.
32. N. Uma Sangari, S. Chitra Devi (2013), “Synthesis and characterization of nano ZnO rods via micriwave assisted chemical precipitation method”, Journal of Solid State Chemistry, 197, pp. 483-488.
33. Rohini Kitture, Soumya J. Koppikar, Ruchika Kaul-Ghanerkar, S.N. Kale (2011), “Catalyst efficiency, photostability and reusability study of ZnO nanoparticles in visible light for dye degradation”, Journal of Physics and Chemistry of Solid, 72, pp. 60-66.
34. Ruh Ullah, Joydeep Dutta (2008), “Photocatalytic degradation of organic dyes with manganese-doped ZnO nanoparticles”, Journal of Hazardous Materials,
156, pp. 194-200.
35. R. Velmurugan, M. Swaminathan (2011), “An efficient nanostructured ZnO for dye sensitized degradation of Reactive Red 120 dye under solar light”, Solar
Energy Materials $ Solar Cells, 95, pp. 942-950.
36. Saber Ahmed, M.G. Rasul, R. Brown, M.A. Hashib (2011), “Influence of parameters on the heterogeneous photocatalytic degradation of pesticides and phenolic contaminants in wastewater: A short review”, Journal of Environmental Management, 92, pp. 311-330.
37. S. K. Pardeshi. A.B. Patil (2009), “Effect of morphology and crystallite size on solar photocatalytic activity of zince oxide synthesized by solution free mechano-chemical method”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical,
308, pp. 32-40.
38. S. Navarro, J. Fenoll, N. Vela, E. Ruiz, G. Navarro (2009), “Photocatalytic degradation of eight pesticides in leaching water by use of ZnO under natural sunlight”, Journal of Hazardous Materials, 172, pp. 1303-13310.
39. V. A. Coleman and C. Jagadish (2006), “Basic Properties and Applications of ZnO”, Zinc Oxide Bulk, Thin Films and Nanostructures, Chapter 1, Elsevier Limited.
40. Wei Lv, Bo Wei, Lingling Xu, Yan Zhao, Hong Gao, Jia Liu (2012), “Photocatalytic properties of hierarchical ZnO flowers synthesized by a sucrose-assisted hydro-thermal method”, Applied Surface Science, 259,
PHỤ LỤC
Sắc đồ GC-MS của diazinon trong các mẫu
Hình PL.1: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu M3 (0,06 g Zn0 nano, thời gian phân hủy 200 phút)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.294 87.00 39 15 -8.355 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.072 179.00 61994 56187 925.633 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.2: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong trong mẫu Z1 tại 30 phút (có ánh
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.657 87.00 47 56 -8.261 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.075 179.00 46913 42346 699.518 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.3: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z1 tại 60 phút ( có ánh sáng, có
ZnO)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 - 87.00 --- --- N.D.(Ref) ppb - Dimethoate
2 11.075 179.00 11326 9980 165.948 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.4: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z1 tại 120 phút (có ánh sáng, có
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.691 87.00 60 43 -8.109 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.074 179.00 6821 5986 98.403 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.5: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z1 tại 180 phút (có ánh sáng, có
ZnO)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.743 87.00 34 20 -8.413 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.072 179.00 77558 71209 1158.991 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.6: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z2 tại 30 phút (có ánh sáng,
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 - 87.00 --- --- N.D.(Ref) ppb - Dimethoate 2 11.074 179.00 73395 67185 1096.573 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.7: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z2 tại 120 phút ( có ánh sáng,
không ZnO)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.357 87.00 25 26 -8.518 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.074 179.00 71262 65671 1064.592 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.8: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z2 tại 240 phút (có ánh sáng,
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.390 87.00 21 14 -8.565 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.072 179.00 78852 71948 1178.392 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.9: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z3 tại 30 phút ( khơng ánh sáng,
có ZnO)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.689 87.00 56 36 -8.156 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.071 179.00 75633 69406 1130.128 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.10: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z3 tại 60 phút (không ánh
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 - 87.00 --- --- N.D.(Ref) ppb - Dimethoate 2 11.072 179.00 69377 64259 1036.330 ppb 0.00 Diazinone Hình PL11: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z3 tại 120 phút (không ánh
sáng, có ZnO)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 - 87.00 --- --- N.D.(Ref) ppb - Dimethoate 2 11.072 179.00 66267 60325 989.700 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.12: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z3 tại 180 phút ( không ánh
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.391 87.00 23 22 -8.542 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.072 179.00 65436 61182 977.241 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.13: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu Z3 tại 240 phút (khơng ánh
sáng, có ZnO)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name
1 10.681 87.00 40 33 -8.343 ppb 0.00 Dimethoate
2 11.066 179.00 6385 34056 541.668 ppb 0.00 Diazinone
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.684 87.00 23 17 -8.542 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.069 179.00 42396 38819 631.793 ppb 0.00 Diazinone
Hình PL.15: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong mẫu H4 (pH = 10, t = 90 phút)
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name
1 10.686 87.00 345 205 -12.051 ppb 0.00 Dimethoate
2 11.076 179.00 16579 13712 290.042 ppb 0.00 Diazinone
Quantitative Result Table
ID# R.Time m/z Area Height Conc. Conc.Uni Recovery Name 1 10.689 87.00 56 36 -8.156 ppb 0.00 Dimethoate 2 11.071 179.00 95633 89406 1820.128 ppb 0.00 Diazinone Hình PL.17: Sắc đồ GC-MS của diazinon trong trong mẫu MZ4 tại 180 phút