92 93 94 95 96 97 98 99 100 Lần 0 Lần 1 Lần 2 Lần 3 99.89 96.13 95.64 94.99 98.85 98 97.3 97.2 H % H% (MB) H% (MO)
Hình 3.10 cho thấy, sau 3 lần sử dụng lại hiệu suất phân hủy các dung dịch metyl da cam, xanh metylen của vật liệu dưới ánh sáng khả kiến giảm không đáng kể. Sau 3 lần tái sử dụng hiệu suất phân hủy MO của vật liệu giảm nhẹ từ H = 98,85% xuống còn 97%; với dung dịch MB, hiệu suất chỉ giảm 5% sau 3 lần tái sử dụng. Chứng tỏ, có thể sử dụng vật liệu nhiều lần mà hiệu suất xúc tác của vật liệu vẫn không giảm mặc dù vật liệu không được thu hồi và xử lý.
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
KẾT LUẬN
1. Đã tổng hợp được vật liệu BiNbO4, đơn pha có kích thước < 100 nm bằng phương pháp đốt cháy gel PVA ở điều kiện tối ưu: tỉ lệ Bi/Nb/PVA = 1/1/3, pH = 1, gel sau khi được tạo thành được sấy ở 120ºC trong 4 giờ, sau đó tiếp tục nung ở 750ºC trong 2 giờ.
2. Ứng dụng vật liệu BiNbO4 kích thước nanomet để xử lý phẩm nhuộm. Kết quả hiệu suất xử lý dung dịch xanh metylen 10 ppm và metyl da cam 5ppm trong 60 phút chiếu sáng, với tỉ lệ 0,25g vật liệu trong một lít dung dịch đều đạt trên 80%.
3. Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác của vật liệu BNO trong việc phân hủy xanh metylen và metyl da cam cho thấy: thời gian chiếu sáng càng lâu hiệu suất phân hủy phẩm màu càng cao. Cấu trúc, hình thái, lượng của vật liệu có ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.Khi thêm một lượng nhỏ H2O2 vào hệ phản ứng thì khả năng quang xúc tác của vật liệu tăng một cách rõ rệt.
4. Đã nghiên cứu khả năng tái sử dụng của vật liệu cho thấy vật liệu α – BiNbO4 sau 3 lần tái sử dụng phân hủy metyl da cam có nồng độ 5 ppm, xanh metylen có nồng độ 10 ppm, hiệu suất phân hủy của vật liệu đạt trên 95%.
Trong khuôn khổ luận văn này, chưa nghiên cứu một cách tỉ mỉ, có hệ thống các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo vật liệu như: ảnh hưởng của thời gian nung, ảnh hưởng của tỉ lệ Bi/Nb; các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý xanh metylen và metyl da cam của vật liệu BiNbO4 như: giới hạn nồng độ dung dịch có thể phân hủy được, ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý phẩm màu, lựa chọn chất mang và hàm lượng vật liệu trên chất mang, nghiên cứu trên mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế…nhằm ứng dụng khả năng quang xúc tác của vật liệu BNO trong thực tế xử lý chất nhuộm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Nguyễn Thị Hà Chi (2015), Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác
của vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet, Luận văn thạc sỹ khoa học –
Đại học Khoa học Tự nhiên
[2] Nguyễn Thị Hà Chi, Đoàn Trung Dũng, Dương Thị Lịm, Đào Ngọc Nhiệm (2016), “Nghiên cứu khả năng quang xúc tác của BiNbO4 phân hủy metyl da cam dưới ánh sáng trong vùng khả kiến”, Tạp chí Hóa học, 54 (5), Tr. 644-647.
[3] Cục Thẩm định và Đánh giá tác động môi trường – Tổng cục Môi trường (2009), “Hướng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án dệt nhuộm”, Hà Nội
[4] Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lí ứng dụng trong hóa học, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.
[5] Nguyễn Văn Kim (2016), Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và khả năng quang xúc tác của composit g-C3N4 với GaN–ZnO và Ta2O5, Luận án Tiến Sỹ Khoa học – Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
[6]Đặng Trấn Phịng (2004), Sinh thái và mơi trường trong dệt nhuộm, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
[7] Đặng Trấn Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lý nước cấp và nước thải dệt
nhuộm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
[8] Nguyễn Đình Triệu (2012), Các phương pháp vật lí ứng dụng trong hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh
[9] Adhikari, S. P., and A. Lachgar (2016), "Effect of particle size on the photocatalytic activity of BiNbO4 under visible light irradiation."
Journal of Physics: Conference Series. Vol. 758. No. 1. IOP Publishing.
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
[11]. M.A. Bizeto, A.L. Shiguihara, and V.R.L. Constantino (2009), “Layered niobate nanosheets: building blocks for advanced materials assembly”, J.
Mater. Chem., vol. 19, pp. 2512-2525.
[12] J.L. Cao, L.T. Li, and Z.L. Gui (2001), “An XPS study on the degradation of lead magnesium niobate based relaxor ferroelectrics during nickel electroplating”, J. Mater. Chem., vol. 11, Jan. 2001, pp. 1198-1200. [13] Corma A. (1997), “From Microporous to Mesoporous Molecular Sieves
Materials and Their Use in Catalysis”, Chem. Rev, 97, pp. 2373-2419. [14] S.S. Dunkle, and K.S. Suslick (2009), “Photodegradation of BiNbO4
powder during photocatalytic reactions”, J. Phys. Chem. C, vol. 113,
May. 2009, pp. 10341-10345.
[15] Factorovich, L. Guz, R. Candal (2011), “N-TiO2: Chemical synthesis and photocatalysis”, Adv. Phys. Chem., Article ID 821204, 8 pages
[16] Francony A., Petrier C (1996), “Sonochemical degradation of carbon tetrachloride in aqueous solution at two frequencies: 20 kHz and 500 kHz”, Ultrason, Sonochem, 3, pp.77-82.
[17] Fukunaga, O., & Yamaoka, S. (1979). “Phase transformations in ABO4 type compounds under high pressure”, Physics and Chemistry of
Minerals, 5(2), 167-177.
[18]Fundamentals:Conductors – Insulators – Semiconductors,
https://www.halbleiter.org/en/fundamentals/conductors-insulators- semiconductors/
[19]H. Hata, Y. Kobayashi, and V. Bojan (2008), “Direct deposition of trivalent rhodium hydroxide nanoparticles onto a semiconducting layered calcium niobate for photocatalytic hydrogen evolution”, Nano Lett., vol. 8, Feb.
2008, pp. 794-799.
[20] M. D. Hernández-Alonso, F. Fresno, S. Suárez, J. M. Coronado (2009), “Development of alternative photocatalysts to TiO2: Challenges and opportunities”, Energy Environ. Sci., 2, pp.1231-1257.
[23] Maezawa A., Nakadoi H., Suzuki K., Furusawa T., Suzuki Y., Uchida S., (2007) “Treatment of dye wastewater by using photo-catalytic oxydation with sonication”, Ultrason. Sonochem, 14, pp.615-620.
[24] N.P. Mohabansi, V. B. Patil and N.Yenkie (2011), “A comparative on photodegradation of methylene blue dye effluent by advanced oxidation process by using TiO2/ZnO photo catalyst”, RASAYAN J. Chem, Vol 4, No. 4, 814 – 819.
[25] A. D. Paola, E. García-López, G. Marcì, L. Palmisano, (2012), “A survey of photocatalytic materials for environmental remediation”, J. Hazard. Mater, 211-212, pp.3-29
[26] R. S. Roth, and J. L. Waring (1962), “Phase equilibrium relations in binary system bismuth sesquioxide-niobium pentoxide”, Journal of Research of
the National Bureau of Standards Section A-Physics and Chemistry, pp.
451.
[27] R. S. Roth, J. L. Waring (1963), “Synthesis and stability of bismutotantalite, stibiotantalite and chemically similar ABO4 compounds”, American Mineralogist, vol 48, Jan. 1963, pp. 1348.
[28] Rusmidah Ali, Ooi Boon Siew (2006), “Photodegradation of new methylene blue N in aqueous solution using Zinc oxide and Titanium dioxide as catalyst”, Jurnal Teknologi, 45(F), 31 – 42.
[29] D. Shihua, Y. Xi, and Y. Yong (2004), “Dielectric properties of B2O3- doped BiNbO4 ceramics”, Ceramics International, vol. 30, De, pp.
1195-1198
[30] Stubican V. S. (1964),“High‐Temperature Transitions in Rare‐Earth Niobates and TantaIates”, Journal of the American Ceramic
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
[31] M. A. Subramanian, J. C. Calabrese (1993), “Crystal structure of the low temperature form of bismuth niobium oxide [α-BiNbO4]”, Materials research bulletin, vol. 28, pp. 523-529.
[32] A. Takagaki, C. Tagusagawa, and K. Domen (2008), “Glucose production from saccharides using layered transition metal oxide and exfoliated nanosheets as a water tolerant solid acid catalyst”, Chem. Commun., pp.
5363-5365.
[33] I. Ullah, S. Ali, M. A. Hanif, S. Ali Shahid (2012), “Nanoscience for Environmental remediation”, Int. J. Chem. Biochem.Sci., 2, pp.60 – 77. [34] R. Ullah, H.M. Ang, M.O. Tade, and S.B. Wang (2012), “Synthesis of
doped BiNbO4 photocatalysts for removal of gaseous volatile organic compounds with artificial sunlight”, Chem. Eng. J., pp. 328-336.
[35] Xian-Tai Zhou, Hong-Bing Ji, Xing-Jiao Huang (2012), “Photocatalytic degradation of Methyl Orange over metalloporphyrins supported on TiO2 degussa P25”, Molecules, 17, 1149-1158.
[36] Yuanjie Su, Ya Yang, Hulin Zhang, et al (2013), “Enhanced photodegradation of methyl orange with TiO2 nanoparticles using a triboelectric nanogenerator”, Nanotechnolohy, 24, 295401.
[37] H.-F. Zhai, A.-D.Li, J.-Z.Kong, X.-F.Li, J. Zhao, B.-L.Guo, J. Yin, Z.-S.Li, D. Wu (2013),“Preparation and visible-light photocatalytic properties
of BiNbO4 and BiTaO4 by a citrate method”,J. Solid State Chem., 202,
6-14.
[38]Li, H., Zhou, S., & Zhang, S. (2007),“The relationship between the thermal expansions and structures of ABO4 oxides”, Journal of Solid State
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Bảng số liệu thực nghiệm khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu BiNbO4
Bảng 1. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang D vào nồng độ dung dịch xanh metylen STT Nồng độ dung dịch C (ppm) Độ hấp thụ quang D 1 0 0,00 2 1 0,15 3 2 0,31 4 3 0,51 5 4 0,68 6 5 0,88 7 6 1,03 8 7 1,18 9 8 1,34 10 9 1,51 11 10 1,67
Bảng2. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch metyl da cam
STT Nồng độ dung dịch C (ppm) Độ hấp thụ quang D 1 0,0 0,00 2 0,5 0,14 3 1,0 0,26 4 1,5 0,39 5 2,0 0,52 6 2,5 0,65 7 3,0 0,77
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
8 3,5 0,90
9 4,0 1,03
10 4,5 1,16
11 5,0 1,29
Bảng 3. Hiệu suất hấp phụ MO, MB của vật liệu BNO750
Thời gian (giờ)
Xanh metylen 10ppm Metyl da cam 5ppm Nồng độ sau (ppm) Abs Hiệu suất (%) Nồng độ sau (ppm)
Abs Hiệu suất (%) 2 10,0 1,69 0 5 1,29 0 4 10,0 1,69 0 5 1,29 0 6 9,95 1,68 0.5 5 1,29 0 8 9,84 1,66 1.6 5 1,29 0 10 9,67 1,63 3.3 5 1,29 0 12 9,53 1,61 4.7 5 1,29 0 24 9,23 1,55 7.7 5 1,29 0
Bảng 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung vật liệu đến hiệu quả xử lý MO, MB
Nhiệt độ nung (ºC)
Xanh metylen 10ppm Metyl da cam 5ppm Nồng độ sau (ppm) Abs Hiệu suất (%) Nồng độ sau (ppm)
Abs Hiệu suất (%) 350 4,369 0,74 56,31 2,017 0,52 59,67 550 1,772 0,30 82,28 0,978 0,26 80,45 750 0,011 0,00 99,89 0,058 0,02 98,85 850 0,358 0,06 96,42 0,311 0,08 93,78 950 0,477 0,08 95,23 0,488 0,13 90,25
Bảng 5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng quang xúc tác Thời gian
chiếu sáng (phút)
Xanh metylen 10ppm Metyl da cam 5ppm Nồng độ sau (ppm) Abs Hiệu suất (%) Nồng độ sau (ppm)
Abs Hiệu suất (%) 15 5,480 0,84 45,20 3,024 0,78 39,52 30 3,376 0,57 66,24 1,928 0,50 61,43 45 2,044 0,34 79,56 1,295 0,34 74,11 60 1,168 0,19 88,32 0,663 0,18 86,74 90 0,644 0,11 93,56 0,477 0,13 90,45 120 0,310 0,05 96,90 0,361 0,09 92,78
Bảng 6. Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến khả năng quang xúc tác
Lượng vật liệu (g/l)
Xanh metylen 10ppm Metyl da cam 5ppm Nồng độ sau (ppm) Abs Hiệu suất (%) Nồng độ sau (ppm)
Abs Hiệu suất (%)
0,125 0,495 0,08 95,05 0,339 0,09 93,22
0,25 0,011 0,00 99,89 0,058 0,02 98,85
0,5 0,741 0,12 92,59 0,529 0,14 89,43
Bảng 7. Khả năng xử lý phẩm màu của H2O2 Thời gian
chiếu sáng (phút)
Xanh metylen 10ppm Metyl da cam 5ppm Nồng độ sau (ppm) Abs Hiệu suất (%) Nồng độ sau (ppm)
Abs Hiệu suất (%) 15 4,269 0,72 57,31 4,076 1,05 18,47 30 3,507 0,59 64,93 3,304 0,85 33,91 45 2,746 0,46 72,54 2,656 0,69 46,87 60 1,818 0,30 81,82 2,393 0,62 52,14 90 1,136 1,19 88,64 2,016 0,52 59,67
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Bảng 8. Khả năng tái sử dụng của vật liệu BNO
Số lần tái sử dụng
Xanh metylen 10ppm Metyl da cam 5ppm Nồng độ sau (ppm) Abs Hiệu suất (%) Nồng độ sau (ppm)
Abs Hiệu suất (%)
0 0,011 0,00 99,89 0,058 0,02 98,85
1 0,387 0,06 96,13 0,099 0,03 98,01
2 0,436 0,07 95,64 0,135 0,04 97,30
3 0,501 0,08 94,99 0,140 0,04 97,20
Phụ lục 2: Một số hình ảnh của vật liệu, tại phịng thí nghiệm
Hình 1: Ảnh SEM của mẫu gel BNO chưa nung
Hình 3. Ảnh SEM của vật liệu BNO550
Hình 4. Ảnh SEM của vật liệu BNO750
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Hình 6. Ảnh SEM của vật liệu BNO950
Hình 7. Ảnh TEM của vật liệu BNO550