Tiến hành thí nghiệm với dung dịch phenol đỏ có nồng độ 100mg/l .
Vật liệu đƣợc sử dụng ở đây là 10 – CT05. Lƣợng xúc tác để khảo sát là 1,56g/l. Khuấy liên tục trong bóng tối 45 phút cho quá trình hấp thụ đạt cân bằng. Sau các khoảng thời gian 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240 phút, lấy một lƣợng dung dịch vừa đủ để xác định hàm lƣợng phenol đỏ bị phân hủy ở bƣớc sóng 432nm. Kết quả đƣợc trình bày ở bảng 3.13 và hình 3.24
Bảng 3.13. Sự biến đổi nồng độ Phenol đỏ theo thời gian xử lý
Thời gian
(phút) 30 60 90 120 150 180 210 240
Abs 5.74 5.12 4.57 3.94 3.28 2.73 2.05 1.39 Nồng độ (ppm) 96.53 86.10 76.84 66.24 55.14 45.88 34.44 23.34
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
Hình 3.24. Sự biến đổi nồng độ Phenol đỏ theo thời gian xử lý
Từ kết quả thực ở bảng 3.11, 3.12, 3.13 và hình 3.20, 3.21, 3.22, 3.23, 3.24 cho thấy giá trị COD giảm nhanh theo thời gian xử lý cụ thể:
- AX - 2R: COD giảm 85,66%, độ so màu giảm 97,82%. - E - 3G: COD giảm 84,98%, độ so màu giảm 79.31%. - Phenol đỏ: Nồng độ Phenol đỏ bị phân hủy là 76,66%
Điều này cho thấy vật liệu Cr doped TiO2 có khả năng xúc tác cho q trình oxi hóa sâu thuốc nhuộm, phenol đỏ.
3.5.2. Xử lý mẫu thực tế
Mẫu thực là mẫu nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc lấy vào ngày 23 tháng 08 năm 2011 tại làng nghề Dƣơng Nội. Mẫu thực sau khi xử lý sơ bộ: để lắng, làm keo tụ để loại bỏ các chất rắn lơ lửng làm cản trở quá trình hấp thụ ánh sáng của vật liệu đƣợc tiến hành phân hủy bằng xúc tác 10 – CT05 ở các điều kiện sau: Ánh sáng mặt trời, pH = 6, lƣợng xúc tác 1,56g/l. Mẫu thực đƣợc đo COD đầu vào là 1092,5mg/l.
Kết quả xử lý mẫu thực đƣợc biểu diễn trên bảng 3.14 và hình 3.25.
Bảng 3.14. Sự biến đổi giá trị COD của mẫu nước thải dệt nhuộm theo thời gian xử lý
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
Thời gian
(giờ) 0 1 2 3 4 5 6
COD (mg/l) 1092,5 970,62 873,75 708,12 561,25 386,25 142,50
Hình 3.25. Sự biến đổi COD của mẫu thực theo thời gian xử lý
Từ kết quả thực nghiệm thu đƣợc ở bảng 19 và hình 41 cho thấy giá trị COD của mẫu thực giảm nhanh theo thời gian xử lý. Điều này chứng tỏ vật liệu 10 – CT05 có khả năng xúc tác tốt cho quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ.
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20
KẾT LUẬN
Trên cơ sở một số kết quả nghiên cứu, có thể đƣa ra một số kết luận nhƣ sau:
1. Khảo sát ảnh hƣởng lƣợng Crom pha tạp vào TiO2 và thời gian thủy nhiệt. Kết quả thu đƣợc các điều kiện tổng hợp mẫu xúc tác Cr-TiO2 tối ƣu nhƣ sau: lƣợng Crom pha tạp vào TiO2 là 0,5% , tổng hợp ở nhiệt độ 1800C, thời gian thủy nhiệt 10 giờ. Đã tổng hợp thành công xúc tác Cr- TiO2 từ TIOT và Cr(NO3)3.9H2O.
Sau khi pha tạp Cr đã làm dịch chuyển phổ hấp thụ ánh sáng của vật liệu sang vùng ánh sáng khả kiến và kết quả nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu thu đƣợc có họat tính quang xúc tác khá tốt ở vùng ánh sáng trông thấy. Điều này mở ra triển vọng nghiên cứu sâu hơn ứng dụng xúc tác Cr-TiO2 để xử lý
các hợp chất hữu cơ ngay trong vùng ánh sáng trông thấy.
2. Xác định đặc trƣng cấu trúc, thành phần và đặc tính xúc tác bằng phƣơng pháp: Nhiễu xạ tia X, phổ EDX, phổ phản xạ khuếch tán UV – VIS, kính hiển vi điện tử quét (SEM)
3. Khảo sát ảnh hƣởng của pH, lƣợng xúc tác, nguồn sáng lên khả năng phân hủy Rhodamin B. Từ kết quả thu đƣợc cho thấy điều kiện tối ƣu để phân hủy hoàn toàn Rhodamin B có nồng độ 20mg/l là: pH = 6, lƣợng xúc tác là 1,56g/lít, trong điều kiện chiếu xạ ánh sáng mặt trời.
Đã khảo sát hoạt tính quang xúc tác của TiO2 biến tính bởi Cr(III)
với nguồn kích thích ánh sáng mặt trời trong phản ứng phân hủy Rhodamin B. Kết quả thí nghiệm cho thấy lƣợng Rhodamin B phân hủy hoàn toàn tại pH = 6, sau thời gian 150 phút.
4. Khảo sát khả năng xử lý của xúc tác với các hợp chất hữu cơ khác nhƣ: Phenol đỏ, phẩm vàng AX-2R, E-3G. Kết quả thực nghiệm cho thấy vật
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20
liệu Cr-TiO2 có khả năng xử lý tƣơng đối tốt với Phenol đỏ, phẩm vàng AX- 2R và E-3G sau 240 phút Phenol đỏ, phẩm vàng AX-2R và E-3G đƣợc phân hủy gần nhƣ hoàn toàn.
Đã tiến hành xác định COD của phẩm vàng AX-2R và E-3G, kết quả cho thấy vật liệu Cr-TiO2 có khả năng xúc tác cho q trình oxi hóa sâu thuốc nhuộm, phenol đỏ.
5. Đã tiến hành thí nghiệm khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu, kết quả thực nghiệm cho thấy: sau khi thu hồi và tái sử dụng vật liệu Cr-TiO2 vẫn có hoạt tính khá tốt. Sau 4 lần sử dụng hiệu suất phân hủy Rhodamin B vẫn đạt đến 90%.
6. Đã tiến hành so sánh hoạt tính của TiO2 và Cr-TiO2, kết quả thu
đƣợc cho thấy trong vùng ánh sáng trông thấy vật liệu Cr-TiO2 có hoạt tính quang hóa tốt hơn TiO2 rất nhiều lần. Điều này chứng tỏ TiO2 biến tính bởi Cr(III) làm tăng khả năng xúc tác của vật liệu trong vùng ánh sáng trông thấy.
7. Bƣớc đầu tiến hành thí nghiệm sử dụng vật liệu Cr – TiO2 xử lý mẫu
nƣớc thải dệt nhuộm Dƣơng Nội – Hà Đông – Hà Nội. Kết quả cho thấy COD của mẫu nƣớc thải thực tế giảm theo thời gian xử lý. Nhƣ vậy, xúc tác chế tạo đƣợc xử lý tƣơng đối tốt với mẫu nƣớc thải chứa các loại phẩm nhuộm.
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt
1. Trần Kim Cƣơng, Phạm Văn Nho (2008), “Ảnh hƣởng của sự hấp thụ SnO2 đến tính chất của màng nano tinh thể TiO2 chế tạo bằng phƣơng pháo phun nhiệt phân”. Tạp chí khoa học và cơng nghệ, tập 46, số 2, 2008, trang 125 – 132.
2. Vũ Đăng Độ (2007), Các phƣơng pháp vật lý trong hóa học, ĐHQG Hà Nội.
3. Lê Kim Long, Hồng Nhuận dịch (2001), Tính chất vật lý, hóa học các hợp chất vô cơ, R.A.Lidin, V.A. Molosco, L.L.Andreeva, NXBKH&KT Hà Nội.
4. Ngô Sĩ Lƣơng, Đặng Thanh Lê (2008), “ Điều chế bột Anatase kích thƣớc nanomet bằng cách thủy phân titan isopropoxit trong dung môi cloroform – nƣớc”, Tạp chí Hóa học, T46 (2A), Tr.177-181.
5. Ngơ Sĩ Lƣơng, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hƣng, Thân Văn Liên, Trần Minh Ngọc (2009), “Nghiên cứu quy trình điều chế titan ddioxxit kích thƣớc nanomet từ quặng inmenit Hà Tĩnh bằng phƣơng pháp axit sunfuric. 3. Khảo sát quá trình thủy phân đồng thể dung dịch titanyt sunfat có mặt ure để điều chế titan dioxit kích thƣớc nanomet”, Tạp chí Hóa học, T47 (2A), Tr.150-154.
6. Nguyễn Hữu Phú (2003), Hóa lý và hóa keo, NXB KHKT Hà Nội. 7. 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.
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20
8. Phan Văn Tƣờng (2007), Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu gốm. NXB ĐHQG Hà Nội.
9. Nghiêm Bá Xuân, Mai Tuyên, “Nghiên cứu cơ chế và các điều kiện chế tạo vật liệu nano TiO2 dạng anatas dùng làm xúc tác quang hóa”,Tạp chí Hóa học và ứng dụng, Số 6 (54),2006 Tr.23-32
Tiếng Anh
10. A.B. Kashyout, M. Soliman, M. Fathy (2010), “ Effect of preparation parameters on the properties of TiO2 nanoparticles for dye sensitized solar cells”, Renewable Energy 35 pp2914 – 2920.
11. Chenthamarakshan C.R, Rajeshwar K., Wolfrum E.J (2000), “Heterogeneous photocatalytic reduction of Cr(VI) in UV-irradiated titania suspensionl effect of prorons, ammonium ions, and other interfacial aspects”, Langmiur.16pp.2715-2721
12. C. Jin, 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.
13. Deng B, Stone A. T (1996), “Surface-Catalyzed Chomium (VI) reduction: the TiO2-Cr(VI)I-Mandelic Acid System”, Enviromental Science and Technology.30pp.463-472.
14. Didier Robert. Sixto Matato (2002), “Solar photocatalysis: A clean proces for water detoxification”, The sience of the Total Enviroments (291),pp85-97.
15. Fang Hana.b, Venkata Subba Rao Kambalaa.b, Madapusi Srinivasanc, Dharmarajan Rajarathnamc, Ravi Naidua.b, “Tailored titanium dioxide photocatalysts for the degradation of organic dyes in wastewater treatment: A review”, Applied Catalysis A: General 359 (2009) 25-40.
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
16. Hari Singh Nalwa (2002), “ Handbook of Nanostructured materials and nanotechnology”, Volume 1. Synthesis and processing. Academic Press.
17. Hiroshi Iriea*, Toshihiko Shibanumab, Kazuhide Kamiyab, Shuhei Miura b, Toshihiko Yokoyamac, Kazuhito Hashimatob.d.**, “Characterization of Cr(III)-grafted TiO2 for photocatalytic reaction
under visible light”. Applied Catalysis B: Environmental 96 (2010) 142 – 147.
18. Hong Li, Gaoling Zhao, Zhijun Chen, Gaorong Han, Bin Song (2010), “Low temperature synthesis of visible light-driven vanadium doped titania photocatalyst”, Journal of Colloid and Interface Science 344 pp.247-250.
19. Hsin-Hung Ou, Shang-Lien Lo (2007), “Effect of Pt/Pd-doped TiO2 on the photocatalytic degradation of trichloroethylene”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 275 pp 200-205.
20. Jiaguo Yu, Quanjun Xiang, Minghua Zhou (2009), “Preparation, characterization and visible-ligh-driven photocatalytic activity of Fe- doped titania nanorods and first-principles study for electronic structures”, Applied Catalysis B: Environmental 90 pp. 595-602.
21. Jinyuan Chen et al, “Preparation of nanosized titania powder via the controlled hydrolysis of titanium alkoxide”, Journal of Materials Science 31, 3497 3500, 1996
22. Nan Wang, Lihua Zhu, Kejian Deng, Yuanbin She, Yanmin Yu, Heqing Tang, “Visible light photocatalytic reduction of Cr(VI) on TiO2
in situ modified with small molecular weight organic acids” Applied Catalysis B: Environmental 95 (2010) 400 – 407.
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
23. Naoya Murakami, Tetsuo Chiyoya, Toshiki Tsubota, Teruhisa Ohno, “Switching redox site of photocatalytic reaction on titanium (IV) oxide particles modified with transition-metal ion controlled by irradiation wavelength”. Applied Catalysis A: General 348 (2008) 148 - 152
24. M. Anderson, 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.
25. Min Gyu Choi, 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
26. M. Hussai, R. Ceccarelli, D.L. Marchiso, D. Fino, N. Russo, F. Geobaldo (2010), "Synthesis, characterization, and photocatalytic application of novel TiO2 nanoparticles”, Chemical Engineering Joural 157 pape 45 – 51.
27. M.R. Hoffmann, S.T. Martin, W. Choi, D.W. Bahnemann (1995), “Environment application of semiconductor photocatalysis”, Chem. Rev. 95 pp 69 – 96.
28. M.R. Prairie, B.M. Stange, and L.R. Evans (1992) “TiO2 Photocatalytic for the destructional of organic and the reduction heavy metals”, Proceedings of the 1st
International Conference on TiO2 photocatalytic purification and treatment of water and air, London, Ontario, Canada. Vol 3 pp. 353 – 363.
29. M. Saif, M.S. A. Abdel – Mottaleb (2007), “Titanium dioxide nanomaterial doped with trivalent lanthanide ions of T, Eu and Sm:
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20
Preparation, characterization and potential applications”, Inorganica Chimica Acta. 360 pp 2863 – 2874.
30. Limin Qi, Yimin Wang, Jiming Ma. Synthesis of mesoporous TiO2 (anatase) in the absence of templates”. Journal of Materials Science Letters 21, 1301 – 1303, 2002.
31. M. Wu, G. Lin, D. Chen, G. Wang, D.He, S. Feng, and R. Xu (2001), “Sol-hydrothermal synthesis and hydrothermally structural evolution of nanocrystal titanium dioxide”, Chem. Mater. 14 pp 1974 – 1980.
32. L.B. Khalil, W.E. Mourad, M.W. Rophael (1998), “Photocatalytic reduction of enviromental pollutant Cr(VI) over some semiconductor under UV/visible light illmination”, Applied Catalysis B: Environmental 17 pp. 267 - 273.
33. Lee MS, Hong SS, Mohseni M (2005), “Synthesis of photocatalytic nanosized TiO2-Ag particles with sol-gel method using reduction agent”, J Molec Catal A: 242 pp. 135 - 140
34. Lifeng Cui, Yuansheng Wang, Mutong Niu, GuoxinChen, YaoCheng (2009), “Sythesis and visible light photocatalysis of Fe – doped TiO2 mesoporous layers deposited on holowglass microbeads”, Journal of Solid State Chemistry 182 pp. 2785 – 2790.
35. Lifeng Cui, Feng Huang, Mutong Niu, Lingwei Zeng, Ju Xu, Yuansheng Wang (2010), “ A visible light active photocatalyst : Nano- composite with Fe-doped anatase TiO2 nanoparticles coupling with TiO2 (B) nanobelts”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 326 pp. 1 – 7.
36. Li XZ, Li FB (2001), “Study of Au/Au3+ - TiO2 photocatalysts towards visible photooxidation for water and wastewater treatment”, Environ Sci Technol 2001; 35: pp 2381 – 2387.
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
37. Li XZ, Li FB (2002), “ The enhancement of photodegradation efficiency using Pt-TiO2 catalyst”, Chemosphere 2002; 48, 1103 – 1111.
38. P. Calza, E. Pelizzetti, K. Mogyoro’si, R. Kun, I. De’ka’ny (2007), “Size dependent photocatalytic activity of hydrothermally crystallized titannia nanoparticles on poorly adsorbing phenol in absence and presence of fluoride ion”, Applied Catalysis B: Eviromental. 72 pp. 314 – 321.
39. Prairi 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.
40. Roland Benedix, Frank Dehn, Tana Quaas, Marko Orgass (2000), “Application of titanium dioxide photocatalysis to create self-cleaning building material”, Lacer, No 5, pp 157 – 169.
41. Sangwook Lee, 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 nitrogen chemical states on photocatalytic activities of nitrogen-doped TiO2 nanoparticles under visible light”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 2010 pp. 129 – 135.
42. S. Karvinen, Ralf – Johan Lamminmaki (2003), “Preparation and characterization of mesoporous visile-light-active anatase”, Solid State Sciences. 5 pp 1159 – 1166.
43. Xiaobo Chen, Samuel S. Mao (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications”, Chemical Reviews, 107 (7), 2891-2959.
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
44. Yanhui Ao, Jingjing Xu, Degang Fu, Chunwei Yuan (2008), “A simple method to prepare N-doped titannia hollow spheres with high photocatalytic activity under visible light”, Journal of Hazardous Materials, Accepted Manuscript.
45. Yanhui Ao, Jingjing Xu, Degang Fu, Chunwei Yuan (2009), “A simple method to prepare N-doped titannia hollow spheres with high photocatalytic activity under visible light”, Journal of Hazardous Materials 167 pp. 413 – 417.
46. Y. Ku 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.
Website
47. Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc và tính chất của titan đioxit kích thƣớc nano mét đƣợc biến tính bằng nitơ
Luận văn Thạc sĩ khoa học Hồng Thanh Thúy CH Hóa K20
Phụ lục. Cơng thức hóa học của một số phẩm màu Rhodamin B