Nghiên cứu cải tiến hệ quang xúc tác TiO2-SiO2 trên vật liệu monolith để xử lý hợp chất hữu cơ trong môi trường nước

• Tác giả: Võ Ngọc Quốc Duy
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Lê Minh Viễn
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Cải tiến hệ quang xúc tác TiO2-SiO2 cho xử lý hợp chất hữu cơ trong nước
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH CẤP THIẾT CỦA TÀI LIỆU
• 2.1. Vai trò của SiO2 trong hoạt tính
• 2.2. Vai trò nano Ag trong hoạt tính
• 2.3. Vai trò monolith trong hoạt tính
• 2.4. Hóa chất và dụng cụ
• 2.5. Quy trình tổng hợp
• 2.5.1. Tổng hợp xúc tác TiO2-SiO2
• 2.5.2. Tổng hợp xúc tác TiO2-SiO2 phủ monolith
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Các tính chất vật liệu
• 3.1.1. Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.1.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.1.3. Kính hiển vi truyền qua (TEM)
• 3.1.4. Phân tán xạ quang phổ tia X (EDX)
• 3.1.5. Diện tích bề mặt riêng (BET)
• 3.1.6. Phổ phản xạ khuếch tán (UV-DRS - Band gap - Eg)
• 3.1.7. Quang phổ tia X (XPS)
• 3.1.8. Quang phổ hấp thụ UV-Vis
• 3.1.9. Phân tích khí khối phổ (GC-MS)
• 3.2. Quang học quá trình phân hủy
• 3.2.1. Độ hoạt tính xúc tác
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về cải tiến hệ quang xúc tác TiO2 SiO2

Hệ quang xúc tác TiO2-SiO2 đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước. TiO2, với tính chất quang hóa vượt trội, kết hợp với SiO2 giúp cải thiện độ bền và khả năng hấp thụ ánh sáng. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của hệ xúc tác này nhằm nâng cao hiệu suất xử lý. Việc cải tiến này không chỉ giúp tăng cường khả năng phân hủy các chất ô nhiễm mà còn mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của TiO2 SiO2 trong xử lý nước

TiO2-SiO2 là một vật liệu composite có khả năng quang xúc tác tốt. TiO2 có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ dưới ánh sáng UV, trong khi SiO2 giúp tăng cường độ bền và diện tích bề mặt. Sự kết hợp này tạo ra một hệ xúc tác hiệu quả cho việc xử lý nước thải, đặc biệt là trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại.

1.2. Lợi ích của việc cải tiến hệ quang xúc tác

Cải tiến hệ quang xúc tác TiO2-SiO2 giúp nâng cao hiệu suất xử lý, giảm thiểu thời gian phản ứng và tăng khả năng tái sử dụng. Việc tối ưu hóa cấu trúc và thành phần của hệ xúc tác không chỉ cải thiện hiệu quả phân hủy mà còn giảm chi phí vận hành trong các quy trình xử lý nước thải.

II. Thách thức trong việc xử lý hợp chất hữu cơ trong nước

Xử lý hợp chất hữu cơ trong nước là một thách thức lớn do sự đa dạng và tính phức tạp của các chất ô nhiễm. Nhiều hợp chất hữu cơ có tính bền vững cao, khó phân hủy và có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để xử lý những chất này là rất cần thiết.

2.1. Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy

Nhiều hợp chất hữu cơ như phenol, D-naphthol và E-naphthol có tính bền vững cao, khó phân hủy bằng các phương pháp truyền thống. Điều này đòi hỏi các công nghệ mới và hiệu quả hơn để xử lý chúng trong nước thải.

2.2. Tác động của ô nhiễm nước đến sức khỏe

Ô nhiễm nước do các hợp chất hữu cơ có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, từ các bệnh về da đến các bệnh mãn tính. Việc xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm này là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

III. Phương pháp cải tiến hệ quang xúc tác TiO2 SiO2

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp cải tiến như sử dụng kim loại Ag để tăng cường tính chất quang xúc tác của TiO2-SiO2. Phương pháp sol-gel và photodeposition được sử dụng để tạo ra các vật liệu composite với hiệu suất cao hơn trong việc xử lý hợp chất hữu cơ.

3.1. Phương pháp sol gel trong tổng hợp TiO2 SiO2

Phương pháp sol-gel cho phép tạo ra các vật liệu composite TiO2-SiO2 với cấu trúc đồng nhất và kích thước hạt nhỏ. Điều này giúp tăng cường diện tích bề mặt và khả năng hấp thụ ánh sáng, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác.

3.2. Ứng dụng kim loại Ag trong cải tiến xúc tác

Việc thêm kim loại Ag vào hệ TiO2-SiO2 giúp cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng và tăng cường hiệu suất quang xúc tác. Ag có khả năng tạo ra các electron tự do, giúp tăng cường quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ quang xúc tác TiO2-SiO2-Ag có hiệu suất phân hủy cao đối với các hợp chất hữu cơ như E-naphthol. Các thí nghiệm cho thấy hiệu suất phân hủy đạt tới 97% sau 90 phút chiếu sáng dưới ánh sáng UV, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải.

4.1. Hiệu suất phân hủy E naphthol

Hệ xúc tác TiO2-SiO2-Ag cho thấy hiệu suất phân hủy E-naphthol lên tới 97% sau 90 phút chiếu sáng. Điều này chứng tỏ khả năng xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ trong nước của hệ xúc tác này.

4.2. Tái sử dụng hệ xúc tác

Hệ xúc tác TiO2-SiO2-Ag cho thấy khả năng tái sử dụng cao, với hiệu suất vẫn đạt 88,5% sau 5 lần tái sử dụng. Điều này giúp giảm chi phí và tăng tính bền vững cho quy trình xử lý nước thải.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về cải tiến hệ quang xúc tác TiO2-SiO2-Ag mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải. Với hiệu suất cao và khả năng tái sử dụng, hệ xúc tác này có thể được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn cho vấn đề ô nhiễm nước.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong xử lý nước

Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Việc phát triển các công nghệ mới là cần thiết để đối phó với tình trạng ô nhiễm ngày càng gia tăng.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa cấu trúc và thành phần của hệ xúc tác, cũng như mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác như xử lý khí thải và sản xuất năng lượng.