Luận án tiến sĩ: Chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ tro trấu ứng dụng xử lý nitơ trong nước ngầm Hà Nội

• Tác giả: Đặng Thị Ngọc Thủy
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Hà
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu ứng dụng xử lý các hợp chất nitơ trong nước ngầm khu vực Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các hợp chất nito trong nước ngầm
• 1.2. Nguyên nhân tồn tại các hợp chất nitơ trong nước ngầm
• 1.3. Hiện trạng nhiễm các hợp chất nito trong nước ngầm
• 1.4. Ảnh hưởng của các hợp chất nitơ trong nước ngầm đến sức khỏe
• 1.5. Hiện trạng nghiên cứu xử lý các hợp chất của nitơ trong nước ngầm
• 1.6. Xử lý các hợp chất của nitơ bằng phương pháp hóa lý
• 1.7. Xử lý các hợp chất của nitơ bằng phương pháp sinh học
• 1.8. Tổng quan về vật liệu nano TiO2
• 1.9. Đặc tính của vật liệu nano TiO2
• 1.10. Phương pháp tổng hợp nano TiO2
• 1.11. Tổng quan về phương pháp biến tính vật liệu nano TiO2 và ứng dụng trong xử lý
• 1.12. Biến tính nano TiO2 bằng nguyên tố phi kim
• 1.13. Biến tính nano TiO2 bằng kim loại
• 1.13.1. Biến tính nano TiO2 bằng nguyên tố đất hiếm
• 1.14. Chất mang tro trấu và ứng dụng trong xử lý nước
• 1.14.1. Chất mang tro trấu
• 1.14.2. Ứng dụng của tro trấu trong xử lý nước
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị và dụng cụ
• 2.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp tổng hợp chất mang tro trấu
• 2.4. Các phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc của vật liệu
• 2.5. Các phương pháp xác định hoạt tính quang hóa của vật liệu nano TiO2 biến tính và nano TiO2 biến tính/tro trấu
• 2.6. Nghiên cứu xác định mô hình động học xúc tác quang của vật liệu nano TiO2 biến tính đối với các hợp chất nitơ
• 2.7. Thí nghiệm trên mẫu nước tự tạo
• 2.8. Thử nghiệm với mẫu nước ngầm khu vực Hà Nội
• 2.9. Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu
• 2.9.1. Phương pháp phân tích
• 2.9.2. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu tro trấu và nano TiO2 biến tính
• 3.2. Vật liệu tro trấu
• 3.3. Vật liệu nano TiO2 biến tính
• 3.4. Đánh giá hoạt tính quang hóa của vật liệu nano TiO2 biến tính
• 3.5. Nghiên cứu động học quá trình phân hủy, xử lý phẩm màu xanh Methylen và 4ITOI1
• 3.6. Kết quả tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu
• 3.7. Vật liệu nano TiO2/N-M1 phủ trên tro trấu dạng hạt (RHP)
• 3.8. Vật liệu nano TiO2/Nd-M12/RHA
• 3.9. Kết quả đánh giá khả năng loại bỏ NH4+ trong mẫu nước tự tạo bằng vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu
• 3.10. Hiệu quả xử lý NH4+ của vật liệu nano TiO2/N-M1/RHP 0,3%
• 3.11. Hiệu quả xử lý NH4+ của vật liệu nano TiO2/Nd-M12/RHA trong hệ bể khuấy trộn
• 3.12. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu quả xử lý NH4+ của vật liệu TiO2/Nd-M12/RHA
• 3.13. Ứng dụng vật liệu TiO2/Nd-M12/RHA để xử lý NH4+ trong nước khu vực b0)
• 3.14. Kết quả phân tích mẫu nước ngầm của nhà máy nước
• 3.15. Kết quả tiền xử lý nước ngầm (loại Fe3+ và Mn2+)
• 3.16. Kết quả xử lý NH4+ trong nước ngầm thực tế
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu nano TiO2

Vật liệu nano TiO2 là một trong những chất xúc tác quang phổ biến trong xử lý ô nhiễm môi trường. Đặc tính của vật liệu nano TiO2 bao gồm khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ, đặc biệt là các hợp chất nitơ trong nước ngầm. Nghiên cứu cho thấy, nano TiO2 có thể hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng tử ngoại, tuy nhiên, việc sử dụng ánh sáng tự nhiên để kích thích hoạt tính xúc tác của nó vẫn còn hạn chế. Do đó, việc biến tính vật liệu nano TiO2 để mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng là rất cần thiết. Các phương pháp biến tính như đưa ion kim loại hoặc phi kim vào cấu trúc của nano TiO2 đã được nghiên cứu và cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện tính chất xúc tác quang của vật liệu này.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của vật liệu nano TiO2

Vật liệu nano TiO2 có nhiều ứng dụng trong xử lý nước, đặc biệt là trong việc loại bỏ các hợp chất nitơ như amoni và nitrit. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, vật liệu nano TiO2 có thể phân hủy các hợp chất này hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng nước ngầm. Việc sử dụng vật liệu nano TiO2 trong xử lý nước không chỉ mang lại hiệu quả cao mà còn tiết kiệm chi phí, do vật liệu này có giá thành thấp và dễ dàng sản xuất. Hơn nữa, nano TiO2 không gây độc hại cho con người và môi trường, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng xử lý nước.

II. Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu

Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu nhằm ứng dụng trong xử lý các hợp chất nitơ trong nước ngầm khu vực Hà Nội. Tro trấu là một loại chất thải nông nghiệp có khả năng hấp phụ tốt, giúp tăng cường hiệu quả của vật liệu nano TiO2 trong quá trình xử lý. Việc kết hợp giữa tro trấu và nano TiO2 không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm từ chất thải nông nghiệp mà còn nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm trong nước ngầm. Các thí nghiệm cho thấy, vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu có khả năng loại bỏ amoni và nitrit hiệu quả hơn so với nano TiO2 thông thường.

2.1. Phương pháp chế tạo và đánh giá hiệu quả

Phương pháp chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu bao gồm các bước tổng hợp và biến tính vật liệu. Các thí nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hoạt tính quang hóa của vật liệu sau khi chế tạo. Kết quả cho thấy, vật liệu nano TiO2 biến tính có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý các hợp chất nitơ trong nước ngầm. Việc sử dụng tro trấu làm chất mang không chỉ giúp tăng cường hiệu quả xử lý mà còn góp phần bảo vệ môi trường bằng cách tái sử dụng chất thải nông nghiệp.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu về vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên tro trấu có giá trị thực tiễn cao trong việc xử lý ô nhiễm nước ngầm tại Hà Nội. Với tình trạng ô nhiễm các hợp chất nitơ ngày càng gia tăng, việc áp dụng công nghệ này sẽ giúp cải thiện chất lượng nước sinh hoạt cho người dân. Hơn nữa, việc sử dụng tro trấu không chỉ giảm thiểu ô nhiễm từ chất thải nông nghiệp mà còn tạo ra một sản phẩm có giá trị trong xử lý nước. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu thân thiện với môi trường, đồng thời nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm trong nước ngầm.

3.1. Tác động đến sức khỏe cộng đồng

Việc xử lý hiệu quả các hợp chất nitơ trong nước ngầm sẽ góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là đối với trẻ em và người già. Các hợp chất nitơ như amoni và nitrit có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng nếu không được xử lý kịp thời. Nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích về mặt môi trường mà còn có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ sức khỏe con người, tạo ra một môi trường sống an toàn hơn cho người dân Hà Nội.