Luận án tiến sĩ: Khả năng xử lý Paraquat và DDT trong môi trường nước bằng vật liệu nano TiO2 pha tạp Fe, Co, Ni

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Nghĩa
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Huệ
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý Paraquat và DDT trong môi trường nước bằng vật liệu nano TiO2 pha tạp Fe, Co, Ni
• Loại tài liệu: luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Hiện trạng ô nhiễm Paraquat và DDT trong môi trường nước trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm Paraquat và DDT trong môi trường nước trên thế giới
• 1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm Paraquat và DDT trong môi trường nước ở Việt Nam
• 1.2. Độc tính và một số tính chất của Paraquat, DDT
• 1.3. Các phương pháp xử lý Paraquat, DDT
• 1.3.1. Phương pháp đốt
• 1.3.2. Phương pháp ozon hoá/UV
• 1.3.3. Phương pháp oxy hóa bằng tác nhân Fenton
• 1.3.4. Phương pháp thủy phân
• 1.3.5. Phương pháp hấp phụ sử dụng chất vô cơ
• 1.3.6. Phương pháp hấp phụ sử dụng chất hữu cơ
• 1.3.7. Phương pháp sinh học
• 1.3.8. Phương pháp quang xúc tác
• 1.4. Vật liệu TiO2 và TiO2 pha tạp
• 1.4.1. Vật liệu TiO2
• 1.4.2. Vật liệu TiO2 pha tạp
• 1.4.3. Vật liệu mang TiO2. TiO2 ứng dụng trong xử lý thuốc trừ sâu, diệt cỏ
• 1.4.4. Các phương pháp chế tạo nano TiO2 phủ trên vật liệu mang
• 1.4.4.1. Phương pháp lắng đọng
• 1.4.4.2. Phương pháp phun phủ Plasma
• 1.4.4.3. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.4.4.4. Phương pháp sol-gel
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu. Hóa chất, thiết bị
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.3. Phương pháp đánh giá tính chất của vật liệu
• 2.4. Phương pháp xác định nồng độ paraquat, DDT
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên hạt SiO2
• 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ
• 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm
• 3.1.3. Ảnh hưởng của số lần phủ
• 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của vật liệu mang hạt SiO2
• 3.2. Đánh giá đặc trưng, cấu trúc của vật liệu TiO2 pha tạp Fe, Co, Ni phủ trên hạt SiO2
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp
• 3.2.2. Đánh giá cấu trúc tinh thể
• 3.2.3. Đánh giá hình thái bề mặt và phân tích thành phần
• 3.2.4. Đánh giá khả năng hấp thụ ánh sáng
• 3.2.5. Đánh giá độ xốp của vật liệu
• 3.2.6. Đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu đã chế tạo
• 3.3. Đánh giá khả năng xử lý Paraquat của vật liệu TiO2/SiO2 pha tạp Fe, Co, Ni
• 3.3.1. Khả năng hấp phụ Paraquat của hạt SiO2
• 3.3.2. Ảnh hưởng của thành phần nguyên tố pha tạp
• 3.3.3. Đánh giá khả năng xử lý Paraquat trong môi trường nước với hệ thử nghiệm quy mô 10L/ngày
• 3.4. Đánh giá khả năng xử lý DDT của vật liệu TiO2/SiO2 pha tạp Fe, Co, Ni
• 3.4.1. Khả năng xử lý DDT của vật liệu TiO2/SiO2
• 3.4.2. Khả năng xử lý DDT của vật liệu TiO2/SiO2 pha tạp
• 3.5. Thử nghiệm xử lý Paraquat, DDT trong mẫu nước thực tế
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc xử lý Paraquat và DDT trong nước bằng vật liệu nano TiO2 pha tạp với các kim loại như Fe, Co, và Ni. Paraquat và DDT là hai loại hóa chất độc hại, thường được sử dụng trong nông nghiệp nhưng gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước. Việc xử lý hiệu quả các chất này là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Nghiên cứu này nhằm phát triển một phương pháp xử lý hiệu quả, thân thiện với môi trường, sử dụng vật liệu nano có khả năng quang xúc tác trong ánh sáng khả kiến.

II. Tình trạng ô nhiễm Paraquat và DDT

Trên thế giới, Paraquat và DDT đã được phát hiện trong nhiều nguồn nước, với nồng độ vượt quá giới hạn cho phép. Tại Việt Nam, việc sử dụng HCBVTV gia tăng nhanh chóng, dẫn đến ô nhiễm môi trường nước. Các nghiên cứu cho thấy nồng độ Paraquat trong nước ngầm và nước mặt ở nhiều vùng nông nghiệp cao hơn mức an toàn. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn đến sức khỏe cộng đồng. Việc xử lý các chất này là một thách thức lớn, đòi hỏi các phương pháp hiệu quả và bền vững.

III. Vật liệu nano TiO2 và khả năng quang xúc tác

Vật liệu TiO2 được biết đến với khả năng quang xúc tác cao, đặc biệt khi được pha tạp với các kim loại như Fe, Co, và Ni. Việc pha tạp này giúp giảm bề rộng vùng cấm của TiO2, cho phép nó hoạt động hiệu quả hơn dưới ánh sáng khả kiến. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng TiO2 pha tạp có thể tăng cường khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, bao gồm Paraquat và DDT. Sự kết hợp giữa TiO2 và hạt SiO2 tạo ra một vật liệu có diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và cải thiện hiệu suất quang xúc tác.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp tổng hợp vật liệu TiO2 pha tạp và đánh giá khả năng xử lý Paraquat và DDT trong môi trường nước. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo vật liệu, bao gồm nhiệt độ, thời gian ngâm, và nồng độ pha tạp. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể nâng cao đáng kể khả năng xử lý của vật liệu. Các thử nghiệm thực địa cũng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của vật liệu trong điều kiện thực tế.

V. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu TiO2/SiO2 pha tạp có khả năng xử lý Paraquat và DDT hiệu quả trong môi trường nước. Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ Paraquat và DDT giảm đáng kể sau khi xử lý bằng vật liệu này. Điều này chứng tỏ rằng TiO2 pha tạp không chỉ có khả năng quang xúc tác tốt mà còn có thể áp dụng trong thực tiễn để xử lý nước ô nhiễm. Việc sử dụng ánh sáng khả kiến thay cho ánh sáng UV cũng giúp giảm chi phí và tăng tính khả thi của công nghệ này.

VI. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh khả năng xử lý hiệu quả Paraquat và DDT trong nước bằng vật liệu nano TiO2 pha tạp với Fe, Co, và Ni. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng vật liệu này không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn có thể áp dụng trong các mô hình xử lý nước quy mô lớn. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các công nghệ xử lý nước ô nhiễm, thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí.