Luận Án Tiến Sĩ Về Vật Liệu Trên Cơ Sở Carbon Hoạt Tính: Tổng Hợp Và Ứng Dụng

• Tác giả: Trần Sĩ Thành
• Người hướng dẫn: GS. Đinh Quang Khiếu
• Trường học: Đại học Huế, Trường Đại học Khoa học
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Vật liệu trên cơ sở carbon hoạt tính: Tổng hợp và ứng dụng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Huế

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU
• 1.1.1. Than hoạt tính
• 1.1.2. Giới thiệu chung
• 1.1.3. Điều chế than hoạt tính
• 1.1.4. Vật liệu ZIF-11
• 1.1.5. Vật liệu bán dẫn TiO2
• 1.1.6. Vật liệu TiO2
• 1.1.7. Phức titanium hòa tan trong nước
• 1.1.8. Thuốc nhuộm methylene blue, methyl orange và methyl red
• 1.1.8.1. Giới thiệu chung về thuốc nhuộm
• 1.1.8.2. Thuốc nhuộm methylene blue
• 1.1.8.3. Thuốc nhuộm methyl orange
• 1.1.8.4. Thuốc nhuộm methyl red
• 1.1.9. Chloramphenicol và trichlosan
• 1.1.10. Một số nghiên cứu ứng dụng của composite trên cơ sở than hoạt tính
• 1.1.11. Ứng dụng các vật liệu trên cơ sở carbon trong phân tích điện hóa và xúc tác quang hóa
• 1.1.11.1. Ứng dụng trong điện hóa
• 1.1.11.2. Ứng dụng trong hấp phụ phẩm màu
• 1.1.12. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ đơn cấu tử và đa cấu tử
• 1.1.12.1. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ đơn cấu tử
• 1.1.12.2. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ hệ đa cấu tử
• 1.2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.2.1.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu carbon hoạt tính từ vỏ trấu (RHAC) và ứng dụng để biến tính điện cực (RHAC/GCE) phân tích điện hóa xác định chloramphenicol trong mẫu nước hồ nuôi tôm
• 1.2.1.2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ZIF-11/RHAC và ứng dụng để biến tính điện cực (ZIF-11/RHAC/GCE) phân tích điện hóa xác định trichlosan trong các mẫu mỹ phẩm
• 1.2.1.3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/RHAC và ứng dụng làm chất hấp phụ đồng thời ba cấu tử methylene blue, methyl orange và methyl red và có thể tái sử dụng
• 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2.2.1. Tổng hợp vật liệu
• 1.2.2.2. Phương pháp đặc trưng cấu trúc, tính chất và khảo sát đặc tính hấp phụ của vật liệu
• 1.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.3.1. TỔNG HỢP THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU ĐỂ XÁC ĐỊNH CHLORAMPHENICOL
• 1.3.1.1. Tổng hợp than hoạt tính từ vỏ trấu
• 1.3.1.2. Xác định chloramphenicol bằng điện cực biến tính RHAC/GCE
• 1.3.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH BẰNG COMPOSITE ZIF-11/RHAC (ZIF-11/RHAC/GCE) ĐỂ XÁC ĐỊNH TRICHLOSAN
• 1.3.2.1. Tổng hợp vật liệu ZIF-11/RHAC
• 1.3.2.2. Xác định nồng độ trichlosan trên điện cực (0,72:1)ZIF-11/RHAC/GCE
• 1.3.3. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TiO2/RHAC TỪ VỎ TRẤU VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ BA THÀNH PHẦN METHYLENE BLUE, METHYL ORANGE VÀ METHYL RED
• 1.3.3.1. Đặc tính của vật liệu
• 1.3.3.2. Hấp phụ hỗn hợp ba cấu tử MB, MO và MR trên TiO2/RHAC
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu carbon hoạt tính

Vật liệu carbon hoạt tính (Activated Carbon - AC) được điều chế từ các nguồn nguyên liệu giàu carbon như vỏ trấu, vỏ lạc và rơm rạ. Việc tối ưu hóa điều kiện tổng hợp và lựa chọn chất hoạt hóa thích hợp là rất quan trọng để tạo ra carbon hoạt tính có hoạt tính hấp phụ cao. Nghiên cứu cho thấy rằng carbon hoạt tính từ vỏ trấu (RHAC) có tiềm năng lớn trong việc phát triển các ứng dụng trong lĩnh vực điện hóa. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng carbon hoạt tính trong các ứng dụng công nghiệp có thể giúp cải thiện hiệu suất xử lý nước thải và hấp phụ các chất ô nhiễm. Đặc biệt, việc sử dụng carbon hoạt tính trong các ứng dụng điện hóa đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển các điện cực hiệu quả hơn.

II. Quy trình tổng hợp vật liệu carbon hoạt tính

Quy trình tổng hợp vật liệu carbon hoạt tính từ vỏ trấu bao gồm các bước như xử lý nhiệt và hoạt hóa hóa học. Các tác nhân hoạt hóa như KOH hoặc H3PO4 thường được sử dụng để tăng cường tính chất hấp phụ của carbon hoạt tính. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số như nhiệt độ và thời gian hoạt hóa có ảnh hưởng lớn đến diện tích bề mặt và tính chất xốp của carbon hoạt tính. Kết quả cho thấy rằng carbon hoạt tính từ vỏ trấu có khả năng hấp phụ tốt đối với các chất ô nhiễm trong nước, như chloramphenicol và trichlosan. Điều này chứng tỏ rằng quy trình tổng hợp được tối ưu hóa có thể tạo ra carbon hoạt tính với hiệu suất hấp phụ cao.

III. Ứng dụng của carbon hoạt tính trong công nghiệp

Ứng dụng của carbon hoạt tính trong công nghiệp rất đa dạng, từ xử lý nước thải đến sản xuất điện cực cho các phương pháp phân tích điện hóa. Carbon hoạt tính có khả năng hấp phụ cao giúp loại bỏ các chất ô nhiễm như thuốc nhuộm và hóa chất độc hại trong nước. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng carbon hoạt tính trong các hệ thống xử lý nước thải có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách hiệu quả. Bên cạnh đó, carbon hoạt tính cũng được sử dụng để phát triển các điện cực cho phương pháp volt-ampere hòa tan, giúp xác định nhanh chóng các chất hữu cơ trong mẫu nước và mỹ phẩm. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các công nghệ mới trong lĩnh vực phân tích và xử lý môi trường.

IV. Tính chất và khả năng hấp phụ của carbon hoạt tính

Tính chất của carbon hoạt tính bao gồm diện tích bề mặt lớn, tính xốp cao và khả năng hấp phụ tốt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng carbon hoạt tính có thể hấp phụ hiệu quả các chất ô nhiễm như methylene blue, methyl orange và methyl red. Việc nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ cho thấy rằng carbon hoạt tính có khả năng hấp phụ cao đối với các chất này, với các mô hình Langmuir và Freundlich được áp dụng để mô tả quá trình hấp phụ. Kết quả cho thấy rằng carbon hoạt tính từ vỏ trấu có thể tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất hấp phụ, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng thực tiễn.

V. Nghiên cứu ứng dụng trong xử lý nước thải

Nghiên cứu ứng dụng carbon hoạt tính trong xử lý nước thải cho thấy tiềm năng lớn trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Việc sử dụng carbon hoạt tính trong các hệ thống xử lý nước thải có thể giúp cải thiện hiệu suất xử lý và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các thí nghiệm cho thấy rằng carbon hoạt tính có thể hấp phụ hiệu quả các chất ô nhiễm như chloramphenicol và trichlosan, giúp làm sạch nước hồ nuôi tôm và các nguồn nước khác. Điều này chứng tỏ rằng carbon hoạt tính không chỉ có giá trị trong lĩnh vực phân tích mà còn trong việc bảo vệ môi trường.