Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Cu TiO2 ứng dụng trong phân hủy Rhodamine B

• Tác giả: Chu Văn Hiển
• Người hướng dẫn: Th.S Võ Thị Thu Như
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Cu/TiO2 bằng phương pháp chiếu xạ YCo-60 để phân hủy Rhodamine B
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về TiO2
• 1.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất vật lý của TiO2
• 1.2. Ứng dụng của TiO2
• 1.2. Cơ chế quang xúc tác của TiO2
• 1.1. Khái niệm quang xúc tác bán dẫn
• 1.2. Cơ chế quang xúc tác của TiO2
• 1.3. Các ưu nhược điểm của quang xúc tác TiO2
• 1.2. Nhược điểm
• 1.4. Các phương pháp cải thiện hoạt tính xúc tác quang của TiO2
• 1.1. Biến tính bằng kim loại hoặc phi kim
• 1.2. Đồng biến tính
• 1.3. Biến tính bề mặt
• 1.5. Các phương pháp biến tính vật liệu TiO2
• 1.1. Phương pháp vật lý
• 1.2. Phương pháp hóa học
• 1.3. Phương pháp chiếu xạ
• 1.6. Tổng quan về Rhodamine B
• 1.1. Công thức cấu tạo và tính chất hóa lý của Rhodamine B
• 1.2. Tính chất sinh học và ảnh hưởng của thuốc nhuộm Rhodamine B
• 1.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Điều chế vật liệu
• 2.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ sử dụng
• 2.2. Quy trình điều chế vật liệu
• 2.3. Cơ sở khoa học của sự khử Cu2+ về Cu0 bằng phương pháp chiếu xạ
• 2.2. Các phương pháp xác định đặc tính của vật liệu
• 2.1. Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction-XRD)
• 2.2. Phương pháp đo kích thước hạt bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.3. Phổ tử ngoại-khả kiến
• 2.4. Phổ khuếch tán phản xạ năng lượng tia X
• 2.3. Khảo sát thực nghiệm hiệu quả quang xúc tác của vật liệu Cu/TiO2 bằng phương pháp trắc quang
• 2.1. Xây dựng đường chuẩn dung dịch Rhodamine B
• 2.2. Thí nghiệm khảo sát hiệu quả xúc tác quang hóa của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Đánh giá đặc tính cấu trúc của vật liệu Cu/TiO2
• 3.2. Phổ khuếch tán phản xạ năng lượng tia X
• 3.3. Ảnh chụp vi hình thái TEM
• 3.4. Năng lượng vùng cấm
• 3.2. Khảo sát hiệu quả quang xúc tác phân hủy Rhodamine B của vật liệu Cu/TiO2
• 3.1. Khảo sát hiệu quả phân hủy Rhodamine B của vật liệu Cu/TiO2
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu Cu/TiO2 đến hiệu suất phân hủy Rhodamine B
• 3.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH tới hiệu quả quang xúc tác của Cu/TiO2
• 3.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch
• 3.5. Cơ chế phân hủy Rhodamine B của Cu/TiO2
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ ĐO NĂNG LƯỢNG VÙNG CẤM
• PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ ĐO XRD

I. Giới thiệu về vật liệu nano Cu TiO2

Vật liệu nano Cu TiO2 được chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ YCo 60, một kỹ thuật tiên tiến trong lĩnh vực vật liệu nano. Vật liệu nano này có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là Rhodamine B, một loại thuốc nhuộm độc hại. Việc sử dụng Cu TiO2 không chỉ giúp cải thiện hiệu suất quang xúc tác mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc biến tính TiO2 bằng Cu có thể làm giảm năng lượng vùng cấm, từ đó nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến và tăng cường hiệu quả phân hủy chất ô nhiễm.

1.1. Tính chất quang học của vật liệu nano Cu TiO2

Tính chất quang học của vật liệu nano Cu TiO2 được xác định thông qua các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ khuếch tán phản xạ năng lượng (EDX). Kết quả cho thấy rằng Cu TiO2 có cấu trúc tinh thể ổn định và kích thước hạt nhỏ, điều này giúp tăng cường khả năng quang xúc tác. Năng lượng vùng cấm của vật liệu được đo và cho thấy sự giảm so với TiO2 nguyên chất, cho phép Cu TiO2 hoạt động hiệu quả hơn dưới ánh sáng khả kiến. Điều này mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải và môi trường.

II. Phương pháp chiếu xạ YCo 60

Phương pháp chiếu xạ YCo 60 là một trong những kỹ thuật hiện đại được sử dụng để chế tạo vật liệu nano. Kỹ thuật này cho phép kiểm soát chính xác quá trình biến tính và tạo ra các hạt nano với kích thước đồng đều. Việc sử dụng YCo 60 trong quá trình chiếu xạ giúp tạo ra các gốc tự do, từ đó thúc đẩy quá trình khử Cu2+ thành Cu0. Điều này không chỉ cải thiện tính chất quang học mà còn nâng cao khả năng phân hủy Rhodamine B. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, với hàm lượng Cu tối ưu, hiệu suất quang xúc tác của Cu TiO2 tăng đáng kể.

2.1. Quy trình chiếu xạ và điều chế vật liệu

Quy trình chiếu xạ được thực hiện trong môi trường kiểm soát, đảm bảo các yếu tố như nhiệt độ và áp suất được duy trì ổn định. Các mẫu Cu TiO2 được chiếu xạ với thời gian và liều lượng khác nhau để xác định điều kiện tối ưu. Kết quả cho thấy rằng, thời gian chiếu xạ và hàm lượng Cu có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất quang học của vật liệu. Việc tối ưu hóa quy trình chiếu xạ không chỉ giúp nâng cao hiệu suất phân hủy Rhodamine B mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu nano khác.

III. Hiệu quả phân hủy Rhodamine B

Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát hiệu quả phân hủy Rhodamine B của vật liệu Cu TiO2 dưới ánh sáng khả kiến. Kết quả cho thấy rằng, vật liệu này có khả năng phân hủy Rhodamine B cao hơn so với TiO2 nguyên chất. Các yếu tố như pH, nồng độ dung dịch và thời gian chiếu sáng đều có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất quang xúc tác. Việc tối ưu hóa các điều kiện này giúp nâng cao khả năng phân hủy chất ô nhiễm, từ đó góp phần bảo vệ môi trường.

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy

Các yếu tố như pH và nồng độ dung dịch được khảo sát để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy Rhodamine B. Kết quả cho thấy rằng, pH tối ưu cho quá trình phân hủy là khoảng 6-7, nơi mà hoạt tính quang xúc tác của Cu TiO2 đạt hiệu suất cao nhất. Nồng độ dung dịch cũng ảnh hưởng đến hiệu suất, với nồng độ thấp cho thấy hiệu quả phân hủy tốt hơn. Những phát hiện này có thể được áp dụng trong thực tiễn để xử lý nước thải chứa Rhodamine B.

IV. Kết luận và kiến nghị

Luận án đã chứng minh rằng việc chế tạo vật liệu nano Cu TiO2 bằng phương pháp chiếu xạ YCo 60 có thể nâng cao hiệu quả quang xúc tác trong việc phân hủy Rhodamine B. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc phát triển các công nghệ xử lý nước thải. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo là khảo sát khả năng ứng dụng của Cu TiO2 trong các điều kiện thực tế và mở rộng nghiên cứu sang các loại chất ô nhiễm khác.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc khảo sát khả năng ứng dụng của Cu TiO2 trong các điều kiện thực tế, bao gồm việc thử nghiệm trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô lớn. Bên cạnh đó, việc mở rộng nghiên cứu sang các loại chất ô nhiễm khác cũng là một hướng đi tiềm năng, nhằm đánh giá toàn diện khả năng của vật liệu nano này trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.