Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2 chế tạo bằng phương pháp điện hóa ứng dụng xử lý xanh methylene trong môi trường nước

• Tác giả: Nguyễn Thị Hà
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Văn Thành
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2 chế tạo bằng phương pháp điện hóa ứng dụng xử lý xanh methylene trong môi trường nước
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM VÀ VẬT LIỆU NANO TiO2
• 1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm
• 1.2. Phân loại thuốc nhuộm
• 1.3. Thuốc nhuộm xanh methylene
• 1.4. Ứng dụng của xanh methylene
• 1.4.1. Sử dụng trong công nghiệp
• 1.4.2. Sử dụng trong y học
• 1.4.3. Sử dụng trong điều trị bệnh thủy đậu ở trẻ nhỏ
• 1.5. Tác hại của xanh methylene
• 1.6. Thuốc nhuộm và thuốc nhuộm xanh methylene trong nước thải công nghiệp
• 1.7. Các phương pháp xử lý xanh methylene
• 1.7.1. Phương pháp oxi hóa dùng Ozone
• 1.7.2. Phương pháp hấp phụ
• 1.7.3. Phương pháp keo tụ
• 1.7.4. Phương pháp sinh học
• 1.7.5. Phương pháp quang xúc tác
• 1.8. Vật liệu TiO2
• 1.8.1. Cấu trúc mạng tinh thể của TiO2
• 1.8.2. Các tính chất của vật liệu TiO2
• 1.8.2.1. Tính chất vật lý của vật liệu TiO2
• 1.8.2.2. Tính chất hóa học của vật liệu TiO2
• 1.8.2.3. Tính chất quang của vật liệu TiO2
• 1.8.2.4. Tính chất quang xúc tác của vật liệu TiO2
• 1.8.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano TiO2
• 1.8.3.1. Phương pháp sol-gel
• 1.8.3.2. Phương pháp thuỷ nhiệt
• 1.8.3.3. Phương pháp điện hóa
• 1.8.4. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Quy trình chế tạo mẫu
• 2.2. Các dụng cụ và hóa chất sử dụng
• 2.2.1. Dụng cụ thí nghiệm
• 2.3. Chế tạo vật liệu TiO2 bằng phương pháp điện hóa
• 2.4. Các phương pháp khảo sát cấu trúc và tính chất vật liệu
• 2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.4.2. Phương pháp phổ tán xạ Raman
• 2.4.3. Phương pháp chụp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.4.5. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis
• 2.5. Lập đường chuẩn xác định nồng độ
• 2.6. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu TiO2
• 2.7. Quy trình xử lý xanh methylene
• 2.7.1. Cấu tạo mô hình thí nghiệm
• 2.7.2. Quy trình xử lý xanh methylen bằng vật liệu xúc tác TiO2
• 2.8. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý xanh methylene
• 2.8.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 2.8.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu xúc tác
• 2.8.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu
• 2.8.4. So sánh khả năng quang xúc tác của vật liệu TiO2 với P25
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của điện thế phân cực tới quá trình anot hóa Ti
• 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ tới cấu trúc tinh thể
• 3.3. Phổ Raman của vật liệu TiO2
• 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hình thái học bề mặt của TiO2
• 3.5. Đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu T45
• 3.5.1. Phổ hấp thụ của vật liệu TiO2
• 3.5.2. Đường chuẩn xác định nồng độ
• 3.5.3. Điểm đẳng điện của T45
• 3.6. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác MB của vật liệu T45
• 3.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 3.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu xúc tác
• 3.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu
• 3.7. Đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu TiO2
• 3.7.1. So sánh với vật liệu P25
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hiệu ứng quang xúc tác của TiO2 trong xử lý xanh methylene

Hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2 đã thu hút sự chú ý lớn trong nghiên cứu xử lý nước thải, đặc biệt là trong việc phân hủy các chất nhuộm độc hại như xanh methylene. TiO2, với tính chất quang học vượt trội, có khả năng chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, từ đó kích thích các phản ứng phân hủy. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về cơ chế hoạt động của TiO2 và ứng dụng của nó trong xử lý nước thải.

1.1. TiO2 và tính chất quang xúc tác của nó

TiO2 là một trong những vật liệu quang xúc tác phổ biến nhất nhờ vào tính chất quang học và độ bền cao. Vật liệu này có khả năng hấp thụ ánh sáng UV và tạo ra các electron tự do, dẫn đến sự hình thành các gốc tự do có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ như xanh methylene.

1.2. Ứng dụng TiO2 trong xử lý nước thải

TiO2 được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải nhờ vào khả năng phân hủy các chất độc hại. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng TiO2 có thể giảm thiểu nồng độ xanh methylene trong nước, từ đó cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ xanh methylene và thách thức xử lý

Xanh methylene là một trong những chất nhuộm phổ biến trong ngành công nghiệp, nhưng nó cũng gây ra nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường. Việc thải bỏ không đúng cách có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động thực vật. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết.

2.1. Tác hại của xanh methylene đối với môi trường

Xanh methylene có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng về sức khỏe và môi trường. Khi xâm nhập vào nguồn nước, nó có thể gây ra sự chết chóc cho các sinh vật thủy sinh và làm giảm chất lượng nước.

2.2. Thách thức trong việc xử lý xanh methylene

Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý xanh methylene, nhưng không phải phương pháp nào cũng hiệu quả. Các phương pháp hóa học và sinh học thường gặp khó khăn trong việc phân hủy hoàn toàn chất này, do đó cần có các giải pháp mới và hiệu quả hơn.

III. Phương pháp quang xúc tác sử dụng TiO2 trong xử lý xanh methylene

Phương pháp quang xúc tác với TiO2 đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả trong việc xử lý xanh methylene. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng có thể nâng cao hiệu suất phân hủy chất này.

3.1. Quy trình quang xúc tác với TiO2

Quy trình quang xúc tác sử dụng TiO2 bao gồm việc chiếu sáng mẫu nước chứa xanh methylene bằng ánh sáng UV. TiO2 sẽ tạo ra các gốc tự do, từ đó phân hủy xanh methylene thành các sản phẩm không độc hại.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác

Nhiều yếu tố như pH, nồng độ TiO2, và cường độ ánh sáng đều ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy xanh methylene. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

IV. Kết quả nghiên cứu về hiệu ứng quang xúc tác của TiO2

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng TiO2 có khả năng phân hủy xanh methylene hiệu quả trong môi trường nước. Kết quả cho thấy rằng nồng độ xanh methylene giảm đáng kể sau khi xử lý bằng TiO2, chứng minh tính khả thi của phương pháp này.

4.1. Đánh giá hiệu quả phân hủy xanh methylene

Kết quả phân tích cho thấy rằng sau một thời gian chiếu sáng, nồng độ xanh methylene giảm mạnh, cho thấy hiệu quả của TiO2 trong việc xử lý chất thải này.

4.2. So sánh với các phương pháp xử lý khác

So với các phương pháp xử lý khác như hấp phụ hay hóa học, quang xúc tác với TiO2 cho thấy hiệu quả vượt trội hơn trong việc phân hủy xanh methylene, đồng thời an toàn hơn cho môi trường.

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

Nghiên cứu về hiệu ứng quang xúc tác của TiO2 trong xử lý xanh methylene đã mở ra nhiều triển vọng mới cho việc xử lý nước thải. Với những ưu điểm vượt trội, TiO2 có thể trở thành giải pháp chính cho vấn đề ô nhiễm nước.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chứng minh rằng TiO2 là một vật liệu quang xúc tác hiệu quả trong việc phân hủy xanh methylene, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm nước.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của TiO2 và mở rộng ứng dụng của nó trong xử lý các chất thải khác, từ đó bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.