Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý methylen xanh trong môi trường nước sử dụng vật liệu graphen/ZnO

• Tác giả: Hà Nam Phương
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quang Phú
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quang học
• Đề tài: Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý methylen xanh trong môi trường nước sử dụng vật liệu tổ hợp graphen/ZnO chế tạo bằng phương pháp điện hóa plasma
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM METHYLEN XANH VÀ VẬT LIỆU TỔ HỢP G - ZnO
• 1.1. Thuốc nhuộm methylen xanh
• 1.2. Ứng dụng và tác hại của methylen xanh
• 1.2.1. Ứng dụng của methylen xanh
• 1.2.2. Tác hại của methylen xanh
• 1.3. Thuốc nhuộm và thuốc nhuộm methylen xanh trong nước thải công nghiệp
• 1.4. Các phương pháp xử lý methylen xanh
• 1.4.1. Phương pháp sinh học
• 1.4.2. Phương pháp oxi hóa dùng Ozone
• 1.4.3. Phương pháp keo tụ
• 1.4.4. Phương pháp hấp phụ
• 1.4.5. Phương pháp quang xúc tác
• 1.5. Phương pháp chế tạo vật liệu graphen/ZnO
• 1.5.1. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.5.2. Trộn cơ học trên cơ sở dung dịch
• 1.5.3. Phương pháp điện hóa
• 1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Trang thiết bị và hóa chất
• 2.2. Quá trình tiến hành nghiên cứu
• 2.3. Các phương pháp khảo sát cấu trúc vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.3.2. Phương pháp phổ tán xạ Raman
• 2.3.3. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 2.3.5. Phương pháp phổ hấp thụ UV-VIS
• 2.4. Lập đường chuẩn xác định nồng độ
• 2.5. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu tổ hợp graphen/ZnO (GZ)
• 2.6. Quy trình xử lý methylen xanh
• 2.6.1. Cấu tạo mô hình thí nghiệm
• 2.6.2. Quy trình xử lý MB bằng vật liệu xúc tác G - ZnO
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Các đặc trưng của vật liệu tổ hợp graphen/ZnO (GZ)
• 3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của vật liệu tổ hợp graphen/ZnO (GZ)
• 3.3. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu GZ
• 3.4. Xác định đường chuẩn MB (MB)
• 3.5. Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý MB của vật liệu GZ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý methylen xanh

Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý methylen xanh trong nước bằng vật liệu graphen/ZnO đang thu hút sự chú ý lớn từ cộng đồng khoa học. Methylen xanh là một loại thuốc nhuộm hữu cơ phổ biến, nhưng cũng là một tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng. Việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để xử lý loại chất này là rất cần thiết. Vật liệu graphen và ZnO được biết đến với khả năng quang xúc tác mạnh mẽ, hứa hẹn sẽ mang lại giải pháp hiệu quả cho vấn đề ô nhiễm nước.

1.1. Tình hình ô nhiễm nước do methylen xanh

Ô nhiễm nước do methylen xanh là một vấn đề nghiêm trọng trong ngành công nghiệp dệt nhuộm. Chất này không chỉ gây hại cho môi trường mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nghiên cứu cho thấy, khoảng 20-30% lượng methylen xanh được thải ra trong nước thải công nghiệp, dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng.

1.2. Tại sao chọn vật liệu graphen ZnO

Vật liệu graphen/ZnO được lựa chọn vì tính chất quang xúc tác vượt trội. Graphen có diện tích bề mặt lớn và khả năng dẫn điện tốt, trong khi ZnO là một chất xúc tác hiệu quả trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ. Sự kết hợp này hứa hẹn sẽ nâng cao hiệu suất xử lý methylen xanh.

II. Thách thức trong việc xử lý methylen xanh bằng quang xúc tác

Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý methylen xanh, nhưng việc áp dụng quang xúc tác vẫn gặp nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là hiệu suất quang xúc tác của ZnO chỉ hoạt động dưới ánh sáng UV, trong khi ánh sáng mặt trời chủ yếu là ánh sáng nhìn thấy. Điều này hạn chế khả năng ứng dụng của ZnO trong thực tế.

2.1. Hạn chế của ZnO trong xử lý ô nhiễm

ZnO có hiệu suất quang xúc tác cao nhưng chỉ hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng UV. Điều này làm giảm khả năng xử lý methylen xanh trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, dẫn đến việc cần thiết phải cải thiện khả năng quang xúc tác của vật liệu này.

2.2. Tác động của điều kiện môi trường

Các yếu tố như pH, nồng độ methylen xanh, và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả xử lý tốt nhất.

III. Phương pháp chế tạo vật liệu graphen ZnO hiệu quả

Phương pháp chế tạo vật liệu graphen/ZnO bằng phương pháp điện hóa plasma đã được nghiên cứu và chứng minh là hiệu quả. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn thân thiện với môi trường, giúp tạo ra vật liệu quang xúc tác mà không cần sử dụng các tiền chất độc hại.

3.1. Quy trình điện hóa plasma

Quy trình điện hóa plasma cho phép tạo ra vật liệu graphen/ZnO tại nhiệt độ phòng, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm. Phương pháp này sử dụng dòng điện để kích thích phản ứng hóa học, tạo ra các hạt nano có kích thước đồng đều.

3.2. Ưu điểm của vật liệu graphen ZnO

Vật liệu graphen/ZnO có nhiều ưu điểm như diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp thụ ánh sáng tốt và hiệu suất quang xúc tác cao. Những đặc tính này giúp nâng cao khả năng xử lý methylen xanh trong nước.

IV. Kết quả nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu graphen/ZnO có khả năng xử lý methylen xanh hiệu quả. Các thí nghiệm cho thấy, hiệu suất phân hủy methylen xanh đạt được lên đến 90% trong điều kiện tối ưu. Điều này chứng tỏ rằng vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc xử lý ô nhiễm nước.

4.1. Hiệu suất phân hủy methylen xanh

Trong các thí nghiệm, hiệu suất phân hủy methylen xanh đạt được 90% sau 120 phút chiếu sáng. Điều này cho thấy vật liệu graphen/ZnO có khả năng quang xúc tác mạnh mẽ.

4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất

Các yếu tố như pH, nồng độ methylen xanh, và khối lượng vật liệu xúc tác đều có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất phân hủy. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

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

Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý methylen xanh bằng vật liệu graphen/ZnO đã mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm nước. Với những kết quả khả quan, nghiên cứu này có thể được phát triển hơn nữa để ứng dụng trong thực tiễn.

5.1. Tương lai của vật liệu graphen ZnO

Vật liệu graphen/ZnO có tiềm năng lớn trong việc xử lý ô nhiễm nước. Nghiên cứu có thể mở rộng để phát triển các vật liệu mới với hiệu suất cao hơn.

5.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Với hiệu suất xử lý cao, vật liệu graphen/ZnO có thể được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong xử lý nước thải từ ngành dệt nhuộm.