Luận văn tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite cofe2o4 graphene oxide biến tính bởi nitrogen

Nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite CoFe2O4 graphene oxide biến tính bởi nitrogen, ứng dụng trong năng lượng và môi trường.

• Tác giả: Trần Thị Hồng Điệp
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa Lý Thuyết Và Hóa Lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Hoạt Tính Xúc Tác Quang Của Vật Liệu Composite CoFe2O4/Graphene Oxide Biến Tính Bởi Nitrogen
• Loại tài liệu: luận văn
• Địa điểm: Quy Nhơn

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Ô nhiễm môi trường nước và các phương pháp xử lý
• 1.2. Ô nhiễm môi trường nước
• 1.3. Các phương pháp xử lý
• 1.4. Tổng quan về quá trình quang xúc tác
• 1.5. Xúc tác quang và phản ứng xúc tác quang hóa dị thể
• 1.6. Cơ chế phản ứng quang xúc tác
• 1.7. Tổng quan về vật liệu
• 1.7.1. Vật liệu graphite
• 1.7.2. Vật liệu graphene, graphite oxide và graphene oxide
• 1.7.3. Vật liệu graphene oxide biến tính bởi nitrogen (GO-N)
• 1.7.4. Tâm hoạt động của graphene và graphene oxide
• 1.7.5. Giới thiệu về spinel ferrite, CoFe2O4
• 1.7.6. Giới thiệu vật liệu composite CoFe2O4/GO-N
• 1.7.7. Giới thiệu về Methylene blue (MB)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
• 2.2. Tổng hợp vật liệu
• 2.2.1. Tổng hợp graphene oxide, graphene oxide biến tính bởi Nitrogen và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ pha tạp N
• 2.2.2. Tổng hợp vật liệu CoFe2O4 và khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 2.2.3. Tổng hợp vật liệu composite CoFe2O4/GO-N và khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ GO-N
• 2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction)
• 2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 2.3.4. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy)
• 2.3.5. Phổ quang điện tử tia X (X-ray photoelectron spectroscopy - XPS)
• 2.4. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu
• 2.4.1. Xây dựng đường chuẩn cho methylene blue (MB)
• 2.4.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ và giải hấp phụ
• 2.4.3. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu
• 2.4.4. Đánh giá động học của quá trình xúc tác quang
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Vật liệu GO-N
• 3.1.1. Đặc trưng của các mẫu vật liệu GO-N
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp N đối với hoạt tính xúc tác quang của GO-N
• 3.1.3. Xác định cấu trúc tinh thể theo phương pháp XR và FT-IR
• 3.1.4. Xác định năng lượng vùng cấm bằng phương pháp phổ UV-Vis DRS
• 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng quang xúc tác của CoFe2O4
• 3.3. Vật liệu composite CF/GO-N-450
• 3.3.1. Đặc trưng vật liệu
• 3.3.2. Xác định hình thái hạt của mẫu vật liệu CF/GO-N bằng SEM
• 3.3.3. Xác định trạng thái hóa học bề mặt của mẫu vật liệu CF/GO-N bằng XPS
• 3.3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ GO-N với F đến khả năng quang xúc tác của CF/GO-N
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC ÔNG TRÌNH Á ÔNG Ố
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao)

Tóm tắt

I. Tổng Quan Ô Nhiễm Nước Giải Pháp Xúc Tác Quang CoFe2O4 GO N

Ô nhiễm nước là một thách thức toàn cầu nghiêm trọng, đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển. Sự phát triển công nghiệp và nông nghiệp đã dẫn đến việc thải ra một lượng lớn các hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại vào nguồn nước. Ngành công nghiệp thuốc nhuộm là một trong những nguồn chính gây ô nhiễm, thải ra một lượng lớn nước thải chứa các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy. Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm này. Do đó, việc phát triển các phương pháp xử lý nước thải mới, thân thiện với môi trường, trở thành một nhu cầu cấp thiết. Phương pháp quang xúc tác nổi lên như một giải pháp tiềm năng, sử dụng năng lượng mặt trời để phân hủy các chất ô nhiễm. Vật liệu composite CoFe2O4/graphene oxide biến tính nitrogen (CoFe2O4/GO-N) đang thu hút sự quan tâm lớn nhờ khả năng quang xúc tác hiệu quả và khả năng thu hồi dễ dàng.

1.1. Thực Trạng Ô Nhiễm Nước Do Thuốc Nhuộm Công Nghiệp

Thuốc nhuộm công nghiệp là một trong những tác nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là ở các quốc gia có ngành dệt may phát triển mạnh. Ngân hàng Thế giới ước tính rằng 17-20% ô nhiễm nước công nghiệp xuất phát từ việc nhuộm dệt và xử lý hoàn tất cho vải. Ước tính có khoảng 10-15% lượng thuốc nhuộm bị mất trong quá trình nhuộm và thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý. Các hợp chất này thường có cấu trúc phức tạp và khó phân hủy sinh học, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Cần có các giải pháp xử lý hiệu quả để giảm thiểu tác động này.

1.2. Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Truyền Thống Điểm Hạn Chế

Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống như cơ học, sinh học và hóa lý thường có những hạn chế nhất định trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là thuốc nhuộm. Các phương pháp này có thể tốn kém, không hiệu quả hoặc tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý nước thải tiên tiến, hiệu quả hơn, thân thiện với môi trường là vô cùng quan trọng để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

1.3. Quang Xúc Tác Giải Pháp Tiềm Năng Cho Xử Lý Ô Nhiễm

Quang xúc tác là một phương pháp xử lý nước thải tiên tiến sử dụng chất xúc tác quang và ánh sáng (thường là ánh sáng mặt trời) để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất vô hại như CO2 và H2O. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như hiệu quả cao, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Vật liệu composite CoFe2O4/graphene oxide biến tính nitrogen (CoFe2O4/GO-N) là một trong những chất xúc tác quang đầy hứa hẹn nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, diện tích bề mặt lớn và tính từ tính, cho phép dễ dàng thu hồi sau khi sử dụng.

II. Vật Liệu Composite CoFe2O4 GO N Tổng Hợp Ưu Điểm Vượt Trội

Vật liệu composite CoFe2O4/GO-N kết hợp các ưu điểm của cả cobalt ferrite (CoFe2O4) và graphene oxide biến tính nitrogen (GO-N). CoFe2O4 là một vật liệu từ tính có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, trong khi GO-N có diện tích bề mặt lớn và khả năng dẫn điện tốt, giúp tăng cường hiệu quả quang xúc tác. Việc biến tính nitrogen trên graphene oxide giúp cải thiện tính chất hóa lý và tăng cường khả năng tương tác giữa các hạt nano, dẫn đến sự phân tán đồng đều hơn. Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng lớn trong xử lý nước thải nhờ khả năng phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ.

2.1. CoFe2O4 Tính Chất Vai Trò Trong Vật Liệu Composite

CoFe2O4 là một spinel ferrite có tính từ tính cao, khả năng hấp thụ ánh sáng tốt và tính ổn định hóa học. Kích thước hạt nano của CoFe2O4 giúp tăng diện tích bề mặt riêng, từ đó tăng cường khả năng xúc tác. Trong vật liệu composite CoFe2O4/GO-N, CoFe2O4 đóng vai trò là chất hấp thụ ánh sáng và tạo ra các cặp electron-lỗ trống, cần thiết cho quá trình quang xúc tác.

2.2. Graphene Oxide Biến Tính Nitrogen GO N Cấu Trúc Chức Năng

Graphene oxide (GO) là một dẫn xuất của graphene, có chứa các nhóm chức oxygen trên bề mặt, giúp tăng khả năng phân tán trong nước. Biến tính nitrogen trên GO giúp cải thiện tính dẫn điện, tăng cường khả năng hấp phụ chất ô nhiễm và tạo ra các vị trí hoạt động xúc tác. GO-N đóng vai trò là vật liệu nền, hỗ trợ phân tán các hạt CoFe2O4 và tăng cường khả năng vận chuyển electron trong quá trình quang xúc tác.

2.3. Phương Pháp Tổng Hợp Vật Liệu CoFe2O4 GO N

Vật liệu composite CoFe2O4/GO-N có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp thủy nhiệt, phương pháp đồng kết tủa và phương pháp sol-gel. Phương pháp thủy nhiệt thường được sử dụng để kiểm soát kích thước hạt và độ đồng đều của vật liệu. Quá trình tổng hợp bao gồm việc trộn lẫn các tiền chất của CoFe2O4 và GO-N trong dung dịch, sau đó gia nhiệt trong autoclave ở nhiệt độ và áp suất cao trong một khoảng thời gian nhất định. Tỉ lệ CoFe2O4/GO-N và nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn đến tính chất và hiệu quả quang xúc tác của vật liệu.

III. Nghiên Cứu Hoạt Tính Xúc Tác Quang Phân Hủy Methylene Blue MB

Để đánh giá hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite CoFe2O4/GO-N, các nhà nghiên cứu thường sử dụng phản ứng phân hủy Methylene Blue (MB), một loại thuốc nhuộm hữu cơ phổ biến, làm chất mô hình. Quá trình phân hủy MB được theo dõi bằng phương pháp đo quang phổ UV-Vis, dựa trên sự giảm độ hấp thụ của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quang xúc tác bao gồm tỉ lệ CoFe2O4/GO-N, nhiệt độ biến tính nitrogen, cường độ ánh sáng và nồng độ MB.

3.1. Methylene Blue MB Chất Mô Hình Đánh Giá Khả Năng Quang Xúc Tác

Methylene Blue (MB) là một loại thuốc nhuộm hữu cơ thường được sử dụng làm chất mô hình để đánh giá khả năng quang xúc tác của các vật liệu. MB có cấu trúc đơn giản, dễ phân tích và có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, thuận tiện cho việc theo dõi quá trình phân hủy bằng phương pháp đo quang phổ UV-Vis. Hiệu quả phân hủy MB thường được sử dụng để so sánh hoạt tính xúc tác của các vật liệu khác nhau.

3.2. Phương Pháp Đo Quang Phổ UV Vis Theo Dõi Quá Trình Phân Hủy MB

Phương pháp đo quang phổ UV-Vis được sử dụng để theo dõi quá trình phân hủy MB bằng cách đo độ hấp thụ của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng. Độ hấp thụ giảm dần theo thời gian cho thấy MB đang bị phân hủy. Dựa vào sự thay đổi độ hấp thụ, người ta có thể tính toán hiệu suất phân hủy MB và đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu composite CoFe2O4/GO-N.

3.3. Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hoạt Tính Xúc Tác Quang Của CoFe2O4 GO N

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite CoFe2O4/GO-N, bao gồm tỉ lệ CoFe2O4/GO-N, nhiệt độ và thời gian biến tính nitrogen, cường độ ánh sáng, nồng độ MB và pH của dung dịch. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả quang xúc tác cao nhất. Ví dụ, tỉ lệ CoFe2O4/GO-N phù hợp sẽ giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và vận chuyển electron.

IV. Ứng Dụng Triển Vọng Của Vật Liệu CoFe2O4 GO N Trong Xử Lý Nước

Vật liệu composite CoFe2O4/GO-N có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải nhờ khả năng phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ và khả năng thu hồi dễ dàng bằng từ trường. Ngoài việc phân hủy thuốc nhuộm, vật liệu này có thể được sử dụng để xử lý các chất ô nhiễm khác như thuốc trừ sâu, dược phẩm và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện hiệu quả quang xúc tác, tăng cường độ bền của vật liệu và phát triển các phương pháp tổng hợp quy mô lớn để ứng dụng thực tế.

4.1. Xử Lý Nước Thải Chứa Thuốc Nhuộm Ứng Dụng Tiềm Năng

Ứng dụng tiềm năng nhất của vật liệu composite CoFe2O4/GO-N là trong xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm. Khả năng phân hủy hiệu quả các loại thuốc nhuộm khác nhau, kết hợp với khả năng thu hồi dễ dàng, giúp vật liệu này trở thành một giải pháp hấp dẫn cho các ngành công nghiệp dệt may và nhuộm. Việc triển khai ứng dụng này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm nước và bảo vệ môi trường.

4.2. Xử Lý Các Chất Ô Nhiễm Hữu Cơ Khó Phân Hủy Mở Rộng Phạm Vi

Ngoài thuốc nhuộm, vật liệu composite CoFe2O4/GO-N còn có thể được sử dụng để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy khác, chẳng hạn như thuốc trừ sâu, dược phẩm và các hợp chất hữu cơ công nghiệp. Việc mở rộng phạm vi ứng dụng này sẽ giúp giải quyết nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường phức tạp và bảo vệ nguồn nước.

4.3. Thách Thức Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Phát Triển Ứng Dụng

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc ứng dụng thực tế vật liệu composite CoFe2O4/GO-N vẫn còn một số thách thức, bao gồm việc cải thiện hiệu quả quang xúc tác, tăng cường độ bền của vật liệu và phát triển các phương pháp tổng hợp quy mô lớn. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc giải quyết những thách thức này để đưa vật liệu này vào ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải.

V. Kết Luận Vật Liệu CoFe2O4 GO N Hứa Hẹn Tương Lai Xanh

Nghiên cứu về vật liệu composite CoFe2O4/GO-N biến tính nitrogen đã mở ra một hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm nước bằng phương pháp quang xúc tác. Vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là thuốc nhuộm, nhờ sự kết hợp các ưu điểm của cả CoFe2O4 và GO-N. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển vật liệu này sẽ góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và xây dựng một tương lai xanh.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Hoạt Tính Quang Xúc Tác

Các nghiên cứu đã chứng minh rằng vật liệu composite CoFe2O4/GO-N biến tính nitrogen có hoạt tính quang xúc tác cao trong việc phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ như Methylene Blue (MB). Hiệu quả phân hủy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tỉ lệ CoFe2O4/GO-N, nhiệt độ biến tính nitrogen và cường độ ánh sáng. Việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể giúp đạt được hiệu quả quang xúc tác cao nhất.

5.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Rộng Rãi Trong Các Lĩnh Vực Khác

Ngoài lĩnh vực xử lý nước thải, vật liệu composite CoFe2O4/GO-N biến tính nitrogen còn có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác, chẳng hạn như cảm biến, lưu trữ năng lượng và y sinh. Tính chất độc đáo của vật liệu này, bao gồm tính từ tính, diện tích bề mặt lớn và khả năng dẫn điện tốt, mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng mới.

5.3. Hướng Đi Trong Tương Lai Để Phát Triển Vật Liệu

Trong tương lai, nghiên cứu về vật liệu composite CoFe2O4/GO-N biến tính nitrogen nên tập trung vào việc cải thiện hiệu quả quang xúc tác, tăng cường độ bền của vật liệu và phát triển các phương pháp tổng hợp quy mô lớn để ứng dụng thực tế. Việc nghiên cứu cơ chế phản ứng quang xúc tác cũng rất quan trọng để tối ưu hóa hoạt tính xúc tác của vật liệu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

GI O Ụ V OT O TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ HỒNG ĐIỆP TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE CoFe2O4/GRAPHENE OXIDE BIẾN TÍNH BỞI NITROGEN Chuyên ngành : Hóa lý thuyết và hóa lý Mã số : 8440119 Ngƣời hƣớng dẫn: TS. NGUYỄN VĂN THẮNG LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan công trình này là kết quả nghiên cứu của riêng em, đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Các số liệu, những kết luận đƣợc trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng công bố trong bất cứ một công trình nghiên cứu nào. Em xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Học viên Trần Thị Hồng Điệp LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy TS. Nguyễn Văn Thắng – ngƣời đã tận tâm hƣớng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và động viên em hoàn thành tốt luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, ô công tác tại Khoa Hóa - Trƣờng ại học Quy Nhơn, đặc biệt là ô PGS. Nguyễn Thị Vƣơng Hoàn đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo cho em trong suốt khóa học và thời gian thực hiện đề tài.

Xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị, các bạn, các em làm nghiên cứu ở phòng thực hành thí nghiệm hóa học- Khu A6- Trƣờng ại học Quy Nhơn, đã giúp đỡ, tạo điều kiện, hỗ trợ em trong quá trình thực hiện đề tài. uối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đặc biệt là toàn thể học viên lớp ao học chuyên ngành Hóa lý thuyết và hóa lý, Hóa vô cơ đã tạo điều kiện cho em trong suốt khóa học và thời gian nghiên cứu. ù đã rất cố gắng trong thời gian thực hiện luận văn nhƣng vì còn hạn chế kiến thức, thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu nên luận văn của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự thông cảm và những ý kiến đóng góp quý báu từ quý Thầy, ô để luận văn của em đƣợc hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI AM OAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ẦU. LÝ DO CHỌN Ề TÀI. MỤ Í H V NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU. ỐI TƢỢNG VÀ PH M VI NGHIÊN CỨU.

ối tƣợng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. PHƢƠNG PH P NGHIÊN ỨU. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN.

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc và các phƣơng pháp xử lý. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc. ác phƣơng pháp xử lý.

Tổng quan về quá trình quang xúc tác. Xúc tác quang và phản ứng xúc tác quang hóa dị thể. ơ chế phản ứng quang xúc tác. Tổng quan về vật liệu.

Vật liệu graphite. Vật liệu graphene, graphite oxide và graphene oxide. Vật liệu graphene oxide biến tính bởi nitrogen (GO-N). Tâm hoạt động của graphene và graphene oxide.

Giới thiệu về spinel ferrite, CoFe2O4. Giới thiệu vật liệu composite CoFe2O4/GO-N. Giới thiệu về Methylene blue (MB). THỰC NGHIỆM V PHƢƠNG PH P NGHIÊN ỨU.

Hóa chất, dụng cụ, thiết bị. Tổng hợp vật liệu. Tổng hợp graphene oxide, graphene oxide biến tính bởi Nitrogen và khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ pha tạp N. Tổng hợp vật liệu CoFe2O4 và khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung.

Tổng hợp vật liệu composite CoFe2O4/ GO-N và khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ GO-N. ác phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction). Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM).

Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR). Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV- Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy). Phổ quang điện tử tia X (X-ray photoelectron spectroscopy-XPS) 41 2. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu.

Xây dựng đƣờng chuẩn cho methylene blue (MB). Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ và giải hấp phụ. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu. ánh giá động học của quá trình xúc tác quang.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Vật liệu GO-N. ặc trƣng của các mẫu vật liệu GO-N. Ảnh hƣởng của nồng độ pha tạp N đối với hoạt tính xúc tác quang của GO-N.

Xác định cấu trúc tinh thể theo phƣơng pháp XR và FT-IR. Xác định năng lƣợng vùng cấm bằng phƣơng pháp phổ UV-Vis DRS. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến khả năng quang xúc tác của CoFe2O4. Vật liệu composite CF/GO-N-450.

ặc trƣng vật liệu. Xác định hình thái hạt của mẫu vật liệu CF/GO-N bằng SEM. Xác định trạng thái hoá học bề mặt của mẫu vật liệu CF/GO-N bằng XPS. Ảnh hƣởng của tỉ lệ GO-N với F đến khả năng quang xúc tác của CF/GO-N.

65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 69 DANH MỤ ÔNG TRÌNH Ã ÔNG Ố. 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 72 PHỤ LỤC QUYẾT ỊNH GIAO Ề TÀI LUẬN VĂN TH SĨ (bản sao) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU C Nồng độ (mg/l) g Gam mg Miligam nm Nanomet λ bƣớc sóng DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết Chú thích tiếng Anh Chú thích tiếng Việt tắt Quá trình oxi hóa AOPs Advance oxidation process nâng cao CB Conduction band Vùng dẫn CF Cobalt ferrite CoFe2O4 Energy Dispersive X-Ray Phƣơng pháp phổ tán EDS hay EDX Spectroscopy xạ năng lƣợng tia X Eg Band gap energy Năng lƣợng vùng cấm Fourier Transform-Infrared Phổ hồng ngoại biến đổi FI-IR Spectroscopy Fourier GO Graphene oxide Graphen oxit Graphen oxit biến tính GO-N Nitrogen-doped graphene oxide bởi nitơ MB Methylene Blue Xanh Methylen PCBs Polychlorobiphenyls Scanning Electron Kính hiển vi điện tử SEM Microscopy quét UV-Vis Ultraviolet-visible Phổ hấp thụ phân tử Phƣơng pháp phổ phản Ultraviolet-visible diffuse UV-Vis DRS xạ khuếch tán tử ngoại- reflectance spectra khả kiến VB Valence band Vùng hóa trị X-ray photoelectron Phổ quang điện tử tia XPS spectroscopy-XPS X XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.

Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng. Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng. Thế oxi hóa của các chất oxi hóa điển hình. Danh mục hóa chất dùng trong luận văn.

ộ hấp thụ của dung dịch MB có nồng độ từ 0,05 đến 10 mg/L. Dữ liệu thu đƣợc từ các các mẫu vật liệu CF-450; CF/0,2-GO-N- 450; CF/0,3-GO-N-450, CF/0,4-GO-N-450 và CF/0,5-GO-N-450 khi khảo sát động học theo mô hình Langmuir-Hinshelwood. 68 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. ơ chế phản ứng xúc tác quang hóa dị thể [62].

Sơ đồ biểu diễn cơ chế oxi hóa [62]. Sơ đồ nhiễu xạ Rơnghen. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên mạng tinh thể. ộ tù của peak phản xạ gây ra do kích thƣớc hạt.

Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét. Nguyên lý hoạt động của Phổ quang điện tử tia X. Phổ quang điện tử tia X của một mẫu vật liệu. Phổ qu t UV-Vis của dung dịch MB.

ồ thị đƣờng chuẩn MB có nồng độ 0,05 – 10 mg/L. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu GO và GO-N với các hàm lƣợng pha tạp N khác nhau. Phổ FT-IR của mẫu GO và các mẫu GO-N. Phổ UV-Vis DRS của các mẫu vật liệu GO và GO-N-1,5.

ồ thị sự phụ thuộc hàm Kubelka - Munk vào năng lƣợng photon nhằm ƣớc tính năng lƣợng vùng cấm Eg của các mẫu GO và GO- N-1,5. ồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C0 của MB theo thời gian chiếu sáng của các mẫu GO-N. Hiệu suất phân hủy (%) MB của vật liệu GO-N với các hàm lƣợng N khác nhau sau 6 giờ chiếu sáng. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu CF nung ở các nhiệt độ khác nhau.

Phổ FT-IR của mẫu CF-450. Phổ UV-Vis DRS của mẫu vật liệu CF-450. ồ thị sự phụ thuộc hàm Kubelka - Munk vào năng lƣợng photon nhằm ƣớc tính năng lƣợng vùng cấm Eg của mẫu vật liệu CF-45. ồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C0 của MB theo thời gian chiếu sáng của các mẫu CF.

Hiệu suất phân hủy (%) MB của vật liệu CF ở các nhiệt độ nung khác nhau sau 6 giờ chiếu sáng. Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu composite GO-N-1,5; CF- 450, CF/0,3-GO-N-450 (a); CF/0,2-GO-N-450, CF/0,4-GO-N- 450 và CF/0,5-GO-N-450 (b). Phổ hồng ngoại của mẫu CF-450; GO-N-1,5; CF/0,5-GO-N-450 60 Hình 3. Phổ UV-Vis DRS của mẫu vật liệu CF/0,2-GO-N-450; CF/0,3- GO-N-450, CF/0,4-GO-N-450 và CF/0,5-GO-N-450.

ồ thị sự phụ thuộc hàm Kubelka - Munk vào năng lƣợng photon nhằm ƣớc tính năng lƣợng vùng cấm Eg của các mẫu vật liệu CF/0,2-GO-N-450; CF/0,3-GO-N-450, CF/0,4-GO-N-450 và CF/0,5-GO-N-450. Ảnh SEM của mẫu vật liệu CF/0,5-GO-N-450. Phổ XPS tổng quát của mẫu vật liệu CF/0,5-GO-N-450. Phổ XPS phân giải cao của Fe 2p.

Phổ XPS phân giải cao của Co 2p. Phổ XPS phân giải cao của O 1s. Phổ XPS phân giải cao của N 1s. ồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C0 của MB theo thời gian chiếu sáng của mẫu trắng, CF-450; GO-N-1,5; CF/0,2-GO-N-450; CF/0,3-GO-N-450, CF/0,4-GO-N-450 và CF/0,5-GO-N-450.

Hiệu suất phân hủy (%) MB của mẫu trắng, CF-450; GO-N-1,5; CF/0,2-GO-N-450; CF/0,3-GO-N-450, CF/0,4-GO-N-450 và CF/0,5-GO-N-450 ở các nhiệt độ nung khác nhau sau 6 giờ chiếu sáng. Mối quan hệ tuyến tính của ln(C0/C) so với thời gian chiếu sáng trên các mẫu vật liệu CF-450; CF/0,2-GO-N-450; CF/0,3-GO-N- 450, CF/0,4-GO-N-450 và CF/0,5-GO-N-450. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc là một vấn đề lớn mà con ngƣời đang phải đối mặt trong thế kỷ 21, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển. Giờ đây mọi ngƣời đã nhận thức ra rằng, nƣớc không phải là nguồn tài nguyên vô tận.

Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, nhiều ngành công nghiệp nhƣ hoá chất, hoá dƣợc, dƣợc phẩm và khai thác quặng đòi hỏi lƣợng lớn nƣớc. Tuy nhiên, nƣớc thải từ các ngành công nghiệp này thƣờng bị nhiễm các hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại. Trong hai thập niên gần đây, các chất ô nhiễm đến từ nhiều hoạt động nông nghiệp và công nghiệp đang làm ô nhiễm nƣớc và không khí đến mức báo động trên toàn thế giới [1]. Ngành công nghiệp thuốc nhuộm thải ra một lƣợng lớn nƣớc thải công nghiệp (industrial wastewater) và do đó nó là một trong những nguồn chính thải ra các chất ô nhiễm hữu cơ (organic pollutants).000 thuốc nhuộm thuộc các loại hoá chất khác nhau với sản lƣợng sản xuất hằng năm 7105 tấn [2].

Ngƣời ta ƣớc tính rằng 10-15% số lƣợng ban đầu là bị mất trong quá trình nhuộm, đƣợc thải trực tiếp ra ngoài mà không qua quá trình xử lý.