Nghiên cứu loại bỏ màu từ dung dịch nước sử dụng hạt chitosan TiO2

• Tác giả: Dao Thanh Long
• Người hướng dẫn: Dr. Hoang Thi Tuyet Nhung
• Trường học: HCMC University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Environmental Engineering and Technology
• Đề tài: Study On The Removal Of Color From Aqueous Solution Using TiO2 – Chitosan Beads And Films
• Loại tài liệu: Graduation Thesis
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Ho Chi Minh

• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• COMMITMENT
• 1. Chapter 1: RESEARCH OVERVIEW
• 1.1. Research overview
• 1.2. Research overview in Vietnam
• 2. Chapter 2: THEORETICAL OVERVIEW
• 2.1. OVERVIEW OF DYE
• 2.1.1. Classification of dyes
• 2.1.2. Type of dyes used for research
• 2.2. OVERVIEW OF CHITOSAN
• 2.2.1. History of formation and development
• 2.2.2. Chemical properties of Chitosan
• 2.2.3. Physical properties of Chitosan
• 2.2.4. Chitosan preparation process
• 2.2.5. Overview of researched Chitosan
• 2.3. OVERVIEW OF TiO2
• 2.3.1. Formations and crystal structures of TiO2
• 2.3.2. Properties of TiO2
• 2.3.3. Factors affecting photochemical catalytic process of TiO2
• 2.3.4. Some limitations of TiO2
• 2.3.5. Some methods to increase photocatalytic activity of TiO2
• 2.3.6. Overview of research TiO2 (Degussa, P-25)
• 2.4. OVERVIEW OF GLYCEROL
• 2.4.1. Food industry applications
• 2.4.2. Medical, pharmaceutical and personal care applications
• 2.5. OVERVIEW OF SODIUM TRIPOLYPHOSPHATE (STPP)
• 2.6. OVERVIEW OF TAGUCHI METHOD (MINITAB SOFTWARE)
• 3. EQUIPMENT, TOOLS AND CHEMICALS
• 3.1. SYNTHESIS OF CGTI
• 3.1.1. Process of material preparation
• 3.1.2. Determination of materials physical properties
• 3.2. MATERIAL ANALYSIS METHODS
• 3.2.1. X-Ray Powder Diffraction analysis (XRD)
• 3.2.2. Fourier transform infrared spectroscopy analysis (FTIR)
• 3.2.3. Scanning electron microscope analysis (SEM)
• 3.2.4. Energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis (EDX)
• 3.3. Creating standard curve
• 3.4. Decoloration efficiencies of bead materials
• 3.5. Decoloration efficiencies of CGTi films
• 3.6. Comparation of color removal between Chitosan - TiO2 beads and films
• 4. Chapter 4: RESULTS AND DISCUSSION
• 4.1. CHARACTERISTICS OF MATERIALS
• 4.1.1. Physical properties of the material
• 4.1.2. Structure of material samples
• 4.1.3. FT-IR spectrum
• 4.1.4. Morphology of surface material
• 4.2. DECOLORATION EFFICIENCIES OF CGTi BEADS
• 4.2.1. Comparation of decoloration abilities among materials
• 4.2.2. Effect of the factors in the photocatalysis process
• 4.2.3. Experiment with UVA reactor
• 4.3. DECOLORATION EFFICIENCIES OF CGTi FILMS
• 4.3.1. Comparation of decoloration abilities among materials
• 4.3.2. Effect of the factors in the photocatalysis process
• 4.4. COMPARING TREATMENT ABILITIES BETWEEN CGTi BEAD AND FILM
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ACRONYMS

I. Giới thiệu

Nghiên cứu về loại bỏ màu từ dung dịch nước bằng hạt chitosan TiO2 là một vấn đề cấp bách trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Ngành công nghiệp dệt nhuộm, mặc dù phát triển mạnh mẽ, lại là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước. Các chất nhuộm thường chứa các hợp chất hữu cơ độc hại, không phân hủy, gây hại cho sức khỏe con người và sinh vật. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để xử lý nước thải là rất cần thiết. Nghiên cứu này nhằm phát triển một vật liệu thân thiện với môi trường, có khả năng loại bỏ màu hiệu quả từ nước thải dệt nhuộm.

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển và tối ưu hóa quy trình sử dụng hạt chitosan kết hợp với TiO2 để loại bỏ màu từ các dung dịch nước. Nghiên cứu sẽ tiến hành chuẩn bị các dạng hạt và màng từ chitosan, glycerol và TiO2, đồng thời đánh giá hoạt tính xúc tác của các mẫu với các loại màu hữu cơ khác nhau như Methyl Orange, Near Wash Yellow, Acid Blue và Textile Color. Các phương pháp phân tích hiện đại như SEM, EDX, FTIR, và XRD sẽ được sử dụng để xác định đặc tính của vật liệu đã chuẩn bị.

II. Tổng quan lý thuyết

Trong phần này, nghiên cứu sẽ trình bày tổng quan về chitosan và TiO2, hai thành phần chính trong nghiên cứu. Chitosan là một polysaccharide tự nhiên có khả năng hấp phụ tốt, nhờ vào các nhóm chức amino và hydroxyl trong cấu trúc phân tử của nó. TiO2 là một chất xúc tác quang học hiệu quả, có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại dưới ánh sáng. Việc kết hợp TiO2 với chitosan không chỉ giúp giữ lại TiO2 trong vật liệu mà còn tăng cường khả năng xử lý ô nhiễm. Nghiên cứu cũng sẽ đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xúc tác quang học của TiO2, bao gồm pH, thời gian lưu giữ thủy lực và nồng độ TiO2.

2.1 Đặc điểm của chitosan

Chitosan được chiết xuất từ chitin, có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực môi trường nhờ vào khả năng hấp phụ các kim loại nặng và chất ô nhiễm hữu cơ. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chitosan có khả năng loại bỏ màu từ nước thải dệt nhuộm, tuy nhiên hiệu quả còn hạn chế. Việc kết hợp chitosan với TiO2 sẽ tạo ra một vật liệu mới có khả năng xử lý ô nhiễm tốt hơn. Nghiên cứu này sẽ phân tích các đặc tính hóa học và vật lý của chitosan, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng của nó trong xử lý nước thải.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sẽ áp dụng phương pháp thực nghiệm để chuẩn bị các mẫu hạt và màng từ chitosan và TiO2. Các mẫu sẽ được phân tích bằng các phương pháp hiện đại như SEM, EDX, FTIR và XRD để xác định cấu trúc và tính chất của chúng. Đặc biệt, nghiên cứu sẽ đánh giá hiệu quả loại bỏ màu của các mẫu hạt và màng dưới các điều kiện khác nhau như pH, thời gian lưu giữ và nồng độ TiO2. Phương pháp so sánh sẽ được sử dụng để tìm ra mẫu có hiệu quả loại bỏ màu tốt nhất.

3.1 Thiết kế thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm sẽ được thực hiện theo phương pháp Taguchi để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ màu. Các yếu tố như pH, thời gian lưu giữ và nồng độ TiO2 sẽ được điều chỉnh để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý. Kết quả thu được sẽ được phân tích và so sánh để đánh giá hiệu quả của từng loại vật liệu trong việc loại bỏ màu từ dung dịch nước.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hạt chitosan TiO2 có khả năng loại bỏ màu hiệu quả hơn so với các mẫu chitosan đơn thuần. Cụ thể, hiệu quả loại bỏ màu của các mẫu hạt chitosan TiO2 đạt từ 70-75%, trong khi các mẫu chitosan không có TiO2 chỉ đạt 12-15%. Điều này cho thấy sự kết hợp giữa chitosan và TiO2 không chỉ tăng cường khả năng hấp phụ mà còn cải thiện khả năng xúc tác quang học. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các yếu tố như pH và thời gian lưu giữ có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý, từ đó cung cấp thông tin quý giá cho việc ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải.

4.1 Đánh giá hiệu quả xử lý

Các thí nghiệm cho thấy rằng mẫu CGTi có hiệu quả loại bỏ màu cao nhất, đạt 75% trong điều kiện tối ưu. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng TiO2 trong hạt chitosan không chỉ giúp giữ lại TiO2 mà còn tăng cường khả năng xử lý ô nhiễm. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu xử lý nước thải hiệu quả, thân thiện với môi trường.