Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu nano Zn1 XMnXO và ứng dụng xử lý Rhodamine B trong môi trường nước

• Tác giả: Trần Thị Tình
• Người hướng dẫn: TS. Đinh Văn Tạc
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cử nhân hóa phân tích - môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu Nano Zn1-XMnXO và Ứng Dụng Xử Lý Rhodamine B Trong Nước
• Loại tài liệu: khóa luận
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Đà Nẵng

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO NANO
• 1.1. Tính chất chung và một số ứng dụng của ZnO
• 1.2. Cấu trúc tinh thể của ZnO
• 1.3. Cấu trúc vùng năng lượng
• 1.4. Tính chất điện và quang của vật liệu ZnO
• 1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZnO NANO
• 1.5.1. Điều chế ZnO nano dạng bột bằng phương pháp sol – gel
• 1.5.2. Điều chế ZnO nano dạng bột bằng phương pháp đốt cháy
• 1.6. GIỚI THIỆU VỀ RHODAMINE B
• 1.7. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHẨM MÀU DỆT NHUỘM
• 1.8. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC
• 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
• 2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU
• 2.2.1. Quá trình tổng hợp nano ZnO
• 2.2.2. Quá trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn
• 2.3. ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ RHB
• 2.3.1. Đường chuẩn xác định nồng độ RhB
• 2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố lên tốc độ phân hủy RhB
• 2.3.2.1. Ảnh hưởng của phần trăm khối lượng mangan pha tạp đến hiệu suất phân hủy RhB
• 2.3.2.2. Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phân hủy RhB
• 2.3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên tốc độ phân hủy RhB
• 2.3.2.4. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy RhB
• 2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
• 2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen
• 2.4.2. Phương pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 2.4.3. Phương pháp đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS)
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU XÚC TÁC ZnO
• 3.1.1. Thành phần pha của vật liệu - phổ XRD
• 3.1.2. Thành phần các nguyên tố trong vật liệu – phổ tán xạ EDX
• 3.2. Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang phân hủy RhB
• 3.2.1. Ảnh hưởng của phần trăm khối lượng Mn pha tạp
• 3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phân hủy RhB
• 3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến tốc độ phản ứng phân hủy RhB
• 3.2.4. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến tốc độ phân hủy RhB
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu ZnO nano

Vật liệu nano Zn1-xMnxO là một trong những chất bán dẫn quan trọng, có nhiều ứng dụng trong công nghệ hiện đại. ZnO có vùng cấm rộng, khoảng 3,27 eV, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các thiết bị quang điện. Tính chất quang và điện của nano Zn1-xMnxO được cải thiện khi pha tạp mangan, giúp tăng cường khả năng quang xúc tác. Việc nghiên cứu cấu trúc tinh thể của ZnO cho thấy nó tồn tại dưới dạng lục phương kiểu wurtzit, lập phương kiểu sphalerit và halit. Mỗi dạng cấu trúc này có những đặc điểm riêng, ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hóa học của vật liệu. Đặc biệt, nano Zn1-xMnxO có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng trong xử lý ô nhiễm nước.

1.1. Tính chất chung và ứng dụng của ZnO

ZnO là một chất bán dẫn có nhiều tính chất ưu việt như tính dẫn điện, tính quang và tính áp điện. Những tính chất này giúp ZnO được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, cảm biến và quang xúc tác. Việc pha tạp mangan vào ZnO không chỉ cải thiện tính chất quang mà còn tăng cường khả năng từ tính, mở ra nhiều ứng dụng mới trong công nghệ nano. Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng nano Zn1-xMnxO trong xử lý ô nhiễm nước, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ độc hại như Rhodamine B, có thể mang lại hiệu quả cao trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Nghiên cứu xử lý Rhodamine B

Rhodamine B là một trong những chất nhuộm hữu cơ phổ biến, thường được tìm thấy trong nước thải công nghiệp. Việc xử lý Rhodamine B trong nước là một thách thức lớn do tính bền vững và độc tính của nó. Nghiên cứu cho thấy, nano Zn1-xMnxO có khả năng quang xúc tác mạnh mẽ, giúp phân hủy Rhodamine B dưới ánh sáng mặt trời. Quá trình này không chỉ giúp loại bỏ chất nhuộm mà còn giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. Các yếu tố như pH, nồng độ xúc tác và cường độ ánh sáng đều ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy Rhodamine B. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất trong xử lý nước thải.

2.1. Phương pháp xử lý

Phương pháp quang xúc tác sử dụng nano Zn1-xMnxO đã được chứng minh là hiệu quả trong việc xử lý Rhodamine B. Nghiên cứu cho thấy, khi sử dụng nano Zn1-xMnxO với nồng độ thích hợp, tốc độ phân hủy Rhodamine B có thể đạt đến 90% chỉ sau vài giờ. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng, việc điều chỉnh pH của dung dịch có thể làm tăng đáng kể hiệu suất phân hủy. Điều này cho thấy, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý nước thải bằng nano Zn1-xMnxO không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc bảo vệ môi trường.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nano Zn1-xMnxO không chỉ có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt mà còn có hiệu suất quang xúc tác cao trong việc phân hủy Rhodamine B. Các phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen và phổ tán sắc năng lượng EDX cho thấy, cấu trúc và thành phần của vật liệu không bị thay đổi đáng kể sau quá trình xử lý. Điều này chứng tỏ rằng, nano Zn1-xMnxO có thể được sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất. Hơn nữa, việc pha tạp mangan vào ZnO đã cải thiện đáng kể tính chất quang xúc tác, mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm môi trường.

3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý

Hiệu quả xử lý Rhodamine B bằng nano Zn1-xMnxO được đánh giá qua các chỉ số như tốc độ phân hủy và khả năng tái sử dụng của vật liệu. Kết quả cho thấy, nano Zn1-xMnxO có thể duy trì hiệu suất quang xúc tác cao sau nhiều lần sử dụng, điều này rất quan trọng trong ứng dụng thực tiễn. Việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động của nano Zn1-xMnxO trong quá trình phân hủy Rhodamine B sẽ giúp tối ưu hóa quy trình xử lý và phát triển các vật liệu mới có hiệu quả hơn trong việc xử lý ô nhiễm nước.