Nghiên cứu tổng hợp Fe3O4-SiO2-ZnO-Ag-AgCl và ứng dụng quang phân hủy thuốc nhuộm trong nước

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm trong công nghệ dệt nhuộm

1.2. Tình hình sản xuất và phát sinh nước thải của ngành dệt nhuộm

1.3. Sơ lược về thuốc nhuộm

1.4. Phân loại thuốc nhuộm

1.5. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm

1.6. Tổng quan về phương pháp oxi hóa nâng cao trong xử lý thuốc nhuộm trong nước

1.7. Phương pháp xử lý oxi hóa nâng cao

1.8. Gốc tự do hydroxyl và quá trình tạo ra gốc tự do hydroxyl

1.9. Các gốc tự do khác

1.10. Một số yếu tố liên quan đến xúc tác quang hóa

1.11. Cơ chế và điều kiện của phản ứng quang xúc tác

1.12. Cơ sở lựa chọn vật liệu làm xúc tác quang hóa

1.13. Lựa chọn phương pháp tổng hợp vật liệu

1.14. Phương pháp tổng hợp hạt nano Fe3O4

1.15. Phương pháp tổng hợp hạt Fe3O4@SiO2

1.16. Phương pháp tổng hợp Fe3O4@SiO2/ZnO

1.17. Phương pháp tổng hợp Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag

1.18. Phương pháp tổng hợp Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag/AgCl

1.19. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

2.2. Dụng cụ và thiết bị

2.3. Quy trình tổng hợp xúc tác

2.3.1. Tổng hợp hạt nano Fe3O4

2.3.2. Tổng hợp vật liệu Fe3O4@SiO2

2.3.3. Tổng hợp vật liệu Fe3O4@SiO2/ZnO

2.3.4. Tổng hợp vật liệu Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag

2.3.5. Tổng hợp vật liệu Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag/AgCl

2.4. Các phương pháp nghiên cứu tính chất lý hóa của xúc tác

2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen

2.4.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét qua (SEM)

2.4.3. Phương pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)

2.4.4. Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT-IR)

2.4.5. Phương pháp quang phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại và khả kiến (UV-Vis DRS)

2.4.6. Phương pháp đo tính chất từ bằng từ kế mẫu rung

2.4.7. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu FSZAC

2.5. Phương pháp thử hoạt tính xúc tác quang của vật liệu

2.5.1. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis

2.5.2. Cấu tạo mô hình thí nghiệm thực hiện phản ứng xúc tác quang hóa

2.6. Ảnh hưởng các điều kiện tổng hợp vật liệu FSZAC đến khả năng phân hủy MB

2.6.1. Ảnh hưởng của thành phần cấu trúc vật liệu

2.6.2. Ảnh hưởng của nồng độ Zn2+ khi tổng hợp vật liệu FSZAC

2.6.3. Ảnh hưởng nồng độ Ag+ khi tổng hợp vật liệu FSZAC

2.6.4. Ảnh hưởng tỉ lệ mol FeCl3:AgNO3 khi tổng hợp vật liệu FSZAC

2.7. Ảnh hưởng của điều kiện quang hóa đến khả năng phân hủy MB của vật liệu FSZAC

2.7.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân hủy MB

2.7.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn: lỏng giữa khối lượng xúc tác và thể tích dung dịch MB ban đầu

2.7.3. Ảnh hưởng của nồng độ đầu MB

2.7.4. Hoạt tính quang của xúc tác khi được tái sử dụng nhiều lần

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. Kết quả tổng hợp hạt vật liệu F, FS, FSZ, FSZA, FSZAC

3.2. Thành phần pha của vật liệu

3.3. Hình thái bề mặt vật liệu FSZAC

3.4. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR

3.5. Tính siêu thuận từ của vật liệu

3.6. Năng lượng vùng cấm của vật liệu

3.7. So sánh hiệu suất phân hủy MB của các mẫu vật liệu

3.8. Đường chuẩn xác định nồng độ

3.9. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến quang xúc tác của vật liệu

3.9.1. Ảnh hưởng của nồng độ Zn2+

3.9.2. Ảnh hưởng của nồng độ Ag+

3.9.3. Ảnh hưởng tỉ lệ mol FeCl3:AgNO3

3.10. Ảnh hưởng điều kiện thực hiện quang xúc tác đến khả năng phân hủy MB của vật liệu FSZAC

3.10.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân hủy MB

3.10.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn:lỏng giữa khối lượng xúc tác và thể tích dung dịch MB ban đầu

3.10.3. Ảnh hưởng của nồng độ đầu MB

3.11. Khả năng tái sử dụng của xúc tác

4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về thuốc nhuộm và ô nhiễm nước

Ngành dệt nhuộm đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, nhưng cũng gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước. Nước thải từ ngành này chứa nhiều loại thuốc nhuộm độc hại, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Các phương pháp xử lý nước thải đã được nghiên cứu, trong đó phương pháp oxi hóa nâng cao với sự hỗ trợ của xúc tác quang cho thấy nhiều ưu điểm. Việc sử dụng vật liệu nano như ZnO, Ag, và AgCl trong xử lý nước thải dệt nhuộm là một hướng đi tiềm năng. Những vật liệu này không chỉ giúp phân hủy thuốc nhuộm mà còn có khả năng tái sử dụng và thu hồi dễ dàng.

1.1 Tình hình sản xuất và phát sinh nước thải

Ngành dệt nhuộm hiện nay đang phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên, sự gia tăng sản xuất cũng đồng nghĩa với việc gia tăng lượng nước thải. Nước thải này chứa nhiều hóa chất độc hại, trong đó có thuốc nhuộm. Việc xử lý nước thải này là cần thiết để bảo vệ môi trường. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới như quang phân hủy là rất quan trọng.

II. Tổng hợp vật liệu Fe3O4 SiO2 ZnO Ag AgCl

Quá trình tổng hợp vật liệu Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag/AgCl được thực hiện qua nhiều bước. Đầu tiên, Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa. Sau đó, lớp SiO2 được phủ lên bề mặt của Fe3O4 để tăng cường tính ổn định. Tiếp theo, ZnO và Ag được thêm vào để cải thiện khả năng quang xúc tác. Cuối cùng, AgCl được bổ sung để tăng cường hoạt tính quang hóa. Vật liệu sau khi tổng hợp được đánh giá về mặt hình thái, thành phần pha và tính chất quang hóa. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng phân hủy thuốc nhuộm hiệu quả dưới ánh sáng tự nhiên.

2.1 Phương pháp tổng hợp

Phương pháp tổng hợp Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag/AgCl được thực hiện qua các bước cụ thể. Đầu tiên, Fe3O4 được tổng hợp từ các muối sắt bằng phương pháp đồng kết tủa. Sau đó, lớp SiO2 được hình thành thông qua phản ứng với silane. Tiếp theo, ZnO được tổng hợp và kết hợp với Ag để tạo thành lớp xúc tác quang. Cuối cùng, AgCl được thêm vào để tăng cường khả năng quang xúc tác. Quá trình tổng hợp này không chỉ đảm bảo tính đồng nhất mà còn tối ưu hóa hiệu suất phân hủy thuốc nhuộm.

III. Đánh giá hoạt tính quang phân hủy

Hoạt tính quang phân hủy của vật liệu Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag/AgCl được đánh giá thông qua các thí nghiệm phân hủy methylene blue (MB) trong nước. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng phân hủy MB lên đến 89,7% sau 330 phút chiếu sáng. Các yếu tố như pH, nồng độ xúc tác và tỉ lệ lỏng:rắn cũng được khảo sát để tối ưu hóa điều kiện phản ứng. Vật liệu này không chỉ có hiệu suất cao mà còn dễ dàng thu hồi nhờ tính từ tính của Fe3O4.

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính quang

Nghiên cứu cho thấy rằng pH của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến khả năng phân hủy MB. Ở pH 6, hiệu suất phân hủy đạt mức tối ưu. Ngoài ra, tỉ lệ lỏng:rắn giữa khối lượng xúc tác và thể tích dung dịch cũng cần được điều chỉnh để đạt hiệu quả tốt nhất. Việc tối ưu hóa các điều kiện này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất phân hủy mà còn đảm bảo tính bền vững của vật liệu trong quá trình sử dụng.

IV. Kết luận và ứng dụng

Luận văn đã chứng minh rằng vật liệu Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag/AgCl có tiềm năng lớn trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm. Với khả năng phân hủy cao và dễ dàng thu hồi, vật liệu này có thể được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Việc phát triển và tối ưu hóa các vật liệu quang xúc tác không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp dệt nhuộm.

4.1 Ứng dụng trong xử lý nước thải

Vật liệu Fe3O4@SiO2/ZnO/Ag/AgCl có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm. Với khả năng phân hủy hiệu quả các thuốc nhuộm, vật liệu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Việc áp dụng công nghệ này trong thực tiễn sẽ góp phần bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp Fe3O4-SiO2-ZnO-Ag-AgCl và ứng dụng trong quang phân hủy thuốc nhuộm