Luận Văn Thạc Sĩ: Tổng Hợp Và Biến Tính Vật Liệu MS2 (M=Mo, W) Sử Dụng g-C3N4 Làm Chất Xúc Tác Quang

• Tác giả: Truong Duy Huong
• Người hướng dẫn: Assoc. Vo Vien
• Trường học: Quy Nhon University
• Chuyên ngành: Physical and Theoretical Chemistry
• Đề tài: Synthesis and Modification of MS2 (M = Mo, W) with g-C3N4 for Photocatalysis
• Loại tài liệu: doctoral thesis
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Binh Dinh

• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENTS
• 1. INTRODUCTION
• 2. OVERVIEW OF CURRENT PHOTOCATALYSTS
• 2.1. MS2-BASED (M = Mo, W) PHOTOCATALYSTS
• 2.1.1. Structures of MS2 (M = Mo, W)
• 2.1.2. MS2-based composites
• 2.2. PHOTOCATALYTIC PROCESS, LIGHT SOURCES AND ASSESSMENT BENCHMARKS
• 2.2.1. Photocatalytic degradation mechanism
• 2.2.2. Adsorption role in photocatalytic process
• 2.2.3. Light sources for photocatalysis – Light emitting diodes (LEDs)
• 3. PHOTOCATALYTIC REACTOR ASSESSMENT
• 4. PHOTODEGRADATION OF ANTIBIOTICS AND DYES IN AQUEOUS SOLUTION
• 5. PHOTOCATALYTIC PILOT DESIGN OVERVIEW
• 5.1. Slurry reactors versus immobilized catalyst reactors
• 6. CHEMICALS AND EQUIPMENT
• 6.1. Fabrication of WS2/g-C3N4
• 6.2. Fabrication of MoS2/g-C3N4
• 6.3. Determining point of zero charge
• 6.4. Light spectra and intensity
• 6.5. Photocatalytic activity evaluation
• 6.5.1. Measurement of emitted irradiance using spectrophotometer probe
• 6.5.2. High performance liquid chromatography (HPLC) and mass spectrometry (MS)
• 6.5.3. Active species determination
• 6.6. Pilot description and operating principles
• 6.6.1. Timing program for Arduino circuit
• 6.6.2. Sedimentation procedure and catalyst recovery percentage
• 6.6.3. Reaction rate constant and photochemical space-time yield (PSTY)
• 6.6.4. Flow rate for turbulent regime
• 6.6.5. Throughput for photocatalytic pilot
• 7. RESULTS AND DISCUSSION
• 7.1. Scanning electron microscopy
• 7.2. Energy-dispersive X-ray elemental mapping
• 7.3. Transmission electron microscopy
• 7.4. X-ray photoelectron spectroscopy
• 7.5. UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy
• 7.6. BET Surface area analysis
• 8. MATERIAL PHOTOCATALYTIC ACTIVITY
• 8.1. Adsorption-desorption equilibrium time
• 8.2. Photocatalytic activity comparisons
• 8.3. Effect of catalyst loading
• 8.4. Adsorption and photocatalysis
• 8.5. Point of zero charge and existed forms of dye molecules
• 8.6. Effect of pH solution, important role of adsorption step
• 8.7. A new benchmark for efficiency evaluation of reaction reactor – Photochemical space time yield
• 8.8. Calculate reaction rate constant under optimal condition
• 8.9. PSTY calculations for the chosen reaction systems
• 8.10. Effect of oxidant concentration
• 8.11. Reactive species trapping experiments and proposed photocatalytic mechanism
• 8.12. Photodegradation of a selected antibiotic, enrofloxacin
• 8.13. Designed-pilot evaluation
• LIST OF PUBLICATIONS
• APPENDIX
• 1. LIST OF ABBREVIATIONS AND SYMBOLS
• 1.1. Abbreviations
• 1.2. Symbols

I. Giới thiệu

Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu MS2 (M=Mo, W) bằng g-C3N4 nhằm phát triển chất xúc tác quang hiệu quả. Vật liệu MS2 được biết đến với khả năng hấp thụ ánh sáng và hoạt động trong lĩnh vực quang xúc tác. g-C3N4 là một vật liệu 2D có tính chất quang học tốt, giúp cải thiện hiệu suất của chất xúc tác quang. Nghiên cứu này nhằm mục đích tối ưu hóa quá trình tổng hợp và biến tính vật liệu nano để nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm môi trường.

II. Tổng quan về chất xúc tác quang

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, chất xúc tác quang đã trở thành một giải pháp tiềm năng. Vật liệu MS2 như MoS2 và WS2 đã được nghiên cứu rộng rãi nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng và hoạt động trong vùng ánh sáng khả kiến. Việc kết hợp g-C3N4 với vật liệu MS2 không chỉ cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn tăng cường hiệu suất quang xúc tác. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự kết hợp này có thể tạo ra các vật liệu nano với hiệu suất quang xúc tác vượt trội, mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm nước.

III. Phương pháp tổng hợp và biến tính vật liệu MS2

Quá trình tổng hợp vật liệu MS2 được thực hiện thông qua các phương pháp hóa học và vật lý. Việc biến tính bằng g-C3N4 được thực hiện nhằm cải thiện tính chất quang học và khả năng xúc tác. Các phương pháp như tổng hợp hóa học và phương pháp sol-gel đã được áp dụng để tạo ra các vật liệu nano với cấu trúc và tính chất mong muốn. Kết quả cho thấy rằng việc biến tính này không chỉ làm tăng diện tích bề mặt mà còn cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác.

IV. Đánh giá hiệu suất chất xúc tác quang

Hiệu suất của chất xúc tác quang được đánh giá thông qua các thí nghiệm phân hủy các hợp chất ô nhiễm như thuốc nhuộm và kháng sinh trong dung dịch nước. Kết quả cho thấy rằng vật liệu nano được biến tính có khả năng phân hủy cao hơn so với các vật liệu MS2 thông thường. Các yếu tố như pH, nồng độ chất xúc tác và ánh sáng cũng được xem xét để tối ưu hóa quá trình phân hủy. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về hiệu suất của chất xúc tác quang mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong xử lý nước thải.

V. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tổng hợp và biến tính vật liệu MS2 bằng g-C3N4 có thể tạo ra các chất xúc tác quang hiệu quả cho việc xử lý ô nhiễm môi trường. Các vật liệu nano này không chỉ có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt mà còn có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện ánh sáng tự nhiên. Điều này mở ra cơ hội ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này có thể là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực quang xúc tác.