LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và cộng sự, các số liệu và kết quả nghiên cứu đưa ra trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Học Viên VÕ NGỌC TỨ LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Nguyễn Thị Vương Hoàn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm và các Thầy, Cô bộ môn Hóa Học trường Đại học Quy Nhơn đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo, các anh chị, các bạn ở phòng thực hành thí nghiệm hóa học – Khu A6, trường Đại Học Quy Nhơn đã giúp đỡ, tạo điều kiện hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và tập thể lớp cao học Hóa lí thuyết – Hóa lí K23 đã luôn giúp đỡ, khích lệ tinh thần tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng vì còn hạn chế về kiến thức cũng như thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ Thầy, Cô để luận văn được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Quy Nhơn, ngày 14 tháng 09 năm 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU . Lí do chọn đề tài . Mục tiêu của đề tài . Đối tượng, phạm vi nghiên cứu . Nội dung và phương pháp nghiên cứu . TỔNG QUAN LÍ THUYẾT . Vật liệu cobal oxit Co3O4 . Cấu tạo và tính chất . Phương pháp tổng hợp . Phương pháp thủy phân. Phương pháp vi nhũ tương . Phương pháp thủy nhiệt . Phương pháp đồng kết tủa . Graphen và vật liệu trên cơ sở graphen. Đặc điểm cấu tạo . Phương pháp tổng hợp . Vật liệu graphitic carbon nitride (g-C3N4) . Đặc điểm cấu trúc . Phương pháp tổng hợp . Vật liệu tổ hợp Co3O4/g-C3N4/rGO và ứng dụng . Giới thiệu về xúc tác quang. Khái niệm về xúc tác quang . Giới thiệu chất kháng sinh Tetracyline (TC) . PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM . Tổng hợp vật liệu . Thiết bị, dụng cụ, hóa chất . Tổng hợp graphen oxit (GO) và graphen oxit dạng khử (rGO) . Tổng hợp graphen oxit (GO). Tổng hợp graphen oxit dạng khử (rGO) . Tổng hợp vật liệu g- C3N4 . Tổng hợp vật liệu Co3O4 . Tổng hợp vật liệu Co3O4/g-C3N4 và Co3O4/g- C3N4/rGO . Tổng hợp vật liệu Co3O4/g-C3N4 . Tổng hợp vật liệu Co3O4/g- C3N4/rGO . Các phương pháp phân tích đặc trưng vật liệu. Nhiễu xạ tia X (XRD) . Phương pháp phổ hồng ngoại IR. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Hiển vi điện tử quét (SEM) . Phương pháp phản xạ khuếch tán UV-Vis rắn. Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer-VSM) . Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu tổng hợp . Xây dựng đường chuẩn . Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ . Khảo sát khả năng xúc tác quang của các vật liệu . Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác Co3O4/GCN/rGO trong quá trình phân hủy TC . Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Co3O4/GCN/rGO . Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch TC đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Co3O4/GCN/rGO . Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Co3O4/GCN/rGO . Động học quang xúc tác . Khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . Đặc trưng vật liệu . Đặc trưng vật liệu nano Coban oxide (Co3O4) . Đặc trưng vật liệu g-C3N4 (GCN) . Đặc trưng vật liệu graphen oxit dạng khử (rGO) . Đặc trưng vật liệu tổ hợp Co3O4/GCN/rGO . Khảo sát khả năng xúc tác quang của vật liệu tổ hợp Co3O4/GCN/rGO . Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ . Khả năng xúc tác quang của các vật liệu trong phản ứng phân hủy TC . Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác Co3O4/GCN/rGO trong quá trình phân hủy TC . Ảnh hưởng của lượng chất đến hoạt tính xúc tác của vật liệu Co3O4/GCN/rGO . Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch TC đến hoạt tính xúc tác đến xúc tác quang của vật liệu Co3O4/GCN/rGO . Ảnh hưởng của pH dung dịch . Nghiên cứu động học phản ứng quang xúc tác của vật liệu tổ hợp . Thu hồi và tái sử dụng của vật liệu .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT C : Nồng độ (mg/L) CB : Conduction band (Vùng dẫn) eˉCB : Photogenerated electron (Electron quang sinh) Eg : Band gap energy (Năng lượng vùng cấm) EDX : Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy Dispersive X- Ray pectroscopy) GO : Graphen oxit (Graphene oxide) GCN : Graphitic carbon nitride (g – C3N4) h⁺VB : Photogenerated hole (Lỗ trống quang sinh) IR : Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy) L : lít mg : miligam nm : nanomet rGO : Graphen oxit dạng khử (Reduced graphene oxide) TC : Kháng sinh Etracyline UV-Vis DRS :UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến) SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) VB : Valance band (Vùng hóa trị) VSM : Phép đo từ kế mẫu rung XRD : X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Tên bảng biểu Trang Bảng 3. Hiệu suất phân hủy TC của vật liệu Co3O4/GCN/rGO ở 46 các tỉ lệ Bảng 3. Giá trị năng lượng vùng cấm của các vật liệu 48 Co3O4/GCN/rGO ở các tỉ lệ Bảng 3. Giá trị năng lượng vùng cấm của vật liệu Co3O4, GCN, 58 rGO, Co3O4/GCN/rGO Bảng 3. Hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình Langmuir- 64 Hinshelwood DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ STT Tên hình vẽ và đồ thị Trang Hình 1. Cấu trúc của Co3O4 5 Hình 1. Các dạng thù hình của graphen 9 Hình 1. Sơ đồ tổng hợp graphen từ graphit 10 Hình 1. Mắt xích cơ sở của carbon nitride (a) Triazine, 14 (b) tri-s-triazine (heptazine) Hình 1. Sơ đồ điều chế g-C3N4 bằng cách ngưng tụ NH(NH2)2 15 Hình 1. Mạng lưới g-C3N4 (a) và quá trình phản ứng hình thành 16 g-C3N4 từ chất ban đầu dicyandiamit (b) Hình 1. Công thức phân tử của Tetracyline 21 Hình 2. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên mạng tinh thể 25 Hình 2. Phổ UV-Vis của TC 31 Hình 2. Đường chuẩn của TC 31 Hình 3.1 Giản đồ XRD của vật liệu Co3O4 tổng hợp 38 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của vật liệu Co3O4 39 Hình 3. Ảnh TEM của vật liệu Co3O4 39 Hình 3. Giản đồ XRD của vật liệu GCN 40 Hình 3. Phổ IR của vật liệu GCN 40 Hình 3. Ảnh SEM- Mapping (a) và phổ EDX (b) của vật liệu GCN 41 Hình 3. Giản đồ XRD của vật liệu rGO 42 Hình 3. Phổ IR của vật liệu rGO 42 Hình 3. Ảnh TEM của vật liệu GO (a) và rGO (b) 43 Hình 3. Phổ IR của vật liệu Co 3 O 4 (a); Co 3 O 4 /GCN (b), 44 Co 3 O 4 /0,2GCN/rGO(c),Co 3 O 4 /0,5GCN/rGO(d), Co 3 O 4 /1GCN/rGO(e) Hình 3. XRD của vật liệu Co3O4 (a); Co3O4/GCN (b); 45 Co3O4/0,2GCN/rGO(c);Co3O4/0,5GCN/rGO(d);Co3O4/1G CN/rGO (e) Hình 3. Sự giảm Ct/C0 của dung dịch TC theo thời gian trên các 46 xúc tác Co3O4/0,2GCN/rGO (a), Co3O4/0,5GCN/rGO (b), Co3O4/1GCN/rGO (c) Hình 3. Phổ UV-Vis DRS trạng thái rắn của các vật liệu 47 Co3O4/GCN/rGO ở các tỉ lệ khác nhau Hình 3. Sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo năng lượng ánh 48 sáng bị hấp thụ của vật liệu Co3O4/GCN/rGO ở các tỉ lệ Hình 3. Ảnh SEM của vật liệu Co3O4/GCN/rGO 49 Hình 3. Ảnh TEM của vật liệu Co3O4/GCN/rGO 50 Hình 3. Phổ EDX và Mapping của Co3O4/GCN/rGO: (a) của oxi; 51 (b) của carbon; (c) của Coban và (e) của nitơ Hình 3. Đường cong từ hóa của vật liệu (1) Co3O4; (2) 52 Co3O4/GCN/rGO Hình 3. Dung lượng hấp phụ TC theo thời gian của vật liệu Co3O4 53 (a); rGO (b);GCN (c); Co3O4/GCN/rGO (d ) Hình 3. Sự giảm Ct/C0 của dung dịch TC theo thời gian trên xúc 54 tác Co3O4 (a), rGO (b), GCN (c), Co3O4/GCN/rGO (d ), không xúc tác (e) Hình 3. Hiệu suất phân hủy TC trên các xúc tác sau 240 phút chiếu 54 sáng Hình 3. UV-Vis DRS trạng thái rắn của các vật liệu Co3O4 (a), 56 rGO (b), GCN (c), Co3O4/GCN/rGO (d) Hình 3. Sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo năng lượng ánh 57 sáng bị hấp thụ của vật liệu Co3O4 (a), rGO (b), GCN (c), Co3O4/GCN/rGO (d) Hình 3. Phổ UV-Vis của sản phẩm quá trình phân hủy TC của chất 58 xúc tác Co3O4/GCN/rGO Hình 3. Sự giảm Ct/C0 của TC theo thời gian khi thay đổi lượng 59 chất xúc tác Hình 3. Hiệu suất phân hủy TC trên các xúc tác sau 240 phút chiếu 59 sáng Hình 3. Sự giảm Ct/C0 theo thời gian phân hủy TC ở các nồng độ 60 10 mg/L (a); 20 mg/L (b); 50 mg/L (c); 100 mg/L (d) Hình 3. Hiệu suất phân hủy TC theo thời gian ở các nồng độ khác 61 nhau Hình 3. Sự phụ thuộc pHi vào pHi dung dịch 62 Hình 3. Hiệu suất quang phân hủy TC tại các pH khác nhau 62 Hình 3. Sự phụ thuộc ln(C0/Ct) vào thời gian chiếu sáng của xúc 64 tác Co3O4/GCN/rGO ở các nồng độ 10 mg/L (a); 20 mg/L (b); 50 mg/L (c); 100 mg/L (d) Hình 3. Giản đồ XRD của vật liệu Co3O4/GCN/rGO ban đầu và 64 sau 3 lần sử dụng Hình 3. Sự giảm Ct/C0 theo thời gian phản ứng trên xúc tác 66 Co3O4/GCN/rGO và 3 lần tái sử dụng Hình 3. Hiệu suất phân hủy TC của xúc tác Co3O4/GCN/rGO ban 66 đầu và 3 lần tái sử dụng 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong thời gian qua, do tính hấp dẫn của công nghệ xử lý nước bằng phản ứng xúc tác quang hóa, các vật liệu dùng trong xúc tác quang nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước. Trong số đó phải kể đến các vật liệu bán dẫn oxit kim loại như ZnO, TiO2, Cu2O, SnO2, WO3 hay Co3O4. Tuy nhiên, hạn chế của các vật liệu này là mật độ tâm hoạt tính thấp và xúc tác chỉ hoạt động trong vùng ánh sáng tử ngoại do năng lượng vùng cấm rộng.
Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu Co3O4 trong xử lý môi trường nước
Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu trên cơ sở co3o4 định hướng ứng dụng trong xử lý môi, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu
Phí lưu trữ
35 PointMục lục chi tiết
THÔNG TIN CHI TIẾT
Tác giả: Võ Ngọc Tứ
Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Vương Hoàn
Trường học: Đại học Quy Nhơn
Chuyên ngành: Hóa học
Đề tài: Nghiên cứu vật liệu Co3O4 cho xử lý nước hiệu quả
Loại tài liệu: luận văn
Năm xuất bản: 2022
Địa điểm: Quy Nhơn
Trích đoạn nội dung tài liệu
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ