Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2/SiO2 tích hợp CMC ứng dụng trong xử lý chất màu ...

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite tio2 sio2 tích hợp cmc ứng dụng xử lý chất màu nhuộm, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Hồ Thị Nở
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Diệu Thuần
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2/SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý màu nhuộm Methylene Blue
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. LỜI NÓI ĐẦU
• 2. VẬT LIỆU ĐƠN SiO2, TiO2 VÀ CMC
• 2.1. Vật liệu đơn TiO2
• 2.1.1. Giới thiệu về TiO2
• 2.1.2. Cấu trúc tinh thể TiO2
• 2.1.3. Các ứng dụng của TiO2
• 2.2. Vật liệu đơn SiO2
• 2.2.1. Giới thiệu về Silicon Dioxide
• 2.2.2. Cấu trúc tinh thể SiO2
• 2.2.3. Ứng dụng của Silicon Dioxide
• 3. NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
• 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Kết quả phân tích các đặc điểm cấu trúc của vật liệu tổng hợp TiO2-SiO2/CMC
• 4.1.1. Kết quả phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 4.1.2. Kết quả FTIR
• 4.1.3. Kết quả EDX
• 4.1.4. Kết quả chụp SEM
• 4.1.5. Kết quả UV – Vis DRS
• 4.1.6. Kết quả DLS
• 4.2. Khả năng phân hủy màu của vật liệu
• 4.2.1. Bước sóng hấp thu cực đại của MB
• 4.2.2. Đường chuẩn của chất màu MB
• 4.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
• 4.2.4. Ảnh hưởng của thời gian
• 4.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ
• 4.2.6. Động học phân hủy màu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu nano composite TiO2 SiO2 tích hợp CMC

Nghiên cứu về vật liệu nano composite TiO2/SiO2 tích hợp CMC đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là trong việc xử lý màu nhuộm Methylene Blue. Vật liệu này không chỉ có khả năng hấp phụ màu nhuộm hiệu quả mà còn có tính bền vững cao. Việc ứng dụng các công nghệ nano trong xử lý nước thải dệt nhuộm là một giải pháp hứa hẹn cho vấn đề ô nhiễm nước hiện nay.

1.1. Định nghĩa và tính chất của vật liệu nano composite TiO2 SiO2

Vật liệu TiO2/SiO2 là sự kết hợp giữa hai loại vật liệu vô cơ, mang lại những tính chất vượt trội như khả năng hấp phụ tốt và hoạt tính quang xúc tác cao. CMC được tích hợp nhằm cải thiện tính chất bề mặt và khả năng phân tán của vật liệu, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý màu nhuộm.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong xử lý nước thải

Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả xử lý màu nhuộm mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc ứng dụng vật liệu nano trong xử lý nước thải dệt nhuộm là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển công nghệ xanh và bền vững.

II. Vấn đề ô nhiễm nước thải từ ngành dệt nhuộm và thách thức hiện tại

Ngành dệt nhuộm tại Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến ô nhiễm nước. Nước thải từ quá trình sản xuất chứa nhiều hóa chất độc hại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải hiệu quả là một yêu cầu cấp thiết để bảo vệ nguồn nước sạch.

2.1. Tình trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam

Theo báo cáo, lượng nước thải từ ngành dệt nhuộm có thể lên đến 300 m3/tấn vải, chứa nhiều hóa chất độc hại như thuốc nhuộm và hóa chất tẩy rửa. Điều này dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

2.2. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại và hạn chế

Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý nước thải như hóa lý, sinh học, nhưng hiệu quả vẫn chưa cao. Các phương pháp này thường tốn kém và không thể loại bỏ hoàn toàn các chất độc hại, do đó cần tìm kiếm giải pháp mới và hiệu quả hơn.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano composite TiO2 SiO2 tích hợp CMC

Phương pháp tổng hợp vật liệu TiO2/SiO2 tích hợp CMC được thực hiện qua nhiều bước, bao gồm tổng hợp TiO2, SiO2 và sau đó kết hợp chúng với CMC. Quá trình này không chỉ giúp tạo ra vật liệu với cấu trúc tối ưu mà còn nâng cao khả năng hấp phụ màu nhuộm.

3.1. Quy trình tổng hợp TiO2 và SiO2

Quy trình tổng hợp TiO2 và SiO2 bao gồm các bước như trộn nguyên liệu, nung và làm nguội. Các điều kiện như nhiệt độ và thời gian nung được tối ưu hóa để đạt được kích thước hạt mong muốn và tính chất lý hóa tốt nhất.

3.2. Tích hợp CMC vào vật liệu nano composite

Sau khi tổng hợp TiO2/SiO2, CMC được thêm vào để cải thiện tính chất bề mặt và khả năng phân tán của vật liệu. Quá trình này giúp tăng cường khả năng hấp phụ màu nhuộm, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

IV. Khảo sát khả năng phân hủy màu của vật liệu nano composite TiO2 SiO2 tích hợp CMC

Khả năng phân hủy màu của vật liệu TiO2/SiO2 tích hợp CMC được khảo sát thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng phân hủy màu Methylene Blue hiệu quả dưới ánh sáng, mở ra triển vọng ứng dụng trong xử lý nước thải.

4.1. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng phân hủy

Khảo sát cho thấy khối lượng vật liệu có ảnh hưởng lớn đến khả năng phân hủy màu. Tăng khối lượng vật liệu giúp tăng cường khả năng hấp phụ và phân hủy màu nhuộm, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý.

4.2. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ thuốc nhuộm

Thời gian tiếp xúc và nồng độ thuốc nhuộm cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng phân hủy màu. Kết quả cho thấy thời gian tiếp xúc lâu hơn và nồng độ thấp hơn giúp tăng cường hiệu quả phân hủy màu.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của vật liệu nano composite

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu nano composite TiO2/SiO2 tích hợp CMC có khả năng phân hủy màu Methylene Blue hiệu quả. Vật liệu này không chỉ có tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải mà còn có thể được phát triển cho nhiều ứng dụng khác trong lĩnh vực môi trường.

5.1. Kết quả phân tích cấu trúc và tính chất vật liệu

Các phương pháp phân tích như XRD, FTIR, và SEM cho thấy vật liệu có cấu trúc đồng nhất và tính chất quang học tốt, phù hợp cho ứng dụng xử lý màu nhuộm.

5.2. Ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải

Vật liệu này có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Việc áp dụng công nghệ này sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp dệt nhuộm.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu vật liệu nano composite

Nghiên cứu về vật liệu nano composite TiO2/SiO2 tích hợp CMC đã mở ra nhiều triển vọng trong việc xử lý ô nhiễm nước. Các kết quả đạt được cho thấy vật liệu này có khả năng ứng dụng cao trong thực tiễn. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa tính chất và mở rộng ứng dụng của vật liệu này.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng vật liệu nano có khả năng phân hủy màu nhuộm hiệu quả, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải từ ngành dệt nhuộm.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của vật liệu, cũng như tìm kiếm các ứng dụng mới trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường và phát triển công nghệ xanh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE TiO2/SiO2 TÍCH HỢP CMC ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM METHYLENE BLUE Giảng viên hướng dẫn: T.S Trần Thị Diệu Thuần Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Nở MSSV: 18028101 Lớp: DHVC14 Khoá: 2018 – 2022 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE TiO2/SiO2 TÍCH HỢP CMC ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM METHYLENE BLUE Giảng viên hướng dẫn: T.S Trần Thị Diệu Thuần Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Nở MSSV: 18028101 Lớp: DHVC14 Khoá: 2018 – 2022 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----- // ----- ----- // ----- NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Hồ Thị Nở MSSV: 18028101 Chuyên ngành: Công nghệ Hóa Học – HÓA VÔ CƠ Lớp: DHVC14 1. Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2-SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm Methylene Blue. Nhiệm vụ: - Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2 - Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC - Nghiên cứu cấu trúc, hình thái bề mặt của vật liệu bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại - Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu, thời gian, nồng độ thuốc nhuộm đến khả năng phân hủy màu - Nghiên cứu động học quá trình quang phân hủy 3. Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 22/10/2021 4. Ngày hoàn thành khóa luận tốt nghiệp: (đợt 1, ngày 08/07/2022) 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Thị Diệu Thuần Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2022 Chủ nhiệm bộ môn Giảng viên hướng dẫn chuyên ngành LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến giáo viên hướng dẫn trực tiếp của tôi là cô Trần Thị Diệu Thuần, người đã tận tình chỉ dạy tôi từng bước để tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận và đi đến được ngày hôm nay. Mến chúc cô có thật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp giáo dục cao cả này. Tiếp đến, tôi xin cảm ơn khoa Công nghệ Hóa học nói riêng cũng như trường Đại học Công nghiệp nói chung đã tạo điều kiện, cung cấp trang thiết bị và môi trường để tôi học tập và sinh hoạt, cũng như những bài học và tình cảm quý báu mà các thầy cô giảng dạy dành cho tôi trong suốt 4 năm học qua. Đó là những kỷ niệm, những dấu ấn đẹp đẽ đáng quý sẽ theo tôi đến suốt cuộc đời này. Kết quả mà tôi đạt được ngày hôm nay, tôi xin dành tặng nó cho gia đình, thầy cô và tất cả bạn bè đã cùng làm việc, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình như một lời cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất. Đặc biệt, tôi xin dành lời cảm ơn tận đáy lòng dành cho mẹ tôi, người đã hết lòng chăm lo, động viên và tiếp thêm động lực để tôi hoàn thành hết chặng đường dài này. Quá trình chuẩn bị gấp rút và kiến thức của bản thân còn nhiều thiếu sót nên bài luận sẽ không tránh khỏi việc có những điểm sai sót và chưa đầy đủ. Vì vậy, tôi hy vọng sẽ nhận được những góp ý và lời khuyên từ quý thầy cô để rút kinh nghiệm và hoàn thiện tốt hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Sinh viên thực hiện (Ghi họ và tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN . Phần đánh giá: (thang điểm 10) • Thái độ thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Kỹ năng trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: …… …. Điểm bằng chữ: . Hồ Chí Minh, ngày …. năm 2022 Trưởng bộ môn Giảng viên hướng dẫn Chuyên ngành (Ký ghi họ và tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN . Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Giảng viên phản biện (Ký ghi họ và tên) MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP . Vật liệu đơn SiO2, TiO2 và CMC . Vật liệu đơn TiO2 . Vật liệu đơn SiO2 . Một số nghiên cứu về tính ứng dụng của vật liệu TiO2-SiO2 . Định nghĩa xúc tác quang . Nguyên lý cơ bản quá trình xúc tác quang . Một số ứng dụng của xúc tác quang . Thuốc nhuộm công nghiệp . Giới thiệu chung về thuốc nhuộm . Thuốc nhuộm Methylen Blue (MB) . Tình trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam . Các phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite . Phương pháp cơ học. Phương pháp hóa ướt . Phương pháp hình thành từ pha khí . Phương pháp bốc bay. Các phương pháp phân tích vật liệu . Phương pháp nhiễu xạ tia X – X Ray Diffraction (XRD) . Quang phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier – Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) . Phổ tử ngoại khả kiến – Ultraviolet Visible (UV – Vis). Phổ tán xạ năng lượng tia X – Energy dispersive X-ray (EDX) . Kính hiển vi điện tử quét - Scanning Electron Microscope (SEM) . Kính hiển vi điện tử truyền qua – Transmission Electron Microscopy (TEM) . Tán xạ ánh sáng động – Dynamic light scattering (DLS). Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến – UltraViolet Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV - Vis - DRS) . Hóa chất, dụng cụ và thiết bị . Tổng hợp vật liệu . Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2 . Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC . Khảo sát khả năng phân hủy màu của vật liệu . Khảo sát bước sóng hấp thu cực đại của methylene blue . Dựng đường chuẩn của methylene blue . Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng phân hủy màu . Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng phân hủy màu. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến khả năng phân hủy màu . Khảo sát động học quá trình phân hủy màu. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN. Kết quả phân tích các đặc điểm cấu trúc của vật liệu tổng hợp TiO2-SiO2/CMC 33 3. Kết quả phổ nhiễu xạ tia X (XRD) . Kết quả FTIR . Kết quả EDX . Kết quả chụp SEM . Kết quả UV – Vis DRS . Kết quả DLS . Khả năng phân hủy màu của vật liệu . Bước sóng hấp thu cực đại của MB . Đường chuẩn của chất màu MB . Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu . Ảnh hưởng của thời gian . Ảnh hưởng của nồng độ . Động học phân hủy màu . 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kích thước tinh thể TiO2-SiO2/CMC tính theo phương trình Debye - Scherrer.2 Thống kê các tín hiệu dao động trong hai mẫu vật liệu tổng hợp .3 Thành phần nguyên tố trong vật liệu TiO2-SiO2 .4 Thành phần nguyên tố có trong vật liệu TiO2-SiO2/CMCError! Bookmark not defined.5 Thông số xác định đường chuẩn của MB .6 Kết quả khảo sát khối lượng ở nồng độ MB ban đầu 20 ppm .7 Kết quả khảo sát khối lượng ở nồng độ MB ban đầu 50 ppm .8 Kết quả khảo sát khối lượng ở nồng độ MB ban đầu 100 ppm .9 Kết quả khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 20 ppm .10 Kết quả khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 50 ppm .11 Kết quả khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 100 ppm .12 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB bằng TiO2-SiO2 .13 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ bằng TiO2-SiO2/CMC .14 Kết quả khảo sát động học phân hủy MB theo thời gian . 55 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tinh thể TiO2 pha rutile .2 Tinh thể TiO2 pha anatase .3 Tinh thể TiO2 pha brookite .4 Quá trình biến đổi pha của titan dioxide .6 Cấu trúc tứ diện của SiO2 .7 Cấu trúc Quartz và cấu trúc vô định hình của SiO2 .8 Cấu trúc Lewis của SiO2 .9 Quá trình biến đổi pha của SiO2 .10 CMC dạng bột .11 Phản ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ dưới tác động của ánh sáng thông qua TiO2 .12 Năng lượng vùng cấm của một số vật liệu xúc tác quang .13 Công thức cấu tạo của methylene blue .14 Mô tả nhiễu xạ theo định luật Bragg .15 Nguyên lý hoạt động FTIR .16 Minh họa các bộ phận chính của máy UV-Vis .17 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SEM .18 Nguyên lý hoạt động của TEM .1 Quy trình chuẩn bị dung dịch A, dung dịch B .2 Quy trình tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2.3 Quy trình chuẩn bị dung dịch A .4 Quy trình chuẩn bị dung dịch B .5 Quy trình tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC.1 Vật liệu đã tổng hợp .2 Phổ XRD của vật liệu composite TiO2-SiO2/CMC.3 Ảnh chụp TEM của vật liệu TiO2-SiO2/CMC.4 Phổ FTIR của vật liệu TiO2-SiO2 .5 Phổ FTIR của vật liệu composite TiO2-SiO2/CMC .6 Phổ FTIR của TiO2-SiO2 và TiO2-SiO2/CMC .7 Phổ EDX của vật liệu TiO2-SiO2 .8 Phổ EDX của vật liệu TiO2-SiO2/CMC .9 Ảnh chụp SEM vật liệu TiO2-SiO2 .10 Ảnh chụp SEM vật liệu TiO2-SiO2/CMC .11 Phổ UV – Vis DRS của (a) TiO2 và (b) composite TiO2-SiO2/CMC .12 Biểu đồ Tauc tính năng lượng vùng cấm của vật liệu .13 Biểu đồ phân tích kích thước hạt của vật liệu composite TiO2-SiO2/CMC .14 Đồ thị xác định bước sóng hấp thu cực đại của MB .15 Đồ thị xác định đường chuẩn của dung dịch MB .16 Dung dịch MB 20 ppm sau khi bị phân hủy bằng TiO2-SiO2/CMC khi không chiếu sáng .17 Dung dịch MB 20 ppm sau khi bị phân hủy bằng TiO2-SiO2/CMC khi chiếu sáng .18 Mật độ quang theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2 trong điều kiện (a) -chiếu sáng và (b) - không chiếu sáng .19 Hiệu suất theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2 trong điều kiện (a) - chiếu sáng và (b) - không chiếu sáng .20 Mật độ quang theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2/CMC trong điều kiện (a) - chiếu sáng và (b) - không chiếu sáng .21 Hiệu suất theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2/CMC trong điều kiện (a) - chiếu sáng và (b) - không chiếu sáng .22 Dung dịch MB 50 ppm bị phân hủy theo thời gian bằng TiO2-SiO2 không chiếu sáng .23 Dung dịch MB 50 ppm bị phân hủy bằng TiO2-SiO2/CMC khi chiếu sáng .24 Hiệu suất phân hủy màu theo thời gian vật liệu TiO2-SiO2 trong điều kiện (a) - chiếu sáng của và (b) – không chiếu sáng .25 Hiệu suất phân hủy màu theo thời gian vật liệu TiO2-SiO2/CMC trong điều kiện (a) - chiếu sáng của và (b) – không chiếu sáng .26 Các dung dịch MB sau khi bị phân hủy màu bằng vật liệu TiO2-SiO2 không chiếu sáng .27 Hiệu suất theo nồng độ của 2 mẫu vật liệu trong điều kiện (a) - chiếu sáng và (b) - không chiếu sáng .28 Sự phụ thuộc của nồng độ MB theo thời gian.