Nghiên cứu vật liệu nanocomposite Pd/GO và ứng dụng xúc tác phân hủy chất hữu cơ

TÓM TẮT KHOÁ LUẬN

LỜI CAM ĐOAN

NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về chất hữu cơ chứa vòng thơm

1.2. Chất hữu cơ chứa nhân thơm và vấn đề ô nhiễm môi trường

1.3. Các phương pháp xử lý

1.3.1. Phương pháp keo tụ

1.3.2. Phương pháp hấp phụ

1.3.3. Phương pháp quang xúc tác

1.3.4. Phương pháp oxy hoá khử

1.3.5. Phương pháp màng lọc sinh học (MBR)

1.4. Tổng quan về graphene oxide

1.4.1. Các phương pháp tổng hợp

1.4.1.1. Phương pháp Brodie

1.4.1.2. Phương pháp Staudenmaier

1.4.1.3. Phương pháp Hummers

1.4.2. Lĩnh vực hiệu ứng bán dẫn

1.4.3. Thiết bị năng lượng sạch. Hỗ trợ xúc tác và ứng dụng khác

1.5. Tổng quan về hạt nano kim loại

1.5.1. Các phương pháp tổng hợp

1.5.1.1. Phương pháp lazer

1.5.1.2. Phương pháp sol-gel

1.5.1.3. Phương pháp khử hoá học

1.5.1.4. Phương pháp hoá lý

1.5.1.5. Phương pháp khử sinh học

1.6. Tổng quan về vật liệu nanocomposite Pd/GO

1.6.1. Phương pháp tổng hợp

1.6.1.1. Phương pháp oxi hoá khử

1.6.1.2. Phương pháp sinh học

1.6.2. Ứng dụng vật liệu composite Pd/GO trong xử lý chất màu hữu cơ

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Hoá chất sử dụng

2.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm

2.3. Quy trình thực hiện

2.3.1. Chuẩn bị dụng cụ

2.3.2. Quy trình tổng hợp vật liệu Pd/GO

2.4. Khảo sát hoạt tính xúc tác phản ứng phân huỷ 4-NP

2.5. Khảo sát hoạt tính xúc tác phản ứng phân huỷ MO và MB

2.6. Sơ đồ khối quy trình thực nghiệm

2.7. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

2.8. Phương pháp quang phổ hấp thụ (UV – Vis)

2.9. Phương pháp đo thế zeta (đo điện tích bề mặt)

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Vật liệu nanocomposite Pd/GO

3.2. Kết quả đo zeta của vật liệu nanocomposite Pd/GO

3.3. Khảo sát hoạt tính xúc tác của Pd/GO

3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng GO

3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác

3.3.3. Ảnh hương của tỉ lệ NaBH4/4-NP

3.3.4. Ảnh hưởng của quá trình hấp phụ 4-NP

3.3.5. Khả năng xúc tác của GO

3.3.6. Độ lặp-độ bền của xúc tác

3.3.7. Khả năng xúc tác phân huỷ MB và MO

3.3.8. Đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu Pd/GO

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu nanocomposite Pd GO và ứng dụng của chúng

Vật liệu nanocomposite Pd/GO là một trong những phát triển mới trong lĩnh vực vật liệu nano. Chúng được tổng hợp từ hạt nano palladium (Pd) và graphene oxide (GO), mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong ứng dụng xúc tác. Vật liệu này không chỉ có khả năng phân hủy các chất hữu cơ độc hại mà còn cải thiện hiệu suất xúc tác nhờ vào cấu trúc đặc biệt của graphene oxide. Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu nanocomposite Pd/GO đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghệ hóa học.

1.1. Đặc điểm và tính chất của vật liệu nanocomposite Pd GO

Vật liệu nanocomposite Pd/GO có cấu trúc độc đáo, với hạt nano Pd phân tán đều trên bề mặt GO. Điều này giúp tăng cường tính chất xúc tác của vật liệu. Các nghiên cứu cho thấy rằng, sự kết hợp này không chỉ cải thiện độ phân tán mà còn tăng cường khả năng hấp phụ của các chất hữu cơ độc hại.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng nanocomposite trong xử lý chất hữu cơ

Việc sử dụng nanocomposite Pd/GO trong xử lý chất hữu cơ mang lại nhiều lợi ích. Chúng có khả năng phân hủy nhanh chóng các chất độc hại như 4-nitrophenol, methylene blue và methyl orange, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, quy trình tổng hợp vật liệu này đơn giản và thân thiện với môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường và thách thức trong xử lý chất hữu cơ

Ô nhiễm môi trường do các chất hữu cơ chứa vòng thơm đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các chất này không chỉ gây hại cho sức khỏe con người mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để xử lý các chất này là một thách thức lớn đối với các nhà khoa học và kỹ sư. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả và tốn kém.

2.1. Tác động của chất hữu cơ chứa vòng thơm đến sức khỏe

Các chất hữu cơ như 4-nitrophenol và methylene blue có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm ung thư và các bệnh về hô hấp. Chúng thường tồn tại lâu trong môi trường, gây ra ô nhiễm kéo dài.

2.2. Thách thức trong việc xử lý chất hữu cơ độc hại

Việc xử lý các chất hữu cơ độc hại đòi hỏi các phương pháp hiệu quả và tiết kiệm. Nhiều công nghệ hiện tại vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất và chi phí, dẫn đến việc cần thiết phải phát triển các giải pháp mới như nanocomposite Pd/GO.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite Pd GO hiệu quả

Phương pháp oxy hóa khử được sử dụng để tổng hợp vật liệu nanocomposite Pd/GO. Quy trình này đơn giản, nhanh chóng và không sử dụng hóa chất độc hại. Kết quả thu được là vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, phù hợp cho việc phân hủy các chất hữu cơ độc hại.

3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite

Quy trình tổng hợp bao gồm các bước oxy hóa graphene và sau đó kết hợp với hạt nano Pd. Phương pháp này giúp tạo ra vật liệu với kích thước đồng đều và độ phân tán tốt.

3.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu Pd GO

Hoạt tính xúc tác của vật liệu Pd/GO được đánh giá thông qua các phản ứng phân hủy 4-nitrophenol và các chất hữu cơ khác. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng phân hủy gần như hoàn toàn các chất độc hại trong thời gian ngắn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu nanocomposite Pd GO trong xử lý chất hữu cơ

Vật liệu nanocomposite Pd/GO đã được áp dụng trong nhiều nghiên cứu thực tiễn để xử lý các chất hữu cơ độc hại. Kết quả cho thấy chúng có hiệu quả cao trong việc phân hủy các chất như 4-nitrophenol, methylene blue và methyl orange, góp phần làm sạch môi trường.

4.1. Kết quả nghiên cứu về khả năng phân hủy chất hữu cơ

Nghiên cứu cho thấy vật liệu Pd/GO có khả năng phân hủy 4-nitrophenol lên đến 100% trong thời gian ngắn. Điều này chứng tỏ hiệu quả xúc tác vượt trội của vật liệu này.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp và môi trường

Vật liệu nanocomposite Pd/GO có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Việc áp dụng này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu vật liệu nanocomposite

Nghiên cứu về vật liệu nanocomposite Pd/GO mở ra nhiều triển vọng trong việc xử lý chất hữu cơ độc hại. Với những ưu điểm vượt trội, vật liệu này có thể trở thành giải pháp hiệu quả cho các vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn hơn nữa.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu nanocomposite Pd/GO có hiệu quả xúc tác cao trong việc phân hủy các chất hữu cơ độc hại. Điều này mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của vật liệu nanocomposite Pd/GO trong các lĩnh vực khác nhau, từ xử lý nước thải đến sản xuất năng lượng sạch.

Tổng hợp vật liệu nanocomposite Pd/GO và khảo sát ứng dụng xúc tác phân hủy các chất hữu cơ chứa vòng thơm