Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu sét chống TiO2 pha tạp Fe, N, S trong xử lý nước thải dệt nhuộm

• Tác giả: Nguyễn Thị Quỳnh Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Nội
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp, Đặc Trưng Cấu Trúc Vật Liệu Sét Chống Ti Cấy Thêm Fe N, S Và Ứng Dụng Làm Xúc Tác Cho Quá Trình Xử Lý Màu Trong Nước Thải Dệt Nhuộm
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU NANO TiO2 VÀ VẬT LIỆU TiO2 BIẾN TÍNH
• 1.1. Vật liệu nano TiO2 ( Titan đioxit )
• 1.2. Vật liệu nano TiO2 biến tính
• 1.3. Vật liệu TiO2 pha tạp Fe, N, S
• 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xúc tác quang hóa
• 1.5. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU SÉT CHỐNG
• 1.5.1. Cấu trúc và đặc điểm của vật liệu sét chống
• 1.5.2. Vật liệu bentonite chống TiO2 cấy thêm Fe, N, S
• 1.6. GIỚI THIỆU VỀ PHẨM NHUỘM
• 1.6.1. Phân loại phẩm nhuộm
• 1.6.2. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ, TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
• 2.1.1. Dụng cụ và trang thiết bị
• 2.2. CHẾ TẠO VẬT LIỆU
• 2.2.1. Chế tạo nano TiO2
• 2.2.2. Chế tạo nano TiO2 pha tạp Fe, N, S
• 2.2.3. Chế tạo vật liệu bentonite chống TiO2 pha tạp Fe, N, S
• 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU
• 2.3.1. Xác định một số tính chất cơ bản của bentonit – Na và chế tạo bentonit chống Ti pha tạp Fe, N, S
• 2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD–X-Rays Diffraction)
• 2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.5. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX – Energy Dispersive Analysis of X-rays) hay (EDS - Energy-dispersive X-ray spectroscopy)
• 2.3.6. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis
• 2.3.7. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.3.8. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ N2
• 2.4. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM CỦA VẬT LIỆU
• 2.4.1. Chuẩn bị dung dịch
• 2.4.2. Lập đường chuẩn xác định nồng độ phẩm nhuộm
• 2.4.3. Khảo sát khả năng xử lý phẩm màu của vật liệu TiO2 và TiO2 doping Fe, N, S
• 2.4.4. Khảo sát khả năng xử lý phẩm màu của vật liệu bentonite chống TiO2 pha tạp Fe, N, S
• 2.4.5. Đánh giá hiệu xuất xử lý phẩm màu của vật liệu
• 2.5. THUỐC NHUỘM MÀU DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM
• 2.6. NGUỒN SÁNG MÔ PHỎNG ÁNH SÁNG VÙNG KHẢ KIẾN
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. KẾT QUẢ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU NANO TiO2 VÀ TiO2 PHA TẠP Fe, N, S
• 3.1.1. Cấu trúc vật liệu qua phổ nhiễu xạ tia X
• 3.1.2. Kết quả phổ UV-VIS
• 3.1.3. Kết quả phổ tán xạ năng lượng EDX
• 3.2. KẾT QUẢ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU BENTONIT CHỐNG Ti PHA TẠP Fe, N, S
• 3.2.1. Kết quả phổ nhiễu xạ tia X
• 3.2.2. Kết quả phổ UV-VIS
• 3.2.3. Kết quả phổ tán xạ năng lượng EDX
• 3.2.4. Xác định các nhóm chức đặc trưng bằng phổ hồng ngoại IR
• 3.2.5. Cấu tạo bề mặt sét hữu cơ qua kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.2.6. Kết quả ảnh hiển vi điện tử truyền qua HRTEM
• 3.2.7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt BET của vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450 (Bent 1)
• 3.2.8. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450 (Bent 1)
• 3.2.9. Sự phân bố kích thước các mao quản trên vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450 (Bent 1)
• 3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ SÉT HỮU CƠ – Ti TRONG XỬ LÍ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
• 3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác của vật liệu
• 3.3.2. Sự ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý phẩm của vật liệu TiO2-FeNS -2% và Bent/TiO2-FeNS-2%
• 3.3.3. Khả năng xử lý phẩm trong bóng tối của vật liệu
• 3.3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol S:Ti đến hoạt tính xúc tác của vật liệu
• 3.3.5. Sự ảnh hưởng của hàm lượng Bent đến hoạt tính xúc tác
• 3.3.6. Sự ảnh hưởng của lượng vật liệu xúc tác đến khả năng xử lý phẩm màu
• 3.3.7. Khả năng xử lý chất hữu cơ của xúc tác
• 3.3.8. Khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội- Hà Đông
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu sét chống TiO2 pha tạp Fe N S

Nghiên cứu vật liệu sét chống TiO2 pha tạp Fe, N, S đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải. Vật liệu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. TiO2, với tính chất quang xúc tác, có khả năng phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm. Tuy nhiên, việc pha tạp các nguyên tố như Fe, N, S vào cấu trúc TiO2 có thể nâng cao khả năng xúc tác của nó, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong xử lý nước thải.

1.1. Vật liệu sét và vai trò trong xử lý nước thải

Vật liệu sét, đặc biệt là bentonite, có khả năng hấp phụ tốt các chất ô nhiễm trong nước thải. Sự kết hợp giữa vật liệu sét và TiO2 pha tạp Fe, N, S tạo ra một hệ thống xúc tác hiệu quả, giúp tăng cường khả năng xử lý các chất màu trong nước thải dệt nhuộm.

1.2. Tính chất của TiO2 pha tạp Fe N S

TiO2 pha tạp với Fe, N, S không chỉ cải thiện khả năng quang xúc tác mà còn giúp giảm độ rộng vùng cấm, cho phép hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến. Điều này làm tăng hiệu suất xử lý nước thải, đặc biệt là trong các điều kiện ánh sáng yếu.

II. Thách thức trong xử lý nước thải dệt nhuộm hiện nay

Xử lý nước thải dệt nhuộm là một thách thức lớn do sự hiện diện của các chất nhuộm khó phân hủy. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả và tốn kém. Nhu cầu tìm kiếm các giải pháp mới, hiệu quả và kinh tế là rất cấp thiết. Việc áp dụng vật liệu sét chống TiO2 pha tạp Fe, N, S có thể là một giải pháp tiềm năng.

2.1. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Hiện nay, các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm bao gồm hấp phụ, keo tụ, và oxi hóa hóa học. Tuy nhiên, những phương pháp này thường gặp khó khăn trong việc xử lý các chất màu bền vững, dẫn đến hiệu suất thấp.

2.2. Tác động của ô nhiễm nước đến môi trường

Ô nhiễm nước từ ngành dệt nhuộm không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn gây hại cho hệ sinh thái. Các chất nhuộm độc hại có thể tích tụ trong môi trường, gây ra những hậu quả lâu dài cho hệ sinh thái và nguồn nước.

III. Phương pháp nghiên cứu vật liệu sét chống TiO2 pha tạp

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hiện đại để tổng hợp và phân tích vật liệu sét chống TiO2 pha tạp Fe, N, S. Các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại (IR), và hiển vi điện tử quét (SEM) được áp dụng để xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu.

3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu

Quy trình tổng hợp vật liệu sét chống TiO2 pha tạp bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, pha tạp các nguyên tố Fe, N, S vào TiO2, và xử lý nhiệt để tạo ra vật liệu cuối cùng. Các điều kiện tổng hợp được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất.

3.2. Phân tích cấu trúc vật liệu

Các phương pháp phân tích như XRD và SEM được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể và hình dạng của vật liệu. Kết quả cho thấy sự hình thành các pha mới và sự phân bố đồng đều của các nguyên tố pha tạp trong cấu trúc TiO2.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu trong xử lý nước thải

Vật liệu sét chống TiO2 pha tạp Fe, N, S đã được thử nghiệm trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng hấp phụ và phân hủy các chất màu hiệu quả, mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải.

4.1. Khả năng xử lý phẩm màu trong nước thải

Thí nghiệm cho thấy vật liệu có khả năng xử lý các phẩm màu như DB 71 với hiệu suất cao. Các yếu tố như pH, nhiệt độ và nồng độ vật liệu xúc tác đều ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý.

4.2. Đánh giá hiệu suất xử lý

Hiệu suất xử lý của vật liệu được đánh giá thông qua các chỉ số như tỷ lệ khử màu và thời gian xử lý. Kết quả cho thấy vật liệu sét chống TiO2 pha tạp có hiệu suất vượt trội so với các phương pháp truyền thống.

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

Nghiên cứu về vật liệu sét chống TiO2 pha tạp Fe, N, S mở ra nhiều triển vọng trong lĩnh vực xử lý nước thải. Việc phát triển và ứng dụng vật liệu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

5.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các vật liệu mới và phương pháp tiên tiến. Vật liệu sét chống TiO2 pha tạp có thể trở thành một phần quan trọng trong các giải pháp xử lý nước thải bền vững.

5.2. Nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng mở rộng

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của vật liệu trong các lĩnh vực khác như xử lý khí thải và hấp phụ các chất ô nhiễm khác.