Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng cấu trúc vật liệu TiO2/Bentonit cho xử lý phẩm màu DB71 trong môi trường nước

• Tác giả: Nguyễn Thị Hạnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Nội
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp, Đặc Trưng Cấu Trúc Vật Liệu NS-TiO2/Bentonit Và FeNSTiO2/Bentonit Để Xử Lý Phẩm Màu DB71 Trong Môi Trường Nước
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

• Lời cam đoan
• Lời cảm ơn
• Mục lục
• Danh mục các chữ viết tắt
• Danh mục các hình ảnh
• Danh mục các bảng biểu
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT MÀU AZO VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
• 1.1. Tổng quan về các hợp chất màu azo
• 1.2. Giới thiệu một số thành tựu xử lý các hợp chất màu azo
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU TiO2 VÀ TiO2 BIẾN TÍNH
• 2.1. Vật liệu nano TiO2
• 2.2. Cơ chế quang hóa của nano TiO2 trong xử lý chất ô nhiễm
• 2.3. Vật liệu nano TiO2 biến tính
• 2.3.1. Vật liệu nano TiO2 pha tạp kim loại
• 2.3.2. Vật liệu nano TiO2 pha tạp phi kim
• 2.3.3. Vật liệu nano TiO2 được biến tính bởi hỗn hợp
• 3. CHƯƠNG 3: BENTONIT VÀ BENTONIT CHỐNG TiO2 BIẾN TÍNH
• 3.1. Cấu trúc tinh thể và thành phần hoá học của montmorillonit
• 3.2. Các tính chất của bentonit
• 3.3. Bentonit chống kim loại
• 3.4. Vật liệu bentonit chống
• 3.5. Các polycation kim loại - Tác nhân chống
• 3.6. Vật liệu bentonit chống TiO2 cấy thêm một số nguyên tố
• 3.7. Ứng dụng vật liệu bentonit chống TiO2 trong xử lý chất màu dệt nhuộm
• 4. CHƯƠNG 4: TỔNG HỢP VẬT LIỆU
• 4.1. Tổng hợp vật liệu TiO2
• 4.2. Tổng hợp xúc tác NS-TiO2
• 4.3. Tổng hợp xúc tác NS-TiO2 ở các điều kiện khác nhau
• 4.4. Tổng hợp vật liệu FeNS-TiO2
• 4.5. Tổng hợp xúc tác FeNS-TiO2 ở các điều kiện khác nhau
• 4.6. Tổng hợp vật liệu NS-TiO2/bent
• 4.7. Tổng hợp vật liệu FeNS-TiO2/bent
• 5. CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU
• 5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD - X Rays Diffraction)
• 5.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 5.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM
• 5.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM
• 5.5. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 5.6. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis
• 5.7. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS)
• 5.8. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (BET - the Brunauer – Emmett - Teller)
• 5.9. Phương pháp phân tích nhiệt
• 5.10. Phương pháp xác định dung lượng trao đổi cation (CEC) của Bentonit
• 6. CHƯƠNG 6: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ QUANG XÚC TÁC
• 6.1. Phương pháp trắc quang
• 6.2. Phương pháp xác định nhu cầu oxi hóa học COD
• 6.3. Xác định hàm lượng chất hữu cơ trong mẫu bằng phương pháp đo TOC
• 6.4. Phân tích sản phẩm phản ứng bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 7.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NS-TiO2 VÀ FeNS-TiO2
• 7.1.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu NS-TiO2
• 7.1.1.1. Ảnh hưởng của lượng N, S pha tạp vào TiO2
• 7.1.1.2. Ảnh hưởng của thời gian già hóa gel
• 7.1.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 7.1.1.4. Ảnh hưởng của thời gian nung
• 7.1.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu FeNS-TiO2
• 7.1.2.1. Ảnh hưởng của lượng Fe, N, S pha tạp vào TiO2
• 7.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian già hóa gel
• 7.1.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 7.1.2.4. Ảnh hưởng của thời gian nung
• 7.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NS-TiO2/BENT và FeNS-TiO2/BENT
• 7.2.1. Đặc trưng bentonit Ninh Thuận
• 7.2.2. Ảnh hưởng của lượng bentonit đến quá trình tổng hợp vật liệu NS-TiO2/bent
• 7.2.2.1. Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X
• 7.2.2.2. Kết quả phổ UV-Vis
• 7.2.2.3. Hiệu suất phân hủy DB71 theo thời gian của các mẫu xúc tác NS- TiO2/bent
• 7.2.3. Ảnh hưởng của lượng bentonit đến quá trình tổng hợp vật liệu FeNS- TiO2/bent
• 7.2.3.1. Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X
• 7.2.3.2. Kết quả phổ UV-Vis
• 7.2.3.3. Hiệu suất phân hủy DB71 theo thời gian của các mẫu xúc tác FeNS- TiO2/bent
• 7.3. SO SÁNH ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU NS-TiO2, FeNS-TiO2 TRƯỚC VÀ SAU KHI ĐƯA LÊN BENTONIT
• 7.3.1. So sánh đặc trưng vật liệu NS-TiO2 và NS-TiO2/bent
• 7.3.1.1. Kết quả phân tích phổ IR
• 7.3.1.2. Kết quả phân tích EDX
• 7.3.1.3. Kết quả phân tích phổ XPS
• 7.3.1.4. Cấu tạo bề mặt xúc tác qua kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 7.3.1.5. Kết quả chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM
• 7.3.1.6. Kết quả phân tích đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N (BET)
• 7.3.2. So sánh đặc trưng vật liệu FeNS-TiO2 và FeNS-TiO2/bent
• 7.3.2.1. Kết quả phân tích EDX
• 7.3.2.2. Kết quả phân tích phổ XPS
• 7.3.2.3. Kết quả chụp hiển vi điện tử quét SEM
• 7.3.2.4. Kết quả chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM
• 7.3.2.5. Kết quả phân tích đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N (BET)
• 7.4. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY DB71
• 7.4.1. Quang phân hủy DB71 trên xúc tác NS-TiO2 và của FeNS-TiO2
• 7.4.1.1. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng
• 7.4.1.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình quang phân hủy DB71
• 7.4.1.3. Ảnh hưởng của lượng chất xúc tác đến quá trình quang phân hủy DB71
• 7.4.2. Quang phân hủy DB71 trên xúc tác NS-TiO2/bent và FeNS-TiO2/bent
• 7.4.2.1. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng
• 7.4.2.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình quang phân hủy DB71
• 7.4.2.3. Ảnh hưởng của lượng chất xúc tác đến quá trình quang phân hủy DB71
• 7.4.3. Khảo sát khả năng khoáng hóa hoàn toàn DB71 của vật liệu NS-TiO2/bent
• 7.4.4. Khả năng tái sử dụng xúc tác NS-TiO2/bent và FeNS-TiO2/bent
• 7.4.5. Thảo luận về cơ chế hoạt động của xúc tác NS-TiO2/bent trong phản ứng phân hủy DB71
• 7.4.6. Bước đầu nghiên cứu thử nghiệm xúc tác để xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội
• NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu TiO2 Bentonit xử lý phẩm màu DB71

Nghiên cứu vật liệu TiO2/Bentonit để xử lý phẩm màu DB71 trong nước đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. TiO2, một chất xúc tác quang học, có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại, trong đó có phẩm màu DB71. Bentonit, với cấu trúc đặc biệt, có thể cải thiện hiệu suất hấp phụ và xúc tác của TiO2. Sự kết hợp giữa hai vật liệu này hứa hẹn sẽ mang lại giải pháp hiệu quả cho vấn đề ô nhiễm nước.

1.1. TiO2 và Bentonit Đặc điểm và ứng dụng

TiO2 là một trong những vật liệu phổ biến nhất trong xử lý ô nhiễm nước nhờ vào khả năng quang xúc tác mạnh mẽ. Bentonit, với cấu trúc tinh thể montmorillonit, có khả năng hấp phụ tốt, giúp tăng cường hiệu quả xử lý. Sự kết hợp giữa TiO2 và Bentonit tạo ra một vật liệu mới với tính chất vượt trội trong việc xử lý phẩm màu DB71.

1.2. Phẩm màu DB71 và tác động của nó đến môi trường

Phẩm màu DB71 là một trong những chất nhuộm azo phổ biến trong ngành dệt nhuộm. Nó có khả năng gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh vật. Việc nghiên cứu các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực của nó.

II. Vấn đề ô nhiễm nước và thách thức trong xử lý phẩm màu

Ô nhiễm nước do phẩm màu là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt trong ngành công nghiệp dệt nhuộm. Các hợp chất azo như DB71 khó phân hủy sinh học và có thể tích lũy trong môi trường. Điều này đặt ra thách thức lớn cho các nhà nghiên cứu trong việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả và bền vững.

2.1. Tác động của ô nhiễm nước đến sức khỏe con người

Ô nhiễm nước do phẩm màu có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm ung thư và các bệnh mãn tính khác. Các hợp chất độc hại có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường tiêu hóa hoặc hô hấp, gây ra những tác động lâu dài đến sức khỏe con người.

2.2. Thách thức trong việc xử lý phẩm màu DB71

Việc xử lý phẩm màu DB71 gặp nhiều khó khăn do tính bền vững của nó trong môi trường. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả, do đó cần phát triển các công nghệ mới, như sử dụng vật liệu TiO2/Bentonit, để nâng cao hiệu suất xử lý.

III. Phương pháp nghiên cứu vật liệu TiO2 Bentonit

Nghiên cứu vật liệu TiO2/Bentonit để xử lý phẩm màu DB71 bao gồm nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này không chỉ giúp tổng hợp vật liệu mà còn đánh giá hiệu quả của chúng trong việc xử lý ô nhiễm nước.

3.1. Tổng hợp vật liệu TiO2 Bentonit

Quá trình tổng hợp vật liệu TiO2/Bentonit bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, xử lý nhiệt và kiểm tra đặc tính vật liệu. Việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất trong xử lý phẩm màu DB71.

3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý phẩm màu DB71

Đánh giá hiệu quả xử lý phẩm màu DB71 được thực hiện thông qua các thí nghiệm quang xúc tác. Các yếu tố như pH, nồng độ chất xúc tác và thời gian phản ứng sẽ được kiểm tra để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu TiO2/Bentonit có khả năng xử lý phẩm màu DB71 hiệu quả. Các thí nghiệm cho thấy rằng vật liệu này có thể giảm đáng kể nồng độ phẩm màu trong nước, mở ra hướng đi mới cho việc xử lý ô nhiễm nước.

4.1. Hiệu suất xử lý phẩm màu DB71

Các thí nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý phẩm màu DB71 của vật liệu TiO2/Bentonit đạt trên 90% trong điều kiện tối ưu. Điều này chứng tỏ rằng sự kết hợp giữa TiO2 và Bentonit là một giải pháp khả thi cho vấn đề ô nhiễm nước.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Vật liệu TiO2/Bentonit có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong ngành dệt nhuộm. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy.

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

Nghiên cứu vật liệu TiO2/Bentonit để xử lý phẩm màu DB71 đã chỉ ra tiềm năng lớn trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nước. Các kết quả đạt được mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.

5.1. Kết luận về hiệu quả của vật liệu

Vật liệu TiO2/Bentonit cho thấy hiệu quả cao trong việc xử lý phẩm màu DB71, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm nước. Nghiên cứu này khẳng định rằng việc kết hợp các vật liệu có tính chất khác nhau có thể mang lại kết quả tốt hơn trong xử lý ô nhiễm.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Triển vọng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm việc phát triển các vật liệu mới, cải tiến quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của vật liệu TiO2/Bentonit trong các lĩnh vực khác nhau. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm và bảo vệ môi trường.