Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật liệu TiO2/SBA-15 ứng dụng trong xử lý phenol

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: HÓA CHẤT - DỤNG CỤ
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4. KẾT LUẬN
• 5. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về vật liệu TiO2 SBA 15 và ứng dụng xử lý phenol

Vật liệu TiO2/SBA-15 là một trong những loại vật liệu nano có cấu trúc mao quản trung bình, được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường. Vật liệu này không chỉ có khả năng hấp phụ tốt mà còn hoạt động như một chất xúc tác hiệu quả trong quá trình phân hủy các hợp chất phenol độc hại. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp TiO2 với SBA-15 giúp cải thiện đáng kể tính chất xúc tác và khả năng phân hủy phenol trong nước.

1.1. Đặc điểm cấu trúc của vật liệu TiO2 SBA 15

Vật liệu TiO2/SBA-15 có cấu trúc mao quản với kích thước khoảng 2-50 nm, cho phép tăng cường khả năng hấp phụ và tiếp xúc giữa chất xúc tác và chất ô nhiễm. Cấu trúc này giúp tối ưu hóa quá trình oxy hóa phenol, nhờ vào diện tích bề mặt lớn và tính chất hóa học đặc trưng của TiO2.

1.2. Tính chất quang xúc tác của TiO2 SBA 15

TiO2/SBA-15 thể hiện tính chất quang xúc tác mạnh mẽ dưới ánh sáng UV, nhờ vào khả năng tạo ra các gốc tự do có khả năng phân hủy phenol. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu suất phân hủy phenol có thể đạt tới 90% trong điều kiện tối ưu.

II. Vấn đề ô nhiễm phenol trong môi trường nước

Phenol là một trong những hợp chất hữu cơ độc hại thường gặp trong nước thải công nghiệp. Sự hiện diện của phenol trong môi trường nước không chỉ gây hại cho sức khỏe con người mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết.

2.1. Nguồn gốc và tác hại của phenol

Phenol thường được thải ra từ các ngành công nghiệp như sản xuất nhựa, dược phẩm và hóa chất. Tác hại của phenol bao gồm độc tính cao, gây tổn thương cho gan, thận và hệ thần kinh.

2.2. Các phương pháp xử lý phenol hiện nay

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý phenol như hấp phụ, oxy hóa hóa học và quang xúc tác. Tuy nhiên, các phương pháp này thường gặp khó khăn trong việc đạt hiệu suất cao và chi phí thấp.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu TiO2 SBA 15 hiệu quả

Việc tổng hợp vật liệu TiO2/SBA-15 có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp tẩm, phương pháp sol-gel và phương pháp đồng kết tủa. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến tính chất cuối cùng của vật liệu.

3.1. Phương pháp tẩm để tổng hợp TiO2 SBA 15

Phương pháp tẩm cho phép kiểm soát tốt tỷ lệ TiO2 trong SBA-15, từ đó tối ưu hóa tính chất xúc tác. Nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ TiO2 tối ưu là khoảng 10-20% khối lượng.

3.2. Phương pháp sol gel trong tổng hợp TiO2 SBA 15

Phương pháp sol-gel giúp tạo ra các hạt TiO2 có kích thước đồng đều và phân bố tốt trong SBA-15. Điều này làm tăng khả năng tiếp xúc giữa chất xúc tác và chất ô nhiễm, nâng cao hiệu suất xử lý phenol.

IV. Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý phenol của TiO2 SBA 15

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu TiO2/SBA-15 có khả năng phân hủy phenol hiệu quả dưới ánh sáng UV. Kết quả cho thấy rằng hiệu suất phân hủy phenol có thể đạt tới 95% trong điều kiện tối ưu, với thời gian phản ứng ngắn.

4.1. Khảo sát khả năng phân hủy phenol dưới ánh sáng UV

Thí nghiệm cho thấy rằng dưới ánh sáng UV, TiO2/SBA-15 có thể tạo ra các gốc hydroxyl, giúp phân hủy phenol thành các sản phẩm không độc hại. Hiệu suất phân hủy tăng theo thời gian chiếu sáng.

4.2. So sánh hiệu suất giữa các vật liệu khác nhau

So sánh với các vật liệu khác như Fe2O3-TiO2/SBA-15 và CuO-TiO2/SBA-15, TiO2/SBA-15 cho thấy hiệu suất cao hơn trong việc xử lý phenol, nhờ vào cấu trúc mao quản tối ưu và tính chất quang xúc tác vượt trội.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu vật liệu TiO2 SBA 15

Vật liệu TiO2/SBA-15 không chỉ có tiềm năng lớn trong việc xử lý phenol mà còn có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác như xử lý nước thải và khử độc môi trường. Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

5.1. Tương lai của vật liệu TiO2 SBA 15 trong xử lý ô nhiễm

Với những ưu điểm vượt trội, TiO2/SBA-15 có thể trở thành một giải pháp hiệu quả cho các vấn đề ô nhiễm nước trong tương lai. Nghiên cứu cần tiếp tục để phát triển các phương pháp tổng hợp mới và cải thiện tính chất của vật liệu.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng và khảo sát khả năng xử lý các hợp chất ô nhiễm khác, nhằm mở rộng ứng dụng của TiO2/SBA-15 trong xử lý môi trường.