Nghiên cứu vật liệu xúc tác quang CTiO2-GC3N4 trong phân hủy kháng sinh nước

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1. MỞ ĐẦU

1.1. Lí do chọn đề tài

1.2. Mục tiêu của đề tài

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4. Nội dung nghiên cứu

1.5. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1. Giới thiệu về vật liệu xúc tác quang

2.2. Cấu trúc của vật liệu g-C3N4

2.3. Phương pháp tổng hợp

2.4. Cơ chế xúc tác quang của vật liệu g-C3N4

2.5. Vật liệu TiO2 và vật liệu TiO2 biến tính

2.5.1. Vật liệu TiO2

2.5.2. Vật liệu TiO2 biến tính

2.6. Cơ chế xúc tác quang của vật liệu C-TiO2

2.7. Tình hình nghiên cứu liên quan đến vật liệu xúc tác quang trên cơ sở C-TiO2 và g-C3N4

2.8. Lai ghép vật liệu TiO2 pha tạp với các vật liệu bán dẫn có năng lượng vùng cấm hẹp khác

2.9. Lai ghép vật liệu g-C3N4 với các vật liệu bán dẫn có năng lượng vùng cấm hẹp khác

2.10. Giới thiệu về chất kháng sinh tetracycline (TC)

3. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị

3.2. Tổng hợp vật liệu xúc tác quang

3.2.1. Tổng hợp vật liệu C-TiO2

3.2.2. Tổng hợp vật liệu g-C3N4

3.2.3. Tổng hợp vật liệu lai ghép C-TiO2/g-C3N4

3.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu

3.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

3.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

3.3.3. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS)

3.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

3.3.5. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX)

3.3.6. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Vis-DRS)

3.3.7. Phương pháp phổ quang phát quang (PL)

3.3.8. Phương pháp đo hấp phụ - khử hấp phụ đẳng nhiệt N2 (BET)

3.4. Phân tích định lượng tetracyline hydrochloride

3.5. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ tetracyline hydrochloride

3.6. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu tổng hợp

3.6.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của TC

3.6.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của các liệu tổng hợp

3.6.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu

3.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của các chất dập tắt gốc tới quá trình quang phân hủy các chất hữu cơ trên các hệ vật liệu tổng hợp

4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Đặc trưng vật liệu C-TiO2/g-C3N4 (CTC-x)

4.1.1. Đặc điểm màu sắc các vật liệu CT-x

4.1.2. Thành phần pha và cấu trúc của các vật liệu CTC-x

4.1.3. Khả năng hấp thụ quang của vật liệu CTC-x

4.1.4. Đặc tính tái tổ hợp giữa các electron và lỗ trống quang sinh của vật liệu CTC-x

4.2. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X

4.3. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS)

4.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét

4.5. Phương pháp đo hấp phụ - khử hấp phụ đẳng nhiệt N2 (BET)

4.6. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu lai ghép C-TiO2/g-C3N4

4.6.1. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu với dung dịch TC

4.6.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu CTC-x

4.6.3. Đánh giá động học của quá trình xúc tác quang

4.6.4. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu CTC-2

4.6.5. Giải thích cơ chế quang xúc tác phân hủy TC trên vật liệu CTC-2

4.6.6. Tái sử dụng chất xúc tác

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu xúc tác quang CTiO2 GC3N4

Nghiên cứu về vật liệu xúc tác quang CTiO2-GC3N4 đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm nước. Vật liệu này không chỉ có khả năng phân hủy các chất kháng sinh mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc tìm hiểu về cấu trúc và tính chất của CTiO2-GC3N4 là rất cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất phân hủy kháng sinh trong nước.

1.1. Giới thiệu về vật liệu xúc tác quang CTiO2 GC3N4

CTiO2-GC3N4 là sự kết hợp giữa TiO2 và g-C3N4, mang lại nhiều ưu điểm trong việc xử lý ô nhiễm nước. Vật liệu này có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy, giúp tăng cường hiệu suất quang xúc tác.

1.2. Tính chất quang học của vật liệu CTiO2 GC3N4

Tính chất quang học của CTiO2-GC3N4 được xác định bởi năng lượng vùng cấm và khả năng hấp thụ ánh sáng. Những đặc điểm này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân hủy kháng sinh trong nước.

II. Vấn đề ô nhiễm kháng sinh trong nước và thách thức xử lý

Ô nhiễm kháng sinh trong nước đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc xử lý các chất kháng sinh như tetracycline là một thách thức lớn trong nghiên cứu môi trường.

2.1. Tác động của kháng sinh đến môi trường nước

Kháng sinh tồn dư trong nước có thể gây ra hiện tượng kháng thuốc, ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật và hệ sinh thái. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về các phương pháp xử lý hiệu quả.

2.2. Thách thức trong việc phân hủy kháng sinh

Việc phân hủy kháng sinh trong nước gặp nhiều khó khăn do tính bền vững của chúng. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả, do đó cần tìm kiếm các giải pháp mới như sử dụng vật liệu xúc tác quang.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu xúc tác quang CTiO2 GC3N4

Phương pháp tổng hợp vật liệu CTiO2-GC3N4 đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất quang xúc tác. Các phương pháp như thủy nhiệt và nhiệt pha rắn được áp dụng để tạo ra vật liệu với cấu trúc tối ưu.

3.1. Phương pháp thủy nhiệt trong tổng hợp CTiO2

Phương pháp thủy nhiệt giúp tạo ra vật liệu CTiO2 với kích thước hạt nhỏ và diện tích bề mặt lớn, từ đó nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng và hiệu suất quang xúc tác.

3.2. Phương pháp nhiệt pha rắn cho g C3N4

Nhiệt pha rắn là phương pháp hiệu quả để tổng hợp g-C3N4, giúp tạo ra cấu trúc lớp với diện tích bề mặt cao, tối ưu hóa khả năng tương tác với các chất ô nhiễm trong nước.

IV. Hiệu suất phân hủy kháng sinh của vật liệu CTiO2 GC3N4

Nghiên cứu cho thấy vật liệu CTiO2-GC3N4 có khả năng phân hủy kháng sinh tetracycline hiệu quả dưới ánh sáng. Các yếu tố như pH và thời gian chiếu sáng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất này.

4.1. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của CTiO2 GC3N4

Hoạt tính quang xúc tác của CTiO2-GC3N4 được đánh giá thông qua các thí nghiệm phân hủy tetracycline. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng phân hủy cao dưới ánh sáng.

4.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy

pH của dung dịch có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính quang xúc tác. Nghiên cứu chỉ ra rằng pH tối ưu giúp tăng cường hiệu suất phân hủy kháng sinh.

V. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu CTiO2 GC3N4 trong xử lý nước

Vật liệu CTiO2-GC3N4 không chỉ có tiềm năng trong nghiên cứu mà còn có thể ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước ô nhiễm. Việc áp dụng công nghệ này có thể giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

5.1. Ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm

CTiO2-GC3N4 có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước để phân hủy các chất ô nhiễm, đặc biệt là kháng sinh, giúp cải thiện chất lượng nước.

5.2. Tiềm năng phát triển công nghệ quang xúc tác

Công nghệ quang xúc tác với vật liệu CTiO2-GC3N4 có tiềm năng lớn trong việc phát triển các giải pháp xử lý nước hiệu quả và bền vững trong tương lai.

VI. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về vật liệu CTiO2-GC3N4 mở ra nhiều triển vọng trong việc xử lý ô nhiễm nước. Các kết quả đạt được cho thấy khả năng ứng dụng của vật liệu này trong thực tiễn, đồng thời cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất.

6.1. Kết luận về hiệu quả của CTiO2 GC3N4

CTiO2-GC3N4 đã chứng minh được hiệu quả trong việc phân hủy kháng sinh, mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực xử lý nước.

6.2. Triển vọng nghiên cứu và phát triển

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện tính chất quang xúc tác của CTiO2-GC3N4, từ đó phát triển các ứng dụng mới trong xử lý ô nhiễm nước.

Luận văn thạc sĩ: Vật liệu xúc tác quang CTiO2-GC3N4 và ứng dụng trong phân hủy kháng sinh trong nước