Luận án tiến sĩ: Xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nước bằng hệ vật liệu nano TiO2 biến tính

• Tác giả: Lê Thị Dung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Tiến Đức
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nước bằng hệ vật liệu hấp phụ, quang xúc tác nano TiO2 biến tính
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ Ô NHIỄM 2,4-D VÀ 2,4,5-T Ở VIỆT NAM
• 1.1. Hợp chất 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường. Nguồn gốc dư lượng 2,4-D và 2,4,5-T tại Việt Nam
• 1.2. Một số phương pháp xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nước. Phương pháp oxi hóa điện hóa
• 1.3. Phương pháp xử lý sinh học. Phương pháp oxi hóa tiên tiến. Phương pháp hấp phụ. Vật liệu TiO2 ứng dụng trong xử lý các hợp chất ô nhiễm hữu cơ. Tính chất quang xúc tác của vật liệu TiO2. Tính chất bề mặt của vật liệu TiO2. Nghiên cứu biến tính TiO2 làm vật liệu quang xúc tác. Nghiên cứu biến tính TiO2 làm vật liệu hấp phụ. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị
• 1.4. Quy trình chế tạo vật liệu. Chế tạo vật liệu CuO/TiO2. Chế tạo vật liệu nano titandioxit biến tính bằng CTAB (CCTN). Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu. Phương pháp nhiễu xạ Ronghen (XRD)
• 1.5. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi (FT-IR)
• 1.6. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM. Xác định diện tích bề mặt riêng bằng thuyết hấp phụ BET. Phương pháp đo thế zeta. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX). Phương pháp phổ Raman
• 1.7. Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Vis-DRS). Xác định nồng độ CTAB, 2,4-D và 2,4,5-T bằng phương pháp UV-VIS. Xác định nồng độ 2,4-D và 2,4,5-T bằng phương pháp sắc ký lỏng. Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu nano TiO2, CCTN và CuO/TiO2
• 1.8. Thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của CCTN. Phương pháp xử lý số liệu
• 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Đặc trưng vật liệu nano TiO2 và CuO/TiO2
• 2.2. Phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD). Phân tích ảnh TEM
• 2.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Phân tích phổ Raman. Phân tích phổ hồng ngoại FT-IR. Phân tích hấp phụ đăng nhiệt theo phương pháp BET. Kết quả đo thế zeta của vật liệu. Kết quả phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Vis-DRS)
• 2.4. Vật liệu nano TiO2 và CuO/TiO2 xử lý 2,4-D và 2,4,5-T bằng quang xúc tác
• 2.5. Vật liệu nano TiO2 xử lý 2,4-D bằng quang xúc tác
• 2.6. Vật liệu nano TiO2 xử lý 2,4,5-T bằng quang xúc tác
• 2.7. Vật liệu nano CuO/TiO2 xử lý 2,4,5-T bằng quang xúc tác
• 2.8. Nghiên cứu chế tạo vật liệu CCTN. Ảnh hưởng của pH đến quá trình chế tạo vật liệu CCTN. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion và nồng độ đầu CTAB. Thiết lập các mô hình đăng nhiệt hấp phụ CTAB trên TiO2
• 2.9. Đặc trưng vật liệu CCTN
• 2.10. Vật liệu CCTN hấp phụ xử lý 2,4-D và 2,4,5-T
• 2.11. Khả năng hấp phụ xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của nano TiO2
• 2.12. Khả năng hấp phụ xử lý 2,4-D và 2,4,5-T của vật liệu CCTN
• 2.13. Ảnh hưởng của pH. Thời gian cân bằng hấp phụ. So sánh khả năng hấp phụ 2,4-D và 2,4,5-T của CCTN
• 2.14. Mô hình hấp phụ đăng nhiệt của 2,4-D và 2,4,5-T trên vật liệu CCTN. Động học hấp phụ 2,4-D và 2,4,5-T trên vật liệu CCTN. Đề xuất cơ chế hấp phụ 2,4-D và 2,4,5-T trên vật liệu CCTN
• 2.15. Vật liệu CCTN xử lý 2,4-D và 2,4,5-T bằng quang xúc tác
• 2.16. Vật liệu CCTN xử lý 2,4-D bằng quang xúc tác
• 2.17. Vật liệu CCTN xử lý 2,4,5-T bằng quang xúc tác
• 2.18. So sánh hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác
• 2.19. Hiệu quả xử lý 2,4-D bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác
• 2.20. Hiệu quả xử lý 2,4,5-T bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác
• 2.21. So sánh hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác trên cơ sở vật liệu nano TiO2 biến tính với các vật liệu khác
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Xử lý nước bằng vật liệu nano TiO2 biến tính

Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý nước ô nhiễm bởi các hợp chất 2,4-D và 2,4,5-T thông qua việc sử dụng vật liệu nano TiO2 biến tính. Công nghệ nano đã được áp dụng để tạo ra các vật liệu xúc tác quang học hiệu quả, đặc biệt là TiO2 biến tính với chất hoạt động bề mặt CTAB. Phương pháp này không chỉ giúp loại bỏ các chất độc hại mà còn thân thiện với môi trường. Các kết quả thí nghiệm cho thấy nano TiO2 có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại một cách hiệu quả.

1.1. Ứng dụng của nano TiO2 trong xử lý nước

Nano TiO2 được biết đến với khả năng xúc tác quang học mạnh mẽ, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại như 2,4-D và 2,4,5-T. Quá trình này diễn ra dưới ánh sáng UV, tạo ra các gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh. Vật liệu xúc tác quang này đã được chứng minh là hiệu quả trong việc xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, đặc biệt là các thuốc trừ sâu và chất hữu cơ khó phân hủy.

1.2. Biến tính TiO2 bằng CTAB

Việc biến tính TiO2 bằng CTAB đã cải thiện đáng kể khả năng hấp phụ và xúc tác của vật liệu. CTAB là một chất hoạt động bề mặt mang điện dương, giúp tăng cường khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ ưa nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy CCTN (nano TiO2 biến tính CTAB) có hiệu quả cao trong việc xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nước.

II. Phương pháp xử lý hóa chất độc hại

Nghiên cứu đã đề xuất và thử nghiệm các phương pháp xử lý nước khác nhau để loại bỏ 2,4-D và 2,4,5-T. Các phương pháp bao gồm xử lý hóa chất, xử lý sinh học, và xử lý bằng công nghệ nano. Trong đó, xử lý bằng vật liệu nano TiO2 được đánh giá là phương pháp hiệu quả nhất do khả năng phân hủy nhanh và triệt để các hợp chất độc hại. Công nghệ xử lý nước này cũng được coi là bền vững và thân thiện với môi trường.

2.1. Xử lý bằng phương pháp oxy hóa tiên tiến

Phương pháp oxy hóa tiên tiến (AOP) đã được áp dụng để xử lý 2,4-D và 2,4,5-T. Quá trình này sử dụng các gốc tự do mạnh để phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại. Vật liệu nano TiO2 đóng vai trò là chất xúc tác quang học, giúp tăng cường hiệu quả của quá trình oxy hóa. Kết quả cho thấy phương pháp này có thể loại bỏ đến 90% các chất ô nhiễm trong nước.

2.2. Xử lý bằng phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu nano TiO2 và CCTN đã được nghiên cứu để loại bỏ 2,4-D và 2,4,5-T khỏi nước. Vật liệu hấp phụ này có khả năng hấp thụ các hợp chất hữu cơ độc hại một cách hiệu quả. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng CCTN có khả năng hấp phụ cao hơn so với nano TiO2 thông thường, đặc biệt là ở nồng độ thấp của các chất ô nhiễm.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của các phương pháp xử lý 2,4-D và 2,4,5-T bằng vật liệu nano TiO2 biến tính. Kết quả cho thấy CCTN có hiệu quả cao trong việc xử lý các chất ô nhiễm này, đặc biệt là khi kết hợp với phương pháp quang xúc tác. Công nghệ xử lý nước này có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và nông nghiệp.

3.1. Hiệu quả xử lý 2 4 D và 2 4 5 T

Các thí nghiệm đã chứng minh rằng CCTN có khả năng xử lý 2,4-D và 2,4,5-T với hiệu suất cao. Phương pháp quang xúc tác sử dụng CCTN đã loại bỏ được hơn 95% các chất ô nhiễm trong nước. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu nano TiO2 biến tính trong việc xử lý các chất độc hại trong môi trường nước.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã đề xuất việc ứng dụng CCTN trong các hệ thống xử lý nước thực tế, đặc biệt là trong các khu vực bị ô nhiễm bởi thuốc trừ sâu và chất hữu cơ độc hại. Công nghệ nano này có thể được tích hợp vào các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và nông nghiệp, giúp giảm thiểu tác động của các chất ô nhiễm đến môi trường và sức khỏe con người.