Luận án tiến sĩ hóa học 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

Luận án tiến sĩ hóa học về xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong nước bằng vật liệu hấp phụ, quang xúc tác nano TiO2 biến tính. Nghiên cứu chuyên sâu về môi trường.

Chuyên ngành

Hóa môi trường

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận án Tiến sĩ

2024

169
2
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

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. 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. 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

2.14. Vật liệu CCTN xử lý 2,4-D và 2,4,5-T bằng quang xúc tác

2.15. Vật liệu CCTN xử lý 2,4-D bằng quang xúc tác

2.16. Vật liệu CCTN xử lý 2,4,5-T bằng quang xúc tác

2.17. So sánh hiệu quả xử lý 2,4-D và 2,4,5-T bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác

2.18. Hiệu quả xử lý 2,4-D bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác

2.19. Hiệu quả xử lý 2,4,5-T bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác

2.20. 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

3. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Xử Lý 2 4 D và 2 4 5 T Giải Pháp

Ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, đang là vấn đề cấp bách toàn cầu. Các hợp chất 2,4-D2,4,5-T, mặc dù có vai trò quan trọng trong nông nghiệp, lại gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Nhiều quốc gia đã cam kết hạn chế hoặc ngừng sử dụng các hợp chất này do lo ngại về độc tính. Tuy nhiên, dư lượng của chúng vẫn tồn tại ở mức cao trong môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý 2,4-D2,4,5-T trong nước, sử dụng vật liệu hấp phụquang xúc tác nano TiO2 biến tính. Phương pháp quang xúc tác được đánh giá cao vì tính "hóa học xanh", còn hấp phụ nổi bật với tính an toàn và hiệu quả ngay cả ở nồng độ ô nhiễm thấp. Việc ứng dụng công nghệ nano hứa hẹn mang lại những đột phá trong lĩnh vực này, giúp bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng. Chương trình Môi trường Liên hợp quốc UNEP cảnh báo ô nhiễm môi trường là một trong những vấn đề cấp bách nhất mà nhân loại phải đối diện trong thế kỷ 21. Theo Tổ chức Y tế thế giới WHO, ô nhiễm môi trường là mối đe dọa nghiêm trọng đến sự sống của con người trong tương lai, là nguyên nhân gây tử vong nhiều hơn cả chiến tranh, xung đột.

1.1. Tác động của 2 4 D và 2 4 5 T tới Môi Trường Nước

2,4-D2,4,5-T có độc tính cao và có khả năng phá hủy tế bào, tác động đến cơ chế sinh trưởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại và cả cây trồng, vì thế khi các hợp chất này đi vào môi trường gây ra những tác động nguy hiểm đến môi trường đất, nước, không khí và các loài sinh vật sống trong đó có con người. Điều này gây ảnh hưởng đến đa dạng sinh họcsức khỏe con người khi sử dụng nguồn nước ô nhiễm. Việc xử lý triệt để các hợp chất này là vô cùng quan trọng.

1.2. Ưu điểm của phương pháp Hấp Phụ và Quang Xúc Tác Nano

Phương pháp xúc tác quang hóa có những ưu điểm chính đó là các quá trình “hóa học xanh”, bao gồm các điều kiện phản ứng êm dịu, thân thiện với môi trường, dễ kết hợp với các quá trình khác (như tạo màng). Trong khi đó, ưu điểm của phương pháp hấp phụ là tính an toàn, độ chọn lọc tốt, và hiệu quả cao với các chất ô nhiễm dù ở nồng độ rất thấp. Vat liệu xúc tác trên cơ sở titan dioxit (TiO2) đã và đang được nghiên cứu rộng rãi do khả năng thương mại hoá cao, an toàn với môi trường và bền vững hóa học.

II. Thách Thức Xử Lý 2 4 D và 2 4 5 T Vật Liệu TiO2

Mặc dù phương pháp quang xúc tác sử dụng TiO2 mang lại nhiều tiềm năng, vẫn còn những thách thức cần vượt qua. Năng lượng vùng cấm của nano TiO2 tương đối cao, đòi hỏi năng lượng kích thích lớn. Do đó, việc biến tính TiO2 là cần thiết để tăng hiệu quả xử lý nướckhả năng hấp phụ. Các nghiên cứu tập trung vào việc pha tạp kim loại chuyển tiếp hoặc sử dụng chất hoạt động bề mặt để thay đổi đặc tính bề mặt của TiO2. Hiện nay, chưa có nhiều nghiên cứu công bố về việc biến tính TiO2 bằng chất hoạt động bề mặt và ứng dụng trong xử lý 2,4-D và 2,4,5-T. Do vậy, biến tính nano TiO2 bằng chat hoạt động bề mặt mang điện dương Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) tạo thành hệ vật liệu mới nano TiO2 biến tính CTAB (CCTN) nhằm ứng dụng xử lý hợp chất 2,4-D va 2,4,5-T trong môi trường nước là hướng nghiên cứu còn rất mới và có nhiều tiềm năng.

2.1. Giới Hạn về Năng Lượng Vùng Cấm của Vật Liệu Nano TiO2

Nhược điểm của vật liệu nano TiO2 với vai trò xúc tác quang hoá chính là năng lượng vùng cấm tương đối cao (3,2 eV). Chính vì thế, nhiều nghiên cứu phát trién các phương pháp khác nhau nhăm biến tính TiO2 bang cách pha tap kim loại chuyền tiếp như Fe, Cu, Ag, Pt. hoặc các oxit của chúng và phi kim như N, S, C.với mục đích dịch chuyển ánh sáng kích thích từ vùng tử ngoại sang vùng ánh sáng nhìn thấy. Điều này hạn chế khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và giảm hiệu quả xúc tác.

2.2. Nghiên Cứu Biến Tính TiO2 Hướng Đi Mới và Tiềm Năng Ứng Dụng

Bên cạnh đó, một hướng nghiên cứu mới được phát triển là sử dụng chất hoạt động bề mặt làm thay đổi đặc tính bề mặt từ đó có thé gia tăng khả năng hấp phụ chất hữu co ưa nước và hoạt tính quang hoá của vật liệu TiO2. Hiện nay, tại Việt Nam cũng như trên thế giới chưa có nghiên cứu công bồ về biến tính vật liệu TiO2 bang chất hoạt động bề mặt và ứng dụng xử lý 2,4-D2,4,5-T.

III. Phương Pháp Chế Tạo Vật Liệu CuO TiO2 và CCTN Hiệu Quả

Luận án tập trung vào chế tạo và đặc trưng các vật liệu nano TiO2, CuO/TiO2CCTN. Vật liệu TiO2 được tạo ra bằng phương pháp sol-gel, CuO/TiO2 bằng phương pháp tẩm ướt, và CCTN thông qua biến tính bề mặt TiO2 bằng CTAB. Việc tối ưu hóa quy trình chế tạo là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của vật liệu. Các phương pháp đặc trưng vật liệu như XRD, TEM, EDX, FT-IR, BET, và UV-Vis DRS được sử dụng để đánh giá cấu trúc, thành phần, và tính chất quang xúc tác của vật liệu. Quy trình chế tạo vật liệu nano TiO2; Quy trình chế tạo vật liệu CuO/TiO2; Sơ đồ tong hop vật liệu TiO2 biến tinh CTAB (CCTN).

3.1. Quy Trình Tổng Hợp Vật Liệu Nano TiO2 Bằng Phương Pháp Sol Gel

Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật hiệu quả để tạo ra vật liệu nano TiO2 với kích thước và hình thái được kiểm soát. Quá trình này bao gồm việc tạo ra một sol (dung dịch keo) từ các tiền chất kim loại, sau đó chuyển đổi thành gel và cuối cùng nung để tạo thành TiO2 tinh khiết.

3.2. Quy Trình Biến Tính Bề Mặt Nano TiO2 Bằng CTAB CCTN

CTAB là một chất hoạt động bề mặt mang điện dương, được sử dụng để biến tính bề mặt nano TiO2, tạo thành CCTN. Quá trình này giúp cải thiện khả năng hấp phụ của TiO2 đối với các chất ô nhiễm hữu cơ như 2,4-D2,4,5-T. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính, như pH và nồng độ CTAB, cần được tối ưu hóa.

IV. Cơ Chế Hấp Phụ 2 4 D 2 4 5 T Trên CCTN Đề Xuất Chi Tiết

Luận án tập trung vào nghiên cứu cơ chế hấp phụ của 2,4-D2,4,5-T trên vật liệu CCTN. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ, như pH, lực ion, và nồng độ chất ô nhiễm, được khảo sát. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ (Langmuir, Freundlich) được sử dụng để mô tả quá trình hấp phụ. Động học hấp phụ cũng được nghiên cứu để hiểu rõ hơn về tốc độ và cơ chế hấp phụ. Trên cơ sở đó, cơ chế hấp phụ của 2,4-D2,4,5-T trên CCTN được đề xuất. Mô tả quá trình hấp phụ 2,4-D và 2,4,5-T trên CCTN.

4.1. Ảnh Hưởng của pH và Lực Ion đến Khả Năng Hấp Phụ

pH và lực ion là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của 2,4-D2,4,5-T trên CCTN. Thay đổi pH có thể ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của CCTN và sự ion hóa của các chất ô nhiễm, từ đó ảnh hưởng đến lực hút tĩnh điện giữa CCTN và các chất ô nhiễm. Lực ion cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bằng cách cạnh tranh với các chất ô nhiễm để liên kết với CCTN.

4.2. Xây Dựng Mô Hình Đẳng Nhiệt Hấp Phụ Langmuir và Freundlich

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa lượng chất ô nhiễm bị hấp phụ trên CCTN và nồng độ chất ô nhiễm trong dung dịch ở trạng thái cân bằng. Các thông số của mô hình, như dung lượng hấp phụ tối đa và hằng số hấp phụ, có thể cung cấp thông tin về khả năng hấp phụ của CCTN đối với 2,4-D2,4,5-T.

V. Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý 2 4 D và 2 4 5 T Bằng CCTN So Sánh

Luận án đánh giá hoạt tính quang xúc tác của TiO2, CuO/TiO2 và khả năng hấp phụquang xúc tác của CCTN để xử lý 2,4-D2,4,5-T trong nước. Hiệu quả xử lý của các vật liệu khác nhau được so sánh. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý, như pH, thời gian phản ứng, và cường độ ánh sáng, được khảo sát. Kết quả cho thấy CCTN có tiềm năng ứng dụng cao trong xử lý ô nhiễm nước. Hiệu quả xử lý 2,4-D bằng phương pháp hấp phụ và quang xúc tác.

5.1. So Sánh Hiệu Quả Xúc Tác Quang của TiO2 và CuO TiO2

TiO2CuO/TiO2 được so sánh về hiệu quả xúc tác quang trong việc phân hủy 2,4-D2,4,5-T. Việc pha tạp CuO vào TiO2 có thể cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và tăng hiệu quả xúc tác quang.

5.2. Đánh Giá Ưu Điểm CCTN So Với Phương Pháp Xử Lý Khác

Hiệu quả xử lý của CCTN được so sánh với các phương pháp xử lý khác, như hấp phụ bằng TiO2 thông thường và các phương pháp xử lý truyền thống. Điều này giúp đánh giá ưu điểm của CCTN về hiệu quả, chi phí và tính thân thiện với môi trường.

VI. Kết Luận Triển Vọng Vật Liệu Nano Xử Lý Ô Nhiễm Nước

Nghiên cứu này đã thành công trong việc chế tạo và đặc trưng các vật liệu nano TiO2, CuO/TiO2, và CCTN cho ứng dụng xử lý 2,4-D2,4,5-T trong nước. CCTN cho thấy tiềm năng lớn trong việc hấp phụquang xúc tác các chất ô nhiễm này. Các kết quả nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển các công nghệ xử lý nước hiệu quả và bền vững. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình chế tạo và ứng dụng CCTN trong thực tế. Những đóng góp mới của luận án.

6.1. Hướng Phát Triển Ứng Dụng CCTN Quy Mô Lớn Trong Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các phương pháp sản xuất CCTN quy mô lớn với chi phí thấp. Đồng thời, cần nghiên cứu khả năng tái sử dụng của CCTN và đánh giá ảnh hưởng của các chất ô nhiễm khác trong nước đến hiệu quả xử lý của CCTN.

6.2. Tiềm Năng Mở Rộng Nghiên Cứu sang Các Chất Ô Nhiễm Khác

Các kết quả nghiên cứu về CCTN có thể được mở rộng để nghiên cứu xử lý các chất ô nhiễm khác trong nước, như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Việc phát triển các vật liệu nano đa chức năng có thể giúp xử lý đồng thời nhiều loại chất ô nhiễm trong nước.

14/05/2025
Luận án tiến sĩ hóa học 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

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Chương trình môi trường liên hợp quốc UNEP (United Nations Environment Programme) cảnh báo ô nhiễm môi trường là một trong những vấn đề cấp bách nhất mà nhân loại phải đối diện trong thế kỷ 21 [56]. Theo Tổ chức y tế thế giới WHO (World Health Organization), ô nhiễm môi trường là mối đe doạ nghiêm trọng đến sự sống của con người trong tương lai, là nguyên nhân gây tử vong nhiều hơn cả chiến tranh, xung đột [11]. Con người cần môi trường, nước và không khí sạch dé duy trì sự sống.

Tuy nhiên, nguồn nước, không khí, thực phẩm cung cấp cho con người và động vật đã và đang bị phơi nhiễm các loại hoá chất độc hại có nguồn sốc từ chính các hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người như hoá chất công nghiệp, thuốc nhuộm, thuốc kháng sinh, và đặc biệt là thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) [4,6,63]. Trong số các thuốc BVTV, nhóm chất diệt cỏ chứa phenoxy axit điển hình là 2,4-Dichlorophenoxyaxetic acid (2,4-D) và 2,4,5- Trichlorophenoxyaxetic acid (2,4,5- T) có vai trò quan trọng đối với nền nông nghiệp thế giới trong hơn 70 năm qua [61, 63]. Tương tự các hoá chất BVTV khác, hợp chất 2,4- D và 2,4,5-T có độc tính cao, có khả năng phá huy tế bào, tác động đến cơ chế sinh trưởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ đại và cả cây trồng, vì thế khi các hợp chất này đi vào môi trường gây ra những tác động nguy hiểm đến môi trường đất, nước, không khí và các loài sinh vật sống trong đó có con người [53, 141]. Hiện nay, nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam đã cam sử dụng hoàn toàn các hợp chất 2,4-D và 2,4,5-T cũng như các dẫn xuất của chúng do lo ngại về độc tính nghiêm trọng ảnh hưởng đến mắt, hệ thần kinh, hệ miễn dịch, và nguy cơ gây ung thư máu [5,44,105].

Tuy nhiên, qua điều tra, nghiên cứu của nhiều tổ chức trong nước và quốc tế cho thấy, ở nhiều địa phương tại Việt Nam, mức độ tồn lưu của các hợp chất thuốc BVTV còn ở mức rat cao. Các hợp chất 2,4-D và 2,4,5-T có hàm lượng lên tới hàng vài trăm nghìn đến vài triệu pg/kg đất [143]. Nhiều kĩ thuật, công nghệ xử lý tồn dư 2,4-D va 2,4,5-T, đã được nghiên cứu áp dụng, và phát triển trong những năm gan đây [74,97,104]. Trong đó, phương pháp xúc tác quang hoá và phương pháp hấp phụ sử dụng các hệ vật liệu mới thu hút sự 11 quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học thế giới.

Ưu điểm chính của xúc tác quang hóa đó là các quá trình “hóa học xanh”, bao gồm các điều kiện phản ứng êm dịu, thân thiện với môi trường, dễ kết hợp với các quá trình khác (như tạo màng) [91]. Trong khi đó, ưu điểm của phương pháp hấp phụ là tính an toàn, độ chọn lọc tốt, và hiệu quả cao với các chất ô nhiễm dù ở nồng độ rất thấp [15, 25]. Vat liệu xúc tác trên cơ sở titan dioxit (TiO2) đã và dang được nghiên cứu rộng rãi do khả năng thương mại hoá cao, an toàn với môi trường và bền vững hóa học. Các nghiên cứu chỉ ra rang vật liệu xúc tác quang hoá TiOa có thé phân hủy rất nhiều hợp chất hữu cơ như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các hợp chất phenolic và nhiều hoá chất độc hại khác [17, 45].

Tuy nhiên, nhược điểm của vật liệu nano TiO? với vai trò xúc tác quang hoá chính là năng lượng vùng cấm tương đối cao (3,2 eV)[47, 118]. Chính vì thế, nhiều nghiên cứu phát trién các phương pháp khác nhau nhăm biến tính TiO» bang cách pha tap kim loại chuyền tiếp như Fe, Cu, Ag, Pt. hoặc các oxit của chúng và phi kim như N, S, C.với mục đích dịch chuyển ánh sáng kích thích từ vùng tử ngoại sang vùng ánh sáng nhìn thấy [47]. Bên cạnh đó, một hướng nghiên cứu mới được phát triển là sử dụng chất hoạt động bề mặt làm thay đổi đặc tính bề mặt từ đó có thé gia tăng khả năng hấp phụ chất hữu co ưa nước và hoạt tính quang hoá của vật liệu TiO2 [150].

Hiện nay, tại Việt Nam cũng như trên thế giới chưa có nghiên cứu công bồ về biến tính vật liệu TiO2 bang chất hoạt động bề mặt và ứng dụng xử lý 2,4-D và 2,4,5-T. Do vậy, biến tính nano TiOa bang chat hoat động bề mặt mang điện dương Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) tạo thành hệ vật liệu mới nano TiO? biến tính CTAB (CCTN) nhằm ứng dụng xử lý hợp chất 2,4-D va 2,4,5-T trong môi trường nước là hướng nghiên cứu còn rất mới và có nhiều tiềm năng. Từ những luận điểm trên, luận án chọn đề tài: “Wghiên cứu xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nưóc bằng hệ vật liệu hấp phụ, quang xúc tác nano TiO? bién tinh”. Mục dich của dé tai - Chế tao, đặc trưng vật liệu nano TiO2, TiO2 pha tạp đồng oxit (CuO/TiO2) và TiO» được biến tình bằng CTAB (CCTN).

- Tối ưu điều kiện hấp phụ, dang nhiệt hấp phụ, động học hấp phụ, đề xuất cơ chế hap phụ của 2,4-D và 2,4,5-T trên vật liệu CCTN. 12 - Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu TiOa, CuO/TiO? và khả năng hap phụ, quang xúc tác của CCTN dé xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nước. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Hóa chất bảo vệ thực vật co clo 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nước. - Hệ vật liệu hap phụ, quang xúc tác nano TiO, CCTN và CuO/TiO>.

Pham vi nghiên cứu của luận án - Các vật liệu nano được chế tạo gồm vật liệu TiOa theo phương pháp sol - gel, vật liệu CuO/TiO> theo phương pháp tâm ướt, vật liệu CCTN thông qua phương pháp biến tính bề mặt TiO2 bằng phủ chất hoạt động bề mặt mang điện dương CTAB trong phạm vi phòng thí nghiệm. - Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu nano TiO2,CCTN và CuO/TiO> và khả năng hap phụ của vật liệu CCTN đối với quá trình xử lý 2,4-D va 2,4,5-T. Nghiên cứu thiết lập mô hình hap phụ dang nhiệt, động học hấp phụ, đề xuất cơ chế hap phụ mô tả quá trình hap phụ CTAB trên vật liệu TiO> và quá trình hap phụ 2,4-D và 2,4,5-T trên vật liệu CCTN ở quy mô phòng thí nghiệm của Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên — Đại học Quốc gia Hà Nội. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Cung cấp phương pháp tổng hợp hệ vật liệu hap phụ, quang xúc tác mới CCTN trên cơ sở biến tính nano TiOa bang hap phụ chất hoạt động bề mặt mang điện dương CTAB trong điều kiện đơn giản, quy mô phòng thí nghiệm.

Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu trong luận án cung cấp giải pháp và ứng dụng hệ vật liệu hấp phụ - quang xúc tác mới CCTN đề xử lý hợp chat 2,4-D và 2,4,5-T trong môi trường nước theo hướng thân thiện môi trường và phát triển bền vững. Vấn dé ô nhiễm 2,4-D và 2,4,5-T ở Việt Nam 1. Cấu tạo và tinh chất của 2,4-D Hop chat 2,4-D có tên là a - dichlorophenoxyaxetic acid với công thức cau tạo thé hiện ở Hình 1.1 được phát hiện bởi nhà hoá học R. Trong những năm chiến tranh Thế giới lần thứ hai và hàng chục năm sau đó, 2,4-D được phát triển, sản xuất và sử dụng rất rộng rãi.

Có thé nói, 2,4-D đã góp phan quan trọng trong thành tựu to lớn trong lĩnh vực nông nghiệp mà con người đã đạt được trong thế ki XX, đồng thời nó cũng khai phá cho cuộc cách mạng trong ngành hoá chất BVTV trên thế giới [63]. Ở nhiệt độ 25°C, 2,4-D nguyên chat tồn tại dưới dạng bột, màu trắng đến màu vàng. Về mặt hoá học, hợp chất 2,4-D là một axit hữu cơ yêu (pKa = 2,73), có thé hòa tan trong nước tốt với nông độ 900 mg/l. Hợp chất 2,4- D là nhóm thuốc diệt cỏ nội hấp, được sử dụng để diệt cỏ lá rộng, bảo vệ các loài cây lương thực, rau quả, cây thuỷ sinh, cây rừng.

Cơ chế hoạt động của thuốc diệt cỏ 2,4-D là điều tiết hocmon tăng trưởng cây trồng (auxin growth regulators) của cây trồng, thường bào chế ở dạng muối natri, amine và ester [51,83]. vẽ Cl Cl Hình 1. Công thức cau tao của 2,4-D 1. Tác động của 2,4-D với con người và môi trường Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA), muối 2,4 D-dimethyl amine được xếp vào nhóm độc I, độc với mắt, trong khi các dẫn xuất 2,4-D khác được xếp vào nhóm độc II [23].

Về độ độc cấp tính được xếp vào nhóm thấp và trung bình. Tuy nhiên, nếu tiếp xúc thường xuyên với liều lượng uống trên 300 mg/ kg cơ thê sẽ bị nhiễm độc câp tính bao gôm các triệu chứng như nôn mửa, bỏng rát miệng, đau bụng, 14 hạ huyết áp, tăng trương lực cơ và hôn mê. Tri số LDso (liều lượng ít nhất có thé gây chết tức thời 50% số cá thê đối với chuột) của 2,4-D là 699 mg/kg, của dạng muối Na là 500 — 805 mg/kg, muối dimethyl amine là 949 mg/kg, các ester khác là 896 mg/kg [23]. Một vài nghiên cứu đã ước lượng và xác định lượng phơi nhiễm 2,4-D trong cơ thé người.

Liều nguy hiểm được cho là khoảng 80 mg/kg, một vài trường hợp khác được cho là đã tiêu hoá ít nhất 25 — 35 g/kg. Nghiên cứu dịch tễ học cho thấy các bang chứng thực nghiệm thé hiện sự liên quan giữa sự phơi nhiễm 2,4-D với nhiều vấn đề về sức khoẻ như: ảnh hưởng đến hô hấp, nội tiết, thị giác, sinh sản, cân nặng cơ thể, sự phát triển, miễn dịch, thần kinh, ung thư và gây tử vong. Các nghiên cứu cho rằng thận là cơ quan nhạy cảm nhất với độc tính của 2,4-D. Các biểu hiện mãn tính khi tiếp xúc thường xuyên với 2,4-D có thé ké đến là: trầm cảm, hôn mê, tiêu biểu nhất là ung thư hạch bạch huyết.

Ung thư tế bào lưới cũng được phát hiện ra ở chuột phơi nhiễm 2,4-D thường xuyên. Hoá chất 2,4-D có những tác động rất khác nhau đến hoạt động sống của cỏ dại như: gây rối loạn sinh trưởng, ngăn can sự phân chia tế bào, phá hủy diệp lục, ức chế hoạt động quang hợp, thúc đây hoạt động hô hấp, làm mắt cân đối trong hoạt động trao đổi chất của cỏ dại, ngăn trở sự vận chuyển điện tử, ngăn trở sự tong hop các acid amin, các chat lipid. lam cho cỏ dai thiếu năng lượng va chết diện rộng [5, 51]. Cấu tạo và tính chất của 2,4,5-T Hop chất 2,4,5-T là tên gọi tắt của axit a - 2,4,5-trichlorophenoxyaxetic (Hình 1.2), ở dang tinh khiết tồn tai trạng thái tinh thé ran, không mùi, từ không màu đến vàng nâu nhạt.

O ° 0 Cl Cl Hình 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tóm tắt nghiên cứu "Nghiên cứu Xử lý 2,4-D và 2,4,5-T trong Nước: Vật Liệu Hấp Phụ và Quang Xúc Tác Nano TiO2 Biến Tính" này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của vật liệu hấp phụ và quang xúc tác nano TiO2 biến tính trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm 2,4-D và 2,4,5-T (thuốc diệt cỏ) khỏi nguồn nước. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về một phương pháp tiềm năng để xử lý ô nhiễm thuốc diệt cỏ, góp phần bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

Để hiểu sâu hơn về các phương pháp xử lý ô nhiễm nguồn nước bằng vật liệu nano, bạn có thể tham khảo thêm các nghiên cứu khác. Ví dụ, bạn có thể xem xét luận văn thạc sĩ về "Luận văn thạc sĩ fabrication and application of mgfe2o4 wo3 rgo nanocomposite as an advanced photocatalyst for antibiotic degradation in aqueous solutions", nghiên cứu về nanocomposite MgFe2O4/WO3/rGO trong việc xử lý kháng sinh trong nước. Một góc nhìn khác về vật liệu nano oxit kim loại biến tính trong xử lý ô nhiễm hữu cơ có thể được tìm thấy trong nghiên cứu "Nghiên cứu hấp phụ xử lýchất hữu cơ khó phân hủy trên vật liệu nano oxit kim loại được biến tính bề mặtbằng polyme mang điện". Hoặc tìm hiểu thêm về khả năng xử lý các chất ô nhiễm khác như nitrat và phốt phát bằng vật liệu oxit sắt amin trong "Luận văn thạc sĩ kỹ thuật môi trường hiệu quả hấp phụ nitrat và phốt phát của vật liệu nano oxit sắt amin". Mỗi tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về ứng dụng của vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm nước.