Nghiên cứu xử lý hợp chất hữu cơ độc hại bằng phương pháp oxi hóa quang hóa trên hệ xúc tác Ti

• Tác giả: Nguyễn Thị Hà
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Thư
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý một số hợp chất hữu cơ độc hại bằng phương pháp oxi hóa quang hóa trên hệ xúc tác dị thể chứa Ti
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Ô nhiễm môi trường nước
• 1.1.1. Ô nhiễm bởi các chất vô cơ
• 1.1.2. Ô nhiễm nước bởi các chất hữu cơ
• 1.2. Một số loại thuốc nhuộm
• 1.2.1. Giới thiệu về Rhodamin B
• 1.2.2. Giới thiệu chung về Alizarin Yellow GG
• 1.2.3. Giới thiệu về Xanh Metylen
• 1.3. Các phương pháp xử lý nước thải chứa phẩm nhuộm
• 1.3.1. Phương pháp hấp phụ
• 1.3.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
• 1.3.3. Phương pháp oxi hóa tăng cường
• 1.4. Giới thiệu chung về vật liệu TiO2
• 1.4.1. Tính chất quang của TiO2
• 1.4.2. Hệ vật liệu TiO2 biến tính
• 1.5. Giới thiệu chung về ZnO
• 1.6. Giới thiệu chung về SiO2
• 1.7. Một số phương pháp điều chế vật liệu nano TiO2
• 1.7.1. Phương pháp sol – gel
• 1.7.2. Phương pháp thủy nhiệt (Hydrothermal treatment)
• 1.8. Hóa chất và dụng cụ
• 1.8.1. Dụng cụ và thiết bị
• 1.9. Tổng hợp vật liệu
• 1.9.1. Quy trình tổng hợp vật liệu 10%TiO2/SiO2 (T-0)
• 1.9.2. Quy trình tổng hợp vật liệu x%ZnO/10%TiO2/SiO2 (x = 1,5,10%)
• 1.10. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu
• 1.10.1. Nhiễu xạ Ronghen (XRD)
• 1.10.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.10.3. Hấp phụ và giải hấp N2 (BET)
• 1.10.4. Phương pháp phổ EDX
• 1.11. Các phương pháp theo dõi sự phân hủy của phẩm nhuộm
• 1.11.1. Phương pháp đo trắc quang
• 1.11.2. Phương pháp phổ hấp thụ electron (Ultraviolet - visible spectroscopy, UV-VIS)
• 1.11.3. Phương pháp đo sắc ký lỏng LC
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp và đặc trưng của vật liệu
• 3.1.1. Kết quả tổng hợp vật liệu
• 3.1.2. Nghiên cứu đặc trưng các mẫu vật liệu bằng phương pháp XRD
• 3.1.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM
• 3.1.4. Phương pháp EDX
• 3.1.5. Phương pháp hấp phụ và giải hấp Nito
• 3.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác oxi hóa quang phân hủy Rhodamin B của vật liệu
• 3.2.1. Xây dựng đường chuẩn
• 3.2.2. Khảo sát khả năng xử lý RhB của vật liệu T-0
• 3.2.3. Khảo sát khả năng xử lý Rhodamin B của vật liệu x%ZnO/T-0
• 3.2.4. Kết quả theo dõi sự phân hủy Rhodamin B bằng phương pháp UV-VIS
• 3.2.5. Kết quả theo dõi sự phân hủy Rhodamin B bằng phương pháp sắc ký lỏng LC
• 3.3. Nghiên cứu khả năng quay vòng và tái sinh vật liệu TM2
• 3.4. Thử nghiệm khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác của vật liệu TM2
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý hợp chất hữu cơ độc hại

Nghiên cứu xử lý hợp chất hữu cơ độc hại bằng phương pháp oxi hóa quang hóa trên xúc tác Ti đã trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực hóa môi trường. Ô nhiễm nước do các hợp chất hữu cơ như Rhodamin B, Xanh Metylen và Phenol đỏ đang gia tăng, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Phương pháp oxi hóa quang hóa sử dụng xúc tác TiO2 đã được chứng minh là hiệu quả trong việc phân hủy các hợp chất này thành các sản phẩm vô cơ an toàn hơn. Việc tìm hiểu và phát triển các phương pháp xử lý này là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.1. Tình hình ô nhiễm nước và hợp chất hữu cơ độc hại

Ô nhiễm nước do hợp chất hữu cơ độc hại đang gia tăng, đặc biệt là từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm và hóa chất. Các hợp chất như Rhodamin B và Xanh Metylen không chỉ gây ô nhiễm mà còn có thể gây ung thư. Việc xử lý triệt để các hợp chất này là một thách thức lớn cho các nhà khoa học và kỹ sư môi trường.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu oxi hóa quang hóa

Phương pháp oxi hóa quang hóa trên xúc tác TiO2 đã cho thấy khả năng phân hủy hiệu quả các hợp chất hữu cơ độc hại. TiO2 có khả năng tạo ra các gốc tự do dưới tác động của ánh sáng, giúp phân hủy các hợp chất này thành các sản phẩm vô hại. Nghiên cứu này không chỉ mang lại giải pháp cho ô nhiễm nước mà còn mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý hợp chất hữu cơ độc hại

Mặc dù phương pháp oxi hóa quang hóa có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức cần được giải quyết. Một trong những vấn đề lớn nhất là khả năng hoạt động của xúc tác TiO2 chỉ trong vùng ánh sáng UV, điều này hạn chế hiệu quả xử lý trong điều kiện ánh sáng tự nhiên. Hơn nữa, việc tách và thu hồi xúc tác sau khi xử lý cũng gặp khó khăn do kích thước nano của TiO2.

2.1. Hạn chế của xúc tác TiO2 trong xử lý

Xúc tác TiO2 chỉ hoạt động hiệu quả trong vùng ánh sáng UV, điều này làm giảm khả năng ứng dụng trong thực tế. Việc tìm kiếm các chất xúc tác thay thế hoặc cải tiến TiO2 để mở rộng vùng hoạt động là rất cần thiết.

2.2. Khó khăn trong việc thu hồi xúc tác

Kích thước nano của TiO2 khiến việc tách và thu hồi xúc tác sau khi xử lý trở nên khó khăn. Các phương pháp tách hiện tại chưa đủ hiệu quả, dẫn đến việc tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí.

III. Phương pháp oxi hóa quang hóa trên xúc tác TiO2

Phương pháp oxi hóa quang hóa sử dụng xúc tác TiO2 đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi. Quá trình này diễn ra dưới tác động của ánh sáng, tạo ra các gốc tự do có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc biến tính TiO2 bằng các chất như ZnO có thể nâng cao hiệu suất xử lý.

3.1. Cơ chế hoạt động của xúc tác TiO2

Xúc tác TiO2 hoạt động dựa trên cơ chế quang hóa, trong đó ánh sáng kích thích tạo ra các gốc tự do như OH* và O2-. Những gốc tự do này có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại thành các sản phẩm vô hại như CO2 và H2O.

3.2. Biến tính TiO2 để nâng cao hiệu suất

Việc biến tính TiO2 bằng các chất như ZnO đã cho thấy khả năng mở rộng vùng hoạt động của xúc tác, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ xúc tác TiO2 biến tính có khả năng xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải. Kết quả cho thấy khả năng phân hủy Rhodamin B và Xanh Metylen đạt hiệu suất cao, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước. Các ứng dụng thực tiễn của phương pháp này đang được mở rộng trong các ngành công nghiệp khác nhau.

4.1. Kết quả xử lý Rhodamin B và Xanh Metylen

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ xúc tác TiO2 biến tính có khả năng phân hủy Rhodamin B và Xanh Metylen với hiệu suất cao. Điều này chứng tỏ tính khả thi của phương pháp oxi hóa quang hóa trong xử lý nước thải chứa hợp chất hữu cơ độc hại.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Phương pháp oxi hóa quang hóa trên xúc tác TiO2 đang được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ dệt nhuộm đến sản xuất hóa chất. Việc áp dụng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí xử lý nước thải.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu xử lý hợp chất hữu cơ độc hại bằng phương pháp oxi hóa quang hóa trên xúc tác TiO2 đã mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực xử lý nước thải. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng với sự phát triển của công nghệ và vật liệu mới, khả năng ứng dụng của phương pháp này sẽ ngày càng được nâng cao. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn cho vấn đề ô nhiễm môi trường.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ

Công nghệ oxi hóa quang hóa trên xúc tác TiO2 có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu xúc tác mới sẽ giúp nâng cao hiệu suất xử lý và mở rộng ứng dụng trong thực tế.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc cải tiến quy trình xử lý, phát triển các vật liệu xúc tác mới và ứng dụng công nghệ trong các lĩnh vực khác nhau. Điều này sẽ góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường một cách hiệu quả hơn.