Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước

Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác titan quang phân hủy cinnamic acid trong nước. Đánh giá tính chất, hoạt tính xúc tác, mở ra ứng dụng xử lý ô nhiễm nước hiệu quả.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận án tiến sĩ

2023

289
3
0

Phí lưu trữ

55 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

0.1. Tính cấp thiết

0.2. Mục tiêu nghiên cứu

0.3. Nội dung nghiên cứu

1. CHƯƠNG 1: Tình hình ô nhiễm nguồn nước

1.1. Phản ứng quang xúc tác

1.2. Cơ chế phản ứng quang xúc tác

1.3. Các tác nhân oxy hóa trong phản ứng quang xúc tác

1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác

1.5. Xúc tác oxide kim loại

1.6. Xúc tác oxide kim loại kép

1.7. Xúc tác dị cấu trúc oxide kim loại kép/TiO2

1.8. Phương pháp tổng hợp xúc tác

1.8.1. Phương pháp sol-gel

1.8.2. Phương pháp thủy nhiệt

1.9. Động học phản ứng quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ

1.10. Khảo sát tổng hợp xúc tác TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt trong các môi trường khác nhau

1.10.1. Khảo sát tổng hợp xúc tác TiO2 trong môi trường acid (Ti-a)

1.10.2. Khảo sát tổng hợp xúc tác TiO2 trong môi trường nước (Ti-w) và base (Ti-b)

1.11. Khảo sát tổng hợp hệ xúc tác oxide kim loại kép (MTO)

1.12. Khảo sát tổng hợp hệ xúc tác dị cấu trúc oxide kim loại kép/TiO2 (MTO/Ti)

1.13. Phân tích các tính chất hóa lý của xúc tác

1.13.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X

1.13.2. Quang phổ Raman

1.13.3. Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier

1.13.4. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2

1.13.5. Phân tích nhiệt trọng lượng

1.13.6. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán

1.13.7. Điểm đẳng điện

1.14. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác

1.14.1. Hệ thống phản ứng

1.14.2. Chuẩn bị phản ứng

1.14.3. Khảo sát ảnh hưởng của chất ức chế

1.14.4. Khảo sát động học của phản ứng

1.14.5. Phân tích hỗn hợp phản ứng

1.14.6. Phân tích sản phẩm phụ bằng phương pháp HNMR

1.14.7. Phương pháp xử lý kết quả

2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2.1. Tổng hợp xúc tác TiO2 trong môi trường acid (Ti-a)

2.2. Tính chất của hệ xúc tác TiO2

2.3. Hoạt tính của hệ xúc tác TiO2

2.4. Hệ xúc tác oxide kim loại kép MTO

2.5. Xúc tác pseudobrookite Al2TiO5 (ATO)

2.6. Xúc tác pseudobrookite Fe2TiO5 (FTO)

2.7. Hệ xúc tác dị cấu trúc oxide kim loại kép/TiO2 (MTO/Ti)

2.8. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng MTO trong hệ xúc tác dị cấu trúc MTO/Ti

2.9. Tính chất của hệ xúc tác dị cấu trúc MTO/Ti

2.10. Hoạt tính của hệ xúc tác MTO/Ti ở điều kiện phản ứng khác nhau

2.11. So sánh tính chất và hoạt tính quang của các hệ xúc tác

2.12. Động học phản ứng phân hủy CA

2.12.1. Ảnh hưởng của nồng độ O2 hòa tan đến tốc độ phản ứng

2.12.2. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến tốc độ phản ứng

2.12.3. Ảnh hưởng của nồng độ cinnamic acid đến tốc độ phản ứng

2.13. Khảo sát sự hiện diện của các tác nhân oxy hóa

2.14. Các hợp chất trung gian

2.15. Phương trình động học

3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về quang phân hủy Cinnamic Acid bằng Titan

Ô nhiễm nguồn nước là một vấn đề cấp bách, đe dọa hệ sinh thái. Các chất ô nhiễm như phẩm nhuộm, thuốc trừ sâu, và đặc biệt là các hợp chất hữu cơ độc hại, đang gây áp lực lớn lên nguồn nước. Trong đó, các hợp chất phenolic, điển hình là Cinnamic Acid, đặc biệt đáng quan tâm vì khả năng khó phân hủy và độc tính cao. Các phương pháp xử lý truyền thống như hấp phụ, thiêu hủy, và phân hủy sinh học còn nhiều hạn chế về hiệu quả, chi phí, và khả năng chuyển hóa chất ô nhiễm từ dạng này sang dạng khác. Quang phân hủy, đặc biệt là sử dụng xúc tác Titan, nổi lên như một giải pháp tiềm năng nhờ chi phí thấp, hiệu suất cao, khả năng tái sử dụng, và tính thân thiện với môi trường. Xúc tác này có thể chuyển hóa các chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại như CO2 và H2O, thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường.

1.1. Cinnamic Acid và nguy cơ ô nhiễm nguồn nước hiện nay

Hợp chất phenolic, đặc biệt Cinnamic Acid, từ lâu đã được biết đến là một tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng. Sự khó phân hủy của nó, cùng với độc tính đối với vi sinh vật, đặt ra thách thức lớn trong việc bảo vệ nguồn nước. Việc phát triển nông nghiệp và công nghiệp, như được chỉ ra trong tài liệu gốc, là nguồn phát thải chính của các hợp chất này vào môi trường nước. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp hiệu quả để loại bỏ Cinnamic Acid khỏi nguồn nước là vô cùng cần thiết.

1.2. Xúc tác Titan trong xử lý ô nhiễm nước Ưu và nhược điểm

Sử dụng xúc tác Titan trong quá trình quang phân hủy mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn trong việc xử lý ô nhiễm nước. Ưu điểm của phương pháp này bao gồm chi phí thấp, hiệu suất cao, khả năng tái sử dụng của xúc tác, và đặc biệt là tính thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức cần vượt qua, ví dụ như tối ưu hóa hoạt tính quang xúc tác của Titan và mở rộng ứng dụng trong điều kiện thực tế.

II. Thách thức Tối ưu hiệu quả xúc tác Titan quang phân hủy

Mặc dù TiO2xúc tác quang truyền thống với hoạt tính tốt dưới ánh sáng UV, các xúc tác titanate đang ngày càng thu hút sự chú ý. Một số xúc tác titanate có năng lượng vùng cấm nhỏ, dễ dàng kích thích bởi ánh sáng khả kiến và UV. Sự kết hợp giữa TiO2xúc tác titanate có thể tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng, cải thiện diện tích bề mặt riêng, và giảm thiểu sự tái kết hợp electron-lỗ trống. Vì vậy, cần chủ động trong tổng hợp TiO2, nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường thủy nhiệt đến tính chất và hoạt tính của xúc tác TiO2, xúc tác titanate tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, và xúc tác dị cấu trúc titanate/TiO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel kết hợp thủy nhiệt. Hoạt tính xúc tác được đánh giá trong quang phân hủy cinnamic acid, từ đó xác định điều kiện tốt nhất để tổng hợp xúc tác và phản ứng phân hủy.

2.1. Ảnh hưởng của ánh sáng UV và khả kiến đến hoạt tính xúc tác

Một trong những thách thức lớn trong quang phân hủy là tối ưu hóa khả năng hấp thụ ánh sáng của xúc tác. Trong khi TiO2 hoạt động tốt dưới ánh sáng UV, việc mở rộng hoạt động sang vùng ánh sáng khả kiến sẽ giúp tăng hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời. Việc nghiên cứu và phát triển các xúc tác titanate với năng lượng vùng cấm nhỏ hơn, hoặc kết hợp chúng với TiO2, là một hướng đi đầy triển vọng.

2.2. Giảm thiểu tái kết hợp electron lỗ trống trong xúc tác Titan

Sự tái kết hợp giữa electron và lỗ trống là một trong những yếu tố hạn chế hiệu quả xúc tác Titan. Khi electron bị kích thích bởi ánh sáng, nó cần di chuyển đến bề mặt xúc tác để tham gia vào phản ứng quang phân hủy. Tuy nhiên, nếu electron và lỗ trống tái kết hợp trước khi đến bề mặt, năng lượng sẽ bị lãng phí. Do đó, việc thiết kế xúc tác để giảm thiểu sự tái kết hợp này là rất quan trọng.

2.3. Xúc tác Titan biến tính tăng cường hiệu quả quang phân hủy

Để tăng cường hiệu quả quang phân hủy cinnamic acid bằng xúc tác Titan, biến tính xúc tác là một hướng đi tiềm năng. Các phương pháp biến tính có thể bao gồm việc thay đổi cấu trúc bề mặt, thêm các kim loại chuyển tiếp để tạo ra các trung tâm hoạt động mới, hoặc kết hợp xúc tác Titan với các vật liệu khác để tạo ra các cấu trúc phức tạp hơn.

III. Phương pháp Tổng hợp xúc tác Titan hiệu quả và bền vững

Để giải quyết các thách thức trên, luận án tập trung vào tổng hợp xúc tác Titan sử dụng các phương pháp thân thiện với môi trường. Cụ thể, nghiên cứu quy luật ảnh hưởng của môi trường thủy nhiệt đến tính chất và hoạt tính của xúc tác TiO2. Xúc tác titanate được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, và xúc tác dị cấu trúc titanate/TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel kết hợp thủy nhiệt. Hoạt tính xúc tác được đánh giá trong quang phân hủy cinnamic acid. Từ kết quả, xác định điều kiện tốt nhất cho việc tổng hợp các xúc tác và phản ứng phân hủy, làm sáng tỏ mối liên hệ giữa tính chất và hoạt tính quang của các xúc tác, và đề xuất động học quang phân hủy cinnamic acid trên một số xúc tác có hoạt tính tốt. Nghiên cứu này được thực hiện tại Phòng Dầu khí-Xúc tác, Viện Công nghệ Hóa học.

3.1. Phương pháp Sol Gel Ưu điểm và ứng dụng trong tổng hợp Titan

Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật tổng hợp hiệu quả và linh hoạt, cho phép kiểm soát chặt chẽ kích thước hạt, thành phần, và cấu trúc của xúc tác. Bằng cách điều chỉnh các thông số phản ứng như pH, nhiệt độ, và nồng độ tiền chất, có thể tạo ra các vật liệu nano Titan với hoạt tính quang xúc tác cao. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng để tạo ra các xúc tác dị thể với các thành phần khác nhau, tạo ra các hiệu ứng hiệp đồng.

3.2. Phương pháp Thủy nhiệt Điều chỉnh tính chất vật liệu xúc tác Titan

Phương pháp thủy nhiệt là một kỹ thuật tổng hợp trong môi trường nước ở nhiệt độ và áp suất cao. Phương pháp này cho phép tạo ra các tinh thể Titan có độ tinh khiết cao và kích thước được kiểm soát. Ngoài ra, phương pháp thủy nhiệt cũng có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp, chẳng hạn như dây nano và ống nano, với diện tích bề mặt riêng lớn, tối ưu hóa hoạt tính quang xúc tác.

IV. Kết quả Đánh giá hiệu quả xúc tác Titan quang phân hủy CA

Luận án đã thành công trong việc tổng hợp ba nhóm xúc tác: TiO2, titanate, và titanate/TiO2 sử dụng dung môi thân thiện và có hoạt tính cao trong phản ứng quang phân hủy cinnamic acid. Nghiên cứu đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa thành phần, tính chất hóa lý và hoạt tính quang phân hủy cinnamic acid của xúc tác. Đồng thời, luận án cũng xác định được quy luật động học của phản ứng phân hủy cinnamic acid trên một số xúc tác điển hình. Kết quả này đóng góp quan trọng vào việc phát triển các xúc tác hiệu quả hơn cho xử lý nước.

4.1. So sánh hoạt tính quang xúc tác của các loại xúc tác Titan

Một trong những kết quả quan trọng của nghiên cứu là so sánh hoạt tính quang xúc tác của các loại xúc tác Titan khác nhau, bao gồm TiO2, titanate, và titanate/TiO2. Điều này cho phép xác định loại xúc tác nào phù hợp nhất cho quang phân hủy cinnamic acid, cũng như hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của từng loại xúc tác.

4.2. Mối liên hệ giữa tính chất vật lý và hiệu quả quang phân hủy

Nghiên cứu cũng tập trung vào việc xác định mối liên hệ giữa tính chất vật lý của xúc tác, chẳng hạn như diện tích bề mặt riêng, kích thước hạt, và năng lượng vùng cấm, với hiệu quả quang phân hủy. Điều này giúp hiểu rõ hơn về cách các tính chất vật lý ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các electron và lỗ trống, các yếu tố quan trọng trong quang phân hủy.

4.3. Phân tích sản phẩm trung gian trong quá trình quang phân hủy

Phân tích sản phẩm trung gian tạo thành trong quá trình quang phân hủy cinnamic acid là một phần quan trọng trong việc hiểu rõ cơ chế phản ứng. Kết quả phân tích này giúp xác định con đường phản ứng, các sản phẩm trung gian được hình thành, và vai trò của các tác nhân oxy hóa khác nhau trong quá trình quang phân hủy.

V. Ứng dụng Xúc tác Titan trong xử lý ô nhiễm hữu cơ nước

Nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước, đặc biệt là các hợp chất phenolic như cinnamic acid. Việc phát triển các xúc tác Titan hiệu quả và bền vững, kết hợp với các phương pháp quang phân hủy, có thể giúp làm sạch nguồn nước bị ô nhiễm, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Các kết quả nghiên cứu cũng có thể được sử dụng để phát triển các quy trình xử lý nước hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

5.1. Ứng dụng xúc tác Titan trong xử lý nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều hợp chất hữu cơ độc hại, gây ô nhiễm nguồn nước. Việc sử dụng xúc tác Titan trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp có thể giúp loại bỏ các hợp chất này một cách hiệu quả, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

5.2. Xúc tác Titan nano trong xử lý ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt

Xúc tác Titan nano có diện tích bề mặt riêng lớn, giúp tăng cường hoạt tính quang xúc tác. Việc sử dụng xúc tác nano trong các hệ thống xử lý nước sinh hoạt có thể giúp loại bỏ các chất ô nhiễm, đảm bảo nguồn nước sạch và an toàn cho người sử dụng.

VI. Triển vọng Nghiên cứu nâng cao quang phân hủy Cinnamic Acid

Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng đi mới cho việc nghiên cứu và phát triển các xúc tác Titan hiệu quả hơn cho quang phân hủy. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và thành phần của xúc tác, nghiên cứu cơ chế phản ứng chi tiết hơn, và phát triển các hệ thống xử lý nước tích hợp sử dụng xúc tác Titan và ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, việc nghiên cứu ứng dụng của xúc tác Titan trong xử lý ô nhiễm các loại chất thải khác cũng là một hướng đi đầy tiềm năng.

6.1. Nghiên cứu xúc tác Titan hoạt động dưới ánh sáng khả kiến

Phát triển các xúc tác Titan có thể hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng khả kiến là một mục tiêu quan trọng, giúp tận dụng tối đa năng lượng mặt trời và giảm chi phí năng lượng. Các phương pháp biến tính xúc tác, chẳng hạn như pha tạp kim loại hoặc tạo cấu trúc dị thể, có thể giúp mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng của xúc tác sang vùng khả kiến.

6.2. Phát triển quy trình quang phân hủy liên tục và hiệu quả

Để ứng dụng quang phân hủy trong thực tế, cần phát triển các quy trình liên tục và hiệu quả, cho phép xử lý nước thải với khối lượng lớn. Các hệ thống phản ứng quang được thiết kế đặc biệt, kết hợp với xúc tác Titan hiệu quả, có thể giúp đạt được mục tiêu này.

6.3. Đánh giá toàn diện về độc tính của các sản phẩm phân hủy

Để đảm bảo an toàn cho môi trường và sức khỏe con người, cần đánh giá một cách toàn diện về độc tính của các sản phẩm phân hủy được tạo ra trong quá trình quang phân hủy. Các nghiên cứu về độc tính cấp tính và mãn tính có thể giúp xác định các nguy cơ tiềm ẩn và đưa ra các biện pháp phòng ngừa thích hợp.

13/05/2025
Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Ngày nay, ô nhiễm nguồn nước là vấn đề xã hội đang đối mặt và tác động đến cân bằng của hệ sinh thái. Nguồn nước bị ô nhiễm bởi sự thải vào môi trường nước các chất gây ô nhiễm như phẩm nhuộm, thuốc trừ sâu và đặc biệt là các chất hữu cơ độc hại từ sự phát triển nhanh chóng của nông nghiệp và công nghiệp. Trong đó, đáng quan tâm là các hợp chất phenolic.

Các hợp chất phenolic không chỉ khó phân hủy mà còn gây hại đối với các vi sinh vật trong nước ở nồng độ thấp. Chính vì vậy, sự tinh sạch nguồn nước, loại bỏ các hợp chất phenolic trở thành vấn đề quan tâm trong những năm gần đây. Có nhiều phương pháp xử lý như hấp phụ và giải hấp, phương pháp thiêu hủy và phân hủy sinh học đã được đề xuất. Tuy nhiên, các phương pháp đề xuất chưa mang lại hiệu quả thực tế, chi phí cao, điều kiện vận hành khó khăn và chuyển chất ô nhiễm từ dạng này thành dạng khác.

Sự phân hủy các hợp chất phenolic acid trong môi trường nước bằng xúc tác quang được xem là một giải pháp xử lý triệt để. Điểm nổi bật của xúc tác quang trong việc phân hủy các hợp chất phenolic là chi phí thấp, hiệu suất phân hủy cao, xúc tác có thể tái sử dụng mà hoạt tính thay đổi không đáng kể, xúc tác vô hại đối với môi trường và con người, phản ứng có thể thực hiện ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển và có thể chuyển hóa các chất gây ô nhiễm thành các sản phẩm cuối cùng vô hại như: CO2, H2O và các acid vô cơ [1]. Bên cạnh TiO2 là xúc tác quang truyền thống với hoạt tính quang tốt dưới ánh sáng UV, xúc tác titanate đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu làm chất xúc tác quang. Trong đó, một số xúc tác titanate có năng lượng vùng cấm nhỏ có thể dễ dàng kích thích bởi ánh sáng khả kiến và UV [2-4].

Ngoài ra, sự lai tạo của TiO2 và xúc tác titanate giúp tăng cường khả năng hấp thu ánh sáng, cải thiện diện tích bề mặt riêng và hạn chế sự tái kết hợp giữa electron với lỗ trống [5], là ứng viên triển vọng làm xúc tác quang. Trong khuôn khổ luận án, để chủ động trong tổng hợp TiO2, đã nghiên cứu qui luật ảnh hưởng của môi trường thủy nhiệt đến tính chất và hoạt tính của xúc tác TiO2, xúc tác titanate được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và xúc tác dị cấu trúc titanate/TiO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel kết hợp thủy nhiệt. Hoạt tính xúc tác được đánh giá trong quang phân hủy cinnamic acid, một phenolic acid đại diện. Trên cơ sở kết quả thu được, xác định điều kiện tốt nhất cho việc tổng hợp các xúc tác và xiv phản ứng phân hủy cinnamic acid; làm sáng tỏ mối liên hệ giữa tính chất và hoạt tính quang của các xúc tác và đề xuất động học quang phân hủy cinnamic acid trên một số xúc tác có hoạt tính tốt.

Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng Dầu khí-Xúc tác, Viện Công nghệ Hóa học và được sự tài trợ về kinh phí, điều kiện thực hiện luận án và nguồn lực từ các đề tài: (i) đề tài tiềm năng trẻ của Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam “Quang phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nông nghiệp bằng vật liệu perovskite titanate chế tạo ở nhiệt độ thấp” mã số ĐLTE 00.09/20-21, (ii) 2 đề tài trường ĐH Bách khoa, ĐHQG TP. Hồ Chí Minh mã số KTHH-2018-103 “Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính của xúc tác trên cơ sở Al2TiO5 trong phản ứng quang phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ trong nước” và mã số T-KTHH-2020-36 “Ảnh hưởng của môi trường tổng hợp đến tính chất và hoạt tính quang xúc tác của TiO2 và nanocomposite Al2TiO5/TiO2”. Mục tiêu nghiên cứu Luận án “Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước” hướng đến các mục tiêu sau: (i) tổng hợp thành công ba nhóm xúc tác: TiO2, titanate và titanate/TiO2 sử dụng dung môi thân thiện và có hoạt tính cao trong phản ứng quang phân hủy cinnamic acid, (ii) làm sáng tỏ mối quan hệ giữa thành phần, tính chất hóa lý và hoạt tính quang phân hủy cinnamic acid của xúc tác và (iii) qui luật động học của phản ứng phân hủy cinnamic acid trên một số xúc tác điển hình. Nội dung nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu đề ra, luận án “Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước” thực hiện các nội dung sau: (i) khảo sát tổng hợp ba nhóm xúc tác (TiO2, titanate và titanate/TiO2) sử dụng dung môi thân thiện (ii) khảo sát hoạt tính của ba nhóm xúc tác (TiO2, titanate và titanate/TiO2) cho phản ứng quang phân hủy cinnamic acid, (iii) phân tích các tính chất hóa lý của các xúc tác tổng hợp, (iv) nghiên cứu động học phản ứng và bản chất các thành phần hoạt động trong phản ứng phân hủy cinnamic acid.

Từ kết quả thu được, đề xuất phương trình động học phân hủy cinnamic acid trên các xúc tác khảo sát. Tính mới Điều chỉnh được các tính chất lý-hóa và quang-hóa cơ bản như thành phần pha, xv năng lượng vùng cấm và điểm đẳng điện của TiO2 thông qua thay đổi môi trường thủy nhiệt. Xúc tác TiO2 thủy nhiệt trong môi trường acid có hoạt tính quang cao hơn P25 TiO2 thương mại P25, trong khi TiO2 thủy nhiệt trong môi trường nước được tổng hợp bằng phương pháp thân thiện môi trường và dễ thu hồi hơn P25. Tổng hợp thành công các xúc tác titanate: Al2TiO5, Fe2TiO5 và CoTiO3 bằng phương pháp sol-gel với nhiệt độ nung thấp.

Trong đó, Al2TiO5 được xem là xúc tác quang mới, có hoạt tính quang tốt, độ bền tốt và dễ thu hồi. Tổng hợp thành công các xúc tác dị cấu trúc Al2TiO5/TiO2, Fe2TiO5/TiO2 và CoTiO3/TiO2 bằng phương pháp sol-gel kết hợp thủy nhiệt sử dụng dung môi thân thiện môi trường có diện tích bề mặt riêng lớn, hoạt tính quang vượt trội, độ bền tốt và dễ thu hồi so với xúc tác TiO2. Động học của phản ứng quang oxy hóa CA dưới ánh sáng UV-A được nghiên cứu toàn diện và phương trình động học được đề xuất dựa trên sự tổng hợp các kết quả nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các yếu tố như các thành phần các chất có mặt trong môi trường phản ứng, cường độ ánh sáng; định lượng vai trò của các tác nhân oxy hóa (lỗ trống h+, gốc tự do hydroxyl HO• và gốc tự do superoxide OO•–) bằng phương pháp sử dụng các chất ức chế và định danh được các hợp chất trung gian. Tình hình ô nhiễm nguồn nước Sự khan hiếm nước sạch sẽ là mối đe dọa hàng đầu đối với loài người trên toàn cầu trong tương lai.

Trong báo cáo gần đây của Tổ chức Y tế Thế giới WHO, khoảng 50% người dân sẽ duy trì cuộc sống trong các khu vực khan hiếm về nguồn nước sạch vào năm 2025, khi nhu cầu về nguồn nước sạch đạt cao điểm từ các ngành công nghiệp [6]. Mặc dù, nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào nhất trên Trái Đất, nhưng chỉ có khoảng 1% lượng nước được cung cấp cho con người. Giá nước sạch ngày càng tăng cùng với sự biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số [7]. Vấn đề chính mà con người đang phải đối mặt hiện nay là nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm nghiêm trọng [8].

Nguồn nước bị ô nhiễm với sự hiện diện của các chất hữu cơ và vô cơ độc hại, không thích hợp cho sinh hoạt cũng như các hoạt động sản xuất vì tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và sự phát triển của sinh vật thủy sinh. Hàng năm, có khoảng 1,7 triệu người đã tử vong do tiêu thụ nước ô nhiễm và khoảng 4 tỷ người có các vấn đề sức khỏe khác nhau liên quan đến các bệnh truyền nhiễm từ nguồn nước ô nhiễm [9]. Lượng nước thải khổng lồ được tạo ra hàng ngày từ nhiều nguồn khác nhau như: nước thải sinh hoạt của các hộ gia đình, nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và nước thải trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp [10]. Thành phần cơ bản của nước thải thông thường bao gồm 99% là nước và 1% là chất lơ lửng, chất dạng keo và chất rắn hòa tan [11].

Nhu cầu nước cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt là rất lớn, trong đó sản xuất nông nghiệp chiếm phần lớn lượng nước tiêu thụ. Tổng lượng nước tiêu thụ trên toàn thế giới cho nông nghiệp chiếm 92% [12]. Trong đó, khoảng 70% lượng nước ngọt được sử dụng để tưới tiêu đến từ các con sông và nguồn nước ngầm [13]. Nhiều quốc gia có thu nhập thấp ở Châu Phi, Châu Á và Châu Mỹ Latinh còn sử dụng nước thải chưa qua xử lý làm nguồn nước tưới cho nông nghiệp.

Việc tưới tiêu bằng nước thải công nghiệp hoặc nước thải sinh hoạt có tác động trực tiếp đến với sức khỏe con người [14]. Các yếu tố nguy cơ được tìm thấy là ô nhiễm kim loại nặng và mầm bệnh từ các chất ô nhiễm không phân hủy sinh học hoặc có thời gian bán hủy kéo dài [15]. Phenolic acid và cinnamic acid Trong tự nhiên, phenolic acid chiếm khoảng 1/3 trong số các hợp chất phenolic. 2 Phenolic acid được phân thành 2 loại chính: hydroxybenzoic acid và hydroxycinnamic acid dựa vào khung sườn carbon cũng như vị trí và số lượng nhóm hydroxyl trên vòng thơm.

Hydroxybenzoic acid là các dẫn xuất của benzoic acid với khung 7 nguyên tử carbon có cấu trúc C6-C1. Gallic acid, p-hydroxybenzoic acid, salicylic acid, gentisic acid, protocatechuic acid, syringic acid và vanillic acid là các hydroxybenzoic acid chủ yếu với sự khác nhau dựa trên sự biến đổi của các nhóm R1, R2, R3 và R4 trên vòng thơm. Hydroxycinnamic acid là các dẫn xuất của cinnamic acid có cấu trúc C6-C3. Trong số các hydroxycinnamic acid và các dẫn xuất, p-coumaric acid, cinnamic acid, caffeic acid, ferulic acid, sinapic acid, isoferulic acid và p-hydroxycinnamic acid là các hợp chất phổ biến nhất.

Trong tự nhiên, hydroxycinnamic acid phổ biến hơn so với hydroxybenzoic acid và có thể tổn tại dưới dạng tự do hoặc hợp chất. Các hydroxycinnamic ở dạng tự do là các sản phẩm tạo ra từ quá trình thủy phân bằng enzyme hoặc hóa học trong quá trình chiết xuất. Dạng hợp chất thường tìm thấy là các este của hydroxycinnamic acid [16]. Ảnh hưởng của các hợp chất phenolic độc hại tiết ra từ thực vật hiện diện trong đất là một trong những yếu tố quan trọng tác động tiêu cực đến sự sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng.

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

Tóm tắt nghiên cứu "Nghiên cứu xúc tác Titan cho quang phân hủy Cinnamic Acid trong nước: Tổng hợp và Ứng dụng" tập trung vào việc sử dụng xúc tác titan để phân hủy axit cinnamic trong môi trường nước bằng ánh sáng. Nghiên cứu này khám phá các phương pháp tổng hợp xúc tác titan hiệu quả và đánh giá khả năng ứng dụng của chúng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường do axit cinnamic gây ra. Độc giả sẽ tìm thấy thông tin chi tiết về quy trình quang phân hủy, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác, và tiềm năng ứng dụng thực tế của công nghệ này.

Nếu bạn quan tâm đến các ứng dụng xúc tác quang hóa trong xử lý ô nhiễm môi trường, bạn có thể tìm hiểu thêm trong luận văn thạc sĩ Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phân tích sarafloxacin và các sản phẩm chuyển hóa của nó tạo thành trong quá trình xử lí bằng xúc tác quang hóa. Tài liệu này cung cấp một góc nhìn khác về việc sử dụng xúc tác quang hóa để xử lý các chất ô nhiễm khác, cụ thể là sarafloxacin, và phân tích các sản phẩm chuyển hóa được tạo ra trong quá trình này. Việc so sánh các phương pháp và kết quả trong cả hai nghiên cứu có thể mang lại cái nhìn sâu sắc hơn về lĩnh vực này.