Luận án tiến sĩ: Tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite làm xúc tác quang phân hủy metyl da cam và phenol - Nguyễn Trung Hiếu, ĐH Bách Khoa Hà Nội
"Luận án nghiên cứu tổng hợp Tio2 AC và Tio2 GO, sau đó đưa lên gốm Cordierite làm xúc tác cho quá trình quang phân hủy Methyl Orange và Phenol."
Luan An
Doctoral Dissertation
Năm xuất bản
Số trang
150
Thời gian đọc
23 phút
Lượt xem
2
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tổng quan Nghiên cứu Quang xúc tác TiO2/AC, TiO2/GO
- Số trang:
- 150 trang
- Trường:
- Đại học Bách khoa Hà Nội
- Chuyên ngành:
- Chemical Engineering
- Tác giả:
- Nguyen Trung Hieu
- Năm:
- 2022
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tổng quan Nghiên cứu Quang xúc tác TiO2 AC TiO2 GO
Ô nhiễm nước là một thách thức môi trường nghiêm trọng. Các hợp chất hữu cơ độc hại như metyl da cam và phenol gây ra mối đe dọa lớn. Cần có các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả và bền vững. Công nghệ quang xúc tác dựa trên TiO2 nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn. Nghiên cứu này tập trung vào phát triển và ứng dụng các vật liệu quang xúc tác TiO2 cải tiến. Mục tiêu là phân hủy metyl da cam và loại bỏ phenol trong nước. Vật liệu composite TiO2/AC và TiO2/GO được tổng hợp. Chúng được phủ lên gốm cordierite để tạo ra vật liệu xúc tác nền gốm ổn định. Đánh giá hiệu suất quang xúc tác là trọng tâm chính. Nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng của vật liệu nano trong xử lý nước thải.
1.1. Sự cần thiết của Vật liệu Quang xúc tác TiO2
Chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải công nghiệp đòi hỏi các giải pháp xử lý tiên tiến. Phương pháp truyền thống thường tốn kém, không hiệu quả hoàn toàn hoặc tạo ra chất thải thứ cấp. Quang xúc tác TiO2 cung cấp một giải pháp môi trường thân thiện. Quá trình này sử dụng năng lượng ánh sáng để phân hủy chất ô nhiễm thành các sản phẩm ít độc hơn. Tuy nhiên, TiO2 nguyên chất có nhược điểm về tái tổ hợp electron-lỗ trống nhanh và hấp thụ ánh sáng khả kiến kém. Việc kết hợp TiO2 với các vật liệu khác như carbon hoạt tính (AC) và oxit graphene (GO) cải thiện đáng kể các tính năng này. Phát triển vật liệu composite TiO2/AC và TiO2/GO giúp khắc phục hạn chế của TiO2 đơn thuần, nâng cao hiệu suất quang xúc tác và mở rộng ứng dụng trong xử lý nước thải.
1.2. Mục tiêu phát triển Vật liệu Composite TiO2
Mục tiêu chính của nghiên cứu là tổng hợp vật liệu nano TiO2 và các vật liệu composite TiO2/AC, TiO2/GO. Các vật liệu này được thiết kế để có hoạt tính quang xúc tác cao. Bước tiếp theo là phủ các vật liệu này lên gốm cordierite. Việc này nhằm tạo ra vật liệu xúc tác nền gốm dễ dàng thu hồi và tái sử dụng. Các vật liệu tổng hợp được đặc trưng kỹ lưỡng về cấu trúc và tính chất quang điện. Cuối cùng, đánh giá hiệu suất quang xúc tác của chúng trong việc phân hủy metyl da cam và loại bỏ phenol là cần thiết. Nghiên cứu mong muốn cung cấp một giải pháp hiệu quả cho xử lý nước thải công nghiệp. Giải pháp này kết hợp tính bền vững và hiệu quả cao của vật liệu xúc tác thế hệ mới.
II. Tổng hợp Vật liệu Composite TiO2 AC TiO2 GO
Việc tổng hợp vật liệu nano TiO2 và các vật liệu composite là bước quan trọng. Các phương pháp tổng hợp đóng vai trò quyết định đến cấu trúc và tính chất của vật liệu. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp sol-gel. Phương pháp này nổi bật với khả năng kiểm soát kích thước hạt và độ tinh khiết cao. Carbon hoạt tính (AC) và oxit graphene (GO) được tích hợp để tạo ra vật liệu composite TiO2/AC và TiO2/GO. Các vật liệu này có khả năng tăng cường hấp phụ và cải thiện tách cặp điện tử-lỗ trống. Điều này dẫn đến hiệu suất quang xúc tác tốt hơn. Gốm cordierite được sử dụng làm vật liệu nền để hỗ trợ các lớp xúc tác, tạo ra vật liệu xúc tác nền gốm bền vững.
2.1. Phương pháp Tổng hợp TiO2 và TiO2 AC
TiO2 mesoporous được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa và thủy nhiệt. Các chất hoạt động bề mặt như CTAB và P123 được sử dụng để điều khiển kích thước lỗ xốp. Sau đó, TiO2 và TiO2/AC được điều chế bằng phương pháp sol-gel. Tiền chất titanium tetraisopropoxide (TTIP) được thủy phân và ngưng tụ. Carbon hoạt tính được thêm vào trong quá trình tổng hợp. Sự có mặt của AC trong vật liệu composite TiO2/AC giúp tăng diện tích bề mặt, tăng khả năng hấp phụ chất ô nhiễm. Đồng thời, nó cải thiện sự phân tách các cặp điện tử-lỗ trống, nâng cao hiệu suất quang xúc tác. Việc tối ưu hóa tỷ lệ TiO2 và AC là cần thiết để đạt hiệu quả cao nhất trong phân hủy metyl da cam và loại bỏ phenol.
2.2. Tổng hợp Vật liệu Composite TiO2 GO
Vật liệu composite TiO2/GO cũng được tổng hợp thông qua phương pháp sol-gel. Oxit graphene (GO) được chuẩn bị trước và sau đó được phân tán vào dung dịch tiền chất TiO2. GO có cấu trúc hai chiều đặc biệt. Nó đóng vai trò như một chất mang điện tử hiệu quả. Khi kết hợp với TiO2, GO giúp giảm tốc độ tái tổ hợp của các cặp electron-lỗ trống. Điều này kéo dài tuổi thọ của các chất mang điện tử và tăng cường tạo ra các gốc tự do có tính oxy hóa cao. Kết quả là hiệu suất quang xúc tác của vật liệu composite TiO2/GO được cải thiện đáng kể. Vật liệu này thể hiện tiềm năng lớn trong xử lý nước thải, đặc biệt là trong việc phân hủy metyl da cam và loại bỏ phenol.
2.3. Phủ TiO2 lên Gốm Cordierite làm nền
Để ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải, các vật liệu quang xúc tác TiO2 cần được cố định trên một vật liệu nền ổn định. Gốm cordierite được chọn làm chất nền do tính chất cơ học tốt, ổn định nhiệt cao và khả năng chống ăn mòn. Các màng mỏng TiO2 được phủ lên bề mặt gốm cordierite bằng các kỹ thuật khác nhau, bao gồm phương pháp nhúng và CVD. Việc tạo ra vật liệu xúc tác nền gốm giúp dễ dàng tách và tái sử dụng xúc tác sau quá trình xử lý. Điều này giảm thiểu chi phí vận hành và tăng cường tính bền vững của hệ thống. Hiệu quả của lớp phủ TiO2 trên gốm cordierite được đánh giá thông qua hiệu suất quang xúc tác trong việc phân hủy metyl da cam và loại bỏ phenol.
III. Đặc trưng và Ứng dụng Xúc tác nền Gốm Cordierite
Việc đặc trưng hóa vật liệu là bước thiết yếu để hiểu rõ cấu trúc, hình thái và tính chất của chúng. Các phân tích này cung cấp thông tin quan trọng về vật liệu composite TiO2/AC, TiO2/GO và màng TiO2 trên gốm cordierite. Từ đó, cơ chế hoạt động quang xúc tác được làm rõ hơn. Gốm cordierite không chỉ là một chất nền cơ học. Nó còn ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác của lớp TiO2. Sự lựa chọn vật liệu nền phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và khả năng tái sử dụng của vật liệu xúc tác nền gốm trong các ứng dụng xử lý nước thải quy mô lớn.
3.1. Phân tích cấu trúc và thành phần vật liệu
Các vật liệu xúc tác được đặc trưng bằng nhiều kỹ thuật tiên tiến. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và SEM phát xạ trường (FE-SEM) giúp quan sát hình thái bề mặt và kích thước hạt. Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) xác định cấu trúc tinh thể và kích thước tinh thể của TiO2. Phân tích EDX và FTIR cung cấp thông tin về thành phần nguyên tố và các nhóm chức hóa học trên bề mặt. Quang phổ hấp thụ UV-Vis khuếch tán phản xạ (UV-Vis DSR) đánh giá khả năng hấp thụ ánh sáng và khoảng trống năng lượng. Các phân tích này xác nhận sự tổng hợp vật liệu nano thành công và sự hình thành của vật liệu composite TiO2/AC và TiO2/GO trên gốm cordierite. Thông tin này là cơ sở để tối ưu hóa hiệu suất quang xúc tác.
3.2. Ưu điểm của Gốm Cordierite làm nền xúc tác
Gốm cordierite là một vật liệu nền lý tưởng cho các vật liệu quang xúc tác TiO2. Nó sở hữu độ bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt và khả năng chống sốc nhiệt xuất sắc. Những đặc tính này đảm bảo sự ổn định của vật liệu xúc tác nền gốm trong điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Hơn nữa, gốm cordierite có thể được tạo hình thành các cấu trúc khác nhau, như dạng tổ ong, giúp tối ưu hóa diện tích tiếp xúc với chất ô nhiễm và ánh sáng. Việc cố định TiO2 trên gốm cordierite giải quyết vấn đề tách xúc tác khỏi dung dịch sau xử lý. Điều này đơn giản hóa quá trình vận hành và tái sử dụng xúc tác. Vật liệu xúc tác nền gốm này đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng quang xúc tác TiO2 vào xử lý nước thải thực tế, từ phân hủy metyl da cam đến loại bỏ phenol.
IV. Hiệu suất Phân hủy Metyl da Cam bằng Quang xúc tác
Metyl da cam là một loại thuốc nhuộm azo phổ biến và là chất ô nhiễm điển hình trong nước thải dệt may. Việc phân hủy metyl da cam bằng phương pháp quang xúc tác TiO2 là một ứng dụng quan trọng. Nghiên cứu này đánh giá hiệu suất quang xúc tác của các vật liệu composite TiO2/AC, TiO2/GO và màng TiO2 trên gốm cordierite đối với chất màu này. Các kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về tốc độ và hiệu quả phân hủy khi sử dụng vật liệu composite. Điều này khẳng định tiềm năng của các vật liệu này trong xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm. Việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng cũng được thực hiện để đạt được hiệu suất cao nhất.
4.1. Đánh giá Hoạt tính Quang xúc tác TiO2 AC
Khi so sánh với TiO2 nguyên chất, vật liệu composite TiO2/AC thể hiện hiệu suất quang xúc tác vượt trội trong phân hủy metyl da cam. Carbon hoạt tính (AC) có khả năng hấp phụ mạnh mẽ. Nó tập trung các phân tử metyl da cam lên bề mặt TiO2, tăng cường tương tác giữa chất ô nhiễm và xúc tác. Ngoài ra, AC còn hoạt động như một bẫy điện tử, ngăn chặn sự tái tổ hợp của các cặp electron-lỗ trống. Điều này gia tăng tuổi thọ của các chất mang điện tích và số lượng gốc hydroxyl (•OH) được tạo ra. Kết quả là, tốc độ phân hủy metyl da cam tăng đáng kể. Việc tối ưu hóa hàm lượng AC trong vật liệu composite TiO2/AC là chìa khóa để đạt được hiệu suất quang xúc tác tối đa cho xử lý nước thải.
4.2. Hiệu quả Phân hủy Metyl da Cam của TiO2 GO
Vật liệu composite TiO2/GO chứng minh hiệu suất quang xúc tác cao hơn nữa trong phân hủy metyl da cam. Graphene oxide (GO) là một vật liệu carbon 2D với diện tích bề mặt lớn và tính dẫn điện tuyệt vời. Khi GO được kết hợp với TiO2, nó tạo ra một cấu trúc dị thể hiệu quả. GO đóng vai trò như một chất tiếp nhận điện tử, kéo electron ra khỏi vùng dẫn của TiO2. Điều này ức chế mạnh mẽ quá trình tái tổ hợp electron-lỗ trống. Việc này làm tăng cường hiệu quả tạo ra các loài oxy phản ứng (ROS) để oxy hóa metyl da cam. Sự phối hợp giữa TiO2 và GO trong vật liệu composite TiO2/GO mở ra hướng mới cho xử lý nước thải với hiệu suất quang xúc tác vượt trội.
4.3. Ảnh hưởng của nền Gốm Cordierite đến Metyl da Cam
Các màng TiO2 được phủ trên gốm cordierite cũng cho thấy khả năng phân hủy metyl da cam hiệu quả. Mặc dù hiệu suất quang xúc tác có thể hơi thấp hơn so với xúc tác dạng bột do diện tích bề mặt hoạt động giảm, nhưng vật liệu xúc tác nền gốm này mang lại nhiều lợi ích thực tế. Nền gốm cordierite giúp cố định TiO2, ngăn ngừa sự rửa trôi và mất mát xúc tác. Nó cũng cho phép dễ dàng tách xúc tác khỏi dung dịch sau phản ứng, giải quyết vấn đề thu hồi. Hơn nữa, vật liệu xúc tác nền gốm thể hiện độ ổn định cao và khả năng tái sử dụng tốt qua nhiều chu trình, làm cho nó trở thành một lựa chọn bền vững và kinh tế cho xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm.
V. Loại bỏ Phenol hiệu quả qua Vật liệu TiO2 GO AC
Phenol là một chất ô nhiễm hữu cơ phổ biến và độc hại trong nhiều loại nước thải công nghiệp. Loại bỏ phenol khỏi nước là một yêu cầu cấp bách. Quang xúc tác TiO2 được xem là một phương pháp hiệu quả để phân hủy phenol. Nghiên cứu đã đánh giá hiệu suất quang xúc tác của vật liệu composite TiO2/AC và TiO2/GO trong việc xử lý phenol. Các kết quả cho thấy cả hai loại vật liệu composite đều có khả năng loại bỏ phenol đáng kể. Đặc biệt, vật liệu xúc tác nền gốm cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế cao. Nghiên cứu này cung cấp giải pháp tiên tiến để giải quyết vấn đề ô nhiễm phenol trong xử lý nước thải.
5.1. Hiệu suất Loại bỏ Phenol bằng Vật liệu TiO2 AC
Vật liệu composite TiO2/AC đã chứng minh hiệu quả trong việc loại bỏ phenol. Phenol là một phân tử dễ hấp phụ lên bề mặt carbon hoạt tính. Sự hấp phụ này giúp tập trung phenol gần các tâm hoạt động của TiO2. Điều này làm tăng xác suất phản ứng quang xúc tác. Đồng thời, AC cũng giúp cải thiện sự phân tách các cặp electron-lỗ trống, tăng cường hiệu suất quang xúc tác của TiO2. Các thí nghiệm cho thấy vật liệu composite TiO2/AC có khả năng phân hủy phenol nhanh chóng dưới chiếu xạ UV. Tối ưu hóa các thông số như tỷ lệ TiO2/AC, nồng độ phenol và cường độ ánh sáng là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất trong xử lý nước thải.
5.2. Phân hủy Phenol vượt trội với Vật liệu TiO2 GO
Vật liệu composite TiO2/GO thể hiện hiệu suất quang xúc tác vượt trội trong loại bỏ phenol. GO đóng vai trò là một chất mang điện tử xuất sắc. Nó tiếp nhận các electron quang sinh từ vùng dẫn của TiO2, giúp giảm tái tổ hợp và tăng cường hiệu quả tạo ra các gốc tự do mạnh. Các gốc này, đặc biệt là gốc hydroxyl (•OH), có khả năng oxy hóa mạnh mẽ phenol thành các sản phẩm ít độc hơn. Cấu trúc hai chiều của GO cũng cung cấp nhiều vị trí liên kết cho phenol. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng. Sự kết hợp giữa TiO2 và GO trong vật liệu composite TiO2/GO mang lại một giải pháp mạnh mẽ để phân hủy phenol và các chất ô nhiễm hữu cơ khác trong xử lý nước thải.
5.3. Ứng dụng Thực tiễn trong Xử lý Nước Thải Phenol
Các vật liệu xúc tác nền gốm chứa TiO2/AC và TiO2/GO trên gốm cordierite có tiềm năng lớn cho ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải công nghiệp chứa phenol. Tính chất bền vững, khả năng tái sử dụng và dễ dàng tách khỏi nước là những ưu điểm nổi bật. Hệ thống có thể được thiết kế dưới dạng lò phản ứng dòng liên tục hoặc hệ thống màng để xử lý một lượng lớn nước thải. Việc sử dụng vật liệu xúc tác nền gốm giảm chi phí vận hành và tăng cường hiệu quả tổng thể của quá trình. Nghiên cứu này mở đường cho việc phát triển các công nghệ quang xúc tác TiO2 bền vững, giúp loại bỏ phenol và các chất ô nhiễm khác, góp phần bảo vệ môi trường nước.
VI. Kết luận và Triển vọng Phát triển Vật liệu Quang xúc tác
Nghiên cứu này đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu nano TiO2 và các vật liệu composite TiO2/AC, TiO2/GO. Các vật liệu này được phủ lên gốm cordierite để tạo thành vật liệu xúc tác nền gốm ổn định. Đánh giá hiệu suất quang xúc tác cho thấy tiềm năng lớn trong phân hủy metyl da cam và loại bỏ phenol. Các vật liệu composite đã cải thiện đáng kể hoạt tính xúc tác so với TiO2 nguyên chất. Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học và định hướng ứng dụng cho công nghệ xử lý nước thải tiên tiến. Cần có thêm nghiên cứu để tối ưu hóa và mở rộng phạm vi ứng dụng.
6.1. Tổng kết Các Kết quả Nghiên cứu chính
Nghiên cứu đã khẳng định thành công việc tổng hợp vật liệu nano TiO2 và các vật liệu composite TiO2/AC, TiO2/GO bằng phương pháp sol-gel. Các vật liệu này đã được phủ thành công trên gốm cordierite, tạo ra vật liệu xúc tác nền gốm có độ bền cao. Phân tích đặc trưng xác nhận cấu trúc tinh thể, hình thái và tính chất quang điện mong muốn. Quan trọng nhất, các vật liệu composite TiO2/AC và TiO2/GO đã chứng minh hiệu suất quang xúc tác vượt trội. Chúng thể hiện khả năng phân hủy metyl da cam và loại bỏ phenol hiệu quả dưới chiếu xạ UV. Sự kết hợp với AC và GO đã khắc phục nhược điểm của TiO2 đơn thuần, nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.
6.2. Khuyến nghị và Hướng Phát triển Tương lai
Để tối đa hóa tiềm năng của các vật liệu quang xúc tác TiO2 này, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn. Cần tối ưu hóa hơn nữa tỷ lệ thành phần của AC và GO trong vật liệu composite để đạt hiệu suất quang xúc tác cao nhất. Việc khảo sát các điều kiện phản ứng khác nhau, như pH, nhiệt độ, và nguồn sáng, cũng là cần thiết. Khám phá khả năng của vật liệu xúc tác nền gốm trong việc xử lý các loại chất ô nhiễm khác trong xử lý nước thải là một hướng đi triển vọng. Nghiên cứu về tính ổn định lâu dài và khả năng tái sử dụng trong các chu trình liên tục cần được thực hiện. Cuối cùng, việc nhân rộng quy trình tổng hợp và ứng dụng các vật liệu xúc tác nền gốm này ở quy mô công nghiệp là mục tiêu cuối cùng để đóng góp vào giải pháp xử lý nước thải bền vững.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (150 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộMINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Nguyen Trung Hieu RESEARCH INTO TiO2/AC, TiO2/GO SYNTHESIS AND COATING ON CORDIERITE CERAMIC APPLIED AS CATALYSTS FOR PHOTODEGRADATION OF METHYL ORANGE AND PHENOL DOCTORAL DISSERTATION IN CHEMICAL ENGINEERING Hanoi – 2022 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Nguyen Trung Hieu RESEARCH INTO TiO2/AC, TiO2/GO SYNTHESIS AND COATING ON CORDIERITE CERAMIC APPLIED AS CATALYSTS FOR PHOTODEGRADATION OF METHYL ORANGE AND PHENOL Major : Chemical Engineering Code No : 9520301 DOCTORAL DISSERTATION IN CHEMICAL ENGINEERING ADVISOR: Prof. Le Minh Thang Hanoi – 2022 GUARANTEE The study has been conducted at the School of Chemical Engineering (SCE), Germany and Vietnam catalyst research center (Gevicat), Hanoi University of Science and Technology (HUST). I affirm that this is my own research. The co-authors consented to the use of all the data and findings presented in the thesis and confirmed their veracity.
This study has not been published by anybody but me. Hanoi, Octorber 25th 2022 Thesis Advisor PhD student Prof. Le Minh Thang Nguyen Trung Hieu i ACKNOWLEDGEMENTS I would like to express my sincerest and heartfelt gratitude to the following people and organizations whose valuable contributions and assistances have made my research possible: To Hanoi University of Science and Technology, specifically to the School of Chemical Engineering, Department of Organic and Petrochemical Technology for providing the laboratory instruments and the equipment for me to accomplish my research. To - Catalyst Program, for letting me be an official member of the sponsored research on modified TiO2 synthesis and methyl orange and phenol photocatalytic degradation at Hanoi University (HUST) and National Taiwan University (NTU).
To my thesis adviser, Prof. Le Minh Thang, for giving me guidance and supervision as well as critiques and comments on my progress reports to bring me patience, finance, and power to finish this research. Jeffrey Chi-Sheng Wu, for allowing me to be a part of his research team under the RoHan Program and for training me in his Lab at NTU. To my family and friends who always try to encourage and motivate me during my thesis course, especially since it is the late gift for my father in heaven now.
ii TABLE OF CONTENTS GUARANTEE. ii TABLE OF CONTENTS. iii LIST OF ABREVIATIONS.vi LIST OF TABLES. vii LIST OF FIGURES.
Necessity of the study. Objectives of the study. Content of the thesis. Methodologies of the study.
Scope of the study. Scientific and practical meanings. Novelty of the study .Structure of the thesis. Textile industry and Methyl Orange dye.
Phenol in industry and its impact to the health. Titanium dioxide, TiO2. Principles of Precipitation, sol-gel and hydrothermal synthesis methods 13 1. Preparation of photocatalyst using sol-gel method.
Support and thin films .1 Overview of Cordierite .2 Mesoporous TiO2 and coating techniques .3 Catalyst Suspension and immobilization.6 TiO2/AC Materials .8 TiO2/GO Materials .9 MO photocatalytic degradation .10 Phenol photocatalysis degradation .38 iii CHAPTER 2 EXPERIMENTS .1 Materials and instruments .1 Synthesis of mesoporous TiO2. Synthesis of TiO2 and AC/TiO2 by Sol-gel method. Synthesis of TiO2 GO by sol-gel method. Synthesis of TiO2 films on cordierite .3 Characterization of the catalysts .1 Morphology on the surface.
Elemental surface composition and traces of impurities .3 Specific surface area, pore volume, and average pore size .4 Crystal structures formed and the crystallite diameter. UV-Vis DSR. High-performance liquid chromatography analysis .4 Experimental set up. To calculate the efficiency of photocatalytic process .1 Construct calibration curve of methyl orange solution.2 Calculation the concentration via equation.64 CHAPTER 3 RESULTS AND DISSCUSSIONS.
Mesoporous TiO2 synthesized by precipitation and hydrothermal with CTAB and P123 surfactants. MO photocatalytic degradation of mesoporous TiO2 photocatalysts prepared by precipitation and hydrothermal methods with surfactants (CTAB and P123). TiO2/AC catalyst synthesized using sol-gel method. Photocatalytic activity of the MO in water.
GO-TiO2 catalysts by sol-gel method .2 MO photocatalytic degradation by TiO2 – GO. TiO2 films on Cordierite. TiO2 nanocatalysts thin film by the CVD method on various substrates100 3. Phenol photocatalytic degradation .107 CHAPTER 4: CONCLUSIONS AND RECOMENDATONS .116 v LIST OF ABREVIATIONS Symbols Meaning UV Ultraviolet radiation MO methyl orange GO graphene oxide FTIR Fourier transform infrared spectroscopy SEM Scanning electron microscopy FE SEM Field Emission EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy P123 poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly (ethylene glycol) CNT carbon nanotube LPMOCVD Low pressure chemical vapor deposition AC activated carbon TTIP titanium tetraisopropoxide UV–VIS Ultraviolet- Visible HPLC High-performance liquid chromatography XRD X-ray diffraction BET Brunauer, Emmett and Teller SEM Scanning electron microscopy CTAB cetyl trimethyl ammonium bromide PEG polyethylene glycol vi LIST OF TABLES Table 1.
The General Mechanism of the Photocatalytic Reaction Process on TiO2 [49]. Summary of TiO2 and GO composites used as photocatalyst .1: List of chemicals .2: List of main instruments .3: Catalyst synthesized by hydrothermal and precipitation methods using surfactant.4 : AC to TiO2 Ratio with Corresponding Theoretical % Weight AC in AC/TiO2 catalyst .5: Catalysis films and powders synthesized by various methods with the low concetration of PEG.6: Catalyst films and powders synthesized by various methods with higher concentration of PEG.1: The surface characteristics of catalysts synthesized by hydrothermal and precipitation methods .2: Crystalline sizes of catalysts .3: Surface area of two samples by sol-gel synthesis .4: Crystalline sizes of catalysts .5: Surface area of GO-TiO2 catalysts .6: Crystalline sizes of catalysts .7: Effect of ratio mol TTIP:H2O to the catalyst mass coated .8: Catalysts films coated cordierite .9: Apparent first-order rate constant kapp and correlation coefficient R2 for phenol degradation by catalysts synthesized by various methods .10: Apparent first-order rate constant kapp and correlation coefficient R2 for phenol degradation with various initial concentrations by P123-C25-450 catalyst .11: Apparent first-order rate constant kapp and correlation coefficient R2 for phenol degradation by P123-C25-450 catalyst with various concentrations H2O2 .12: Apparent first-order rate constant kapp and correlation coefficient R2 for phenol degradation in visible light condition .113 vii LIST OF FIGURES Fig.1: Chemical structure of MO molecule [33,34] .2: TiO2 Crystal Structures[44] .3: The mechanism of photocatalytic activity of TiO2 [50] .4: Nanocrystalline Metal Oxide Preparation using Sol-Gel method .5: Structures of graphene, C60, CNT and graphite [109] .6: Structure of GO [110] .7: Possible mechanism of MO with TiO2 [142] .8: Production Distributions from Phenol Decomposition Reaction [152]. Flowchart of TiO2 synthesis using CTAB. Flowchart of TiO2 synthesis using P123.3: Flowchart of GO synthesis .4: Flowchart of GO-TiO2 (GO-ZnO) synthesis .5: Dip-coating TiO2 on the surface of cordierite.6: Experimental LPCVD set-up.7: Simplified internal structure of FESEM.8: Energy band diagram of a semiconductor (Zeghbroeck, 2007).9: Principle diagram of a HPLC system.10a: Photocatalytic exerimental setup with UV-C lamp .10 b: Principle diagram of visible photocatalytic exerimental setup.1: Nitrogen isotherm of CTAB-NE and P123 C25-450.2: Pore size distribution of CTAB-NE and P123 C25-450.3: XRD paterns of catalysts synthesized with surfactants CTAB and P123 .4: FE-SEM images of CTAB-H (a) and P123 C25-450 (b).5: Evaluation of the catalysts using CTAB by two hydrothermal and precipitation methods .6: The influence of citric acid amount to catalyst performance .7:The influence of Ethanol elimination method to catalyst performance .8: Comparing the best catalyst via hydrothermal and precipitation .9: Nitrogen isotherm of SG TiO2 and SG AC1200 TiO2 1/18 .10: Pore size distribution of SG TiO2 and SG AC1200 TiO2 1/18.11: Morphology of SG AC-1200/Ti 1/18 (a) and SG AC-1200/Ti 3/1 (b) .12: EDX analysis results of samples: SG AC-1200/Ti 1/18 (a); SG AC-1200/Ti 2/1 (b);.13: XRD result of AC TiO2 catalysts .14: MO dark adsorption of AC.15: MO photodegration is affected by activated carbon category.16: MO photodegradation via time of catalyst samples at pH=7.17: MO photodegrdation of samples at pH= 4.18: MO photodegradation of samples at pH= 10.19: Comparison the MO photodegradation SG AC1200 Ti/1/18 by pH.20: Nitrogen isotherm of G1/4, G1/18, G1/24.21: Pore distribution of SGGO Ti1/4, SG GO Ti1/18,SG GO Ti1/24 .22: XRD analysis of GO catalyst.23: The effect of GO content to MO photocatalytic degradation .24: Photodegradation of TiO2 GO catalysts with MO concentration 20 ppm in the full range Xenon lamp .25 Photodegradation of SG GO Ti/ 1/18 MO for various concentration .26: (a) SEM Cor-gel-200 and (b) SEM Cor-gel-CTAB .27: Investigate the efficiency of catalyst thin films by dip coating with low concentration of PEG .28: SEM characterization: (a) Cor-CTAB, (b) Corgel 200 (c) Cor-P123.29: SEM characterization of 2 samples Corgel-150AC (a) and Cor-P123 (b) after the first reaction.30: The photocatalytic degradation of four samples Corgel-150, Corgel-150AC, Corgel-200 and AC-gel powder .31: Surface of Corgel-150 (left) and Corgel-150AC (right) after reaction .33: Photocatalytic performance of-P123 and Cor-P123 samples .34: MO Photodegradation by CTAB powder and Cor-CTAB.35: MO Photodegradation with three TiO2 films coated on cordierite .36: The TiO2 film performance in the first and second times.37: SEM characterization of TiO2 on the surface of (a) glass, (b) aluminium, (c) cordierite with 25,000 magnification; SEM characterization of TiO2 on the surface of ix (d) glass, (e) aluminum and (f) ceramic with 100,000 magnification.
EDS characterization of TiO2 on the surface (g) glass, (h) aluminum and (i) c cordierite.38: 10x Microscopy of TiO2 (a) 120oC; (b) 150oC; (c) 200oC; (d) 250oC; (e) 300oC.39: 10x Microscopy of TiO2 thin film on glass substrate at 580 mm-bar pressure at position opposite (a) and next (b) nozzle.40: 10x Microscopy of TiO2 thin film on glass substrate at 700 mm-bar pressure at position opposite (a) and next (b) nozzle.41: 10x Microscopy of TiO2 thin film on glass substrate with carrying gas N2 300 ml/min.42: Visual image of TiO2 thin film on various substrates.43: 10x Microscopy of TiO2 thin film on various substrates .44: TiO2 thin film performance for MO photodegradation with UV-C.45: TiO2 thin film performance for MO photodegradation with full range lamp .46: Phenol degradation evaluation and kinetics study in UV light.47: Effect of the initial concentration to the phenol degradation in UV condition and kinetics study by P123-C25-450 .48: Effect of H2O2 loading and kinetics study in phenol degradation process.49: Phenol degradation process and kinetics study in visible light. Necessity of the study Soil and groundwater resource pollution are serious concerns in our nation. One of the unavoidable effects of uncoordinated economic zone growth is the contamination of water sources with heavy metals and harmful, persistent organic compounds such as phenol and its derivatives. The primary sources of phenol and phenol polluting compounds are the manufacture of synthetic plastics, insecticides, paints, and petroleum [1].
Additionally, the textile sector emits a significant number of harmful chemical compounds into the atmosphere, including azo-based dyes, one of which is methyl orange. As a result, the remediation of contaminated environments with two chemical compounds as phenol and methyl orange, is a hot topic not only in the nation, but also globally. Historically, remediation of polluted water has been mostly dependent on physicochemical and biological treatment approaches. Among these, adsorption is one of the most frequently used strategies for treating chemical contaminants in water due to its ease of use and the broad application of a variety of adsorbents.
Another workable solution is biological treatment, which may eliminate around 90% of organic debris entirely. However, this procedure is less efficient for compounds that are difficult to decompose, such as phenol and methyl orange. Numerous extensive research studies have been undertaken to process the aforementioned chemicals, which include electrochemical methods, ion exchange, ozone, and adsorption on activated carbon [2, 3]. In the other hand, these approaches are rarely used in reality due to their inherent constraints, which include heavy equipment systems, complex operation techniques, high initial and ongoing expenditures, and birth abnormalities.
It must include a sludge post-treatment step, otherwise the efficiency will remain poor results. Using photocatalysts to treat polluted water is one of the most environmentally friendly green treatment methods available, since it employs natural solar energy and is capable of degrading organic contaminants that are difficult to decompose. Without the addition of extra chemicals or sludge buildup in the treatment system [4].
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nguyen Trung Hieu (2022). Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol [Luận án tiến sĩ, Hanoi University of Science and Technology]. LuanAn.net. https://luanan.net/hoa-hoc/hoa-moi-truong/luan-an-tong-hop-tio2-ac-tio2-go-tren-gom-cordierite-xu-ly-metyl-da-cam-phenol
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol" nghiên cứu về vấn đề gì?
"Luận án nghiên cứu tổng hợp Tio2 AC và Tio2 GO, sau đó đưa lên gốm Cordierite làm xúc tác cho quá trình quang phân hủy Methyl Orange và Phenol."
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Hanoi University of Science and Technology. Năm bảo vệ: 2022.
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol" thuộc chuyên ngành Chemical Engineering. Danh mục: Hóa Môi Trường.
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol" có 150 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO trên gốm cordierite xử lý metyl da cam và phenol" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.