Luận án tiến sĩ: Chế tạo xúc tác Fe-TiO2/diatomit biến tính xử lý phẩm vàng hữu cơ - Phạm Thị Dương (ĐHQG HN)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _______________________ Phạm Thị Dương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC DỊ THỂ Fe-TiO2/DIATOMIT VÀ INMENIT BIẾN TÍNH CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MỘT SỐ PHẨM VÀNG HỮU CƠ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 62.20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. Nguyễn Văn Nội Hà Nội - 2016 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luậ ực, được đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Phạm Thị Dương ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.

Nguyễn Văn Nội đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận án. Em chân thành cảm ơn các Thầy, Cô thuộc Phòng thí nghiệm Hóa môi trường, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy dỗ và chỉ bảo em trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp Viện môi trường - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ về cơ sở vật chất và động viên tinh thần tôi trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian thực hiện luận án này.

Hà Nội, ngày 22 tháng 8 năm 2016 Tác giả Phạm Thị Dương iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. viii DANH MỤC CÁC BẢNG.ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .xi MỞ ĐẦU. Quá trình Fenton. Vật liệu xúc tác TiO2.

Giới thiệu về TiO2. Nguyên lý cơ bản của xúc tác quang hoá. Ứng dụng của TiO2 làm xúc tác quang hóa. Diatomit và các phương pháp đưa TiO2 lên chất mang diatomit.

Giới thiệu về diatomit. Các phương pháp đưa TiO2 lên chất mang diatomit. 30 ộm vàng axit. 31 ộm vàng hoạt tính.

32 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ộm vàng phân tán. Giới thiệu một số thành tựu xử lý các. Các phương pháp hoá lý xử lý nước thải dệt nhuộm. Phương pháp hóa học.

Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Đánh giá chung. TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC. Tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/diatomit, Fe/diatomit và TiO2/diatomit bằng phương pháp sol-gel kết hợp nung.

Chế tạo vật liệu xúc tác từ quặng inmenit. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU XÚC TÁC. 43 – Powder X - rays Diffraction) .2 phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Phuơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM).

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ (BET). Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). Phương pháp phổ hấp thụ UV-VIS pha rắn. Phương pháp phổ ICP-MS (Inductively Coupled Plasma emission Mass Spectrometry).

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HOẠT TÍNH CỦA XÚC TÁC TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY PHẨM VÀNG AXIT 2R, VÀNG PHÂN TÁN E- 3G VÀ VÀNG HOẠT TÍNH 3RS. Khảo sát sơ bộ hoạt tính xúc tác của các vật liệu chế tạo. Khảo sát quá trình xử lý phẩm vàng axit 2R, vàng phân tán E-3G, vàng hoạt tính 3RS sử dụng xúc tác Fe-TiO2/diatomit và inmenit biến tính. 54 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ PHẨM MÀU. Đường chuẩn xác định nồng độ E-3G, 2R, 3RS. Phương pháp xác định nhu cầu ôxi hóa học COD. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT SƠ BỘ HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO. 60 Ặ ỦA CÁC HỆ VẬT LIỆU. Đặc trưng vật liệu Fe-TiO2/diatomit.

Kết quả phân tích phổ UV-Vis pha rắn của vật liệu TiO2, Fe- TiO2/diatomit. Kết quả phân tích XRD của hệ Fe-TiO2/diatomit. Ảnh SEM của hệ Fe-TiO2/diatomit. Phổ EDX của hệ Fe-TiO2/diatomit.

Phổ IR của hệ Fe-TiO2/diatomit. Kết quả phân tích đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (BET) của hệ Fe-TiO2/diatomit. Kết quả đặc trưng vật liệu inmenit biến tính. Kết quả ICP-MS của vật liệu inmenit.

Giản đồ XRD của inmenit biến tính. Ảnh SEM của inmenit biến tính. Phổ EDX của hệ inmenit. 74 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Kết quả phân tích đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (BET) của hệ inmenit. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG PHÂN HỦY PHẨM MÀU VÀNG HỮU CƠ SỬ DỤNG CÁC HỆ XÚC TÁC TỔNG HỢP ĐƯỢC. Kết quả nghiên cứu quá trình phân hủy phẩm màu vàng phân tán E-3G, vàng axit 2R và vàng hoạt tính 3RS sử dụng hệ xúc tác Fe-TiO2/diatomit. Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hiệu quả xử lý.

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng H2O2. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng. Kết quả khảo sát khả năng xử lý của vật liệu tái sinh. Kết quả nghiên cứu quá trình phân hủy phẩm màu vàng sử dụng hệ xúc tác inmenit biến tính.

Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu suất phân hủy E-3G. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng H2O2. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng.

Nghiên cứu ứng dụng quá trình quang Fenton sử dụng xúc tác inmenit biến tính để xử lý phẩm màu vàng phân tán E-3G, vàng axit 2R và vàng hoạt tính 3RS. BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG XÚC TÁC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM, LÀNG NGHỀ DƯƠNG NỘI, HÀ NỘI .98 TÀI LIỆU THAM KHẢO .111 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ABS Độ hấp thụ quang (Absorbance) AOP Các quá trình ôxi hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes) AOX Hợp chất halogen hữu cơ BET Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (the Brunauer-Emmett- Teller) CB Conduction Band COD Nhu cầu ôxi hóa học EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-Dispersive X ray Spectroscopy) Ebg Năng lượng vùng cấm (Band gap Energy) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Perfomance Liquid Chromatography) QCVN Quy chuẩn Việt Nam TIOT Tetra Isopropyl Octo Titanat SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) SMEWW Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater UV-Vis Tử ngoại – Khả kiến (Ultra Violet – Visible) VB Valence Band WO Ôxi hóa pha lỏng (Wet Oxidation) XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X rays Diffraction) viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thông số vật lý của anatas và rutil [35]. Năng lượng ôxi hoá của một số tác nhân ôxi hoá mạnh.

Thành phần hóa học củ –. 24 Bả ối 30 phút. 58 Bả ối 30 phút, chiếu sáng 15 phút. 59 Bả -TiO2/diatomit trong bóng tối 30 phút.

60 Bả - TiO2/diatomit trong bóng tối 30 phút, chiếu sáng 15 phút. Kết quả phân tích ICP-MS của mẫu quặng inmenit ban đầu. Kết quả phân tích ICP-MS của mẫu quặng inmenit biến tính. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy phẩm màu.

Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hiệu suất phân hủy phẩm màu 80 Bảng 3. Ảnh hưởng của lượng H2O2 đến hiệu suất phân hủy phẩm màu. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng đến hiệu suất phân hủy phẩm màu. Hiệu quả xử lý của xúc tác sau tái sinh.

Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hiệu suất phân hủy E-3G. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy E-3G. Ảnh hưởng của lượng H2O2 đến hiệu suất phân hủy E-3G. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng đến hiệu suất phân hủy E-3G.

90 ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Hiệu suất phân hủy E-3G, 2R, 3RS trong điều kiện ánh sáng UV và ánh sáng khả kiến. Kết quả chuyển hóa COD của mẫu nước thải dệt nhuộm trên xúc tác Fe-TiO2/diatomit và inmenit biến tính. 95 x LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.

Hoạt tính chung của gốc hydroxyl [64]. Cấu trúc của TiO2 dạng (a) anatas và (b) rutil. Giản đồ năng lượng của anatas và rutil. Chất rắn bán dẫn.

Hoạt động của hạt bán dẫn khi bị kích thích bằng ánh sáng. Phản ứng ôxi hoá khử trên bề mặt TiO2. Cấu trúc tinh thể inmenit. Sơ đồ tổng hợp Fe-TiO2 /diatomit.

Nguyên lý của phép phân tích EDX. Đường chuẩn xác định nồng độ vàng phân tán E-3G. Đường chuẩn xác định nồng độ vàng axit 2R. Đường chuẩn xác định nồng độ vàng hoạt tính 3RS.

Phổ hấp thụ UV-Vis của TiO2 tinh khiết. Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu Fe-TiO2/diatomit nung ở 400oC 63 Hình 3. Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu Fe-TiO2/diatomit nung ở 500oC 63 Hình 3. Giản đồ XRD của Fe-TiO2.

Giản đồ XRD của D1-500. Giản đồ XRD của D1-400. Giản đồ XRD của D2-400. Giản đồ XRD của D3-400.

65 xi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giản đồ XRD của D4-400. Ảnh SEM diatomit ban đầu. Ảnh SEM của D1-400.

Ảnh SEM của D2-400 …. Ảnh SEM của D3-400. Ảnh SEM của D4-400. Ảnh SEM của D1-500.

Phổ EDX của diatomit ban đầu. Phổ EDX của Fe-TiO2/diatomit (D1-500). Phổ IR của Fe-TiO2 (a) và Fe-TiO2/diatomit (D1-500)(b). Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (a), đường phân bố kích thước lỗ (b) của diatomit ban đầu.

Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (a), đường phân bố kích thước lỗ (b) của Fe-TiO2/ diatomit. Giản đồ XRD của inmenit ban đầu (a) và biến tính (b). Ảnh SEM của inmenit ban đầu (a) và của inmenit biến tính (b). Phổ EDX của inmenit ban đầu.

Phổ EDX của inmenit biến tính. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (a), đường phân bố kích thước lỗ (b) của Inmenit ban đầu. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (a), đường phân bố kích thước lỗ (b) của inmenit biến tính. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy phẩm màu.

Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hiệu quả xử lý. 80 xii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng đến hiệu suất phân hủy phẩm màu.

Mối tương quan giữa hàm lượng xúc tác và hiệu suất phân hủy E- 3G. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy E-3G .