Nghiên cứu động học quá trình oxi hóaphân hủy rhodamine b và phenol bởi quang xú

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -----------0-0-0----------- HỮU THỊ NGÂN NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH OXI HÓAPHÂN HỦY RHODAMINE B VÀ PHENOL BỞI QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO2 TRÊN CHẤT MANG TRO TRẤU Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN MINH PHƢƠNG Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Nguyễn Minh Phƣơng người đã giao đề tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo trong phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường, các thầy, cô giáo trong khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN và các anh, chị cùng các bạn trong phòng thí nghiệm Hoá Môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn.

Hà Nội, 12/2014 Học viên Hữu Thị Ngân MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ. DANH MỤC BẢNG BIỂU. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. Giới thiệu chung về xúc tác quang hóa TiO2.

Vật liệu quang xúc tác TiO2. Cơ chế của quá trình quang xúc tác. Vật liệu quang xúc tác TiO2 biến tính. Vật liệu tổ hợp của TiO2 trên chất mang.

Một số ứng dụng của vật liệu quang xúc tác nano TiO2 và TiO2 biến tính. Các phương pháp điều chế vật liệu quang xúc tác TiO2 biến tính. Phương pháp sol – gel. Phương pháp thủy nhiệt (Hydrothermal treatment).

Giới thiệu về phẩm nhuộm Rhodamine B và Phenol. Giới thiệu về phẩm nhuộm Rhodamine B. Giới thiệu về phenol. Một số phương pháp xử lý phẩm màu dệt nhuộm.

Một số phương pháp xử lý phẩm màu dệt nhuộm. Ứng dụng của vật liệu quang xúc tác để xử lý phẩm nhuộm. Động học quá trình quang xúc tác .24 Chương 2: THỰC NGHIỆM. Dụng cụ và hóa chất.

Tổng hợp vật liệu. Quá trình xử lý vỏ trấu. Tổng hợp vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe-TiO2/tro trấu (Fe-TiO2/RHA) bằng phương pháp sol-gel kết hợp với thủy nhiệt. Đường chuẩn xác định nồng độ nồng độ RhB và Phenol, COD.

Khảo sát động học quá trình quang phân hủy RhB và Phenol. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol. Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol.

Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol. Ảnh hưởng của một số tác nhân oxi hóa/chất bắt giữ electron lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol. Nghiên cứu đ c trưng cấu trúc vật liệu .35 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Đ c trưng vật liệu xúc tác Fe-TiO2/RHA.

Thành phần các nguyên tố trong vật liệu – phổ tán xạ EDX. Thành phần pha của vật liệu - phổ XRD. Kết quả chụp hiển vi điện tử qu t SEM. Phổ UV-VIS của mẫu vật liệu Fe-TiO2/RHA.

Động học quá trình quang phân hủy RhB. Mô phỏng theo phương trình động học Langmuir – Hinshelwood. Khảo sát một số yếu đến tốc độ phân hủy RhB. Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phân hủy RhB.

Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến tốc độ phản ứng phân hủy RhB 44 3. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến tốc độ phân hủy RhB. Ảnh hưởng của các chất oxi hóa bổ trợ/ chất bắt giữ electron đến tốc độ phân hủy RhB. Động học quá trình quang phân hủy Phenol.

Mô phỏng theo phương trình động học Langmuir – Hinshelwood. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng lên tốc độ phân hủy Phenol. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên tốc độ phân hủy Phenol. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên tốc độ phân hủy Phenol.

Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy Phenol. Ảnh hưởng của các chất oxi hóa bổ trợ/ chất bắt giữ electron đến quá trình phân hủy Phenol. Ứng ụng xúc tác để xử l mẫu nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội – Hà Nội .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.Cấu trúc tinh thể TiO2. Cơ chế quá trình quang xúc tác của TiO2.

(a) Cấu trúc tinh thể anatas của vật liệu nano TiO2. Năng lượng vùng cấm giảm nhờ biến tính với Nitơ. Sơ đồ ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO2. Công đoạn sol-gel và các sản phẩm từ quá trình sol-gel.

Công thức hóa học của Rhodamine B. Công thức hóa học của Phenol. Cơ chế quá trình phân hủy phenol sử dụng xúc tác Fe-TiO2/RHA/H2O2. Đường chuẩn xác định nồng độ RhB.

Đường chuẩn xác định nồng độ Phenol. Đường chuẩn xác định nồng độ COD. Phổ EDX của vật liệu Fe-TiO2/RHA. Giản đồ XRD của vật liệu Fe-TiO2/RHA.

Ảnh SEM của vật liệu Fe-TiO2/RHA. Phổ UV-VIS của mẫu vật liệu Fe-TiO2/RHA. Ảnh hưởng của nồng độ RhB lên tốc độ quang phân. Ảnh hưởng của nồng độ RhB lên tốc độ phân hủy RhB.

Ảnh hưởng của pH lên hiệu quả xử lý RhB. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên hiệu quả của quá trình phân hủy RhB. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phản ứng của quá trình phân hủy RhB. Ảnh hưởng của nồng độ Phenol lên tốc độ quá trình quang phân hủy.

Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phân hủy Phenol. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên hiệu quá của quá trình phân hủy. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy Phenol. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 tới hiệu quả phân hủy Phenol.57 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.

Các thông số vật lí của TiO2 dạng anatas và rutil. Thế khử chuẩn của một số tác nhân oxi hóa. Thành phần hóa học của tro đốt từ trấu [12]. Sản lượng titan đioxit trên thế giới qua một số năm.

Kết quả xây dựng đường chuẩn RhB……………………………………29 Bảng 2. Kết quả xây dựng đường chuẩn Phenol. Kết quả xây dựng đường chuẩn COD. Thành phần các nguyên tố có trong vật liệu Fe-TiO2/RHA…………….

Hằng số tốc độ k’ của quá trình phân hủy RhB ở các nồng độ khác nhau40 Bảng 3. Hằng số tốc độ k’ của quá trình phân hủy RhB ở các pH khác nhau. Hằng số tốc độ k’ của quá trình phân hủy RhB ở các hàm lượng vật liệu khác nhau. Hằng số tốc độ k’của quá trình phân hủy RhB tại các nguồn sáng khác nhau.

Ảnh hưởng của H2O2 lên tốc độ phân hủy RhB. Ảnh hưởng của tác nhân oxi hóa K2S2O8 lên tốc độ phản ứng phân hủy RhB. Ảnh hưởng của nồng độ đầu vào của phenol tới hằng số tốc độ và hiệu suất phân hủy phenol. Hằng số tốc độ k’ của quá trình phân hủy Phenol ở các pH khác nhau.

Hằng số tốc độ k’ tại các hàm lượng xúc tác khác nhau. Ảnh hưởng của nồng độ K2S2O8 tới quá trình phân hủy Phenol. Hiệu suất xử lý phenol tại các nồng độ khác nhau của H2O2. Kết quả sự chuyển hóa COD của mẫu nước thải dệt nhuộm Dương Nội trên quang xúc tác Fe-TiO2/RHA .58 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X Energy-Dispersive X-ray spectroscopy ) Ebg Năng lượng vùng cấm Ban gap Energy) IR Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) RH Vỏ trấu Rice husk) RHA Tro trấu Rice husk ash) RhB Rhodamine B SEM Phương pháp hiển vi điện tử qu t (Scanning Electron Microscopy) TIOT Tetra isopropyl ortho titanate UV-Vis Tử ngoại – Khả kiến Ultra Violet – Visible) XRD Phương pháp nhi u xạ tia X X Rays Di raction) MỞ ĐẦU Thiếu nước không c n là nguy cơ mà là tình trạng hiện hữu đang phải đối m t của nhiều quốc gia hiện nay.

Theo viện nghiên cứu quản l nước quốc tế International Water Management Institute, IWMI) thì tình trạng khan hiếm nước tuyệt đối được xem là xuất hiện khi mức cung cấp nước đạt thấp hơn 1 m3 người năm. Theo đó thì tới năm 2 25 sẽ có khoảng 1,8 tỉ người sẽ rơi vào tình trạng khan hiếm nước tuyệt đối [50]. Tình trạng khan hiếm nước gia tăng với tốc độ nhanh là o ân số phát triển nhanh, quá trình đô thị hóa mạnh, sự hình thành nhiều các đô thị siêu lớn, cạnh tranh sử ụng các nguồn nước tự nhiên và mối quan tâm ngày càng tăng về ảo vệ sức khỏe và môi trường. Cùng với sự phát triển dân số nhanh, sự đô thị hóa mạnh là quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa xảy ra nhanh kéo theo các ngành công nghiệp phát triển.

Sự phát triển đó ẫn tới hệ lụy là sự ô nhi m môi trường gây ra bởi các chất thải, nước thải từ các quá trình sản xuất, sinh hoạt. Nước thải từ các khu công nghiệp, từ các làng nghề đang là vấn đề gây ô nhi m ở Việt Nam. Theo số liệu của Sở Công thương thành phố Hà Nội năm 21 3 thì Hà Nội hiện có khoảng 1.350 làng nghề chiếm 22% số làng nghề cả nước trong đó có 286 làng nghề truyền thống được công nhận. Số lượng tập trung đông đúc trên địa bàn thành phố đang thải ra ao hồ xung quanh một lượng nước thải lớn gây ô nhi m nghiêm trọng tới nguồn nước.

Trong số hơn 1 làng nghề tại Hà Nội thì có một lượng lớn là nước thải từ các làng nghề dệt nhuộm, hầu hết trong số chúng chưa có hệ thống xử lý nước thải mà đổ thẳng ra các ao hồ xung quanh làm ô nhi m n ng nề ở các khu vực nước nhận. Ngoài làng nghề thì nước thải dệt nhuộm còn phát sinh từ các nhà máy dệt, ngành dệt là một trong những ngành đang phát triển của nước ta, kim ngạch xuất khẩu đạt 15 % kim ngạch xuất khẩu của cả nước. Song song với sự phát triển của ngành may m c, dệt kim thì vấn đề phát sinh từ các quá trình sản xuất đó là nước thải. Nước thải loại này gây ô nhi m nghiêm trọng bởi đ c trưng của nó như: nhiệt độ, độ màu cao, COD cao và thuộc loại khó phân hủy… 1 Trong nước thải dệt nhuộm, đáng chú là những chất hữu cơ ền có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật và gây nhi m độc cấp tính, mãn tính cho con người như: phenol, các hợp chất của phenol, các chất màu dệt nhuộm… Do vậy việc nghiên cứu, xử lý giảm thiểu đến mức thấp nhất ô nhi m là cần thiết.