Luận án tổng hợp vật liệu NS-TiO2/bentonit và FeNS-TiO2/bentonit xử lý DB71

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU NS-TiO2/BENTONIT VÀ FeNSTiO2/BENTONIT ĐỂ XỬ LÝ PHẨM MÀU DB71 TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2016 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU NS-TiO2/BENTONIT VÀ FeNSTiO2/BENTONIT ĐỂ XỬ LÝ PHẨM MÀU DB71 TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 62440120 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. Nguyễn Văn Nội Hà Nội – 2016 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nguyễn Thị Hạnh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.

Nguyễn Văn Nội đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, các anh chị cán bộ trong Phòng Thí nghiệm Hóa môi trường, khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô, các anh chị cán bộ trong Phòng thí nghiệm Phân tích môi trường, khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm khoa Hóa học, Ban Chủ Nhiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và hoàn thành bản luận án.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn bố mẹ, anh chị em, gia đình và bạn bè đồng nghiệp những người luôn động viên, chia sẻ cùng tôi mọi khó khăn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Hà Nội, tháng năm Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hạnh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các hình ảnh Danh mục các bảng biểu MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT MÀU AZO VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ. Tổng quan về các hợp chất màu azo.

Giới thiệu một số thành tựu xử lý các hợp chất màu azo. VẬT LIỆU TiO2 VÀ TiO2 BIẾN TÍNH. Vật liệu nano TiO2. Cơ chế quang hóa của nano TiO2 trong xử lý chất ô nhiễm.

Vật liệu nano TiO2 biến tính. Vật liệu nano TiO2 pha tạp kim loại. Vật liệu nano TiO2 pha tạp phi kim. Vật liệu nano TiO2 được biến tính bởi hỗn hợp.

BENTONIT VÀ BENTONIT CHỐNG TiO2 BIẾN TÍNH. Cấu trúc tinh thể và thành phần hoá học của montmorillonit .2 Các tính chất của bentonit. Bentonit chống kim loại. 24 i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Vật liệu bentonit chống. Các polycation kim loại - Tác nhân chống. Vật liệu bentonit chống TiO2 cấy thêm một số nguyên tố. Ứng dụng vật liệu bentonit chống TiO2 trong xử lý chất màu dệt nhuộm.

TỔNG HỢP VẬT LIỆU. Tổng hợp vật liệu TiO2. Tổng hợp xúc tác NS-TiO2. Tổng hợp xúc tác NS-TiO2 ở các điều kiện khác nhau.

Tổng hợp vật liệu FeNS-TiO2. Tổng hợp xúc tác FeNS-TiO2 ở các điều kiện khác nhau. Tổng hợp vật liệu NS-TiO2/bent. Tổng hợp vật liệu FeNS-TiO2/bent.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD - X Rays Diffraction). Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM.

Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS).

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (BET - the Brunauer – Emmett - Teller). Phương pháp phân tích nhiệt. Phương pháp xác định dung lượng trao đổi cation (CEC) của Bentonit. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ QUANG XÚC TÁC.

40 ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Phương pháp trắc quang. Phương pháp xác định nhu cầu oxi hóa học COD. Xác định hàm lượng chất hữu cơ trong mẫu bằng phương pháp đo TOC.

Phân tích sản phẩm phản ứng bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NS-TiO2 VÀ FeNS-TiO2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu NS-TiO2.

Ảnh hưởng của lượng N, S pha tạp vào TiO2. Ảnh hưởng của thời gian già hóa gel. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung. Ảnh hưởng của thời gian nung.

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu FeNS-TiO2. Ảnh hưởng của lượng Fe, N, S pha tạp vào TiO2. Ảnh hưởng của thời gian già hóa gel. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung.

Ảnh hưởng của thời gian nung. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NS-TiO2/BENT và FeNS-TiO2/BENT. Đặc trưng bentonit Ninh Thuận. Ảnh hưởng của lượng bentonit đến quá trình tổng hợp vật liệu NS-TiO2/bent.

Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X. Kết quả phổ UV-Vis. Hiệu suất phân hủy DB71 theo thời gian của các mẫu xúc tác NS- TiO2/bent. Ảnh hưởng của lượng bentonit đến quá trình tổng hợp vật liệu FeNS- TiO2/bent.

61 iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X. Kết quả phổ UV-Vis. Hiệu suất phân hủy DB71 theo thời gian của các mẫu xúc tác FeNS- TiO2/bent.

SO SÁNH ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU NS-TiO2, FeNS-TiO2 TRƯỚC VÀ SAU KHI ĐƯA LÊN BENTONIT. So sánh đặc trưng vật liệu NS-TiO2 và NS-TiO2/bent. Kết quả phân tích phổ IR. Kết quả phân tích EDX.

Kết quả phân tích phổ XPS. Cấu tạo bề mặt xúc tác qua kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM. Kết quả phân tích đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N (BET).

So sánh đặc trưng vật liệu FeNS-TiO2 và FeNS-TiO2/bent. Kết quả phân tích EDX. Kết quả phân tích phổ XPS. Kết quả chụp hiển vi điện tử quét SEM.

Kết quả chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM. Kết quả phân tích đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N (BET). NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY DB71. Quang phân hủy DB71 trên xúc tác NS-TiO2 và của FeNS-TiO2.

Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình quang phân hủy DB71. Ảnh hưởng của lượng chất xúc tác đến quá trình quang phân hủy DB71 88 3. Quang phân hủy DB71 trên xúc tác NS-TiO2/bent và FeNS-TiO2/bent.

90 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Ảnh hưởng của nguồn chiếu sáng. Ảnh hưởng của pH đến quá trình quang phân hủy DB71. Ảnh hưởng của lượng chất xúc tác đến quá trình quang phân hủy DB71 92 3.

Khảo sát khả năng khoáng hóa hoàn toàn DB71 của vật liệu NS-TiO2/bent. Khả năng tái sử dụng xúc tác NS-TiO2/bent và FeNS-TiO2/bent. Thảo luận về cơ chế hoạt động của xúc tác NS-TiO2/bent trong phản ứng phân hủy DB71. Bước đầu nghiên cứu thử nghiệm xúc tác để xử lý mẫu nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội.

104 NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI. 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 121 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABS Độ hấp thụ quang (Absorbance) BE Năng lượng liên kết (Binding energy) BET Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ nitơ (the Brunauer – Emmett – Teller) CB Vùng dẫn (Conduction Band) COD Nhu cầu oxi hóa học (Chemical Oxygen Demand) DSC Phân tích nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry) DTA Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis) DB71 Phẩm màu xanh trực tiếp (Direct blue 71) 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-performance liquid chromatography) IR Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) TGA Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysis) TEM Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) TIOT Tetra isopropyl octo titanat TOC Tổng cacbon hữu cơ (Total Organic carbon) UV-Vis Tử ngoại – Khả kiến (Ultra Violet – Visible) vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com VB Vùng hóa trị (Valence Band) XPS Phổ quang điện tử tia X (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) NS-TiO2 Vật liệu TiO2 biến tính bởi nitơ và lưu huỳnh FeNS-TiO2 Vật liệu TiO2 biến tính bởi sắt, nitơ và lưu huỳnh NS-TiO2/bent Vật liệu sét chống TiO2 biến tính bởi nitơ và lưu huỳnh FeNS-TiO2/bent Vật liệu sét chống TiO2 biến tính bởi sắt, nitơ và lưu huỳnh SMEWW Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater A/R Anata/Rutin vii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1. Cơ chế cắt liên kết azo trong tế bào [31].

Công thức hóa học của phẩm màu DB71. Cấu trúc tinh thể TiO2: (a) tế bào cơ sở của anata; (b) tế bào cơ sở của rutin; (c) tế bào cơ sở của Brukit. Hình khối bát diện của TiO2. Cơ chế tạo thành gốc hoạt động trên vật liệu bán dẫn.

Cơ chế quá trình xúc tác quang trên vật liệu bán dẫn. Cấu trúc mạng tinh thể montmorillonit. Các vị trí trao đổi cation trên hạt bentonit. Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp nano TiO2.

Sơ đồ tổng hợp TiO2. Sơ đồ tổng hợp xúc tác NS-TiO2, FeNS-TiO2, NS-TiO2/bent và FeNS- TiO2/bent. Nguyên lý của phép phân tích EDX. Quang phổ của đèn Compact.

Đường chuẩn xác định nồng độ DB71. Sơ đồ khối của thiết bị HPLC. Giản đồ XRD của các mẫu xúc tác NS-TiO2 với tỉ lệ N, S pha tạp vào TiO2 khác nhau. Phổ UV-Vis của các mẫu xúc tác NS-TiO2 với hàm lượng N, S pha tạp khác nhau.45 viii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu gel khô NS-TiO2. Giản đồ XRD của các mẫu xúc tác với tỉ lệ NS-TiO2 ở các nhiệt độ nung khác nhau. Phổ hấp thụ UV-Vis của xúc tác NS-TiO2(1:4) theo nhiệt độ .