ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- NGUYỄN THỊ QUỲNH ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP , ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU SÉT CHỐNG Ti CẤY THÊM Fe N, S VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC T
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
NGUYỄN THỊ QUỲNH ANH
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP , ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU SÉT CHỐNG Ti CẤY THÊM Fe N, S VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2014
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
NGUYỄN THỊ QUỲNH ANH
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU SÉT CHỐNG Ti CẤY THÊM Fe N, S VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC
CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
Mã số: 60440120
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS NGUYỄN VĂN NỘI
Hà Nội - 2014
Trang 3Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô tại phòng thí nghiệm Hóa môi trường, các thầy cô khoa Hóa học, trường ĐHKHTN cùng NCS Nguyễn Thị Hạnh đã hướng dẫn nhiệt tình trong quá trình em làm bản luận văn.
Hà Nội, ngày 24 / 12 /2014
HVCH Nguyễn Thị Quỳnh Anh
Trang 41.1.1 Vật liệu nano TiO2 ( Titan đioxit ) Error! Bookmark not defined.
1.1.2 Vật liệu nano TiO2 biến tính Error! Bookmark not defined.
1.1.3 Vật liệu TiO2 pha tạp Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xúc tác quang hóa Error! Bookmark not defined.
1.2.GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU SÉT CHỐNGError! Bookmark not defined.
1.2.1 Cấu trúc và đặc điểm của vật liệu sét chốngError! Bookmark not defined.
1.2.2 Vật liệu bentonite chống TiO2 cấy thêm Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
1.3.GIỚI THIỆU VỀ PHẨM NHUỘM Error! Bookmark not defined 1.3.1 Phân loại phẩm nhuộm Error! Bookmark not defined 1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộmError! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ, TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.1.2 Dụng cụ và trang thiết bị Error! Bookmark not defined 2.2 CHẾ TẠO VẬT LIỆU Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Chế tạo nano TiO2 Error! Bookmark not defined.
Trang 52.2.2 Chế tạo nano TiO2 pha tạp Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Chế tạo vật liệu bentonite chống TiO2 pha tạp Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Xác định một số tính chất cơ bản của bentonit – Na và chế tạo bentonit
chống Ti pha tạp Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Phương pháp nhiễu xa ̣ Rơnghen (XRD–X-Rays
Diffraction) Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Error! Bookmark not defined 2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined.
2.3.5 Phương pháp tán x ạ năng lượng tia X (EDX – Energy Dispersive
Analysis of X-rays) hay (EDS - Energy-dispersive X-ray spectroscopy)Error! Bookmark not defined.
2.3.6 Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis Error! Bookmark not defined 2.3.7 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)Error! Bookmark not defined.
2.3.8 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ N2Error! Bookmark not defined.
2.4 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM CỦA
VẬT LIỆU Error! Bookmark not defined 2.4.1 Chuẩn bị dung dịch Error! Bookmark not defined 2.4.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ phẩm nhuộmError! Bookmark not defined.
2.4.3 Khảo sát khả năng xử lý phẩm màu của vật liệu TiO2 và TiO2 doping
Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
Trang 62.4.4 Khảo sát khả năng xử lý phẩm màu của vật liệu bentonite chống TiO2
pha tạp Fe, N, S Error! Bookmark not defined 2.4.5 Đánh giá hiệu xuất xử lý phẩm màu của vật liệuError! Bookmark not defined.
2.5 THUỐC NHUỘM MÀU DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM Error! Bookmark not defined.
2.6 NGUỒN SÁNG MÔ PHỎNG ÁNH SÁNG VÙNG KHẢ KIẾN Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined.
3.1 KẾT QUẢ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU NANO TiO2 VÀ TiO2 PHA TẠP Fe, N, S Error! Bookmark not defined 3.1.1 Cấu trúc vật liệu qua phổ nhiễu xạ tia XError! Bookmark not defined.
3.1.2 Kết quả phổ UV- VIS Error! Bookmark not defined 3.1.3 Kết quả phổ tán xạ năng lượng EDX Error! Bookmark not defined.
3.2 KẾT QUẢ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU BENTONIT
CHỐNG Ti PHA TẠP Fe, N, S Error! Bookmark not defined 3.2.1 Kết quả phổ nhiễu xạ tia X Error! Bookmark not defined 3.2.2 Kết quả phổ UV- VIS Error! Bookmark not defined 3.2.3 Kết quả phổ tán xạ năng lượng EDX Error! Bookmark not defined 3.2.4 Xác định các nhóm chức đặc trưng bằng phổ hồng ngoại IR Error! Bookmark not defined.
3.2.5 Cấu tạo bề mặt sét hữu cơ qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined.
3.2.6 Kết quả ảnh hiển vi điện tử truyền qua HRTEMError! Bookmark not defined.
Trang 73.2.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt BET của vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450
(Bent 1) Error! Bookmark not defined.
3.2.8 Diện tích bề mặt riêng của vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450 (Bent 1)
Error! Bookmark not defined.
3.2.9 Sự phân bố kích thước các mao quản trên vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450
(Bent 1) Error! Bookmark not defined.
3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ SÉT HỮU CƠ – Ti TRONG XỬ LÍ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
Error! Bookmark not defined 3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác của vật liệu Error! Bookmark not defined.
3.3.2 Sự ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý phẩm của vật liệu TiO2-FeNS -2% và Bent/TiO2-FeNS-2% Error! Bookmark not defined 3.3.3 Khả năng xử lý phẩm trong bóng tối của vật liệuError! Bookmark not defined.
3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol S:Ti đến hoạt tính xúc tác của vật liệu Error! Bookmark not defined.
3.3.5 Sự ảnh hưởng của hàm lượng Bent đến hoạt tính xúc tác Error! Bookmark not defined.
3.3.6 Sự ảnh hưởng của lượng vật liệu xúc tác đến khả năng xử lý phẩm
màu……… ……….Error! Bookmark not defined.
3.3.7 Khả năng xử lý chất hữu cơ của xúc tác.Error! Bookmark not defined.
3.3.8 Khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm làng nghề Dương Nội- Hà
Đông………… Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.
Trang 8TÀI LIỆU THAM KHẢO 16
Hình 1.4 Sự hình thành các gốc HO• và O2
Error! Bookmark not defined.
Hình 1.5 Phản ứng quang xúc tác của TiO2 Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Doping chất bán dẫn làm giảm năng lượng vùng cấm Error! Bookmark not defined.
Hình 1.7 Sơ đồ quá trình chèn các polycation vào giữa các lớp bentonite
Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Sơ đồ quá trình nung định hình cấu trúcError! Bookmark not defined.
Hình 1.9 Sơ đồ hình thành sét chống nhôm Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp nano TiO2Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2 Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Nguyên lý của phép phân tích EDXError! Bookmark not defined.
Hình 2.4 Sự phân bố kích thước mao quản Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Đường chuẩn phẩm DB 71 Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Cấu trúc thuốc nhuộm DB 71 Error! Bookmark not defined.
Trang 9Hình 2.7 Quang phổ của đèn Compact Fluorescent 9W ở 2750K và 5000K
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1.Giản đồ XRD của mẫuTiO2-FeNS ở các nhiệt độ nung khác nhau (a)
và ở các tỷ lệ mol S:Ti khác nhau (b) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2 a) Phổ UV-VIS của TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo tỷ lệ số mol
S : Ti khác nhau Error! Bookmark not defined.
b) Năng lƣợng vùng cấm TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo các tỷ lệ số mol
S :Ti khác nhau Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3 a) Phổ UV-VIS của TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo các nhiệt
độ khác nhau Error! Bookmark not defined.
b) Năng lƣợng vùng cấm TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo các nhiệt độ
khác nhau Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4 Phổ EDX của mẫu TiO2-FeNS-450 Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5 Giản đồ XRD của mẫu Bent; Bent-TiO2-FeNS theo các tỷ lệ khác
nhau Error! Bookmark not defined Hình 3.6 a) Phổ UV-VIS của Bent chống Ti pha tạp Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
b) Năng lƣợng vùng cấm TiO2 trên Bent chống Ti pha tạpFe, N, S Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7 Phổ EDX của mẫu Bent- TiO2-FeNS-450 (Bent 1) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.8 Phổ IR của mẫu vật liệu chống Bentonite-TiO2-FeNS theo các nhiệt
độ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9 Ảnh SEM của mẫu TiO2-FeNS-450-(2%)(a; b) và mẫu Bent-TiO2
-FeNS-450 (Bent 1)(c; d) Error! Bookmark not defined.
Trang 10Hình 3.10 a); b); c) Ảnh TEM của vật liệu TiO2-FeNS-450_(2%) d); e) Ảnh TEM của vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450 (Bent 1)Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 ở 770K của mẫu Bent-TiO2-FeNS-450 (Bent 1) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.12 Sự phụ thuộc giữa p/v(po-p) và p/po của Bent-TiO2-FeNS-450
(Bent 1) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.13 Sự phân bố kích thước mao quản trên vật liệu Bent-TiO2
-FeNS-450 (Bent 1) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng xử lý phẩm màu của vật liệu TiO2-FeNS-(2%) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng xử lý phẩm màu của vật liệu Bent-TiO2-FeNS-450 (Bent 1) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16 Sự ảnh hưởng của pH đến độ chuyển hóa phẩm của TiO2
-FeNS-450-(2%) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.17 Ảnh hưởng của pH đến độ chuyển hóa phẩm của Bent-TiO2
-FeNS-450 (Bent 1) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.18 Khả năng xử lý phẩm màu DB 71 của TiO2-FeNS-450; TiO2-FeNS-450 (Bent 1) trong bóng tối và ánh sángError! Bookmark not defined.
Bent-Hình 3.19 Ảnh hưởng tỷ lệ mol Ti:S đến khả năng xử lý phẩm màu của vật
liệu Error! Bookmark not defined.
Hình 3.20 Ảnh hưởng lượng Bentonite đến hoạt tính xúc tác xử lý phẩm mầu
của vật liệu Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21 Ảnh hưởng lượng vật liệu xúc tác đến khả năng xử lý phẩm màu
Error! Bookmark not defined.
Trang 11DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Kích thước hạt TiO2 và tỷ lệ pha A/R theo tỷ lệ số mol S:Ti Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2 Kích thước hạt TiO2 và tỷ lệ pha A/R theo nhiệt độ nung mẫu
Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.3 Bước sóng hấp thụ cực đại và năng lượng Ebg của TiO2, TiO2 pha
tạp Fe, N, S Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.4 Bước sóng hấp thụ cực đại và năng lượng Ebg của TiO2, TiO2 pha
tạp Fe, N, S theo nhiệt độ Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.5 Kết quả thành phần nguyên tố của mẫu vật liệu TiO2
-FeNS-450-(2%) Error! Bookmark not defined.
Trang 12Bảng 3.6 Kích thước hạt TiO2 và tỷ lệ pha A/R theo tỷ lệ Bentonite Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.7 Kết quả thành phần nguyên tố của mẫu vật liệu Bent-TiO2
-FeNS-450(Bent 1) Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.8 Hiệu xuất xử lý phẩm màu của TiO2-FeNS nung ở các nhiệt độ
khác nhau Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.9 Hiệu xuất xử lý phẩm màu của Bent-TiO2-FeNS (Bent 1) nung
Error! Bookmark not defined Bảng 3.10 Ảnh hưởng của pH đến độ chuyển hóa phẩm DB 71 Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.11 Hiệu xuất xử lý phẩm màu của vật liệu trong điều kiện chiếu sáng
khác nhau Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.12 Hiệu xuất chuyển hóa phẩm màu của vật liệu TiO2 pha tạp FeNS
theo các tỷ lệ khác nhau Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.13 Hiệu xuất chuyển hóa phẩm màu của vật liệu Bent 0.5; Bent 1;
Bent 1.5 Error! Bookmark not defined Bảng 3.14 Hiệu xuất xử lý phẩm màu với lượng Bent 1 khác nhau Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CHỮ VIẾT TĂT
2 Bent 0.5 Vật liệu được tổng hợp với tỷ lệ 0,5g
Trang 13Bentonite:0.033 mol Ti:0.00066 mol S
13 TEM Transmission Electron Microscopy
14 TIOT Tetra Isopropyl Ortho Titanat
16 UV-VIS Ultra violet- Visible
PHỤ LỤC
Phụ lục 1.1 Phổ XRD của mẫu Bent 0.5 Error! Bookmark not defined Phụ lục 1.2 Phổ XRD của mẫu Bent 1.5 Error! Bookmark not defined Phụ lục 1.3 Phổ XRD của mẫu Bent 1.0 - 350 Error! Bookmark not defined Phụ lục 1.4 Phổ XRD của mẫu Bent 1.0 - 450 Error! Bookmark not defined
Trang 14Phụ lục 1.5 Phổ XRD của mẫu Bent 1.0 - 550 Error! Bookmark not defined
Phụ lục 1.6 Phổ XRD của mẫu TiO 2 –FeNS- 1.75% - 450Error! Bookmark not
Trang 1518
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Vũ Đình Cự và Nguyễn Xuân Chánh, (2004), "Công nghệ nano điều khiển đến
từng phân tử, nguyên tử ", Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội
2 Trương Đình Đức (2012), “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc của
Bentonite Di Linh chống bằng một số oxit kim loại (Al, Fe, Ti) được hữu cơ hóa bởi Xetyl trimetyl amoni bromua ứng dụng làm vật liệu hấp thụ đa năng”, Luận án tiến sĩ hóa học, ĐHKHTN-ĐHQGHN
3 Nguyễn Thị Kim Giang (2009), “Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng”, Luận
văn thạc sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội
4 Nguyễn Thị Lan (2004), “Chế tạo màng nano TiO2 dạng anatas và khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân hủy metylen xanh”, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại
học Bách khoa Hà Nội
5 Ngô Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê (2008), “Điều chế bột anatase kích thước
nano mét bằng cách thuỷ phân titan isopropoxit trong dung môi cloroform- nước”, Tạp chí hóa học, T.46 (2A), Tr.177-18
6 Ngô Sỹ Lương (2005),“Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình điều chế
đến kích thước hạt và cấu trúc tinh thể của TiO 2 ”, Tạp chí Khoa học, Khoa
học tự nhiên và công nghệ, ĐHQG HN, T.XXI, N.2, tr 16-22
7 Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng, Thân Văn Liên, Trần
Minh Ngọc (2009) “Nghiên cứu quy trình điều chế titan đioxit kích thước
nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh bằng phương pháp axit sunfuric Khảo sát quá trình thủy phân đồng thể dung dịch titanyt sunfat có mặt ure
để điều chế titan đioxit kích thước nanomet”, Tạp chí hóa học, T.47 (2A),
Tr.150-154
8 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình công nghệ xử lý nước
thải, NXB Khoa học Và Kỹ thuật
Trang 1619
9 Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2002), “Khử amoni trong nước và
nước thải bằng phương pháp quang hóa với xúc tác TiO 2”, Tạp chí Khoa học
và công nghệ, , Vol 40(3), tr 20-29
10 Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Thị Hoài Nam (2004), “Nghiên cứu xử lý nước
rác Nam Sơn bằng màng xúc tác TiO 2 và năng lượng mặt trời”, Tạp chí Hóa
13 Hoàng Nhâm (2005), Hóa vô cơ tập III, NXB GD, Hà Nội
14 Trần Văn Nhân (2006), Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Hóa lý - Tập
II, Nhà xuất bản Giáo dục
15 Đặng Tuyết Phương (1995), “Nghiên cứu cấu trúc, tính chất hóa lý và một
số ứng dụng của bentonit Thuận Hải ở Việt Nam”, Luận án PTS Khoa học, Viện Hóa học
16 Trần Mạnh Trí (2005), “Sử dụng năng lượng mặt trời thực hiện quá trình
quang xúc tác trên TiO 2 để xử lý nước và nước thải công nghiệp”, Tạp chí
khoa học và công nghệ, tập 43, số 2
17 Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lý và hoá lý,
T.1, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội
18 Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa
học, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
19 Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh (2002), Hóa học thuốc nhuộm, NXB
Khoa học Kỹ thuật
20 Nghiêm Bá Xuân, Mai Tuyên (2006), “Nghiên cứu cơ chế và các điều kiện
chế tạo vật liệu nano TiO 2 dạng anatase dùng làm xúc tác quang hóa”, Tạp
chí khoa học và ứng dụng, Số 6 (54)