Bài thuyết trình giữa kì nano 23 02 2021

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM

Bài thuyết trình giữa kì

Cơng nghệ nano ứng dụng
trong mơi trường
Tìm hiểu về nghiên cứu: Sử dụng vật liệu nano TiO2-P25 kết

VIỆN KHCN
VÀ QUẢN LÝ

hợp với Alginate và Bentonite
thơng qua q trình quang xúc tác để xử lý MB và COD trong
nước thải.
HV

: Lai Trung Quốc

MSHV: 20125451
Lớp

: CHKTMT10B

GVHD: Ts. Bùi Tấn Nghĩa

MÔI TRƯỜNG


01

Tổng quan về vật liệu Nanocompozit TiO2-BntAlg

Nội dung

02

Tổng hợp các phương pháp tổng hợp, phân
tích và đánh giá vật liệu

Bài thuyết trình
03

Ứng dụng của vật liệu TiO2-Bnt-Alg

04

So sánh hiệu quả với vật liệu khác có ứng
dụng tương tự


Add Your Pic Here

Tóm tắt bài báo
Ngày nay các phương pháp tiếp cận xanh đã trở thành một xu hướng để giải quyết
các vấn đề môi trường nước đang ô nhiễm vì thực tế là họ hồn tồn đáp ứng ba dịng
của tính bền vững, tức là, các biện pháp bảo vệ môi trường và xã hội, và kinh tế sự
phồn vinh. Trong nghiên cứu này việc kết hợp ngâm tẩm TiO2 không gia nhiệt để hấp
thụ và phân hủy các chất ơ nhiễm hịa tan trong nước. Trong bài báo này nhóm tác giả
đã đánh giá một cách tồn diện vật liệu và thực hiện cùng với việc đánh giá hiệu quả
quang xúc tác của quá trình khử màu của metylen xanh (MB) và xử lý COD từ dung

dịch nước thải. Các kết quả thu được cho thấy vật liệu Nanocompozit TiO2-Bnt-Alg có
khả năng hấp phụ/xúc tác quang trong xử lý nước thải.


1. Tổng quan về vật liệu nanocompozit TiO2-Bnt-Alg
1) Alginate (Alg) là một polysaccharide tự nhiên có

3) TiO2-P25 là Titanium dioxide (Titan dioxit) là oxit

nguồn gốc từ rong biển màu nâu. Nó là một polyme

tự nhiên của titan, cơng thức hóa học là TiO 2. Khi được

không độc hại, phân hủy sinh học axit α- Lguluronic và
axit β-D-mannuronic; axit α-L-guluronic liên kết với các
cation đa hoặc hóa trị hai tạo thành hạt hydrogel [2].

sử dụng làm chất màu, nó được gọi là titan
trắng, Pigment White 6 ( PW6 ), hoặc CI 77891;
được kết hợp giữa 70% rutile và 30% anatase [1].

Vật liệu TiO2-Bnt-Alg được tổng hợp

2) Bentonite là một loại đất sét có xu

từ 3 ngun liệu chính đó là: 1)

hướng hấp thụ và giữ nước cao, độ trương

Alginate;

nở và độ nhớt lớn.

2) Bentonite; 3) TiO2-P25

Một số vật liệu khác có liên quan như CaCl2,
Nước cất,…


TiO2BntAlg



2. Tổng hợp các phương pháp tổng hợp, phân tích và đánh giá vật liệu
Tổng hợp vật liệu

Phương pháp đánh giá

Tổng hợp vật liệu gồm các bước như Hình 1 nhưng giản lược lại

Kết quả đánh giá hiệu quả và hiệu suất của vật liệu TiO2-Bnt-

gồm 2 bước chính như sau:

Alg dựa vào phương pháp:

Bước 1: Hào tan 1g Alg trong 40 ml nước cất (3h;350v/p) sau đó

- Phương pháp đo quang UV-VIS

thêm benzonite đã ngâm 45 phút khuấy trong 3h vào

- Phương pháp tính tốn dựa vào nồng độ trước và sau xử lý

Bước 2: Nhỏ vào CaCl2 4% (w/v) và TiO2-P25 0.5% (w/ v)

để tính ra hiệu quả và hiệu suất của vật liệu quang xúc tác.

P

T

P

Phương pháp phân tích
Phân tích hình thái, kích thước:

Phân tích pHpzc, độ bền

- Chụp bằng máy ảnh kĩ thuật số để làm

nhiệt và cấu trúc của các

rõ hình dạng kích thước và sự thay đổi

nhóm chức

cấu trúc do ảnh hưởng của pH

- Chuẩn độ pH

- SEM-EDX

- Phân tích TGA/DTG
- Phân tích FTIR


Hình 1: Các bước tổng hợp hạt TiO2-Bnt-Alg
/>

Các hợp chất sinh học thu được là các hạt màu trắng có hình
dạng các vi cầu đơn tán phân với đường kính trung bình là
3,06 mm.

Ở trong thực tế, các tham số của phân bố kích thước được lấy từ xử lý
ảnh kỹ thuật số của các hạt bằng cách nhận dạng hình dạng phần mềm
(Hình ảnh J) và phân tích được thực hiện trên hơn 60 hạt để có các phép
đo chính xác.

Chúng tơi đã báo cáo trong (Hình 2) kết quả thu được
đối với hạt ướt, hình thái và đường kính trung bình của
chúng.

Nó dường như hiển nhiên rằng chúng tơi đã tạo ra các hạt hình
cầu chính xác với kích thước và đường kính đồng nhất và điều này
phản ánh việc làm chủ hoàn toàn kỹ thuật xâm nhập để chuẩn bị
hạt.


Hình 2:

Nhiều nếp đứt, lồi
lõm

a) Ảnh vi mơ SEMEDX của hạt bề mặt
TiO2-Bnt-Alg và ánh
xạ Titan của nó
b) Ảnh vi mô SEMEDX của mặt cắt
ngang của hạt tổng
hợp sinh học.

Cấu trúc tổ ong


Băng thông Biopolymer
Băng thông rộng xung quanh 3300 cm

−1

là đặc trưng của dao động kéo dãn –

O-H từ nhóm hydroxyl [29]. Bắt đầu bằng hỗn hợp Bnt-Alg, rõ ràng là đặc tính
các dải của ma trận biopolymer được mơ tả rõ ràng ở 3300 cm

−1
−1
, 1600 cm

− 1
và 1409 cm

được ký hiệu tương ứng với dao động kéo giãn của –O – H từ
nhóm hydroxyl [29], đến C–O –, và dao động kéo giãn đối xứng COO− [30].

Băng thông của Bentonite
Đất sét bentonite cho thấy điển hình dải đặc trưng hồng
ngoại của Montmorillonite [21,31]; ở 1009 cm

−1

với dao động kéo căng Si-O-Si, ở dao động 918 cm

Kết quả phân
tích FTIR

và ở dao động uốn 450 cm

−1

tương ứng
−1

Al−OH

Si-O.

Băng thông của TiO2-Bnt-Alg
Các dải tương tự của alginate và bentonite được quan sát
thấy trong trường hợp tổng hợp sinh học TiO2-Bnt-Alg với việc
−1
bổ sung các dải mới ở 1415 cm

được phân bổ cho sự dao

Đối với các nhóm chức năng điều tra mục đích, phân tích FTIR trong phạm

động kéo dài của các liên kết Ti-O-Ti.

vi 400− 4000 cm

Băng thơng TiO2
Ngồi ra, quan sát thấy vùng xung quanh 450 - 600 cm

−1

đã được thực hiện (Hình 5) minh họa FTIR quang phổ

của titan đioxit, hỗn hợp Alginat, hỗn hợp Bnt-Alg và hạt nanocompozit
−1

của sự uốn cong

Ti-O tương tự như dải băng thông của TiO2 điều này khẳng định sự có mặt của
các hạt nano TiO2 trong hạt nanocompozit TiO2-Bnt-Alg [21].

TiO2-Bnt-Alg được tổng hợp.


Sự hấp phụ sẽ giảm khi ở pH hợp sinh học) và chất hấp phụ (MB) sẽ tích điện dương và tạo lực đẩy
tĩnh điện.

Tỷ lệ trương nở trở nên nhiều hơn ….và đáng chú ý khi độ
pH >9.




Đã nói rằng, biocomposite ổn định

trên một phạm vi pH rộng => phù hợp
với việc xử lý hầu hết nước thải có pH
trung tính.



Hạt vật liệu hydrogen có độ trương

nở và đường kính phát triển ở pH >9 phù
hợp với việc phân tích đường kính các hạt
được chụp bằng kính hiển vi điện tử trước
đó.


Nhiệt độ

•
•

o
Dưới 200 C là do sự mất mát của nước.
o

Từ 200-800 C là chủ yếu là do sự phân
huỷ chất hữu cơ.

•
Alg
Alg-BNt

Alg-BNt
TiO2-Bnt-Alg

•
•

•
•

o
Mất 88% ở 600 C và phân hủy hoàn
o
toàn ở 800 C
Chỉ mất 52,1% trọng lượng
=> Bnt làm chậm quá trình phân hủy

Sự giảm trọng lượng diễn ra rõ rệt từ
o
400-600 C
Bổ sung thêm TiO2=> tăng độ bền cho
hạt do có sự liên kết giữa Ti và COO

o

o
5 C/ phút=> 600 C


Thử nghiệm rửa trôi đã

Cái này xác nhận sự tiếp xúc

chứng minh rằng chất hấp

tốt và liên kết mạnh mẽ giữa

phụ và chất xúc tác quang

biopolymer

trong tổ hợp sinh học của

nano TiO2 vì khơng quan

chúng tơi có sức hút và khả

sát thấy Ti bị rửa trơi.

và

các

năng tương thích tốt.

EBT

MB

NBB
Sau 5 chu kỳ liên tiếp tương đương
với 15 giờ chiếu xạ UV và kích động, tổ
hợp sinh học chỉ giải phóng một phần
không đáng kể TiO2 <2 ppm.

=> Đây là một yếu tố quan trọng cho phép TiO2-Bnt-Alg được tổng hợp có tính
ổn định và độ bền tốt với cường độ phân tán của nước thải.

hạt


3. Ứng dụng của vật liệu TiO2-Bnt-Alg
trong xử lý nước thải

Q trình tiến hành thí nghiệm quang xúc tác

3.1

trên vật liệu TiO2-Bnt-ALg

Sử dụng để loại bỏ nồng độ COD

Sử dụng để loại bỏ thuốc nhuộm

3.2

metylen xanh (MB)

3.3


3.1. Q trình tiến hành thí nghiệm quang xúc tác

trên vật liệu TiO2-Bnt-Alg
Bước 3:

Bước 2:

Bước 1:
Lắp đặt mơ hình quang xúc tác gồm có cốc đựng

Chuẩn bị các cốc đựng dung dịch 100ml

Cho cốc thủy tinh chứa chất ô nhiễm lên mơ hình cho 2,8g/l

dung dịch chất ơ nhiễm giả định đặt trên máy khuấy

MB, COD có nồng độ lần lượt là 170 mg/l và

vật liệu TiO2-Bnt-Alg vào, bật khuấy từ 220v/p cho hấp phụ

từ có cố định đèn UV 40W tất cả mơ hình đặt trong

320mg/l; 215mgO2/l và 436mgO2/l

trong bóng tối trong 30 phút khơng bật đèn UV sao đó tiến
hành lấy mẫu đi đo UV-VIS.

hộp kín, tối.

Bước 4:
Tiến hành bật đèn UV và lấy mẫu đem đo quang UV-VIS theo các

Bước 5:
Các mẫu MB được lấy xác định nồng độ bằng UV-VIS còn mẫu COD được

mốc thời gian 30,60,120,180 phút đối với mẫu MB cịn mẫu COD thì

xác

định

nồng

độ

thơng

qua

phương

pháp

“NF

EN

1899/NM

thực hiện theo phương pháp ở Bước 5.

ISO03.7.056”. Sau đó ghi nhận kết quả, xử lý số liệu và vẽ biểu đồ.


Cùng với đó, nhiều nghiên cứu đã được báo cáo [37,38]
khẳng định rằng hình dạng của chất xúc tác quang có trực
tiếp ảnh hưởng đến q trình phân hủy quang học: chất
xúc tác quang nhúng vào biopolyme cho hiệu suất tốt hơn
so với hạt nano riêng lẻ.

TiO2-Bnt-Alg

83% sử

88% sử

đã loại bỏ 96%

dụng hạt

COD

Alg-Bnt

dụng hạt
Alginate
TiO2 đạt
10 %

Chứng minh TiO2-Bnt-Alg loại bỏ COD cao hơn bằng cách thử nghiệm loại bỏ
COD được tiến hành trên các vật liệu khác nhau như TiO 2, Alg, và Bnt-Alg. Để loại
bỏ COD, hạt alginate (Alg) và Alginate-Bnt (Alg-Bnt) đã được thử nghiệm như chất
hấp phụ trong bóng tối. Trong khi các hạt nano TiO 2 và hạt Alg-Bnt-TiO2 được
thử nghiệm như chất xúc tác hấp phụ tích hợp (tức là hấp phụ 30 phút trong
bóng tối sau đó được chiếu xạ bằng Đèn UV).


3.2-3.3. Hiệu quả loại bỏ MB và COD của vật liệu TiO2-Bnt-Alg

a) Hấp phụ MB và COD diễn ra trong từ 30-180 phút
ở điều kiện không chiếu UV

b) Hấp phụ MB và COD diễn ra trong từ 30-180 phút
ở điều kiện có chiếu sáng UV

c) Các ion vơ cơ ảnh hưởng đến sự hấp
phụ/xúc tác quang


Các phép đo khử màu và COD cho các dung dịch MB được
xử lý với các hạt tổng hợp sinh học bằng cách hấp phụ đơn
giản

Kết quả chỉ ra rằng sự giảm các dung dịch MB ở 170

mg/l và 320 mg/l lần lượt là 84% và 85%

Việc loại bỏ COD diễn ra nhanh chóng ngay từ đầu, tỷ lệ
lần lượt là 94% và 95% đối với nồng độ 215mgO2/l và
436mgO2/l

Do đó, vật liệu tổng hợp sinh học được phát triển đã tỏ ra
rất hiệu quả để loại bỏ COD ngay cả với liều lượng lớn bằng
cách hấp phụ đơn giản.


Hấp phụ trong

Sự giảm MB

bóng tối

Khi chiếu UV =>

30 phút đầu tiên=>

MB giảm 98% cho

tạo cân bằng, thúc đẩy

cả hai nồng độ

sự liên hệ giữa CON lên
bề mặt.

Điểm nổi bật

Sự giảm COD

Trong thời gian ngắn

Khi chiếu tia UV,

có thế loại bỏ tới

COD cũng giảm rất

93% COD, vật liệu có

tốt ở 60 phút đầu

thể hoàn nguyên lại.

tiên đạt 93% cho cả
2 nồng độ tăng hiệu

Kết luận

quả so với hấp phụ
đơn lẻ.

Tóm lại việc loại bỏ MB và COD
bằng

vật

liệu

TiO2-Bnt-Agl

bằng UV đạt hiệu quả cao, minh
chứng qua biểu đồ hình 12.


a)

Các ion vô cơ ảnh hưởng
đến

hấp

phụ/

xúc

tác

quang

2+
+
+
Mg
, Na , K và
hỗn hợp các ion này

Ảnh hưởng đến hiệu suất hấp
phụ và quang xúc tác của các
hạt biocomposite.

Adsorption

Ít bị tác động
b)
Với 95% bằng cách hấp phụ
chỉ do chen chổ của CON.

Photocatalysis

Tác động mạnh
Bằng xúc tác quang ảnh
hưởng đến 70% do bám dính
cản trở trên bề mặt vật liệu.


4. So sánh hiệu quả với vật liệu khác có ứng dụng tương tự

Removal of COD and color from

Efficient removal of toxic bromothymol blue and

E

methylene blue from wastewater by polyvinyl
alcohol

livestock wastewater by the Fenton method

R

Tỷ lệ mol tối ưu của H2O2/Fe2+ là 2 tỷ lệ loại bỏ CODcr

Author: Shilpi Agarwal [4]
Loại bỏ MB bằng hấp phụ PVA đạt 61,32%

sau khi kết tủa tĩnh của bùn là 88%

/>
/>
Removal of COD from Industrial Effluent Containing

Modified mesoporous zeolite-A/reduced graphene

M

Author: HyunheeLee; MakotoShoda [6]

oxide nanocomposite for dual removal of methylene
2+ 
blue and Pb
ions from wastewater
Sử dụng 3-aminopropyl- trimethoxysilane (APTMS) để liên kết hạt
nano graphene oxit trung tính đã biến tính (MZ-A/RGO) để loại bỏ
MB đạt 98,5%
[5]

R

Indigo Dye Using Adsorption Method by Activated Carbon
Cloth: Optimization, Kinetic, and Isotherm Studies
Author: Soheil

Aber [7]

Loại bỏ COD đạt 87,5% bằng vật liệu hấp phụ bằng
lớp vải than hoạt tính
/>

Tài liệu tham khảo
1. Siow Chun Lim, Chandima Gomes and Mohd Zainal Abidin Ab Kadir, Characterizing of Bentonite with Chemical, Physical and Electrical Perspectives for
Improvement of Electrical Grounding Systems, 8 (2013) 11429 – 11447.

2.

Noha A. Elessawy , Marwa H. Gouda , Mohamed S. Elnouby, Hoda F. Zahran , Aly Hashim, Mona M. Abd El-Latif and Diogo M. F. Santos, Novel Sodium

Alginate/Polyvinylpyrrolidone/TiO2 Nanocomposite for Efficient Removal of Cationic Dye from Aqueous Solution, Appl. Sci. 2021, 11, 9186.
/>3. Soulaima Chkirida , Nadia Zari , Redouane Achour , Hicham Hassoune , Adil Lachehab , Abou el kacem Qaiss , Rachid Bouhfid, Highly synergic
adsorption/photocatalytic

efficiency

of

Alginate/Bentonite

impregnated

TiO 2

beads

for

wastewater

treatment,

16

February

2021,

/>4. Shilpi Agarwal, Hamidreza Sadegh, Majid Monajjemi, Abdel Salam Hamdy, Gomaa A.M. Ali, Amir O.H. Memar, Ramin Shahryari-ghoshekandi, Inderjeet Tyagi, Vinod
Kumar Gupta,

Efficient removal of toxic bromothymol blue and methylene blue from wastewater by polyvinyl alcohol, 16 February 2016,

/>5. Mohamed A. Farghali, Mohamed M. Abo-Aly, Taher A. Salaheldin, Modified mesoporous zeolite-A/reduced graphene oxide nanocomposite for dual removal of
methylene blue and Pb

6.

Hyunhee

Lee,

2+ 
ions from wastewater, 24 January 2021, />
Makoto

Shoda,

Removal

of

COD

and

color

from

livestock

wastewater

by

the

Fenton

method,,

24

September

2007,

/>
7.

S. Aber and M. Sheydaei , Removal of COD from Industrial Effluent Containing Indigo Dye Using Adsorption Method by Activated Carbon Cloth:

Optimization,

Kinetic,

and

Isotherm

Studies,

May

13,

2011,

/>

Thank You

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI!!!