Tải bản đầy đủ (.ppt) (30 trang)

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO TiO2 VÀO XỬ LÝ MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.03 MB, 30 trang )

1
GVHD: TS. Nguyễn Phi Hùng
ThS. Nguyễn Văn Nghĩa
SVTH: Hồ Thị Nguyệt
Khóa luận tốt nghiệp:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT
LIỆU NANO TiO
2
VÀO XỬ LÝ
MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ
TRONG NƯỚC
2
nano TiO
2
(nhiều tính chất ưu việt)
Y học
Năng lượng
Môi trường
ỨNG DỤNG
Việt Nam
Thời lượng chiếu sáng
của mặt trời cao
Nguyên liệu phong phú
Tiềm năng
ứng dụng
TiO
2
rất lớn
“Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano TiO
2
vào


xử lý một số hợp chất hữu cơ trong nước”
Ô nhiễm môi
trường nước
Vấn đề nan giải !
3
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
 Điều chế và nghiên cứu tính chất vật liệu xúc
tác quang TiO
2
.
 Pha tạp và khảo sát hoạt tính quang xúc tác
theo thời gian, hàm lượng xúc tác, loại ánh
sáng kích thích, nghiên cứu động học trên
dung dịch metyl da cam.
 Ứng dụng vào xử lý một số loại nước thải
công nghiệp và tạo xi măng chống rêu mốc.
4
NỘI DUNG CHÍNH

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị
5
Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU TiO
2
1.1.1. Cấu trúc
1.1.2. Tổng hợp
1.1.3. Biến tính
1.2. ỨNG DỤNG QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU TiO
2
1.2.1 Tính chất quang xúc tác của TiO
2
1.2.2. Ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO
2
trong
xử lý nước
6
Chương 2: THỰC NGHIỆM

Tổng hợp TiO
2
nano: phương pháp thủy nhiệt.

Tổng hợp TiO
2
pha tạp N: nghiền, trộn và nung.

Đặc trưng vật liệu: SEM, TEM, TGA, BET,
XRD, UV-Vis rắn.

Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu:
phổ UV-Vis.


Xác định COD: phương pháp Bicromat.
7
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
CỦA VẬT LIỆU
3.3. THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG CỦA TN1-3
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ CHỐNG
RÊU MỐC
8
3.1.1. Vi cấu trúc của TiO
2
3.1. ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
Hình 6. Ảnh SEM của bột TiO
2
nano
tổng hợp được nung ở 450
0
C
Dạng ống nano:
+ Đường kính: 10 nm
+ Chiều dài ống: 500 nm
Hình 7. Ảnh TEM của bột TiO
2
nano
tổng hợp được nung ở 450
0
C
Dạng ống nano vẫn tồn tại:
+ Đường kính ngoài: 10 nm

+ Đường kính trong: 6 nm
9
3.1. ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
Hình 8. Giản đồ TGA của mẫu T450
Quá trình mất nước theo
nhiệt độ
Giảm 1,157 mg
13,599%
3.1.2. Phân tích nhiệt TGA
10
3.1. ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.2. Phân tích nhiệt TGA
Hình 9. Giản đồ TGA của TN1-3
Quá trình mất nước theo
nhiệt độ
Giảm 0,332 mg
3,981%
11
3.1. ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.2. Diện tích bề mặt và tính chất xốp
Diện tích bề mặt S = 330,1191 m
2
/g
Hình 10. Đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ
N
2
ở -196
0
C của mẫu T450
12

3.1. ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.2. Diện tích bề mặt và tính chất xốp
Hình 11. Đường phân bố kích thước
mao quản của mẫu T450
Kết luận: S
bề mặt
lớn,
mao quản trung bình,
d = 20 nm
13
3.1. ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
3.1.3. Nhiễu xạ tia X và phổ UV-Vis rắn
300 400 500 600 700300 400 500 600 700
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
392,75 nm
525,32 nm
TiO
2
pha tap N
TiO
2
do hap thu
buoc song (nm)
20 30 40 50
-15

0
15
30
45
60
75
90
20 30 40 50
Cêng §é
2
θ
TiO
2
(450)
TiO
2
:N(450)
Hình 12. Giản đồ nhiễu xạ tia X của
T450 và TN1-3

Pha tạp không ảnh hưởng
cấu trúc pha tinh thể (anatase).
Hình 13. Phổ UV-Vis rắn của TiO
2

và TiO
2
tạp N
E
a

: T450 : 3,16 eV
TN1-3 : 2,36 eV
14
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
400 500 600
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
sau 60 phut
sau 90 phut
sau 30 phut
sau 120 phut
mau ban dau
mat do quang
buoc song (nm)
Hình 14. Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam theo thời gian trên xúc tác
TN1-3 dưới ánh sáng đèn halogen
Đèn halogen
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian
15
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian
400 500 600
0.0

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
sau 60 phut
sau 90 phut
sau 30 phut
sau 120 phut
mau ban dau
mat do quang
buoc song (nm)
Đèn huỳnh quang
Hình 16. Phổ UV-Vis của dung dịch metyl
da cam theo thời gian trên xúc tác TN1-3
dưới ánh sáng đèn huỳnh quang
16
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian
400 500
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
sau 20 phut
sau 60 phut

sau 90 phut
sau 30 phut
sau 10 phut
mau ban dau
mat do quang
buoc song (nm)
Hình 18. Phổ UV-Vis của dung dịch metyl
da cam theo thời gian trên xúc tác TN1-3
dưới ánh sáng mặt trời
Ánh sáng mặt trời
17
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian
Kết luận:
- Thời gian chiếu xạ càng dài thì hiệu quả xử lý
càng cao.
- Riêng đối với ánh sáng mặt trời, chỉ sau
90 phút metyl da cam đã bị xử lý hoàn toàn.
18
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
Tốc độ phản ứng phân hủy metyl da cam dưới ánh sáng mặt
trời sử dụng xúc tác TN1-3 tuân theo phương trình động học
bậc nhất với phương trình đường:

Ln = 0,0223t - 0,0326
=> t
1/2
= 32,54 phút.
0
( )

C
C
3.2.2. Động học quang xúc tác metyl da cam
19
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
4
2
5
3
6
1
1: mau ban dau
2: 0,5 mg
3: 1 mg
4: 6 mg
5: 10 mg
6: 20 mg
mat do quang
buoc song (nm)
Đèn halogen
Hình 22. Phổ UV-Vis của dung dịch
mety da cam theo hàm lượng xúc tác
TN1-3 dưới ánh sáng đèn halogen
Khả năng xử lý đạt cao

nhất tại hàm lượng TN1-3
là 1 mg dùng để xử lý 20
ml dung dịch metyl da
cam 6 mg/l
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng
20
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng
400 500
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
1: mau ban dau
2: 0,5 mg
3: 1 mg
4: 6 mg
5: 10 mg
6: 20 mg
7: 30 mg
5
4
3
2
7
1

6
mat do quang
buoc song (nm)
Đèn huỳnh quang
Hình 24. Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam theo hàm lượng xúc tác
TN1-3 dưới ánh sáng đèn huỳnh quang
Khả năng xử lý đạt cao
nhất tại hàm lượng TN1-3
là 1 mg
dùng để xử lý 20 ml dung
dịch metyl da cam 6 mg/l
21
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng
400 500
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
1: mau ban dau
2: 0,5 mg
3: 1 mg
4: 6 mg
5: 10 mg
6: 20 mg

7: 60 mg
7
6
5
4
3
2
1
mat do quang
buoc song (nm)
Hình 26. Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam theo hàm lượng xúc
tác TN1-3 dưới ánh sáng mặt trời
Đối với ánh sáng mặt
trời độ chuyển hóa tăng
khi hàm lượng xúc tác
tăng
Mặt trời
22
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
Kết luận:

-
Dưới ánh sáng mặt trời
hiệu quả quang xúc tác của
TN1-3 là tốt nhất.
-
Trong 2 nguồn sáng nhân
tạo là đèn halogen và đèn
huỳnh quang thì khả năng

quang xúc tác của vật liệu
dưới đèn huỳnh quang là
tốt hơn.
Hình 28. Phổ UV-Vis của dung dịch
metyl da cam trên xúc tác TN1-3 ở các
loại nguồn sáng kích thích khác nhau
400 450 500 550 600
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
anh sang mat troi
den huynh quang
den halogen
mau ban dau
mat do quang
buoc song (nm)
3.2.3. Ảnh hưởng của các loại kích thích
23
3.3. ỨNG DỤNG
Thời gian
(phút)
Mật độ quang
(ABS)
COD
(mg/l)

0 0.256 460
60 0,183 320
120 0,147 258
180 0,154 266
Bảng 19. Kết quả COD của nước thải lò
giết mổ gia súc qua các thời gian xử lý
Kết luận: Chỉ sau một giờ qua bộ xử lý dưới ánh sáng mặt
trời, giá trị COD đã giảm từ 460 xuống 320 mg/l tức là đã
xử lý nước thải rất ô nhiễm từ lò giết mổ về nước thải loại C.
3.3.1. Xử lý nước thải
24
3.3. ỨNG DỤNG
3.3.1. Xử lý nước thải
Thời gian
(phút)
Mật độ quang
(ABS)
COD
(mg/l)
0 0.116 201
60 0,107 175
120 0,090 153
180 0,076 118
240 0,055 80
Bảng 21. Kết quả COD của nước thải
nhà máy bia qua các thời gian xử lý
Kết luận: Sau 4 giờ trong bộ xử lý dưới ánh sáng mặt trời
đã giảm lượng COD từ 201 xuống 80, tức là đã xử lý nước
thải nhà máy bia từ tiêu chuẩn nước thải loại C sang loại B.
25

3.3. ỨNG DỤNG
3.3.2. Chống rêu mốc
Hình 33. Khay xi măng thường (có mọc rêu)
và xi măng phủ TN1-3 (không mọc rêu)
Trong cùng điều kiện
thí nghiệm, khay xi măng
thường có rong rêu mọc
xanh trong khi đó khay
phủ TN1-3 thì không có
hiện tượng gì.

Xi măng phủ TN1-3
có khả năng sát khuẩn,
chống rêu mốc.

×