Nghiên cứu khả năng hấp phụ và quang xúc tác của vật liệu nano composite của zno trên chất mang có nguồn gốc tự nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------

BÙI THỊ THOAN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG XÚC TÁC
CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOSITE CỦA ZnO TRÊN CHẤT MANG
CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

BÙI THỊ THOAN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG XÚC TÁC
CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOSITE CỦA ZnO TRÊN CHẤT MANG
CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN
Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS. TS. Nguyễn Đình Bảng

Hà Nội - Năm 2015

2


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.
TS. Nguyễn Đình Bảng - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã giao
đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận
văn.
Với lòng biế t ơn sâu sắ c, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn
Minh Phƣơng đã nhiê ̣t tiǹ h giúp đỡ , cho em những kiế n thức quý báu trong quá
trình thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầ y , cô trong phòng thí nghiê ̣m Hóa Môi
Trường đã tâ ̣n tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suố t thời gian làm viê ̣c ta ̣i phòng
thí nghiệm.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn
bè đã luôn bên cạnh động viên tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận
văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2015
Học viên

Bùi Thị Thoan

3

MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của nền kinh tế - xã hội, vấn đề ô nhiễm môi trường nước,
đặc biệt là sự ô nhiễm bởi các chất hữu cơ đang ngày càng trở nên nghiêm trọng.
Các nhóm chất hữu cơ ô nhiễm rất đa dạng, tuỳ thuộc vào nguồn thải. Trong đó,
nhóm các hợp chất màu hữu cơ từ quá trình dệt nhuộm và nhóm các hoá chất bảo vệ
thực vật từ hoạt động nông nghiệp, pha chế trong công nghiệp hoá chất đang là
những đối tượng đang được quan tâm xử lý.
Trong những năm gần đây, việc sử dụng quang xúc tác bán dẫn để ứng dụng
trong xử lý các hợp chất hữu cơ đã thu được những thành tựu đáng kể. Một số chất
bán dẫn dạng nano đã được nghiên cứu sử dụng làm chất xúc tác quang như như
TiO2, ZnO, CdS, Fe2O3,… Vật liệu bán dẫn cấu trúc nano có khả năng tạo ra các
gốc tự do có tính oxy hóa mạnh đang thu hút sự quan tâm trong lĩnh vực nghiên cứu
cơ bản và ứng dụng. Vật liệu ZnO nano hiện nay đang được nhiều nhà khoa học
quan tâm do những đặc tính vật lý mới mà vật liệu khối không có được, trong đó có
đặc tính quang xúc tác. ZnO là chất bán dẫn thuộc loại AIIBVI, có vùng cấm rộng ở
nhiệt độ phòng cỡ 3,2 eV, theo một số kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy, so với
các chất xúc tác quang khác, ZnO nano thể hiện ưu điểm vượt trội do giá thành
thấp, hiệu năng xúc tác quang cao, dễ điều chế và thân thiện với môi trường.
Bentonit là khoáng sét sẵn có và rẻ tiền ở Việt Nam, có cấu trúc lớp thuộc họ
vật liệu mao quản trung bình, có khả năng hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ có kích
thước lớn, cồng kềnh. Việc sử dụng Bentonit làm pha nền cho vật liệu nano
composite của ZnO có thể tận dụng được khả năng lưu giữ tốt các tác nhân ô nhiễm
cũng như tâm hoạt động xúc tác, từ đó giúp nâng cao hiệu quả xúc tác.
Chính vì vậy, trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu tổng hợp và khảo sát
khả năng hấp phụ và hoạt tính xúc tác của vật liệu nano composite ZnO/Bentonit
đối với các hợp chất hữu cơ khác nhau.

4

5


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Vũ Xuân Bách & nhóm nghiên cứu (2003), Đánh giá tiềm năng và giá trị sử
dụng một số khoáng chất công nghiệp diatomit, bentonit, zeolit, kaolin ở
Nam Trung Bộ và Tây Nguyên phục vụ sản xuất công nghiệp - nông nghiệp
và xử lý môi trường, Lưu trữ địa chất, Hà Nội.
2. Nguyễn Mạnh Chinh (2012), Cẩm nang thuốc bảo vệ thực vật, NXB Nông
nghiệp, Hà Nội.
3. Nguyễn Tuấn Khanh (2010), Đánh giá ảnh hưởng của sử dụng hóa chất bảo vệ thực
vật đến sức khỏe người chuyên canh chè tại Thái Nguyên và hiệu quả của các
biện pháp can thiệp, Luận án tiến sỹ y học, Trường ĐH Thái Nguyên.
4. Hoàng Nhâm (1994), Hóa học vô cơ (tập 1, 2, 3), NXB Giáo dục, Hà Nội.
5. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải,
NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
6. 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 Phó Tiến sĩ khoa học,
Viện Hóa học, Hà Nội.
7. Bùi Văn Thắng và nhóm nghiên cứu (2011), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu
bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ photpho trong nước, Báo cáo tổng kết
đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ, Bộ giáo dục và đào tạo – Trường đại
học Đồng Tháp.
8. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2005), Các quá trình oxi hóa nâng cao trong
xử lý nước và nước thải - Cơ sở khoa học và ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ
thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
9. Agnieszka Kołodziejczak-Radzimska and Teofil Jesionowski (2014), “Zinc
Oxide - From Synthesis to Application: A Review”, Materials, 7, pp. 2833 2881

6


10. C. Barbarian (2006), “Photocatalytic degradation of organic contaminants in
water by ZnO nanoparticles: Revisited”, Applied Catalysis A: General, 304,
pp. 55 - 61.
11. Cerovic Lj.S. et al (2007), “Point of zero charge of different carbides”,
Colloids and surfaces A, 297, pp. 1 – 6.
12. V. A. Coleman and C. Jagadish (2006), “Basic Properties and Applications
of ZnO”, Zinc Oxide Bulk, Thin Films and Nanostructures, Chapter 1,
Elsevier Limited.
13. N.Daneshvar, D.Salari ,A.R.Khataee (2004), “Photocatalytic degradation of azo
dye acid red14 in water on ZnO as an alternative catalyst toTiO2”, Journal of
Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, 162, pp. 317 – 322.
14. N. Daneshvar, M.H. Rasoulifard, A.R. Instead, F. Modernization (2007),
“Removal of C.I. Acid Orange 7 from aqueous solution by UV irradiation in
the presence of ZnO manpower”, Journal of Hazardous Materials, 143, pp.
95 - 101.
15. L.N. Dem'yanets, L.E. Li, T.G. Uvarova (2006), “Zinc oxide: Hydrothermal
growth of nano- and bulk crystals and their luminescent properties”, Journal
of Materials Science, 41(5), pp. 1439 - 1444.
16. Hadj Benhemal, Messaoud Chaib, Thierry Salmon, Je´re´my Geens, Ange´lique
Leonard, Ste´phanie D. Lambert, Michel Crine, Benoiˆt Heinrichs (2013),
“Photocatalytic degradation of phenol and benzoic acid using zinc oxide
powders prepared by the sol – gel process”, Alexandria Engineering Journal,
52, pp. 517 – 523.
17. Is Fatimah, Shaobin Wang, Dessy Wulandari (2011), “ZnO/montmorillonite for
photocatalytic and photochemical degradation of methylene blue”, Applied
Clay Science, 53, pp. 553 - 560.

18. Katerˇina Mamulová Kutláková, Jonásˇ Tokarsky´, Pavlína Peikertová
(2 01 5 ), “ Functional and eco-friendly nanocomposite kaolinite/ZnO

7


with

high

photocatalytic

activity”,

Applied

Catalysis

B:

Environmental, 162, pp. 392–400.
19. Kian Mun Lee, Chin Wei Lai, Koh Sing Ngai, Joon Ching Juan (2015), “Recent
Developments of Zinc Oxide Based Photocatalyst in Water Treatment
Technology: A Review”, Water Research, 88, pp. 428 – 448.
20. Li, P., Wei, Y., Liu, H., Wang, X.K (2005), “Growth of well-defined ZnO
microparticles with additives from aqqueous solution”, J. Solid State Chem,
178, pp. 855 – 860.
21. SamuelHongShenChan, TaYeongWu, JoonChingJuan and CheeYangTeh
(2011),

“Recent

developments

of

metal

oxide

semiconductors

as

photocatalysts in advanced oxidation processes (AOPs) fo rtreatment of dye
waste-water”, J Chem Technol Biotechnol, 86, pp. 1130 – 1158.
22. Satish Meshram, Rohan Limaye, Shailesh Ghodke, Shachi Nigam, Shirish
Sonawane, Rajeev Chikate (2011), “Continuous flow photocatalys reactor
using ZnO – Bentonit nanocomposite for degradation of phenol”, Chemical
Engineering Journal, 172, pp 1008 – 1015.
23. Shiding Miao, Zhimin Liu, Buxing Han, Haowen Yang, Zhenjiang Miao,
Zhenyu Sun (2006), “Synthesis and characterization of ZnS-montmoiollonite
nanocomposites and their application for degrading eosin B”, Journal of
Colloid and Interface Science, 301, pp. 116 – 122.
24. Tomašević Anđelka, Đaja Jelena, Petrović Slobodan, Kiss Ernő E., Mijin Dušan
(2009), “A study of the photocatalytic degradation of Methomyl by UV
light”, Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly , 15(1), pp.
17 – 19.

8