NGHIÊN cứu xử lý PHẨM NHUỘM TRONG nước BẲNG vật LIỆU TITAN OXIT và một số KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP MANG TRÊN CHẤT MANG SEPIOLITE

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

HÁN THỊ PHƯƠNG NGA

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM NHUỘM TRONG NƯỚC
BẲNG VẬT LIỆU TITAN OXIT VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI
CHUYỂN TIẾP MANG TRÊN CHẤT MANG SEPIOLITE
Chuyên ngành : Hóa Môi trường
Mã số

: 62440120

DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Nguyễn Tiến Thảo
2. GS. TS. Nguyễn Văn Nội

HÀ NỘI – 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả được đưa ra trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử
dụng và chưa từng công bố trong bất kì công trình nào khác.
Tác giả

Hán Thị Phương Nga

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Nguyễn Tiến Thảo và
GS.TS Nguyễn Văn Nội đã hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong
quá trình thực hiện luận án.
Tôi chân thành cảm ơn các thầy, cô và các anh chị ở Bộ môn Hóa học Dầu mỏ
và phòng thí nghiệm Hóa Môi trường, Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên đã chỉ bảo, cũng như tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình hoàn thành
luận án. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô Phòng thí nghiệm Hóa Môi trường đã
giúp đỡ và hướng dẫn tôi thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn
ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian thực hiện
luận án này.
Hà Nội, ngày 01 tháng 07 năm 2019


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Việt

Tiếng Anh

BET

Phương pháp đo diện tích bề mặt
riêng BET

Brunauer - Emmett - Teller

H2O2

Hiđro peoxit (30% trong nước)

HT

Hydrotalcite

Hydrotalcite

COD

Nhu cầu oxi hóa học

Chemical oxygen demand

LDHs

Vật liệu hai lớp hydroxit

Layer double hydroxit

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

Scanning electron microscope

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

Transmision Electronic
Microscopy

TOC

Tổng lượng các bon hữu cơ

Total Organic Carbon

UV-VIS

Quang phổ hấp thụ phân tử

Ultraviolet Visible Spetrocopy

UV

Bức xạ tử ngoại

Ultra violet radiation

RhB

Rhodamine B

Rhodamine B

XRD

Phổ nhiễu xạ tia X

X - ray diffraction

SEM

Ảnh hiển vi điện tử quét

Scanning Electron Microscope

TEM

Ảnh hiển vi điện tử truyền qua

Transmission electron microscopy


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẦN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................3
1.1 PHẨM NHUỘM VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA PHẦM MẦU.........................................................3
1.1.1 Phẩm màu rhodamine B.......................................................................................................4
1.1.2 Ô nhiễm nước thải chứa phẩm màu và phương pháp xử lý...............................................6
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM MẦU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC.....................10
1.2.1 Trên thế giới........................................................................................................................10
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước......................................................................................12
1.3.VẬT LIỆU XÚC TÁC TITAN TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI.................................................................15
1.3.1 Titan(IV) oxit.......................................................................................................................15
1.3.2 Vật liệu phức hợp chứa titan hydroxit...............................................................................18

1.3.2 Đặc điểm cấu trúc của vật liệu hydroxit song lớp..............................................................20
1.4 GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MANG SEPIOLITE.....................................................................................22
1.4.1 Đặc điểm của sepiolite.......................................................................................................23
1.4.2 Tính chất của sepiolite........................................................................................................25
1.5 ỨNG DỤNG SEPIOLITE TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI....................................................................27
1.5.1 Ứng dụng làm xúc tác.........................................................................................................27
1.5.2. Ứng dụng làm chất hấp phụ xử lý nước thải....................................................................29

Chương II: THỰC NGHIỆM.......................................................................31
2.1 HÓA CHẤT...................................................................................................................................31
2.2 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC CHỨA TITAN................................................................................................31
2.2.1 Tổng hợp hợp xúc tác chứa titan đioxit trên chất mang sepiolite....................................31
2.2.2 Tổng hợp xúc tác phức hợp titan – kẽm hydroxit trên chất mang sepiolite.....................32
2.3 NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC..........................................................................................33
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD)........................................................33
2.3.2 Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDS)......................................................................35
2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)................................................................................36
2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)..........................................................................36
2.3.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)................................................................37


2.3.6 Phương pháp hấp phụ - giải hấp phụ (BET).......................................................................37
2.3.7 Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis)...................................................................38
2.4 THỰC NGHIỆM XỬ LÝ PHẨM MẦU RHODAMINE B TRONG NƯỚC..........................................38
2.4.1 Hấp phụ rhodamine B trên xúc tác....................................................................................38
2.4.2 Oxi hóa rhodamine B bằng oxi không khí..........................................................................39
2.4.3 Oxi hóa rhodamine B bằng H2O2.......................................................................................39
2.5 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ RHODAMINE B..........................................39
2.5.1. Nguyên tắc.........................................................................................................................39
2.5.2 Xây dựng đường chuẩn......................................................................................................41

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................43
3.1 DÃY XÚC TÁC THỨ NHẤT: TITAN OXIT/SEPIOLITE......................................................................43
3.1.1 Nghiên cứu đặc trưng xúc tác............................................................................................43
3.1.2 Khả năng xử lý phẩm mầu rhodamine B trong nước trên TiO2/sepiolite........................48
3.2 DÃY XÚC TÁC THỨ HAI: PHỨC HỢP TITAN HYDROXIT...............................................................52
3.2.1 Hệ xúc tác titan-kẽm hydroxit............................................................................................53
3.2.2 Oxi hóa rhodamine B trên xúc tác phức hợp titan – kẽm hydroxit...................................61
3.3 DÃY XÚC TÁC PHỨC HỢP OXIT TITAN-KẼM/SEPIOLITE.............................................................77
3.3.1 Tổng hợp và đặc trưng dãy xúc tác phức hợp Ti-Zn-OH/sepiolite....................................77
3.3.2 Oxi hóa rhodamine B trên xúc tác phức hợp titan – kẽm/sepiolite..................................81

KẾT LUẬN....................................................................................................90
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.......92
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................1

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thế oxi hóa của một số cặp oxi hóa/khử......................................12
Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng...........................................................................31


Bảng 2.2 Thành phần từng mẫu xúc tác thứ hai........................................32
Bảng 2.3 Dãy xúc tác thứ ba titan-kẽm/sepiolite........................................33
Bảng 3.1 Công thức dự kiến của các mẫu xúc tác kẽm-titan hydroxit.....53
Bảng 3.2 Các thông số mạng tinh thể của các mẫu Zn-Ti hydroxit..........54
Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý RhB trên xúc tác Ti-Zn-OH/sepiolite................85


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Công thức cấu tạo của rhodamine B..............................................4

Hình 1.2 Cấu trúc mạng của các dạng thù hình tinh thể TiO2.................16
Hình 1.3 Cơ chế phản ứng quang hóa của TiO2 với oxi và nước.............17
Hình 1.4 Cơ chế oxi hóa quang xúc tác các hợp chất hữu cơ trên xúc tác
Ti- hydroxit....................................................................................................20
Hình 1.5 Cấu tạo của vật liệu 2 lớp hydroxit - LDHs.................................21
Hình 1.6 Cấu trúc của chấp mang sepiolite................................................23
Hình 1.7 (A) cấu trúc tinh thể của sepiolite, (B) cấu trúc sợi của sepiolite
với các kênh mở và rãnh , (C) cấu trúc của sepiolite chiếu lên mặt phẳng
(001)................................................................................................................24
Hình 2.1 Hình các mặt phản xạ trong nhiễu xạ tia X.................................34
Hình 2.2 Đồ thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo nồng độ
Rhodamine B.................................................................................................41
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu xúc tác TiO2/sepiolite............44
Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của sepiolite và 2%TiO2/sepiolite.....................45
Hình 3.3 Phổ UV-vis của mẫu xúc tác x%TiO2/sepiolite..........................46
Hình 3.4 Ảnh SEM của 2 mẫu xúc tác TiO2/sepiolite................................46
Hình 3.5 Phổ tán sắc tia X của mẫu xúc tác TiO2/sepiolite.......................47
Hình 3.6 Dữ liệu hấp phụ rhodamine B trên chất mang sepiolite theo
Langmuir........................................................................................................49
Hình 3.7 Hoạt tính xúc tác TiO2/sepiolite với phảm ứng oxi hóa RhB
bằng oxi không khí (20 mg/L of RhB, 0.30 xúc tác, nhiệt độ phòng, ánh
sáng phòng thí nghiệm).................................................................................50


Hình 3.8 Phổ hấp thụ UV-vis của RhB trong quá trình xử lý với oxi
không khí trên xúc tác TiO2 (20 mg/L of RhB, 0,30 xúc tác, nhiệt độ
phòng, ánh sáng phòng thí nghiệm).............................................................50
Hình 3.9 Hoạt tính xúc tác TiO2/sepiolite với phảm ứng oxi hóa RhB
bằng H2O2 (20 mg/L of RhB, 0,30 xúc tác, nhiệt độ phòng, ánh sáng
phòng thí nghiệm)..........................................................................................52

Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X của dãy xúc tác phức hợp titan-kẽm
hydroxit với tỉ lệ Ti/Zn khác nhau...............................................................54
Hình 3.11 Kết quả phổ UV-Vis chất rắn các mẫu Zn-Ti hydroxit............56
Hình 3.12 Phổ hồng ngoại của dãy xúc tác phức hợp titan-kẽm hydroxit
với tỉ lệ Ti/Zn khác nhau...............................................................................57
Hình 3.13 Ảnh SEM (A-C) và ảnh TEM (D) của xúc tác titan-kẽm
hydroxit..........................................................................................................58
Hình 3.14 Phổ EDS của các mẫu vật liệu titan – kẽm hydroxit................59
Hình 3.15 Đường hấp phụ - giải hấp nitơ của 2 mẫu xúc tác....................60
Hình 3.16 Dữ liệu hấp phụ rhodamine B trên 2Ti-5Zn theo hấp phụ
Langmuir........................................................................................................62
Hình 3.17 Phản ứng oxi hóa mất mầu rhodamine B trong điều kiện chiếu
sáng và bóng tối trên các xúc tác tổng hợp (20 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác,
nhiệt độ phòng, pH = 6)................................................................................63
Hình 3.18 Phổ UV-vis của dung dịch RhB trong quá trình phản ứng oxi
hóa mất mầu RhB bằng oxi không khí mẫu trắng (không có xúc tác)
trong điều kiện chiếu sáng (20 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng,
pH = 6)............................................................................................................64
Hình 3.19 Phổ UV-vis của dung dịch RhB trong quá trình phản ứng oxi
hóa mất mầu RhB bằng oxi không khí trên mẫu xúc tác 1Ti-5Zn trong


điều kiện chiếu sáng (20 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng, pH = 6)
.........................................................................................................................65
Hình 3.20 Ảnh hưởng của tỉ lệ Ti/Zn đến hoạt tính xúc tác Ti-Zn hydroxit
đối với phản ứng oxi hóa mất mầu rhodamine B trong điều kiện chiếu
sáng (20 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng, pH = 6).......................66
Hình 3.21 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến độ mất mầu RhB trên
xúc tác 0,5Ti-5Zn trong điều kiện chiếu sáng (20 mg/L RhB, nhiệt độ
phòng, pH = 6)...............................................................................................68

Hình 3.22 Ảnh hưởng của nồng độ RhB ban đầu đến hoạt tính xúc tác
0,5Ti-5Zn trong điều kiện chiếu sáng (0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng, pH =
6)......................................................................................................................69
Hình 3.23 Ảnh hưởng của pH dung dịch phản ứng đến độ mất mầu RhB
trên xúc tác 1Ti-5Zn trong điều kiện chiếu sáng (20 mg/L RhB, 0,3 g xúc
tác, nhiệt độ phòng, pH = 6).........................................................................70
Hình 3.24 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hoạt tính xúc tác quang
phân hủy rhodamine B trong nước trên xúc tác 1Ti-5Zn (20 mg/L RhB,
0,3 g xúc tác, pH = 6).....................................................................................71
Hình 3.25 Phổ UV-vis của RhB trong nước thay đổi theo thời gian xử lý
với xúc tác 1Ti-5Zn ở nhiệt độ phản ứng 45oC (20 mg/L RhB, 0,3 g xúc
tác, pH = 6).....................................................................................................72
Hình 3.26 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu xúc tác titan – kẽm
hydroxit sau khi nung ở 450oC trong không khí........................................73
Hình 3.27 So sánh hoạt tính của xúc tác trước và sau nung với phản ứng
oxi hóa mất mầu RhB trong nước (20 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, pH = 6).74
Hình 3.28 Phổ Uv-vis của rhodamine B trong nước thay đổi theo thời
gian xử lý với xúc tác 1Ti-5Zn sau khi nung ở 450oC (20 mg/L RhB, 0,3 g
xúc tác, pH = 6)..............................................................................................75


Hình 3.29 Kết quả xử lý rhodamine B trên xúc tác Ti-Zn sau khi tái sử
dụng (20 mg/L, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng, pH = 6)..............................76
Hình 3.30 Giản đồ nhiễu xạ tia X các mẫu xúc tác Ti-Zn/sepiolite..........77
Hình 3.31 Đường hấp phụ - giải hấp nitơ của 3 mẫu vật liệu xúc tác......78
Hình 3.32 Ảnh SEM của hai mẫu xúc tác MTS-10 và MTS-15................79
Hình 3.33 Ảnh TEM của hai mẫu xúc tác MTS-10 và MTS-15................80
Hình 3.34 Phổ tán sắc năng lượng tia X của hai mẫu MTS-10 và MTS-15
.........................................................................................................................81
Hình 3.35 Dữ liệu hấp phụ RhB trên 3 mẫu xúc tác theo hấp phụ

Langmuir........................................................................................................82
Hình 3.36 Hoạt tính xúc tác MTS-10 trong điều kiện chiếu xạ và bóng tối
đối với sự mất mầu RhB (100 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng,
tác nhân oxi không khí, pH = 6)...................................................................83
Hình 3.37 Phổ Uv-vis của rhodamine B trong nước thay đổi theo thời
gian xử lý với xúc tác MTS-10 dưới anh sáng (A) và bóng tối (B) (100
mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, tác nhân oxi không khí, pH = 6)........................84
Hình 3.38 Ảnh hưởng của hàm lượng titan-kẽm hydroxit mang trên chất
mang đến sự mất mầu RhB (100 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng,
tác nhân oxi không khí, pH = 6, chiếu sáng bằng bóng đèn 20 W)...........85
Hình 3.39 Ảnh hưởng của lượng xúc tác MTS-10 (A) và MST-15 (B) đến
sự mất mầu RhB (100 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng, pH = 6,
tác nhân oxi không khí, chiếu sáng bằng bóng đèn 20 W).........................86
Hình 3.40 Ảnh hưởng nồng độ RhB ban đầu đến hoạt tính xúc tác MTS15 (0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng, pH = 6, tác nhân oxi không khí, chiếu
sáng bằng bóng đèn 20 W)............................................................................87


Hình 3.41 Ảnh hưởng của pH dung dịch phản ứng đến hoạt tính xúc tác
MTS-10 (100 mg/L RhB, 0,3 g xúc tác, nhiệt độ phòng, pH = 6, tác nhân
oxi không khí, chiếu sáng bằng bóng đèn 20 W)........................................88


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu là vấn đề nóng mang tính
toàn cầu chứ không giới hạn trong biên giới của một quốc gia nào. Cùng với sự phát
triển công nghiệp và quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh ở Việt nam khiến cho nước
thải công nghiệp, dân sinh đã và đang gây ra ô nhiễm môi trường nước nếu như
không được xử lý thận trọng. Cũng như các nước đang phát triển khác, vấn đề ô
nhiễm môi trường ở Việt Nam chưa được quan tâm đúng mực từ khâu lập kế hoạch,
thiết kế quy trình vận hành sản xuất, hậu xử lý nước thải, khí thải. Bài học nước thải

của khu tổ hợp công nghiệp thép Formusa (Hà Tĩnh) năm 2016 là minh chứng rõ
nét về cảnh báo ô nhiễm nước thải ở Việt Nam trong thời gian gần đây. Thực tế cho
thấy, quá trình công nghiệp hóa và thương mại hóa mang lại cho ngành công nghiệp
dệt may của Việt Nam kim ngạch xuất khẩu lớn trong thời gian gần đây. Bên cạnh
sự phát triển mạnh của ngành dệt may thì tác hại môi trường nước mà ngành này
mang lại cũng không phải là nhỏ. Nước thải của ngành dệt không chỉ có màu sắc mà
những thuốc nhuộm dư thừa và sản phẩm phân huỷ từ chúng trong nước thải rất độc
hại đối với cơ thể sống và hệ sinh thái tự nhiên. Chính vì vậy hiện nay Chính phủ
nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam rất quan tâm đến vấn đề xử lý nước thải
của ngành công nghiệp. Nhiều quay trình xử lý truyền thống như: lắng, lọc, keo tụ,
tuyển nổi, vi sinh có thể không xử lý triệt để được nước thải dệt nhuộm thời gian
qua . Do đó, đã có rất nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước để xử lý nước thải dệt
nhuộm mặc dù mức độ khả thi của các quá trình này vẫn còn đang bàn thảo. Gần
đây các phản ứng oxi hóa tăng cường đang được quan tâm nghiên cứu để xử lý triệt
để nước thải dệt nhuộm.
Hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học quan tâm là các vật liệu xúc
tác dị thể bởi các đặc điểm dễ dàng tách thu hồi xúc tác sau phản ứng. Để tăng mức
độ mất màu, các xúc tác kim loại chuyển tiếp đang được nghiên cứu nhiều trong

1


thời gian gần đây . Bên cạnh đó, việc sử dụng các tác nhân oxi hóa thân thiện môi
trường như: oxi không khí, dung dịch hydro peroxit cũng được quan tâm nhiều hơn
trong quá trình lựa chọn công nghệ xử lý nước thải. Trong số xúc tác dị thể sử dụng
đã được biết đến, hệ vật liệu chứa sắt trên cơ sở kế thừa hệ xúc tác Fenton hay xúc
tác titan ứng dụng tính chất quang hóa, hệ vật liệu chứa kẽm dựa trên tính chất bán
dẫn là được chú ý nhiều hơn cả trong thời gian qua.
Với mục đích xử lý hiệu quả phẩm mầu trong nước, điển hình là rhodamine B
trong nước thải của ngành công nghiệp dệt may, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu

phát triển hệ xúc tác phức hợp chứa titan và các kim loại chuyển tiếp khác phân tán
trên chất mang có diện tích bề mặt lớn để thực hiện quá trình oxy hóa rhodamine B
trong nước. Do đó, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý
phẩm nhuộm trong nước bằng vật liệu oxit titan và một số kim loại chuyển tiếp
mang trên chất mang sepiolite”.

2


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẦN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 PHẨM NHUỘM VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA PHẦM MẦU
Phẩm nhuộm hữu cơ ra đời gắn liền với ngành công nghiệp dệt may ngay từ
những ngày đầu tiên con người sản xuất tơ sợi. Khoảng năm 2600 trước Công
nguyên thuốc nhuộm đã được sử dụng ở Trung Quốc. Từ những năm 200 trước
Công nguyên nghề nhuộm đã phát triển rất mạnh ở Ai Cập. Những loại thuốc
nhuộm đầu tiên có nguồn gốc từ động vật và thực vật dễ dàng phân hủy trong nước.
Đến thế kỷ 17 con người mới bắt đầu tạo ra được những loại phẩm nhuộm
tổng hợp đầu tiên. Năm 1630, Drebbel, nhà hoá học người Hà Lan điều chế được
một loại phẩm nhuộm màu đỏ chiết từ một loại côn trùng kết hợp với kim loại thiếc.
Tuy nhiên loại phẩm màu hoá học được biết đến sớm nhất là phẩm màu xanh Pruss,
tạo ra khi cho muối sắt(III) tác dụng với phức kali feroxianua (K 4[Fe(CN)6]). Năm
1834 Runge, nhà hoá học Đức khi chưng cất hắc ín đã phát hiện một màu xanh
sáng, đây là tiền đề khoa học đầu tiên để 22 năm sau chúng ta biết anilin là một
thành phần cơ bản của thuốc nhuộm.
Đến giữa thế kỷ 19, con người mới bắt đầu tổng hợp được nhiều loại phẩm
nhuộm khác nhau dựa theo các hợp chất mầu có sẵn trong tự nhiên. Loại thuốc
nhuộm đầu tiên có “màu hoa cà” (anilin) do William Herry Perkin (người Anh)
tổng hợp được trong khi đang nghiên cứu chữa trị bệnh sốt rét và đưa ông trở
thành ông tổ của ngành phẩm mầu dệt nhuộm sơ khai. Trong những thập kỷ sau
này, nhiều loại phẩm nhuộm đã được tổng hợp, trong đó, thuốc nhuộm azo là

nhiều nhất và cũng là nhóm phẩm nhuộm quan trọng nhất. Thuốc nhuộm azo
bắt đầu được sản xuất từ năm 1859, khi P. Griess (người Đức) tìm ra cơ chế
phản ứng azo hóa các hợp chất azo . Từ đây, ngành công nghệ may mặc, dệt lụa
mở ra trang mới với những sản phẩm dệt may, thêu vá trở nên phong phú hơn.
Cùng với đó là lượng thuốc nhuộm tự nhiên cũng như tổng hợp được sử dụng

3


ngày càng rộng rãi hơn. Một trong những phẩm mầu hữu cơ được dùng từ rất
sớm đó chính là phẩm mầu rhodamine B.
1.1.1 Phẩm màu rhodamine B
a) Công thức hóa học
Rhodamine B (viết tắt là RhB) được biết là phẩm mầu hữu cơ để nhuộm hồng
các chất sợi của ngành công nghiệp dệt may. Công thức phân tử của rhodamine B là
C28H31ClN2O3, phân tử khối là 479,02 g/mol . Công thức cấu tạo của rhodamine B
như sau:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của rhodamine B
Tên IUPAC của rhodamine B là: [9-(2-carboxyphenyl)-6-diethylamino-3xanthenylidene]-diethylammonium chloride. Từ hình 1.1 chúng ta thấy phẩm mầu
rhodamine B có 3 hợp phần chính: các nhóm chức, các nhóm N-ethyl và cấu trúc
các vòng thơm liên hợp. Đây đều là những hợp phần bền của hóa học hữu cơ và khó
bị phân hủy ở điều kiện thường. Do đó, nếu tồn dư rhodamine B trong nước thải sẽ
khó bị phân hủy tự nhiên và chúng ta cần phải sử dụng các biện pháp xử lý mạnh
nhằm loại bỏ hợp chất này trong nước trước khi thải vào môi trường dân sinh.
b) Tính chất vật lý
Rhodamin B là những tinh thể màu tối có ánh xanh hay ở dạng bột màu nâu
đỏ. Nhiệt độ nóng chảy khoảng từ 21 đến 211 oC. Hợp chất này được xem như là
thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại, tan tốt trong methanol, ethanol, nước (khoảng 50

4


g/L). Trong điều kiện tự nhiên, rhodamine B tồn tại lâu dài trong nước và khó phân
hủy bởi các tác nhân sinh hóa. Rhodamine B tan trong dung dịch nước và rượu
etylic có màu đỏ ánh xanh nhạt phát huỳnh quang màu đỏ mạnh, đặc biệt rõ trong
các dung dịch loãng. Dung dịch rhodamine B hấp thụ cực đại với ánh sáng có λ
trong giải từ 554 đến 300 nm. Tuy nhiên, độ tan của rhodamine B trong axit acetic
có thể đạt đến 30% thể tích, tương đương khoảng 400 g/L. Dung dịch rhodamine B
hấp phụ trên nhựa nên chỉ có thể lưu giữ trong các thiết bị chứa bằng thủy tinh .
c) Tính chất sinh học
Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính, dị ứng mẩn ngứa da, mắt, gây ho,
ngứa cổ, khó thở, đau ngực nếu xâm nhập vào cơ thể sống qua đường hô hấp. Nếu
thâm nhập qua đường tiêu hóa, rhodamine B có thể làm cho người bị nôn mửa, suy
hại gan và thận. Khi tích tụ trong cơ thể sống gây tác hại gan, thận, hệ sinh sản, hệ
thần kinh cũng như có thể là tác nhân gây ra các bệnh liên quan đến ung thư
[17,21]. Nguy hiểm hơn, khi rhodamine B đi vào cơ thể sống sẽ chuyển hóa thành
amin thơm tương ứng có phần độc hại hơn rhodamine B, sản sinh và phát triển khối
u dạ dầy, tế bào ung thư. Tại đây rhodamine B và dẫn xuất của nó sẽ tác động mạnh
đến các quá trình sinh hóa của tế bào gây ung thư gan, vì gan là cơ quan nội tạng
đầu tiên lọc chất rhodamine B [29]. Các nghiên cứu gần đây còn phát hiện ra rằng
rhodamine B tác động phá vỡ cấu trúc ADN và nhiễm sắc thể khi đưa vào nuôi cấy
tế bào ảnh hưởng đến gen di truyền và nòi giống [24,19]. Do đó, ở góc độ sinh học,
rhodamine B là tác nhân gây độc hại trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng nếu thâm
nhập vào cơ thể sống qua chuỗi thức ăn tự nhiên. Việc nghiên cứu ảnh hưởng sinh
hóa của rhodamine B cũng như triển khai các biện pháp phòng ngừa, ngăn chặn,
giảm thiểu sử dụng là vấn đề cấp bách hiện nay của cộng đồng khoa học.
d) Ứng dụng
Hiện nay, ứng dụng thông dụng nhất là dùng rhodamine B để xác định tốc độ
và hướng của dòng chảy vận chuyển chất lỏng [22]. Ngoài ra, rhodamine B cũng

được sử dụng trong công nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, đếm tế bào

5


dòng chảy, quang phổ huỳnh quang [22]. Rhodamine B đang được thử nghiệm để
sử dụng trong một số vắc xin bệnh ngăn ngừa và điều trị bệnh dại cho động vật
hoang dã [22]; pha trong với thuốc diệt cỏ. Thông dụng hơn cả là sử dụng
rhodamine B làm phẩm mầu và nhuộm mầu trong công nghiệp sợi, nhuộm màu
trong phòng thí nghiệm, để xét nghiệm tế bào nhiễm sắc do tính bền mầu [23]. Với
tính chất lưu mầu này, rhodamine B còn được sử dụng trong sinh học như là một
thuốc nhuộm huỳnh quang. Cũng nhờ đặc tính phát quang của rhodamine B, người
ta dùng chúng để giúp kiểm soát lượng thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây ớt, cây
lấy dầu [23]. Ví dụ, phẩm mầu được đưa vào thực phẩm làm cho món hàng hấp dẫn
hơn, đánh lừa cảm quan của người sử dụng. Việc tổng hợp màu ngày càng tăng
trong một số loại thực phẩm do chi phí rất rẻ [21]. Những kết quả phân tích gần đây
ở Indonesia cho thấy người ta còn sử dụng phẩm màu tổng hợp trong đồ ăn nhẹ tại
Jakarta. Thông tin này dựa trên những nghiên cứu chứng minh rằng trong 20 đồ ăn
nhẹ, 10 loại thức uống có chứa rhodamine B [21,31].
Theo Ủy ban An toàn Thực phẩm Châu Âu, nhiều thuốc nhuộm màu thuộc
nhóm azo có khả năng gây ung thư hoặc là tác nhân phát triển không kiểm soát của
các tế bào khối u. Năm 2005, Ủy ban này ra quy định về việc sử dụng và giới hạn
dùng các chất nhuộm màu nhóm azo trong thực phẩm và mỹ phẩm [11,17]; đặc biệt
không chấp nhận dùng nhóm chất nhuộm này trong thực phẩm. Do tính độc hại của
rhodamine B nên ở các nước thuộc khối EU và hầu hết các nước phát triển trên thế
giới đều cấm sử dụng rhodamine B trong ngành sản xuất và chế biến thực phẩm
[24, 19]. Việc tồn tại một dư lượng lớn rhodamine B trong nước thải có nguy cơ
thâm nhập vào nguồn nước ngầm và nước dân sinh đang là vấn đề thách thức lớn
hiện nay cần được xử lí nghiêm túc, triệt để.
1.1.2 Ô nhiễm nước thải chứa phẩm màu và phương pháp xử lý

Với các tính chất lý hóa sinh nguy hại như trên, nước thải chứa phẩm mầu có
tác động trực tiếp đến hệ sinh thái và đời sống con người. Thực tế hiện nay cho thấy
tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu trong nước thải dệt nhuộm là do các hợp chất màu
hữu cơ bền, khó bị phân hủy sinh học như: phẩm xanh methylen, machite,

6


rhodamine B, phenol... Theo thống kê khoảng 12% tổng sản lượng thuốc nhuộm bị mất
trong quá trình sản xuất và 20% trong số này đi theo nguồn nước thải [38]. Trong quá
trình sản xuất hàng dệt nhuộm có sử dụng các nguyên liệu phụ gia, hóa chất và các loại
thuốc nhuộm khác nhau nên nước thải của ngành dệt nhuộm rất phức tạp, nó bao gồm
lượng lớn các chất phẩm màu và các chất hóa học được đưa thêm vào. Bên cạnh đó, trong
quá trình dệt nhuộm cũng thải ra các hóa chất khác như:
- Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất
bụi dính vào sợi (trung bình chiếm 6% khối lượng tơ sợi).
- Các hóa chất sử dụng trong công nghiệp dệt nhuộm như: hồ tinh bột, H 2SO4,
H2O2, NaOH, Na2CO3, các chất trơ, các chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy rửa.
Lượng hóa chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại màu là khác nhau và đi vào
nước thải qua từng công đoạn cũng khác nhau.
Nước thải dệt nhuộm luôn ẩn chứa tiềm tàng một lượng đáng kể các chất ô
nhiễm môi trường đất - nước. Tùy theo mặt hàng sản xuất và yêu cầu chất lượng sản
phẩm mà cơ sở chế tác sử dụng các kỹ thuật nhuộm cũng như các hóa chất trợ
nhuộm khác nhau. Do đó yêu cầu cấp thiết là phải xử lý chúng trước khi thải ra môi
trường bên ngoài. Một số phương pháp xử lý nước thải thường được áp dụng như:
phương pháp keo tụ, phương pháp sinh học, phương pháp lọc, hấp phụ, oxi hóa tăng
cường… Trong phần tiếp theo, chúng tôi tóm lược một số phương pháp nêu trên để
thấy được ưu nhược của từng cách thức trước khi đề xuất hướng xử lý thích hợp.
a) Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp vật lý thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm và có

hiệu quả kinh tế cao. Phương pháp này cũng khá hiệu quả và không đòi hỏi kỹ thuật
phức tạp. Nếu nước thải dệt nhuộm có tính chất như một dung dịch keo với các tiểu
phân có kích thước hạt 10-7 – 10-5 cm thì khi các thành phần này được dẫn vào bể
lắng để thực hiện quá trình keo tụ. Do đó, keo tụ là phương pháp tiền xử lý thích
hợp cho việc tách và loại bỏ các hạt keo, giảm giá trị COD, độ màu, độ đục đạt đến
một giới hạn nhất định trước khi tiến hành các bước xử lý tiếp theo. Sau một

7


khoảng thời gian nhất định, các chất sa lắng được lấy ra để tiếp tục được xử lý thứ
cấp hoặc được chôn lấp. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp keo tụ không
hiệu quả đối với các chất thải, chất mầu tan trong nước cũng như các hạt chất rắn có
đường kính nhỏ.
b) Phương pháp sinh học
Phương pháp xử lí này dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất
hữu cơ trong nước thải. Đây là phương pháp xử lý kinh tế và hiệu quả dựa trên
nguyên tắc là các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng hoá làm
nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi
sinh vật còn được gọi là quá trình oxi sinh hoá học. Ưu điểm của phương pháp này
không gây ô nhiễm thứ cấp, chi phí vận hành rẻ, ổn định, khá hiệu quả và tận dụng
được nguồn vi sinh trong nước thải. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là thời
gian xử lý lâu, pH gần như trung tính, lượng bùn thải tạo ra đòi hỏi các khâu xử lý
tiếp theo. Ngoài ra cần phải duy trì lượng dinh dưỡng nitơ, lưu huỳnh nhất định
cũng như nhiệt độ, duy trì pH ở giá trị thích hợp để đảm bảo cho vi sinh vật phát
triển. Hơn nữa, phương pháp kém hiệu quả khi nguồn nước thải có chứa những loại
thuốc nhuộm có cấu trúc bền, khó phân huỷ sinh học, hoặc các chất tẩy rửa,...
c) Phương pháp lọc
Các kỹ thuật lọc thông thường là quá trình tách chất rắn ra khỏi dung dịch khi
cho nước thải đi qua vật liệu lọc để giữ lại cặn rắn. Phần bã rắn được thu gom và có

thể tiếp tục được xử lý thứ cấp. Các kỹ thuật lọc thông thường không xử lý được
các chất tan tốt nói chung và thuốc nhuộm nói riêng. Hơn nữa, phương pháp này có
một số nhược điểm như giá thành của màng và thiết bị lọc cao nhưng năng suất thấp
do bám bẩn màng lọc. Trong nhiều trường hợp, người ta còn phải tạo áp suất cho
dòng chất lỏng nhằm tăng hiệu quả quá trình lọc, gây tốn kém về kinh tế. Các chất
keo tụ cũng có thể bám dính làm hỏng màng lọc hay đòi hỏi phải xử lý tái sử dụng
màng sau một thời gian hoạt động.
d) Phương pháp hấp phụ

8


Phương pháp hấp phụ dựa trên các nguyên lý của kỹ thuật tách chất nhằm loại
bỏ các cấu tử tan trong nước. Ưu điểm của phương pháp là có khả năng làm sạch
nước ở mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất lượng; quy trình xử lý đơn giản,
công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp; vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao,
có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên chi phí thấp nhưng lại đạt được hiệu quả xử
lý cao.
Trong thực tế, người ta không dùng đơn lẻ mà kết hợp các phương pháp xử lý
hóa lý, hóa học, sinh học, nhằm tạo nên một quy trình xử lý hoàn chỉnh. Một số ví
dụ của sự kết hợp trên:
- Keo tụ + xử lý sinh học + hấp phụ + oxy hóa tăng cường.
- Keo tụ + oxy hóa tăng cường + xử lý sinh học.
- Xử lý sinh học + keo tụ + hấp phụ.
- Oxy hóa tăng cường + keo tụ.
- Oxy hóa tăng cường + xử lý sinh học.
Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là chỉ chuyển chất màu từ pha
này sang pha khác; thời gian tiếp xúc dài ra tạo một lượng chất thải sau hấp phụ,
không xử lý triệt để chất ô nhiễm
e) Phương pháp oxi hóa tăng cường

Đây là phương pháp có khả năng phân hủy gần như triệt để những chất hữu cơ
có cấu trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và
không dễ bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị
phân hủy bởi vi sinh vật. Bản chất của phương pháp là xảy ra các quá trình oxi hóa
để tạo ra các gốc tự do như OH • có hoạt tính cao, có thể khoáng hóa hoàn toàn hầu
hết các hợp chất hữu cơ bền thành các sản phẩm bền vững như CO 2 và các axit vô
cơ không gây khí thải. Một số ví dụ về phương pháp oxi hóa tăng cường như
Fenton, peroxon, catazon, quang fenton và quang xúc tác bán dẫn.

9


Trong các phương pháp oxi hóa tăng cường kể trên thì phương pháp quang
xúc tác thường cho hiệu quả cao. Kỹ thuật quang xúc tác bán dẫn là một trong
những kỹ thuật oxi hóa tăng cường dưới tác dụng của ánh sáng. Trong khoảng hơn
10 năm trở lại đây, phương pháp này có vai trò quan trọng trong lĩnh vực xử lý nước
và nước thải. Kỹ thuật quang xúc tác bán dẫn là kỹ thuật oxi hóa dựa vào gốc
hydroxyl OH• được sinh ra khi chất xúc tác bán dẫn hấp thụ các bức xạ tử ngoại. Kỹ
thuật này có những ưu điểm là:
- Sự phân hủy các chất hữu cơ có thể đạt đến mức vô cơ hóa hoàn toàn.
- Không sinh ra bùn hoặc bã thải.
- Chi phí đầu tư và chi phí vận hành thấp.
- Thiết kế đơn giản, dễ sử dụng.
- Chất xúc tác không độc, rẻ tiền, có thể tái sinh sau phản ứng.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM MẦU TRÊN THẾ GIỚI VÀ
TRONG NƯỚC
1.2.1 Trên thế giới
a) Hệ xúc tác ozon hóa kết hợp với quá trình keo tụ
Đây là quá trình xử lý kết hợp quá trình vật lý và hóa học. Phản ứng ozon hóa
được tiến hành ở bước 1 còn quá trình keo tụ sử dụng ở bước 2. Thông thường, hàm

lượng COD sau xử lý bước 1 giảm 25-30% và giảm 50-70% sau toàn bộ quá trình
xử lý. Lượng TOC hầu như giữ nguyên sau suốt quá trình xử lý bằng ozon bước 1
nhưng lại giảm 40-50% sau quá trình keo tụ. Độ màu giảm dần ở bước 1 và sau toàn
bộ quá trình độ màu giảm trên 60%.
b) Hệ xúc tác Fenton
Sevimli và cộng sự đã so sánh khả năng loại bỏ màu của nước thải dệt nhuộm
sử dụng ozon và fenton đối với thuốc nhuộm axit Red 337 và thuốc nhuộm hoạt tính
Reactive Orange 16. Với quy trình sử dụng tác nhân Fenton, pH có tác động và ảnh
hưởng khá mạnh, loại bỏ màu đạt 99% và COD đạt 82%. Trong khi đó với ozon, pH

10


ít có dấu hiệu và lượng ozon tiêu thụ tỉ lệ thuận với lượng COD và lượng màu cần
loại bỏ. Sự khử màu bằng ozon đạt 99% và khử COD đạt 9-17%. Tác giả cũng đưa
ra kết luận: quá trình oxy hóa bằng Fenton tốt hơn đạt hiệu quả cao hơn quá trình
oxy hóa bằng ozon.
c) Hệ xúc tác O3/H2O2 làm tác nhân oxy hóa
Các điều kiện của phản ứng oxy hóa bằng O 3/H2O2 cũng tương tự như quá
trình ozon hóa. Tác nhân O3/H2O2 có khả năng tạo ra gốc OH• nhiều hơn so với
ozon hóa. Do đó, khi sử dụng đồng thời tác nhân O 3 và H2O2 thì phản ứng sẽ nhanh
hơn và mạnh hơn khoảng 2 lần so với chỉ sử dụng ozon điều kiện tối ưu pH ở
khoảng 7,5 - 8 tỷ lệ O 3:H2O2 là 2:1 tính theo mol. Các phản ứng của quá trình ozon
hóa bằng O3/H2O2 được trình bày dưới đây
O3 + HO2-  HO• + O2- + O2
2O3 + H2O2  2 HO• + 3O2
Wu và cộng sự đã sử dụng O3/H2O2 với các tỷ lệ khác nhau nhằm nâng cao
hiệu quả quá trình xử lý đối với các loại chất isopropyl alcohol (IPA), dimetyl
sunfoxit (DMSO) và N-metyl pyrolindon (NMP). Kết quả cho thấy lượng ozon như
nhau, trong đó IPA << DMSO < NMP, tức là IPA dễ phân hủy nhất và NMP khó

phân huy hơn. Điều này được hiểu là do cấu trúc phân tử của NMP mạch vòng bền
vững hơn của DMSO và IPA.Trong điều kiện phù hợp thì độ màu sau xử lý giảm rất
lớn từ 90-95%, nồng độ COD có thể giảm tới 60% trong khoảng nồng độ là 75-120
mg/L. Ngày nay, để xử lý ô nhiễm người ta sử dụng chủ yếu là phương pháp oxi
hóa tăng cường với các tác nhân oxi hóa sử dụng có thế oxi hóa/khử khá cao (Bảng
1.1). Phương pháp này không chỉ cho hiệu suất xử lý cao mà còn ít sinh ra các sản
phẩm ô nhiễm thứ cấp, giảm các công đoạn hậu xử lý. Sản phẩm cuối cùng có thể
đạt là cacbon dioxit và nước. Do đó, đây vẫn là mảng nghiên cứu đầy tiềm năng
trong lĩnh vực hóa học môi trường nhằm loại bỏ các hợp chất hữu cơ bền trong

11


nước thải. Các chất oxy hóa thông dụng được sử dụng để thực hiện quá trình oxi
hóa tăng cường thường là Cl2, ClO2, NaHClO, KMnO4, O3, K2Cr2O7, H2O2…
Bảng 1.1 Thế oxi hóa của một số cặp oxi hóa/khử
Cặp oxi hóa/khử

O3/O2-

OH•/O2-

Cl2/2Cl-

H2O2/H2O

KMnO4/Mn2+

Thế oxi hóa (V)

2,07

2,8

0,94

0,68

0,59

Clo được đánh giá cao về hiệu quả xử lý ô nhiễm nhưng không được ưa dùng
trong xử lý phẩm nhuộm vì clo và hợp chất của nó là độc hại cho môi trường. Còn
O3 là chất oxi hóa rất mạnh có thể oxi hóa thuốc nhuộm trong nước mà không gây
ra sản phẩm ô nhiễm thứ cấp. O 3 ở pH < 5 thực hiện được các phản ứng oxi hóa
chọn lọc các loại thuốc nhuộm có liên kết π trong phân tử. Khi ở pH > 8, O 3 bị phân
hủy trong nước tạo thành các gốc tự do OH • phản ứng không chọn lọc với các chất
hữu cơ, oxi hóa thuốc nhuộm thành các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học thậm chí
đạt tới sản phẩm oxi hóa cuối cùng CO 2. Mặc dù O3 là chất oxi hóa tốt nhưng không
được sử dụng ở quy mô công nghiệp vì giá thành cao và khi thời gian sống của O 3
ngắn. Trong khi đó, oxy không khí và và H 2O2 là phổ biến hơn nhưng lại có thế oxi
hóa/khử chưa đủ cao để thực hiện phản ứng oxi hóa thuốc nhuộm bền. Do đó, các
quá trình oxy hóa sử dụng tác nhân oxy hóa này thường thực hiện trên các hệ xúc
tác dị thể, đặc biệt là các hệ xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp phân tán trên chất
mang có diện tích bề mặt riêng lớn. Phần tiếp theo, chúng tôi trình bày các chất
mang hữu ích và một số hệ xúc tác điển hình đã và đang được nghiên cứu, áp dụng
để thực hiện quá trình oxy hóa xử lý phẩm mầu hữu cơ trong nước.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu công bố sử dụng các hệ xúc tác,
chất hấp phụ khác nhau để xử lý phẩm mầu rhodamine B trong nước. Về cơ bản,
quang xúc tác bán dẫn đã được công nhận là một công nghệ hấp dẫn để xử lý ô

nhiễm nước thải. Do đó, các nghiên cứu trong nước thời gian tập trung vào quá

12


trình biến tính xúc tác TiO2 bằng cách pha tạp nguyên tố kim loại hoặc phi kim để
thực hiện quá trình xúc tác quang hóa phân hủy rhodamine B trong điều kiện ánh
sáng khả kiến bởi vì đây là phương pháp hứa hẹn nhất để khử chất nhuộm trong
nước thải do hoạt tính quang xúc tác của TiO 2 tương đối mạnh, không độc hại và chi
phí thấp. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế hạn chế ứng dụng của TiO 2. Ví dụ,
band gap lớn của TiO2 (3,2eV) giới hạn ứng dụng dưới ánh sáng mặt trời, đặc biệt là
ở vùng khả kiến. Quan trọng hơn, tốc độ tái hợp cao của các cặp lỗ và electron có
thể làm giảm hiệu quả phản ứng. Khó khăn của giai đoạn tách sau xử lý có thể ảnh
hưởng đến việc ứng dụng chất xúc tác hạt nano TiO 2 trong môi trường nước. Để cải
thiện hiệu suất xúc tác thực tế, các nhá khoa học đã nỗ lực đã nỗ lực biến tính TiO 2
bằng cách kết hợp với các kim loại quý, như Ag, Pt và Au Tuy nhiên, những kim
loại quý này đắt tiền nên ít được sử dụng. Do đó, Ni được coi là một kim loại thông
dụng nhất để biến tính TiO2. So với các kim loại khác, Ni với chi phí thấp hơn và
làm tăng hoạt động xúc tác quang dưới ánh sáng khả kiến nên được coi là một giải
pháp để ức chế sự tái hợp của các cặp lỗ/electron tạo ra. Theo các này, nghiên cứu
sinh Võ Thị Thu Như của Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG Thành phố Hồ Chí
Minh mới đây (2018) báo cáo kết quả chế tạo vật liệu Ag-Ni/TiO 2 để phân hủy chất
mầu hữu cơ trong nước. Khả năng quang hoá xúc tác phân huỷ rhodamine B và
methyl đỏ của Ag/TiO2 cao hơn so với TiO2 ở cùng điều kiện phản ứng. Hiệu suất
phân hủy RhB của mẫu Ag-Ni/TiO2 là 84,83% sau thời gian chiếu sáng 120 phút.
Vật liệu Ag-Ni/TiO2 có khả năng tái sử dụng cao sau 4 lần tái sử dụng mà vẫn cho
hiệu suất phân huỷ RhB là 90,11% . Nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Văn Nội
công bố kết quả xử lý 99% RhB trên hệ xúc tác Fe-C-TiO 2 mang trên than hoạt tính.
Tác giả Bùi Đức Nguyên báo cáo kết quả thực hiện phản ứng phân hủy RhB trên
nanoxit TiO2. Tác giả Nguyễn Thị Thiên Kiều báo cáo kết quả xử lý rhodamine một

cách hiệu quả trên xúc tác TiO 2 pha tạp bởi coban kim loại. Tác giả Hồ Thị Tuyết
Trinh nghiên cứu quá trình hấp phụ RhB trên hệ vật liệu hạt nano oxit sắt từ trên

13