Nghiên cứu chế tạo vật liệu zno pha tạp co cố định trên tro trấu làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng nhìn thấy

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

NGÔ THỊ THƯƠNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU ZnO NANO
PHA TẠP Co CỐ ĐỊNH TRÊN TRO TRẤU LÀM
CHẤT QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY PHẨM MÀU
HỮU CƠ DƯỚI ÁNH SÁNG NHÌN THẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2020


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

NGÔ THỊ THƯƠNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU ZnO NANO
PHA TẠP Co CỐ ĐỊNH TRÊN TRO TRẤU LÀM
CHẤT QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY PHẨM MÀU
HỮU CƠ DƯỚI ÁNH SÁNG NHÌN THẤY
Chun ngành: Hóa mơi trường
Mã số: 8440112.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Đình Bảng
TS. Nguyễn Minh Việt

Hà Nội, 2020


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn
Đình Bảng và TS. Nguyễn Minh Việt đã hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt q trình
hồn thiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn khoa Hóa học, Viện Nghiên Cứu khoa học và Ứng
dụng trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ em trong việc chế tạo và đo đạc
mẫu.
Em xin chân thành cảm ơn sự dạy bảo tận tình của các thầy cơ Phịng thí
nghiệm Hóa mơi trường – Trường ĐHKH Tự Nhiên. Cảm ơn các bạn học đã trao đổi,
đóng góp ý kiến trong q trình hồn thiện luận này và lịng biết ơn sâu sắc đến người
thân, gia đình, bạn bè đã động viên khích lệ tạo niềm tin giúp em phấn đấu học tập và
hoàn thiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2020
Tác giả

Ngô Thị Thương

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1

1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................ 2
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 2
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ............................................................................................. 3
1. Công nghệp dệt nhuộm và sự ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ........................................ 3
1.1 Công nghệ dệt nhuộm .................................................................................................... 3
1.1.1 Tình hình ngành cơng nghệp dệt nhuộm những năm gần đây ................................. 3
1.1.2. Tình hình nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam........................................................... 4
1.2. Sự ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ................................................................................. 6
1.2.1. Đặc tính chung của nước thải dệt nhuộm ................................................................. 6
1.2.2. Tác hại của ô nhiễm nước bởi thuốc nhuộm ............................................................ 7
1.3. Thuốc nhuộm Direc Blue 71 ........................................................................................ 8
1.4. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm ............................................................. 9
1.4.1. Phương pháp keo tụ ................................................................................................... 9
1.4.2. Phương pháp sinh học.............................................................................................. 10
1.4.3. Phương pháp lọc....................................................................................................... 10
1.4.4. Phương pháp hấp phụ .............................................................................................. 11
1.4.5 Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOPs ............................................................. 11
1.4.6. So sánh các phương pháp ........................................................................................ 12
1.5 Giới thiệu về vật liệu quang xúc tác ............................................................................ 13
1.5.1 Chất xúc tác bán dẫn và cơ chế tạo gốc hydroxyl HO .......................................... 13
1.5.2 Cơ chế quang xúc tác ................................................................................................ 16
1.6.Vật liệu nano ZnO và vật liệu nano ZnO pha tạp Coban .......................................... 17
1.6.1.Vật liệu nano ZnO ..................................................................................................... 17
1.6.1.1. Cấu trúc tinh thể ZnO ........................................................................................... 17

ii

1.6.1.2. Khuyết tật trong cấu trúc tinh thể ZnO [27] ........................................................ 18
1.6.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc tinh thể .......................................................... 21
1.6.2. Tính chất của ZnO.................................................................................................... 22
1.6.3. Ứng dụng của ZnO trong quang xúc tác................................................................. 22
1.6.4. Vật liệu nano ZnO biến tính bởi Coban.................................................................. 23
1.7. Tro trấu......................................................................................................................... 24
CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 26
2.1. Dụng cụ và hóa chất .................................................................................................... 26
2.1.1. Dụng cụ ..................................................................................................................... 26
2.1.2. Hóa chất .................................................................................................................... 26
2.1.3. Chuẩn bị hóa chất ..................................................................................................... 26
2.2. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệu ........................................ 27
2.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis.......................................................................... 27
2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X .................................................................................... 27
2.2.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét trường (FESEM) .............................................. 29
2.2.4. Phương pháp phổ hồng ngoại IR ............................................................................ 30
2.2.4. Phương pháp đánh giá hiệu quả quang xúc tác đối với nước chứa chất màu
DB71 ................................................................................................................................... 30
2.2.4.1. Lựa chọn nguồn chiếu sáng .................................................................................. 30
2.2.4.2. Lựa chọn chất màu hữu cơ để phân hủy .............................................................. 31
2.2.4.3. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của dung dịch DB71 ....................... 32
2.2.4.4. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác ......................................................................... 34
2.3. Tổng hợp vật liệu Co/ZnO và Co–tro trấu/ZnO ........................................................ 35
2.3.1. Tổng hợp vật liệu Co/ZnO....................................................................................... 35
2.3.2. Điều chế tro trấu từ vỏ trấu ...................................................................................... 36
2.3.3. Tổng hợp vật liệu Co(4%)-tro trấu/ZnO ................................................................. 36
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................... 38
3.1. Nghiên cứu đặc trưng của vật liệu.............................................................................. 38
3.1.1. Thành phần pha của vật liệu .................................................................................... 38

iii


3.1.2. Hình thái bề mặt của vật liệu ................................................................................... 40
3.1.3. Phổ hồng ngoại ......................................................................................................... 42
3.1.4. Phổ UV-VIS của các vật liệu .................................................................................. 44
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Coban đến hiệu suất phân hủy DB71 ............ 46
3.3. Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu Co(4%)/ZnO và Co(4%)-tro
trấu/ZnO .............................................................................................................................. 51
3.3.1. Ảnh hưởng của khối lượng Co(4%)/ZnO đến hiệu suất phân hủy DB71 ............ 51
3.3.2. Ảnh hưởng lượng tro trấu đến hiệu suất phân hủy DB71 ..................................... 53
3.3.3. So sánh khả năng xử lý DB71 của vật liệu Co(4%)/ZnO và Co(4%)-1%tro
trấu/ZnO dưới ánh sáng mặt trời ....................................................................................... 55
3.4. Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác Co(4%)-1%tro trấu/ZnO...................... 56
KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 59

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Đặc trưng ô nhiễm từ sản xuất của một sơ loại hình làng nghề ....................... 4
Bảng 1.2. So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp xử lý...................................... 12
Bảng 2.1: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ của dung dịch DB71 .............. 33
Bảng 2.2. Khối lượng các tiền chất ban đầu tổng hợp vật liệu ........................................ 35
Bảng 3.1. Kích thước trung bình của tinh thể các vật liệu ZnO không pha tạp và
pha tạp .............................................................................................................. 40

v

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cơ chế tạo gốc hoạt động trên vật liệu bán dẫn ............................................... 14
Hình 1.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang trên vật liệu bán dẫn ...................................... 15
Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể ZnO ........................................................................................ 18
Hình 1.4. Biểu đồ mơ tả hai dạng sai hỏng Schottky và Frenkel .................................... 19
Hình 1.5. Mơ hình cơ chế quang xúc tác của vật liệu ZnO ............................................. 23
Hình 2.1. Sự nhiễu xạ tia X qua mạng tinh thể................................................................. 28
Hình 2.2. Quang phổ đèn Compact ................................................................................... 31
Hình 2.3. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 khi xử lý bằng các vật liệu quang
xúc tác............................................................................................................... 33
Hình 2.4. Đường chuẩn xác định nồng độ DB71 ............................................................. 34
Hình 2.5. Sơ đồ tổng hợp vật liệu Co/ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt ..................... 35
Hình 2.6. Sơ đồ tổng hợp vật liệu liệu Co(4%)-tro trấu/ZnO .......................................... 37
Hình 3.1. Giản đồ XRD các vật liệu nghiên cứu .............................................................. 38
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu................................................................... 39
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X ....................................................................................... 39
Hình 3.4. Hình thái bề mặt của vật liệu ZnO .................................................................... 41
Hình 3.5. Hình thái bề mặt của vật liệu Co(4%)/ZnO ..................................................... 41
Hình 3.6. Hình thái bề mặt của vật liệu Co(4%)-tro trấu/ZnO ........................................ 42
Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của ZnO ................................................................................... 43
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại của vật liệu Co(4%)/ZnO ....................................................... 43
Hình 3.9. Phổ UV-VIS của các vật liệu tổng hợp ............................................................ 45
Hình 3.10. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu Co(2%)/ZnO .......... 47
Hình 3.11. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu Co(4%)/ZnO .......... 47
Hình 3.12. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu Co(6%)/ZnO .......... 48
Hình 3.13. Ảnh hưởng của hàm lượng Coban đến hoạt tính quang xúc tác của vật
liệu .................................................................................................................... 48
Hình 3.14. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu ZnO ........................ 49

vi


Hình 3.15. Hiệu suất phân hủy DB71 của vật liệu ZnO theo thời gian .......................... 50
Hình 3.16. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu trong bóng tối ........ 51
Hình 3.17. Ảnh hưởng khối lượng mẫu Co(4%)/ZnO đến hiệu suất phân hủy
DB71 ................................................................................................................ 52
Hình 3.18. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu Co(4%)-1%tro
trấu/ZnO ........................................................................................................... 53
Hình 3.19. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu Co(4%)-3%tro
trấu/ZnO ........................................................................................................... 54
Hình 3.20. Phổ UV-VIS của dung dịch DB71 xử lý bằng vật liệu Co(4%)-5%tro
trấu/ZnO ........................................................................................................... 54
Hình 3.21. Hiệu suất phân hủy DB71 của mẫu Co(4%)/ZnO và mẫu
Co(4%)-1%tro trấu/ZnO ................................................................................. 56
Hình 3.22. Hiệu suất phân hủy DB71 sử dụng Co(4%)-1%tro trấu/ZnO và vật
liệu sau các lần tái sử dụng.............................................................................. 57

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT

TÊN TIẾNG ANH

TÊN TIẾNG VIỆT

DB71

Direct Blue 71

Màu xanh trực tiếp 71

ABS

Absorbance

Độ hấp thụ quang

CB

Conduction Band

Vùng dẫn

Eg

Band gap Energy

Năng lượng vùng cấm

SEM

Scanning Electron Microscopy

Kính hiển vi điện tử quét

UV-Vis

Ultra Violet - Visible

Tử ngoại- Khả kiến

VB

Valence Band

Vùng hóa trị

XRD

X - Rays Diffraction

Nhiễu xạ tia X

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxi hóa học

viii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nước ta đang trong thời kì hội nhập cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước,
nền công nghiệp không ngừng phát triển, đời sống nhân dân ngày càng ổn định.

Chính vì thế đã kéo theo nhiều những yếu tố tác động xấu đến môi trường. Đầu tiên
phải kể đến đó là ơ nhiễm mơi trường nước ở các khu đô thị, khu công nghiệp, làng
nghề. Ngân hàng thế giới ước tính, từ 17% đến 20% ô nhiễm nguồn nước công
nghiệp xuất phát từ các nhà máy dệt nhuộm và xử lý vải. Nước sạch dùng cho sinh
hoạt hàng ngày, nông nghiệp và công nghiệp trở nên cạn kiệt dần. Vì thế việc xử lý
nước thải ở các khu công nghiệp đang là một vấn đề rất cần thiết và cấp bách được
mọi người quan tâm. Có nhiều phương pháp xử lý nước thải được nghiên cứu trong
đó phương pháp oxi hóa các hợp chất hữu cơ bằng cách sử dụng xúc tác quang là
phương pháp có nhiều ưu điểm.
Trong những năm gần đây, các vật liệu bán dẫn làm xúc tác quang đã được
nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm mơi trường và tạo nguồn năng
lượng sạch, có khả năng tái sinh từ việc tách nước tinh khiết thành H2 và O2. Các
chất bán dẫn là các oxide như TiO2, ZnO, SnO2,... có nhiều trong tự nhiên được sử
dụng rộng rãi như một chất xúc tác quang hóa, đặc biệt là chất xúc tác quang cho
quá trình dị thể. Trong số đó, oxit ZnO được đánh giá là chất xúc tác có nhiều triển
vọng trong việc phân hủy chất màu hữu cơ cũng như khử trùng nước. Khả năng xúc
tác quang hóa của ZnO cao hơn so với TiO2 và một số oxide bán dẫn khác trên cơ
sở hấp thụ năng lượng bức xạ năng lượng mặt trời. Tuy nhiên ZnO có năng lượng
vùng cấm khá lớn (gần 3,3 eV), tương ứng với vùng năng lượng ánh sáng cực tím
chỉ chiếm khoảng 5% bức xạ ánh sáng mặt trời, do đó hạn chế khả năng ứng dụng
thực tế của ZnO. Nhằm cải thiện hoạt tính quang xúc tác, mở rộng phạm vi ứng
dụng của Oxide ZnO, cần thiết phải biến đổi tính chất electron trong cấu trúc nano
của ZnO, thu hẹp năng lượng vùng cấm và giảm tốc độ tái kết hợp electron và lỗ
trống quang sinh. Pha tạp kim loại vào mạng ZnO là một trong những phương pháp
hiệu quả làm tăng hoạt tính quang xúc tác của ZnO.

1


Xuất phát từ thực tế và những cơ sở khoa học trên, chúng tôi đã nghiên cứu

đề tài “Nghiên cứu chế tạo ZnO pha tạp Co cố định trên tro trấu làm chất
quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng nhìn thấy”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
+ Chế tạo vật liệu Co-tro trấu/ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt.
+ Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của vật liệu.
+ Nghiên cứu khả năng phân hủy DB71 của vật liệu nghiên cứu.
3. Nội dung nghiên cứu
+ Chế tạo vật liệu Co-tro trấu/ZnO .
+ Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác xử lý DB71
của vật liệu chế .
+ Khảo sát khả năng xử lý DB71 bằng vật liệu Co-tro trấu/ZnO .
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp: phương pháp thực nghiệm trong đó chế tạo vật liệu bằng
phương pháp thủy nhiệt, phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương phổ XRD, khảo
sát bề mặt hình thái bằng SEM, phổ hấp thụ (UV-Vis), phổ hồng ngoại IR.

2


CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1. Công nghệp dệt nhuộm và sự ô nhiễm nước thải dệt nhuộm
1.1 Công nghệ dệt nhuộm
1.1.1 Tình hình ngành cơng nghệp dệt nhuộm những năm gần đây
Ở nước ta hiện nay dệt nhuộm vẫn là một ngành phát triển mạnh nhận được
nhiều sự đầu tư cả trong và ngoài nước. Nhất là trong điều kiện kinh tế thị trường
đang mở cửa, dệt nhuộm trở thành ngành chiếm được vị trí quan trọng trong nên
kinh tế quốc dân, đóng góp đáng kể ngân sách nhà nước và giải quyết công ăn việc
làm cho lượng lớn người lao động.
Năm 2018, ngành Dệt may Việt Nam đánh dấu mốc quan trọng khi kim ngạch
xuất khẩu đạt trên 36 tỷ USD, tăng trưởng hơn 16% so với năm 2017 (năm 2015 tăng

12,1%, năm 2016 tăng 4,07%, năm 2017 tăng 10,8%). Ngành Dệt may Việt Nam nằm
trong tốp 3 nước xuất khẩu cao nhất thế giới, chỉ sau Trung Quốc và Ấn Độ. Cụ thể,
năm 2018, kim ngạch xuất khẩu hàng may mặc đạt 28,78 tỷ USD, tăng 14,45%; xuất
khẩu vải đạt 1,66 tỷ USD, tăng 25,5%; xuất khẩu xơ sợi đạt 3,95 tỷ USD, tăng 9,9%;
xuất khẩu vải không dệt đạt 528 triệu USD, tăng 15,54%; xuất khẩu nguyên phụ liệu
dệt may đạt 1,23 tỷ USD, tăng 14,59%, đáng chú ý, giá trị thặng dư ngành Dệt may
năm 2018 ước đạt 17,86 tỷ USD, tăng 14,39%. Trong 06 tháng đầu năm 2019, kinh tế
thế giới có xu hướng tăng chậm lại do những biến động và xung đột chính trị, thương
mại, đặc biệt chính sách bảo hộ, chiến tranh thương mại gia tăng ngày càng phức tạp,
khó lường, nhưng ngành dệt may đạt tổng kim ngạch xuất khẩu gần 18 tỷ USD, tăng
8,61% so với cùng kỳ năm 2018; trong đó, hàng may mặc đạt 14,02 tỷ USD, tăng
8,71%. Mặt hàng vải đạt 1,02 tỷ USD, tăng 29,9%; các mặt hàng xơ, sợi đạt 2,01 tỷ
USD, tăng 1,1%; vải địa kỹ thuật tăng 16,9%; phụ liệu dệt may giảm 0,29%.
Bên cạnh những lợi ích kinh tế tạo ra được thì đi đơi với nó là những tác hại
đến mơi trường mà nó đem lại cũng khơng nhỏ. Trung bình ngành dệt may phải tiêu
tốn 200 lít nước để sản xuất ra 1 kg sợi. Nước thải của ngành dệt may với nhiều chất
độc hại làm thay đổi cấu trúc nước tự nhiên, qua đó ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống
các thủy sinh vật.

3


Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp dệt nhuộm đã có những
chuyển biến khá rõ rệt. Đó là sự ra đời của hàng loạt xí nghiệp dệt nhuộm có vốn
đầu tư nước ngoài, được đầu tư kỹ lưỡng về máy móc thiết bị, cơng nghệ trong sản
xuất, ứng dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến kết hợp công nghệ vi sinh trong
xử lý nước thải dệt nhuộm,... Xét về khía cạnh mơi trường, các xí nghiệp mới này
tuy có khả năng hạn chế gây ơ nhiễm mơi trường hơn các xí nghiệp cũ. Song, cơ
bản vẫn chưa giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường, và với số lượng các xí
nghiệp dệt nhuộm đang ngày càng gia tăng như hiện nay thì ngành cơng nghiệp dệt

nhuộm đang thực sự gây ô nhiễm môi trường sống rất cao.
1.1.2. Tình hình nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam
Những năm gần đây kinh tế nước ta ngày càng phát triển, kèm theo đó là nhu
cầu đời sống của người dân ngày càng cao. Áp lực về môi trường cũng ngày càng gia
tăng, tình trạng ơ nhiễm nguồn nước, khơng khí và đất ngày càng một nghiêm trọng
trong những năm gần đây. Đặc biệt một số làng nghề thủ công với hình thức phát triển
nhỏ lẻ, với các cơng nghệ và thiết bị thủ công đơn giản, lạc hậu, mặt bằng sản xuất lại
nhỏ hẹp, tận dùng nguồn lao động rẻ và trình độ nhận thức của người dân tại các làng
nghề còn hạn chế... tạo nên nguồn áp lực lớn đối với môi trường tại các nơi này. Bảng
1.1 cho chúng ta một số chi tiết việc ô nhiễm từ sản xuất của một số loại làng nghề ở
Việt Nam.
Bảng 1.1. Đặc trưng ô nhiễm từ sản xuất của một sơ loại hình làng nghề
Các dạng chất thải

Loại hình sản
xuất
Dệt nhuộm,

Khí thải

Chất thải rắn Ơ nhiễm khác

- Bụi, CO, SO2,

- BOD5, COD,

- Xỉ than, tơ -

NOx, hơi axit,

độ màu, tổng N,

sợi, vải vụn, nhiệt, độ ẩm và

hóa chất thuốc

cặn và bao bì tiếng ồn

tẩy, Cr6+ (thuộc

hóa chất

ươm tơ, thuộc hơi kiềm, dung
da

Nước thải

mơi

da)

4

Ơ

nhiễm


Thủ công mỹ

- Bụi, CO, SiO2, - BOD5, COD,

nghệ (gốm sứ, SO2, NOx,

SS, độ mầu, dầu

sơn mài, gỗ mỹ - Bụi, hơi xăng, mỡ công nghiệp
nghệ, chế tác

dung môi, Oxit

đá)

Fe, Zn, Cr, Pb

- Xỉ than (gốm - Ô nhiễm
sứ), phế phẩm, nhiệt (gốm sứ)
cặn hóa chất

HF, THC

Tái chế phế liệu
(giấy, nhựa,
kim loại)

- Bụi, SO2,

- pH, BOD5,

- Bụi giấy, tạp - Ô nhiễm

H2S, hơi kiềm.

COD, SS, tổng N, chất từ giấy,

- Bụi, Co, hơi

tổng P, độ mầu

phế liệu, bao

kim loại, hơi

– COD, SS, dầu

bì hóa chất.

nhiệt

axit, Pb, Zn, HF, mỡ, CN-, kim loại - Xỉ than, rỉ
HCl, THC.

– BOD5, COD,

– Bụi, CO, Cl2,

tổng N, tổng P, độ loại nặng

HCl, THC, hơi

màu, dầu mỡ,

dung mơi

tổng N, hóa chất, - Nhãn mác,
thuốc tẩy, Cr6+

sắt, vụn kim
(Cr6+, Zn2+…)
tạp chất không
tái sinh, cao su

Vật liệu xây
dựng, khai
thác đá

- Bụi, CO, SO2,

- SS, Si, Cr

NOx, HF,

- Xỉ than, xỉ

- Ô nhiễm

đá, đá vụn

nhiệt, tiếng ồn,
độ rung

THC

Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản
phẩm đa dạng có chất lượng cao, đáp ứng trào lưu của thị trường. Trong nền kinh tế
quốc dân, ngành dệt nhuộm chiếm một vị trí khá quan trọng vì đây là một trong
những ngành cơng nghiệp không chỉ mang lại nguồn thu về kinh tế mà cịn góp phần
giải quyết vấn đề thất nghiệp trong xã hội. Tuy vậy, ô nhiễm môi trường do nước thải
ngành dệt nhuộm là một thực tế đáng báo động, cần phải có phương hướng xử lý và là
nhiệm vụ rất cần thiết.

5


Theo kết quả phân tích nước thải ở làng nghề dệt nhuộm Vạn Phúc (Hà Tây)
năm 2003 thì chỉ số BOD là 67 – 159mg/l; COD là 139 – 423mg/l; SS là 167 –
350mg/l, và kim loại nặng trong nước như Fe là 7,68mg/l; Pb là 2,5mg/l; Cr6+ là
0,08mg/l. Theo số liệu của Sở Tài ngun Mơi trường Thái Bình, hàng năm làng nghề
Nam Cao sử dụng khoảng 60 tấn hóa chất các loại như oxy già, nhớt thủy tinh, xà
phòng, bồ tạ, Javen, thuốc nhuộm nấu tẩy và in nhuộm. Các thông số ô nhiễm môi
trường ở Nam Cao cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cao hơn tiêu
chuẩn cho phép 3,75 lần, hàm lượng BOD cao hơn tiêu chuẩn cho phép tới 4,24 lần,
hàm lượng COD cao hơn tiểu chuẩn cho phép 3 lần. Cho tới nay, tình trạng ơ nhiễm
nguồn nước ở các làng nghề nói trên vẫn chưa được xử lý triệt để, làm ảnh hưởng
nguồn nước cung cấp cho đời sống sinh hoạt của người dân trong vùng.
Vì thế, vấn đề xử lý nguồn nước thải trong các ngành công nông nghiệp nói
chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói riêng trước khi xả vào nguồn tiếp nhận là
việc bắt buộc và cần thiết. Cho nên, việc nghiên cứu các phương pháp phù hợp để xử
lý nguồn nước thải này một cách dễ dàng và ít hao phí là cần thiết.
1.2 . Sự ơ nhiễm nước thải dệt nhuộm

1.2.1. Đặc tính chung của nước thải dệt nhuộm
Đặc thù của nghề dệt nhuộm là sử dụng rất nhiều nước, nước được sử dụng có
chứa rất nhiều hóa chất và thuốc nhuộm nên thành phần các chất ô nhiễm trong nước
thải làng nghề dệt nhuộm bao gồm: các tạp chất tự nhiên (tách ra từ sợi vải), chất bẩn,
dầu, sáp, hợp chất chứa nitơ, pectin (trong quá trình nấu tẩy), chuội tơ và các hóa chất
(sử dụng trong quy trình xử lý vải như hồ tinh bột, NaOH, H2SO4, HCl, Na2CO3,) các
loại thuốc nhuộm, chất tẩy giặt. Khoảng 10 - 30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử
dụng bị thải ra ngồi cùng với nước thải. Nếu những chất này được xả trực tiếp ra
nguồn tiếp nhận mà khơng được xử lý thì sẽ làm tăng pH của nước vì độ kiềm cao.
Khi pH>9 sẽ gây độc hại đối với thủy sinh gây ăn mịn các cơng trình thốt nước và
hệ thống xử lý nước thải. Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn. Lượng thải
lớn gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng
đến quá trình trao đổi của tế bào. Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của

6


nguồn nước, gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong
nguồn nước. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho
dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các lồi thủy sinh, ảnh hưởng
xấu tới cảnh quan. Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan
trong nước ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh.
1.2.2. Tác hại của ô nhiễm nước bởi thuốc nhuộm
Ở nước ta, ngành dệt may là một trong số những ngành công nghiệp trọng
điểm giữ vị trí then chốt mang tính chiến lược trong sự nghiệp phát triển của nền kinh
tế quốc dân.
Thế nhưng, kèm theo đó là vấn đề nước thải do ngành này thải ra đang gây ô
nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và cần một bài toán để giải quyết triệt để vấn đề này.
Các cơng đoạn trong q trình dệt nhuộm vải sử dụng một lượng nước khá lớn
để phục vụ cho các công đoạn sản xuất, đồng thời lượng nước thải sau khi sử dụng

được xả ra bình quân từ 12 - 300 m3/tấn vải. Trong đó nguồn ô nhiễm chính là nước
thải ở công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy.
Một số nguồn phát sinh nước thải
+ Nước thải sinh hoạt thải ra từ khu vực văn phòng, bếp ăn tập thể, hay từ các
khu nhà vệ sinh… Đặc điểm của nước thải tại các khu vực này thường chứa nhiều
thành phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất dinh dưỡng (N,P) và
hàng loạt vi sinh vật gây bệnh.
+ Nước thải phát sinh trong quá trình vắt nước, sấy, nhuộm… rơi vào khoảng
500m3/ngày. Lượng nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, nồng độ COD dao động
khá lớn. Ngoài ra, độ màu của nước thải rất cao đặc biệt ở các nhà máy vừa và nhỏ
dao động từ 1.500 - 3.700 Pt-Co.
+ Nước mưa chảy tràn cuốn theo đất cát và các tạp chất rơi vãi trên mặt đất
xuống nguồn nước, bên cạnh đó cịn có cả phân và các loại chất thải khác.
Những tác hại của các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước
- Nhiệt độ: Ảnh hưởng đến chất lượng nước, oxy hòa tan trong nước (DO).
Ảnh hưởng đến sự đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy các hợp chất
hữu cơ trong nước.

7


- Các chất hữu cơ: Giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước. Ảnh hưởng đến tài
nguyên thủy sinh.
- Chất rắn lơ lửng: Ảnh hưởng đến chất lượng nước, tài nguyên thủy sinh.
- Các chất dinh dưỡng (N,P): Gây ra hiện tượng phú dưỡng, ảnh hưởng đến
chất lượng nước, sự sống thủy sinh.
- Các vi khuẩn: Nước có lẫn vi khuẩn gây bệnh là nguyên nhân của các idchj
bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, tả… Coliform là nhóm vi khuẩn gây bệnh
đường ruột, tiêu chảy,…
- Độ màu: Ảnh hưởng đến vẻ mỹ quan của nước thải, cũng như khả năng xử

lý nước thải. Ảnh hưởng đến môi trường sống của các loài thủy sản sống dưới nước.
1.3. Thuốc nhuộm Direc Blue 71
- Công thức phân tử: C40H23N7Na4O13S4
- Trọng lượng

phân tử: 1029,87g / mol

- Công thức cấu tạo:

Phẩm màu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như giấy,
cao su, chất dẻo và đặc biệt là công nghiệp dệt nhuộm. Thơng thường trong q
trình nhuộm, các phẩm màu khơng bám dính hết vào sợi vải, nên sau cơng đoạn
nhuộm, trong nước thải thường tồn dư một lượng nhất định, thậm chí lên tới 50%
tổng lượng phẩm màu được sử dụng ban đầu. Đây là thành phần rất khó xử lý, đặc
biệt là phẩm màu họ azo, chiếm tới 60-70% thị phần, đang được sử dụng phổ biến
nhất hiện nay. Gần đây các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy
hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường và sức khỏe con người, đặc biệt chúng
có thể gây ung thư cho người sử dụng.

8


Phẩm màu Direct Blue 71 (DB71) là một trong những loại phẩm màu họ azo,
được dùng để nhuộm các loại sợi xenlulozơ, sợi viscose, viscose/PVA, bông và sử
dụng trong ngành thuộc da, giấy, nhựa. Vì vậy, việc xử lý nước thải chứa phẩm màu
là vấn đề cần được quan tâm, nghiên cứu. Tuy nhiên DB71 rất khó bị phân hủy sinh
học, do có cấu trúc bền vững và sự có mặt của vịng thơm. Các q trình xử lý cơ
bản: hấp phụ, siêu lọc, thẩm thấu ngược và keo tụ đều không thể giải quyết triệt để
các chất ô nghiễm mà chỉ có thể chuyển chất ơ nhiễm từ mơi trường nước sang mơi
trường mới. Do đó cần nghiên cứu và tìm ra một biện pháp hữu hiệu để xử lý loại

thuốc nhuộm này [11][24][25][26].
1.4. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
Đặc trưng chung của nước thải dệt nhuộm là độ màu, TS, TSS, COD và
BOD cao, ngoài ra cịn có một lượng kim loại nặng độc hại như: Cr, Cu, Co, Zn,
Fe… ở các công đoạn khác nhau. Chính vì thế trong q trình xử lý cần hiểu tính
chất, đặc trưng của từng cơng đoạn và mức độ gây ô nhiễm của mỗi công đoạn để
lựa chọn phương pháp xử lý cho phù hợp.
1.4.1. Phương pháp keo tụ
Đây là phương pháp phổ biến và thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm.
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, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc.
Q trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể
tách được các chất gây ô nhiễm ở dạng keo và hịa tan, vì những hạt rắn có kích
thước q nhỏ. Để tách được các hạt rắn đó một cách hiệu quả, cần chuyển các hạt
tiểu phân nhỏ thành các hạt có kích thước lớn hơn. Việc khử các hạt keo đòi hỏi
trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau
bằng các chất đông tụ. Các khối kết tủa bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trong
trường bị sa lắng xuống, trong quá trình sa lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các
hạt tạp chất khác. Để tăng tốc độ keo tụ, tốc độ sa lắng, tốc độ nén ép các bông keo
và đặc biệt để làm giảm lượng chất keo tụ có thể dung thêm các chất trợ keo, chất
này có tác dụng liên kết giữa các hạt keo với nhau.

9


Hiện nay, keo tụ là phương pháp tiền xử lý thích hợp cho việc tách và loại bỏ
các hạt keo, làm giảm giá trị COD, độ màu, độ đục đến một giá trị giới hạn để có
thể tiền hành các bước xử lý tiếp theo.
1.4.2. Phương pháp sinh học
Đây là phương pháp xử lý dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các

chất hữu cơ gây nhiễm bẩn nước thải. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm
nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Các quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ
vi sinh vật gọi là q trình oxy hóa sinh học.
Phương pháp sinh học có 2 loại chính: vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kị khí.
Phương pháp hiếu khí được sử dụng phổ biến xử lý nước thải công nghiệp. Đối với
nước thải dệt nhuộm cách xử lý có thể là: lọc sinh học, bể bùn hoạt tính, đĩa quay
sinh học, hồ sinh học ổn định nước thải.
Phương pháp này không gây ơ nhiễm thứ cấp, chi phí vận hành rẻ, ổn định,
hiệu quả và tận dụng được nguồn vi sinh vật trong nước thải. Tuy nhiên, phương
pháp này có một nhược điểm là thời gian xử lý lâu, lượng bùn thải ra địi hỏi thêm
các khâu xử lý sau đó. Ngồi ra, cần duy trì lượng dinh dưỡng N, P nhất định, nhiệt
độ, pH, DO phải đảm bảo cho sự phát triển ổn định của vi sinh vật. Hơn nữa
phương pháp này xử lý kém các loại thuốc nhuộm có cấu trúc bền, khó phân hủy
sinh học hoặc các chất tẩy, giặt, hồ, PVA, các loại dầu khoáng…
1.4.3. Phương pháp lọc
Các kỹ thuật lọc thơng thường là q trình tách chất rắn ra khỏi nước. Kỹ
thuật này không xử lý được các tạp chất tan nói chung và thuốc nhuộm nói riêng.
Các kỹ thuật lọc màng, có thể tách được thuốc nhuộm tan ra khỏi nước thải
dệt nhuộm gồm có vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược và điện thẩm tích. Điểm khác
biệt giữa ba kỹ thuật trên là kích thước hạt mà chúng có thể lọc được. Q trình vi
lọc có đường kính lỗ màng từ 0,1-10 µm, siêu lọc có kích thước lỗ màng trong
khoảng 2-100 nm, cịn trong thẩm thấu ngược lỗ màng có kích thước từ 0,5-2 nm.
Siêu lọc có thể lọc được các phần tử ở kích thước nano, cùng với các hiệu ứng hấp
phụ, tạo màng thứ cấp. Trong phương pháp thẩm thấu ngược, màng chỉ cho phép

10


nước đi qua trong khi muối, axit và các phân tử hữu cơ không đi qua được. Trong
các kỹ thuật màng thì kỹ thuật siêu lọc có thể loại bỏ các chất tan với khối lượng

phân tử lớn cỡ 1000-100.000 g/mol. Tuy nhiên nó khơng lọc được các loại thuốc
nhuộm tan và có phân tử lượng thấp. Việc loại bỏ các loại thuốc nhuộm này được
thực hiện bằng phương pháp lọc nano và thẩm thấu ngược. Lọc nano đã được chứng
minh là có thể tách thuốc nhuộm hoạt tính có khối lượng phân tử khoảng 400g/mol
ra khỏi nước thải.
Tuy vậy, phương pháp này vẫn có một số nhược điểm: giá thành của màng,
thiết bị lọc giá thành cao và năng suất thấp do thuốc nhuộm lắng xuống làm bẩn
màng.
1.4.4. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp này là phương pháp tách trực tiếp các cấu tử tan trong nước,
được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật xử lý nước thải nhờ có các ưu điểm sau:
- Có khả năng làm sạch nước ở mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất lượng
- Quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng địi hỏi thiết bị phức tạp
- Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần giúp
làm giảm chi phí và cho hiệu quả cao.
1.4.5 Phương pháp oxy hóa tăng cường – AOPs
Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu
trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hồn tồn bởi q trình keo tụ và khơng dễ bị
oxy hóa bởi các chất oxy hóa thơng thường, cũng như khơng hoặc ít bị phân hủy bởi
vi sinh vật.
Bản chất của phương pháp là các q trình oxy hóa để tạo ra các gốc tự do
như OH có hoạt tính cao, có thể khống hóa hồn tồn hầu hết các hợp chất hữu cơ
bền thành các sản phẩm CO2 và các axit vô cơ không gây nguy hại cho con người
và môi trường.
Một số ví dụ về phương pháp AOPs: Fenton, Peroxon, Catazon, quang
fenton và quang xúc tác.

11

Trong các phương pháp oxi hóa tăng cường kể trên thì phương pháp quang
xúc tác là phương pháp đơn giản và cho hiệu quả cao. Phương pháp quang xúc tác
là phương pháp oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân của ánh sáng. Trong khoảng 15 năm
trở lại đây phương pháp này được xem là một phương pháp có tầm quan trọng trong
lĩnh vực xử lý nước thải. Trong phương pháp này q trình oxy hóa dựa vào gốc
hydroxyl OH được sinh ra nhờ chất xúc tác bán dẫn, chỉ hoạt động khi nhận được
các bức xạ UV.
Kỹ thuật này có những ưu điểm là:
- Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ có thể đạt đến mức vơ cơ hóa hồn tồn.
- Khơng sinh ra bùn hoặc bã thải.
- Chi phí đầu tư và chi phí vận hành thấp.
- Thực hiện trong điều kiện nhiệt độ thường và áp suất thường.
- Có thể sử dụng nguồn sáng tự nhiên hoặc nhân tạo.
- Chất xúc tác rẻ tiền, không độc hại và có thể tái sinh.
1.4.6. So sánh các phương pháp

STT

Bảng 1.2. So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp xử lý
Tên phương
Ưu điểm
Nhược điểm
pháp
-

1

- Chỉ có thể tách được các

- Dễ thực hiện

Phương pháp
- - Tách sơ bộ tốt, tạo điều kiện hạt rắn huyền phù có kích
thuận lợi cho các phương pháp thước hạt 10-7 – 10-5 cm.

keo tụ

xử lý tiếp theo.
2

- Có thể lọc được các chất thải - Giá thành cao

Phương pháp có kích thước nhỏ cỡ nano mét. - Năng suất thấp
lọc

- Nhanh phải thay thế
màng lọc

3

- - Làm sách nước ở mức độ cao - Chỉ làm giảm được
Phương pháp
- - Quy trình cơng nghệ đơn giản COD nước thải tối đa là
hấp phụ
- - Vật liệu hấp phụ tái sử dụng 70 %

12


được nhiều lần

4

-

- Không gây ô nhiễm thứ cấp

- Thời gian xử lý lâu,

-

- Chi phí vận hành rẻ, ổn định

lượng bùn thải lớn

-

- Tận dụng được nguồn VSV - Duy trì mơi trường ổn

Phương pháp có sẵn trong nước thải

định cho VSV phát triển

sinh học

- Không xử lý được các
loại nước thải chứa thuốc
nhuộm có cấu trúc bền,
khó phân hủy sinh học
-

- Vơ cơ hóa hồn tồn các chất
hữu cơ

-

- Khơng phát sinh bùn thải

Phương pháp
- - Chi phí đầu tư và vận hành ít
5

Oxi hóa tăng
- - Thực hiện trong điều kiện
cường

nhiệt độ và áp suất thường
-

- Tận dụng nguồn UV tự nhiên

-

- Hiệu suất xử lý cao, tái sử
dụng được nhiều lần

Từ bảng 1.2 có thể thấy phương pháp oxi hóa tăng cường chính là lựa chọn
tối ưu cho quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm hiện nay.
1.5. Giới thiệu về vật liệu quang xúc tác
1.5.1. Chất xúc tác bán dẫn và cơ chế tạo gốc hydroxyl HO•

Theo lý thuyết vùng, cấu trúc điện tử của kim loại có một vùng gồm những
obitan phân tử liên kết được xếp đủ electron, được gọi là vùng hóa trị (Valence
band) và một vùng gồm những obitan phân tử phản liên kết còn trống electron,
được gọi là vùng dẫn (condution). Hai vùng này được ngăn cách bởi một vùng năng
lượng nhất định gọi là vùng cấm (Bandgap).

13


Tùy theo giá trị vùng cấm mà người ta phân ra thành các chất cách điện
(Eg > 3,5 eV), chất bán dẫn (Eg < 3,5 eV), chất dẫn điện kim loại có Eg = 0. Nhiều
nghiên cứu liên quan đến cơ chế quá trình phân hủy quang xúc tác đã được công bố.
Đầu tiên, chất hữu cơ được hấp thụ lên bề mặt xúc tác, sau đó electron chuyển từ
vùng dẫn đến cơ chất hoặc từ cơ chất đến lỗ trống ở vùng hóa trị xảy ra trong suốt
q trình chiếu xạ. Electron và lỗ trống có thời gian tái kết hợp rất ngắn nếu khơng
có mặt của cơ chất. Các chất oxi hóa như HO•, O2- đóng vai trị quan trọng trong
q trình khống hóa các hợp chất hữu cơ ô nhiễm. Sự gia tăng khả năng hấp phụ
các chất hữu cơ trên giá thể rắn là thuận lợi chính dẫn đến sự gia tăng hoạt tính
quang hóa.

Hình 1.1. Cơ chế tạo gốc hoạt động trên vật liệu bán dẫn
Khi chất bán dẫn bị kích thích bởi các photon ánh sáng có năng lượng vùng
cấm lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg, các electron trên vùng hóa trị của chất bán
dẫn sẽ nhảy lên vùng dẫn. Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron mang điện
tích âm do quá trình bức xạ photon tạo ra gọi là electron quang sinh và trên vùng
hóa trị sẽ có các lỗ trống mang điện tích dương h+ được gọi là các lỗ trống quang
sinh. Electron quang sinh và lỗ trống quang sinh chính là ngun nhân dẫn đến các
q trình hóa học xảy ra, bao gồm q trình oxy hóa đối với lỗ trống quang sinh và

14

quá trình khử đối với electron quang sinh. Khả năng khử và khả năng oxi hóa của
các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh là rất cao so với các tác nhân oxi hóa
khử đã biết trong hóa học. Các electron quang sinh có thế khử từ + 0,5 đến – 1,5V;
các lỗ trống quang sinh có thể khử từ +1,0 đến + 3,5 V [27], [28].
Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh có thể di chuyển ra bề mặt
hạt xúc tác và tác dụng trực tiếp hay gián tiếp với các chất hấp phụ bề mặt. Nếu chất
hấp phụ trên bề mặt là chất cho electron thì các lỗ trống quang sinh sẽ tác dụng trực
tiếp hoặc gián tiếp để tạo ra ion dương. Tương tự, nếu chất hấp phụ trên bề mặt là
chất nhận electron thì electron quang sinh sẽ tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp tạo ra
ion âm.
Mặt khác, để phản ứng oxy hóa xảy ra trực tiếp trên bề mặt bán dẫn, biến
năng lượng vùng hóa trị của xúc tác bán dẫn phải có thế oxi hóa cao hơn thế oxi hóa
của chất phản ứng trong điều kiện khảo sát [12], [18], [29].

Hình 1.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang trên vật liệu bán dẫn
Các quá trình xảy ra sau khi chất bán dẫn bị kích thích dẫn đến phân tách các
cặp electron – lỗ trống. Các electron quang sinh trên bề mặt chất xúc tác có khả
năng khử mạnh. Nếu có mặt O2 hấp phụ lên bề mặt xúc tác sẽ xảy ra phản ứng tạo
O2•- (ion super oxit) trên bề mặt và tiếp sau đó xảy ra phản ứng với H2O như sau:

15