Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano tio2 go để xử lý một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
==================

LUẬN VĂN THẠC SỸ
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OXY HÓA XÚC TÁC
QUANG DỰA TRÊN HỆ NANO TIO2-GO ĐỂ XỬ LÝ
MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC RỈ RÁC

ĐẶNG VĂN NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS Đặng Xuân Hiển

Bộ môn:
Viện:

Kỹ thuật môi trường
Khoa học và Công nghệ Môi trường

Hà Nội, tháng 05 năm 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
==================

LUẬN VĂN THẠC SỸ
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OXY HÓA XÚC TÁC
QUANG DỰA TRÊN HỆ NANO TIO2-GO ĐỂ XỬ LÝ
MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC RỈ RÁC

ĐẶNG VĂN NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS Đặng Xuân Hiển
Chữ ký của GVHD

Bộ môn:
Viện:

Kỹ thuật môi trường
Khoa học và Công nghệ Môi trường

Hà Nội, tháng 05 năm 2021


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Đặng Văn Nam
Đề tài luận văn: Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ
nano TiO2 – GO để xử lý một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác.
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường - KH
Mã số SV: CA180241
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
28/04/2021 với các nội dung sau:

- Chỉnh sửa lại các thiếu sót về nội dung, bố cục, trình bày. Bổ sung chỉnh
sửa phần tổng quan.
- Biện luận kết quả nghiên cứu cho rõ rang, chặt chẽ.
- Chỉnh sửa các yêu cầu khác của phản biện và thành viên hội đồng.
(Chi tiết chỉnh sửa, bổ sung trong phần phụ lục đính kèm)
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

Phản biện

Chủ tịch hội đồng

Tác giả luận văn


CHI TIẾT NỘI DUNG CHỈNH SỬA
Mục

Nội dung

Chương 1:

- Sửa lại lỗi chính tả, các cơng thức hóa học, tài liệu
tham khảo.
- Chỉnh sửa số đầu mục bị sai.

Chương 2:

Chương 3:

Ghi chú
Đã chỉnh sửa
trang 16

- Thống nhất cách viết hệ vật liệu TiO2-GO
- Sửa lại giá trị COD theo QCVN 25:2009 /BTNMT
cột B tại bảng 2.1

Đã chỉnh sửa
trang 31,35

- Căn chỉnh lại các bảng số liệu 3.2, 3.3, 3.6, 3.9,
3.11.
- Mục 3.4 và 3.5 ghi rõ tên thông số khảo sát, vật
liệu khảo sát.
- Phóng lớn ảnh XRD
- Bổ sung phần biện luận, phân tích kết quả đánh
giá COD, độ màu.

Đã chỉnh sửa
trang
41,43,44, 45,
46, 48, 50,61

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để

xử lý một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác.

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Đặng Xuân Hiển


LỜI CẢM ƠN
Trong q trình thực hiện và hồn thiện đề tài tuy có gặp một số khó khăn,
nhưng nhờ có sự giúp đỡ tận tình hướng dẫn của PGS.TS Đặng Xuân Hiển và các
thầy cô tại Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường đã truyền đạt những kiến thức
quý báu trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường.
Trước hết, tôi xin được gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo
hướng dẫn PGS.TS Đặng Xuân Hiển đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy cho tơi trong
suốt q trình nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến các thầy cô tại Viện Khoa học và Công
nghệ Môi trường, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội và đồng nghiệp tại Trung
tâm Tư vấn và Truyền thông Môi trường (Hội bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường
Việt Nam) các bạn cùng nhóm nghiên cứu đã giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi trong
q trình hồn thành luận văn thạc sỹ.
Trong luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót.
Tơi mong rằng sẽ nhận được nhiều đóng góp q báu từ các thầy cơ, đồng nghiệp
để tài được hồn thiện và có ý nghĩa thiết thực trong thực tiễn.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2021

Học viên

ĐẶNG VĂN NAM


TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Xuất phát từ việc gây ô nhiễm môi trường từ nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp
rác thải hiện nay.
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu của luận văn : Ứng dụng giải pháp mới trong lĩnh vực
xử lý các chất có hàm lượng cao trong nước rỉ rác, nhằm xử lý triệt để các chất ô
nhiễm trong nước rỉ rác gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con
người và hệ sinh thái tự nhiên.
- Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu TiO2 – GO, xử lý COD và độ màu trong
nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội.
- Phạm vi nghiên cứu và thực nghiệm: Ứng dụng tổng hợp vật liệu TiO2 –
GO, đánh giá hiệu suất xử lý của vật liệu trên các yếu tố ảnh hưởng khác nhau,
ứng dụng phần mềm để tối ưu hóa thí nghiệm.
c) Các nội dung chính của luận văn
Nội dung của luận văn gồm 03 chương :
- Chương I: Tổng quan
Tổng quan chung về vật liệu TiO2 – GO : cấu trúc vật liệu, tính chất vật lý,
hóa học của vật liệu, cơ chế quang xúc tác, phương pháp tổng hợp vật liệu.
Tổng quan về nước rỉ rác : sự hình thành nước rỉ rác, các đặc tính và thành
phần của nước rỉ rác trên thế giới và Việt Nam, các công nghệ xử lý nước rỉ rác
hiện nay.
- Chương II: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Tổng hợp vật liệu TiO2 – GO theo phương pháp sol –gel, xác định cấu trúc

vật liệu sau khi tổng hợp bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp
hiển vi điện tử quét (SEM) và phương pháp tán sắc năng lượng tia X (EXD).
Phân tích hàm lượng COD, độ màu trong mẫu nước rỉ rác thu được, khảo sát
ứng dụng phương pháp để xử lý hàm lượng COD, độ màu theo các thí nghiệm thiết
lập sẵn.
- Chương III: Kết quả và thảo luận
Kết quả thu được xác định là dạng anatase của TiO2. TiO2 tổng hợp được là
đơn pha anatase chiếm khoảng 98% tốt hơn TiO2 thương mại (anatase chiếm 80%).
Kết quả đo EDX và thành phần các nguyên tố của mẫu vật liệu GO. Phổ EDX
của vật liệu GO chỉ gồm các đỉnh của 2 nguyên tố chính là C và O. Đỉnh của
nguyên tố C có cường độ lớn. Phần trăm khối lượng của nguyên tử C là 77,15%


và gấp hơn 3,5 lần nguyên tử O. Trong mẫu có tồn tại của O, nguyên tố Oxy có
thể nằm trong các phân tử H2O, CO, CO2, O2 vì những chất này vì những chất này
chỉ tồn tại trong pha lỏng, khí. Trong phổ EXD khơng thấy ngun tố lạ nào xuất
hiện, điều này chứng tỏ trong mẫu vật liệu không bị lẫn tạp chất. Các nguyên tố C
và O nằm ở trạng thái rắn thì chỉ có thể cấu thành nên những chất bển như GO,
Graphen, kim cương.
Dựa vào phổ XRD và cơng thức Scherrer, kích thước hạt chính xác của vật
liệu TiO2- GO chế tạo được là 17 nm.
Thực hiện thí nghiệm khảo sát khả năng ảnh hưởng của các yếu tố (thời gian
tiếp xúc, tỷ lệ R/L, pH) đến hiệu suất xử lý của vật liệu TiO2 – GO trong nước rỉ
rác. Qua các thí nghiệm thay đổi các mức độ yếu tố khác nhau cho thấy hiệu quả
xử lý tối ưu tại các khoảng thời gian tiếp xúc là 6 giờ, tỷ lệ 2 g/L và pH=4.
Tiến hành tối ưu hóa q trình bằng phần mềm Modde 5 với tiêu chí hiệu
suất khử COD:
X1: Thời gian tiếp xúc
X2: Tỷ lệ R/L
X3: pH

Phương trình hồi quy có dạng:
hCOD = 43,34 + 11,64x1 – 3,61x1x2 – 3,69x1x3
Mơ hình có khả năng giải thích 93 % kết quả trên thực tế.
=> Thu được một số kết quả sau:
 Thời gian tiếp xúc: 7,9 giờ
 Tỷ lệ R/L: 2,37 g/L
 pH: 3,807
 Hiệu suất xử lý COD đạt được 51,62%.
d) Kết luận
Kết quả của việc ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano
TiO2 – GO để xử lý một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của luận văn đưa ra sự
đánh giá tổng quát về khả năng ứng dụng và hiệu quả của phương pháp.
Nhằm pháp triển, tối ưu các phương pháp trong lĩnh vực xử lý nước rỉ rác.
Góp phần giảm thiểu ô nhiễm tới nguồn nước bảo vệ hệ sinh thái, đặc biệt sức khỏe
con người.
Giáo viên hướng dẫn

Học viên

PGS.TS Đặng Xuân Hiển

Đặng Văn Nam



MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN............................................................................... 7
1.1. Tổng quan về vật liệu TiO2 - GO .................................................................... 7
1.1.1. Mở đầu ......................................................................................................... 7

1.1.2. Vật liệu quang xúc tác .................................................................................. 7
1.1.3. Vật liệu TiO2 ................................................................................................ 9
1.1.4.Tính chất hóa học của TiO2 ......................................................................... 12
1.1.5. Cơ chế quang xúc tác của TiO2 .................................................................. 13
1.1.6. Vật liệu Graphene oxit (GO) ...................................................................... 14
1.1.7. Các phương pháp tổng hợp ........................................................................ 15
1.1.2. Ứng dụng của xúc tác nano TiO2 trong xử lý nước thải ............................ 16
1.2. Xúc tác quang (TiO2) trong xử lý nước thải. ................................................ 16
1.3. Tổng quan về nước rỉ rác .............................................................................. 16
1.3.1. Sự hình thành nước rỉ rác ........................................................................... 16
1.3.2. Các giai đoạn phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp ........................... 19
1.3.3. Đặc tính chung của nước rỉ rác trên thế giới .............................................. 20
1.3.4. Đặc trưng nước rỉ rác tại một số thành phố lớn của Việt Nam .................. 22
1.3.5. Các công nghệ xử lý nước rỉ rác ................................................................ 25
1.3.6. Công nghệ xử lý nước rỉ rác trên Thế Giới ................................................ 25
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG KỸ THUẬT
OXY HÓA XÚC TÁC QUANG DỰA TRÊN HỆ NANO TIO2 – GO ĐỂ XỬ
LÝ NƯỚC RỈ RÁC ............................................................................................ 31
2.1. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 31
2.2. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 31
2.3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 31
2.4. Q trình thí nghiệm ..................................................................................... 32
2.4.1. Hóa chất và các thiết bị thí nghiệm ............................................................ 32
2.4.2. Phương pháp thí nghiệm ............................................................................ 32
2.5. Xác định cấu trúc vật liệu.............................................................................. 35
2.6. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)[19] ....................................................... 35
2.7. Phương pháp vi điện tử quét SEM[19] ......................................................... 36
2.8 .Phương pháp phân tích .................................................................................. 37
2.9. Phương pháp khảo sát xúc tác quang vật liệu ............................................... 38
2.10. Hóa chất và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu ........................................... 39

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 41
3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu .............................................................................. 41
3.1.1. Kết quả tổng hợp vật liệu TiO2 .................................................................. 41


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
3.1.2. Kết quả tổng hợp vật liệu GO .................................................................... 42
3.1.3. Kết quả tổng hợp vật liệu TiO2/GO ........................................................... 43
3.2. Kết quả xử lý hóa lý nước rỉ rác tại Bãi rác Xuân Sơn. ................................ 46
3.3. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng các yếu tố đến hiệu suất xử lý của vật liệu
TiO2. TiO2 – GO trong nước rỉ rác ....................................................................... 47
3.3.1. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý theo thời gian tiếp xúc của vật liệu ........ 47
3.4. Kết quả khảo hiệu quả xử lý của vật liệu TiO2 – GO với các tỷ lệ rắn lỏng khác
nhau. ..................................................................................................................... 48
3.4.1. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý độ màu của vật liệu với các tỷ lệ rắn lỏng
khác nhau ............................................................................................................. 48
3.4.2. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý COD của vật liệu với các tỷ lệ rắn lỏng khác
nhau ...................................................................................................................... 49
3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý của vật liệu. ......... 50
3.6. Xác định phương trình hồi quy ..................................................................... 52
3.7. Tối ưu hóa thực nghiệm bằng phần mềm Modde 5 ...................................... 56
KẾT LUẬN ..........................................................................................................57
DANH MỤC TÀI LIỆU .....................................................................................58
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................60

2


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý

một số chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cơ chế quang xúc tác của chất bán dẫn ................................................. 9
Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng anatas và rutile ........................................ 10
Hình 1.3: Cấu trúc hình khối bát diện của TiO2................................................... 11
Hình 1.4: Cơ chế quang xúc tác của TiO2 ............................................................ 14
Hình 1.5. Cấu trúc của GO theo Lerf – Klinowski [13]....................................... 14
Hình 1.6. Sơ đồ oxi hóa graphen thành graphene oxit ......................................... 15
Hình 1.7: Các thành phần trong ơ chơn lấp [5] .................................................... 18
Hình 1.8. Sơ đồ cân bằng nước rác ...................................................................... 19
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp TiO2 theo phương pháp sol – gel ................................ 33
Hình 2.2. Sơ đồ tổng hợp GO theo phương pháp Hummers................................ 33
Hình 2.3 . Sơ đồ khối tổng hợp TiO2-GO theo phương pháp sol-gel .................. 34
Hình 2.4. Các bộ phận của Kính hiển vi điện tử .................................................. 36
Hình 2.5. Cơ chế hoạt động của Kính hiển vi điện tử .......................................... 36
Hình 2.6. Mơ hình khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu ................................... 39
Hình 3.1. Giản đồ XRD của vật liệu TiO2 ........................................................... 41
Hình 3.2. Kết quả đo XRD và EDX của vật liệu GO .......................................... 42
Hình 3.3. Giản đồ XRD của mẫu vật liệu TiO2/GO ........................................... 44
Hình 3.4. Kết quả chụp SEM của vật liệu TiO2/GO ở độ phóng đại 15000 lần .. 44
Hình 3.5 Kết quả chụp SEM của vật liệu TiO2/GO độ phóng đại 50000 lần ..... 45
Hình 3.6. Giãn đồ EDX của vật liệu TiO2/GO..................................................... 46
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn hiệu suất loại bỏ COD nước rỉ rác của vật liệu TiO2,
TiO2-GO theo thời gian ........................................................................................ 47
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu theo thời gian của vật liệu TiO2.
TiO2-GO ............................................................................................................... 48
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu của vật liệu với tỷ lệ rắn lỏng
khác nhau.............................................................................................................. 49
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD của vật liệu với tỷ lệ rắn lỏng
khác nhau.............................................................................................................. 50

Hình 3.11. Đồ thị diễn biến hiệu suất xử lý độ màu tại các giá trị pH khác nhau 51
Hình 3.12. Đồ thị diễn biến hiệu suất xử lý COD tại các giá trị pH khác nhau .. 51
Hình 3.13. Tương quan giữa mơ hình và thực nghiệm ........................................ 55
Hình 3.14 Kết quả tối ứu hóa theo phần mềm modde 5 ...................................... 56
Hình 3.15. Mơ phỏng mặt đáp trị ảnh hưởng của liều lượng thời gian. pH. tỷ lệ R/L
đến hiệu suất xử lý COD ...................................................................................... 56
3


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số vật lý của Anatas và Rutil ....................................................11
Bảng 1.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác điển hình .....................................21
Bảng 1.3 Tổng hợp kết quả đo đạc chất lượng nước rác tại bãi rác Nam Sơn .....23
Bảng 1.4 Kết quả phân tích chất lượng nước rác tại bãi chơn lấp Gị Cát, Phước
Hiệp - TP Hồ Chí Minh và bãi chơn lấp Tràng Cát – Hải Phịng .........................24
Bảng 2.1. Các thông số nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội........31
Bảng 3.1. Thành phần nước rỉ rác sau khi xử lý hóa lý bằng MAP và keo tụ ......47
Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý COD trong nước rỉ rác của TiO2/TiO2-GO theo thời gian
...............................................................................................................................47
Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý độ màu trong nước rỉ rác của TiO2/TiO2-GO theo thời
gian ........................................................................................................................66
Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý độ màu trong nước rỉ rác theo các tỉ lệ rắn lỏng khác
nhau của vật liệu. ..................................................................................................67
Bảng 3.5. Hiệu suất loại bỏ COD trong nước rỉ rác theo tỷ lệ rắn lỏng khác nhau
của vật liệu ............................................................................................................49
Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý độ màu tại các giá trị pH khác nhau của vật liệu ........68
Bảng 3.7. Hiệu suất loại bỏ COD tại các giá trị pH khác nhau của vật liệu .........68
Bảng 3.8. Danh sách các biến mã hóa ..................................................................52

Bảng 3.9. Bảng ma trận thực nghiệm ...................................................................53
Bảng 3.10. Các hệ số của phương trình hồi quy ...................................................54

4


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Nghĩa đầy đủ

BCL

Bãi chôn lấp

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

CA

Axit Cytric (Cytric Acide)

CTR

Chất thải rắn

CT

Chất thải

EDX

Tán sắc năng lượng tia X (Energy-dispersive Xray)

GO

Graphene Oxide

HPLC

Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao
(High Performance Liquid Chromatograhphy)

MAP

Kết tủa Magie Amoni Photphat

MB

Xanh-metylen (Methylene Blue)

NRR

Nước rỉ rác

PAA

Poly-Acryl Amide

PAC

Poly-Aluminum Chloride

PAH

Các hydrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic
Aromatic Hydrocarbons)

PCB

Polychlorinated Biphenyl

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RTSH

Rác thải sinh hoạt

SEM

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic
Microscope)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

XRD

Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction)

5


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
MỞ ĐẦU
Theo các thông tin, số liệu về dân số, phát triển các thành phần kinh tế, phát
triển đô thị và nông thôn cũng như thu nhập bình quân của người lao động Việt
Nam và những yếu tố khác cho thấy sự phát triển kinh tế - xã hội, phát triển đô thị
và nông thôn là những yếu tố tác động đang tạo áp lực rõ rệt đến việc phát sinh
chất thải rắn nói chung và chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam. Theo thống kê của
Tổng cục Môi trường (Bộ Tài nguyên và Mơi trường), tại Việt Nam hiện có hơn
900 bãi chơn lấp chất thải sinh hoạt, trong đó chưa đến 20% bãi chơn lấp hợp vệ
sinh, trong q trình chơn lấp các bãi rác này phát sinh lượng nước rỉ rác rất lớn.
Do được sinh ra từ rác thải nên nước rỉ rác chứa các thành phần phức tạp, rất độc
hại, các chất ô nhiễm chủ yếu như nitơ, amoniac, sunfua, kim loại nặng, các vi
trùng, vi khuẩn lây bệnh, BOD, COD nồng độ rất cao… Tình trạng ơ nhiễm môi
trường từ hàng trăm bãi chôn lấp này là hiện hữu. Ngay tại các thành phố lớn, hiện
rác chủ yếu vẫn được xử lý theo hình thức chơn lấp, với tỷ lệ là 90% và một số hệ
thống xử lý nước rỉ rác cũ không thể xử lý được các chất ơ nhiễm đạt quy chuẩn
kỹ thuật quốc gia vì tỷ lệ BOD/COD < 0,3, khả năng phân hủy sinh học kém, kèm
theo độ cứng cao, gây khó khăn cho quá trình xử lý sinh học.
Trong nhưng năm gần đây cơng nghệ nano được ưa chuộng bởi nhiều tính
năng ưu biệt. Đặc biệt các hệ dựa trên nano TiO2 hoặc TiO2 biến tính đã được

nghiên cứu tại rất nhiều Quốc gia bởi chúng xử lý hiệu quả các chất hữu cơ khó
phân hủy sinh học, chuyển một số dạng chất hữu cơ thành chất hữu cơ đơn giản dễ
phân hủy sinh học.
Do vậy, việc nghiên cứu “Ứng dụng kỹ thuật ô xy hóa xúc tác quang dựa
trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác” là
phương pháp có tiềm năng trong ứng dụng xử lý nước rỉ rác tại các bãi chơn lấp
có tuổi đời cao trước cơng đoạn xử lý sinh học, cũng như xử lý các chất hữu cơ trơ
cịn lại sau cơng đoạn xử lý sinh học, đảm bảo xả thải ra môi trường.

6


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về vật liệu TiO2 - GO
1.1.1. Mở đầu
Titan dioxit (TiO2) là chất bán dẫn, bền hóa học, khơng độc và có khả năng
thực hiện các phản ứng quang xúc tác trong vùng tử ngoại được dung để xử lý các
hợp chất hữu cơ bền. Tuy nhiên các ứng dụng trong thực tiễn của TiO2 cịn hạn
chế vì chỉ có những bức xạ tử ngoại chiếm khoảng 4% bức xạ mặt trời, ứng với
các photon có năng lượng lớn hơn 3,2 eV mới được hấp thụ và tạo ra hiệu quả
quang hóa. Do đó việc mở rộng vùng hoạt động của TiO2 từ tử ngoại sang khả kiến
là cần thiết.
Graphen oxit (GO) là graphit đơn lớp có gắn thêm các nhóm chức chứa oxy
như: hydroxyl, epoxy, cacbonyl, cacbonxyl,… trên bề mặt [10]. Nhờ có thêm các
nhóm chức chứa oxy nên khả năng phản ứng của oxy tăng lên rất nhiều, đồng thời
làm tăng thêm khoảng cách giữa các lớp GO và làm tăng thêm tính ưa nước của
GO. GO có những đặc điểm nổi bật như: diện tích bề mặt riêng lớn, tính ưa nước
và tính tương thích sinh học cao nên GO được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác

nhau như: công nghệ vật liệu, công nghệ màng để sản xuất nhiên liệu sinh học,
lĩnh vực y tế, cơng nghệ sinh học và xử lý mơi trường[11].
GO có hiệu ứng rất tích cực tới TiO2, dẫn đến hình thành một hệ xúc tác có
hoạt tính quang hóa mạnh ngay trên bề mặt. Biến tính TiO2 bằng GO được quan
tâm nghiên cứu do TiO2/GO có hoạt tính xúc tác cao đối với quá trình phân hủy
hợp chất hữu cơ ở vùng khả kiến[12].
1.1.2. Vật liệu quang xúc tác
1.1.2.1. Cơ chế và điều kiện của phản ứng quang xúc tác
Năm 1930, khái niệm xúc tác quang ra đời. Trong hóa học nó dùng để nói
đến những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng,
hay nói cách khác ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác giúp cho phản
ứng xảy ra. Việc sử dụng chất bán dẫn làm xúc tác quang hóa và áp dụng vào xử
lý mơi trường đã và đang thu hút được sự quan tâm nhiều hơn so với các phương
pháp thông thường khác. Trong phương pháp này bản thân chất xúc tác không bị
biến đổi trong suốt q trình và khơng cần cung cấp năng lượng khác cho hệ phản
ứng. Ngồi ra, phương pháp này cịn có các ưu điểm như: có thể thực hiện ở nhiệt
độ và áp suất bình thường, có thể sử dụng ánh sáng nhân tạo hoặc bức xạ tự nhiên
của mặt trời, chất xúc tác rẻ tiền và không độc. Vật liệu được sử dụng nhiều trong
các phản ứng quang xúc tác là các chất bán dẫn (Semiconductor) [1].
 Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể
7


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác
Q trình xúc tác quang dị thể có thể được tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng.
Cũng giống như các q trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang dị thể
được chia thành 6 giai đoạn như sau [1].
- Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt
xúc tác.

- Các chất tham gia phản ứng được hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác.
- Vật liệu quang xúc tác hấp thụ photon ánh sáng, phân tử chuyển từ trạng
thái cơ bản sang trạng thái kích thích với sự chuyển mức năng lượng của electron.
- Phản ứng quang hóa, được chia làm 2 giai đoạn nhỏ: Phản ứng quang hóa
sơ cấp, trong đó các phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực
tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ. Phản ứng quang hóa thứ cấp, cịn gọi
là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các
sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp.
- Nhả hấp phụ các sản phẩm.
- Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng.
Tại giai đoạn 3, phản ứng xúc tác quang hóa khác phản ứng xúc tác truyền
thống ở cách hoạt hóa xúc tác. Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác được
hoạt hóa bởi năng lượng nhiệt cịn trong phản ứng xúc tác quang hóa xúc tác được
hoạt hóa bởi sự hấp thụ quang năng ánh sáng.
 Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang
- Có hoạt tính quang hóa.
- Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng ngoại tử hoặc ánh
sáng nhìn thấy.
Quá trình đầu tiên của quá trình xúc tác quang dị thể phân hủy các chất hữu
cơ và vô cơ bằng chất bán dẫn (Semiconductor) là sự sinh ra của cặp điện tử - lỗ
trống trong chất bán dẫn. Có rất nhiều chất bán dẫn khác nhau được sử dụng làm
chất xúc tác quang như: TiO2, ZnO, ZnS, CdS... Khi được chiếu sáng có năng
lượng photon (hυ) thích hợp, bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg (hv≥
Eg), thì sẽ tạo ra các cặp electron (e-) và lỗ trống (h+). Các electron được chuyển
lên vùng dẫn (quang electron) còn các lỗ trống ở lại vùng hóa trị. Các phân tử của
chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại [2]
• Các phân tử có khả năng nhận electron (acceptor).
• Các phân tử có khả năng cho electron (donor).
Q trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn nếu các phân tử chất hữu cơ và
vô cơ bị hấp phụ trước trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC). Khi đó, các electron

ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận electron (A) và quá
8


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác
trình khử xảy ra, cịn các lỗ trống sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng
cho electron (D) để thực hiện phản ứng oxy hóa:
hυ + (SC)  e- + h+
A(ads) + e-  A- (ads)
D(ads) + h+  D+ (ads)
Các ion A- (ads) và D+ (ads) sau khi được hình thành sẽ phản ứng với nhau
qua một chuỗi các phản ứng trung gian và sau đó cho ra các sản phẩm cuối cùng.
Như vậy quá trình hấp phụ photon của chất xúc tác là gian đoạn khởi đầu cho toàn
bộ chuỗi phản ứng. Trong quá trình xúc tác quang hiệu suất lượng tử có thể bị giảm
bởi sự tái kết hợp của các electron và lỗ trống.
e- + h+  (SC) + E
Trong đó (SC) là tâm bán dẫn trung hịa và E là năng lượng được giải
phóng ra dưới dạng bức xạ điện tử (hυ’ ≤ hυ) hoặc nhiệt.

Hình 1.1: Cơ chế quang xúc tác của chất bán dẫn
1.1.3. Vật liệu TiO2
1.1.3.1. Cấu trúc vật liệu TiO2
TiO2 tồn tại ở dạng bột thường có màu trắng tuyết ở điều kiện thường khi
nung nóng có màu vàng. Khối lượng phân tử là 79,87 g/mol, trọng lượng riêng từ
4,13 – 4,25 g/cm3 nóng chảy ở nhiệt độ cao 1780oC khơng tan trong nước và các
axit như axit sunfuric và clohydric…ngay cả khi đun nóng. Tuy nhiên với kích
thước nanomet, TiO2 có thể tham gia một số phản ứng với axit và kiềm mạnh. Các
dạng oxit, hydroxit và hợp chất của Ti (IV) đều có tính bán dẫn. TiO2 tồn tại ở
dạng tinh thể thường có 3 loại thù hình là Rutile, Anatase và Brookite. Trong tự

nhiên dạng tinh thể Anatase và Rutile thường phổ biến hơn các dạng khác vì
brookite khá là không bền. Dạng brookite không thể sử dụng trong cơng nghiệp vì
nó khơng bền ở nhiệt độ phịng. Dạng anatase gặp phải vấn đề về sự cản trở nhiệt
và ánh sáng và dưới tác động của môi trường màu trắng giảm dần. Dạng rutile có
khả năng ứng dụng ngồi trời do khả năng cản trở ánh sáng tốt và có thể ứng dụng
9


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
bề mặt bằng cách sử dụng công nghệ hấp phụ mà không cần cải tiến các kỹ thuật
hay các thiết bị tinh vi, phức tạp [8].

Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng anatas và rutile
TiO2 dạng rutile đã được sử dụng hàng trăm năm nay trong vật liệu xây
dựng (là chất độn màu trắng (pigment) cho sơn) trong cơng nghiệp hóa chất, dược
phẩm mỹ phẩm…TiO2 với cấu trúc tinh thể dạng Anatase có kích thước tinh thể từ
5 – 50 nm có hoạt tính xúc tác mạnh nên gần đây đã được nghiên cứu rất nhiều để
ứng dụng sử lý các chất dộc hại trong môi trường.
Cấu trúc của dạng tinh thể Anatase và Rutile thuộc hệ tinh thể tetragonal.
Cả hai dạng tinh thể trên đều được tạo nên từ các đa diện phối trí TiO2 cấu trúc
theo kiểu bát diện, các đa diện phối trí sắp xếp khác nhau trong khơng gian. Tuy
nhiên trong tinh thể Anatase các đa diện phối trí 8 mặt bị biến dạng mạnh hơn so
với Rutile, khoảng cách Ti – Ti ngắn hơn và khoảng cách Ti – O dài hơn. Điều này
ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể kéo theo sự khác nhau về các
tính chất vật lý và hóa học. Ngay trong hệ tetragonal do sự gắn kết khác nhau của
các đa diện phối trí mà tính chất của Anatase và Rutile cũng có sự khác nhau. Các
thơng số vật lý của hai dạng thù hình được thể hiện trong Bảng 1.1.

10

Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
Bảng 1.1: Thông số vật lý của Anatas và Rutil
Tính chất

Anatase

Rutile

Tetragonal

Tetragonal

Nhóm khơng gian

I41amd

P42/mnm

Thơng số mạng a

3,78 Ao

4,58 Ao

Thông số mạng c

9,49 Ao

2,95 Ao

Khối lượng riêng

3,895 g/cm3

4,250 g/cm3

2,52

2,71

5,5 – 6,0

6,0 – 7,0

31

114

Nhiệt độ cao chuyển thành Rutile

1858oC

Hệ tinh thể

Độ khúc xạ
Độ cứng (thang Mox)
Hằng số điện mơi

Nhiệt độ nóng chảy

Dạng Anatase có cấu trúc tinh thể thuộc hệ tetragonal tại nhiệt độ khoảng
915 C dạng Anatase bắt đầu đầu chuyển thành dạng Rutile. Vì vậy dạng Rutile
phổ biến nhất trong hai dạng thù hình trên của TiO2, dạng Anatase rất hiếm gặp
trong tự nhiên. TiO2 khơng tồn tại riêng biệt, Anatase được tìm thấy trong các
khoáng vật cùng với Rutile, Brookite, Quarzt, Apatile, Hematile, Chlorite, Mica,
Calcite…[9]
o

Hình 1.3: Cấu trúc hình khối bát diện của TiO2
11


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác
- Tính chất vật lý của TiO2:
 Tính dẫn điện
TiO2 pha anatase là chất bán dẫn loại n có độ linh động hại tải lớn, có độ
truyển qua tốt trong vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại, hệ số khúc xạ lớn.
Vật liệu TiO2 theo lý thuyết sẽ là vật liệu dẫn điện kém do có độ rộng vùng cấm
Eg > 3 eV. Tuy nhiên sai hỏng mạng ở dạng nút mạng khuyết oxy đóng vai trị như
các tạp chất donor, mức năng lượng tạp chất nằm ngay sát vùng dẫn khoảng 0.01
eV. Bởi vậy, TiO2 dẫn điện bằng điện tử ở nhiệt độ phịng. Mạng TiO2 pha anatase
và rutile đều có điện trở biến thiên theo quy luật hàm số mũ:
R = exp(Ea/KT)
Trong đó:
A : là hệ số
Ea: Năng lượng kích hoạt
T: Nhiệt độ tuyệt đối

Khi pha tạp chất, điện trở màng TiO2 giảm đáng kể vì khi đó tạp chấy đóng
vai trò là tâm donor và aceptor làm số hạt tải điện tăng mạnh và năng lượng Ea
giảm rõ rệt ở nhiệt độ phịng.
• Tính chất từ của TiO2
TiO2 tinh khiết khơng có từ tính. Khi pha tạp Co, Fe, V thì TiO2 thể hiện
tính sắt từ ở nhiệt độ phịng. Tính chất từ của TiO2 pha tạp phụ thuộc vào loại tạp
chất, nồng độ pha tạp và điều kiện hình thành tinh thể.
• Tính nhạy khí của TiO2
Vật liệu TiO2 có khả năng thay đổi độ dẫn điện khi hấp thụ một số khí như
CO, CH4, NH3, hơi ẩm… Vì vậy, dựa trên sự thay đổi điện trở của màng sẽ xác
định được loại khí và nồng độ khí. Do đó TiO2 đang được nghiên cứu để làm cảm
biến khí.
1.1.4.Tính chất hóa học của TiO2
Ở điều kiện bình thường TiO2 là chất trơ về mặt hóa học, khơng phản ứng
với nước axit vơ cơ lỗng, kiềm, và các axit hữu cơ khác.
TiO2 tan không đáng kể trong các dung dịch kiểm:
TiO2 + 2 NaOH → Na2TiO3 + H2O
TiO2 tác dụng với HF
TiO2 + HF → H2TiF3 + H2O
TiO2 bị khử về các oxit thấp hơn:
2 TiO2 + H2 → Ti2O3 + H2O (nhiệt độ 1000°C)
2 TiO2 + CO → Ti2O3 + CO2 (nhiệt độ 800°C)
12


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
TiO2 phản ứng với muối cacbonnat
TiO2 + MCO3 → MTiO3 + CO2 (nhiệt độ 800 đến 1000°C)
Với M: Ca, Mg, Ba, Sr

TiO2 phản ứng với oxit kim loại:
TiO2 + MO → MTiO3 (nhiệt độ 1200 đến 1300°C)
1.1.5. Cơ chế quang xúc tác của TiO2
Tinh thể anatase TiO2 có hoạt tính quang xúc tác cao nhất so với hai dạng
cịn lại. Khi đó, nếu chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp thì xảy ra sự chuyển
điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Tại vùng hóa trị có sự hình thành các gốc
OH* và RX+:
TiO2 (h+) + H2O  OH* + H+ + TiO2
TiO2 (h+) + OH  OH* + TiO2
TiO2 (h+) + RX  RX+ + TiO2
Tại vùng dẫn có sự hình thành của các gốc O2- và HO2*
TiO2 (e-) + O2  O2- + TiO2
O2- + H+  HO2*
2HO2*  H2O2 + O2
TiO2 (h+) + H2O  OH* + H+ + TiO2
TiO2 (e-) + H2O2  HO* + HO- + TiO2
H2O2 + O2  O2 + HO2* + HO
Sự hấp thụ photon sinh ra electron và lỗ trống chính là yếu tố cần thiết cho
q trình xúc tác quang hóa. Tuy nhiên có một q trình khác cũng xảy ra đồng
thời trên bề mặt chất xúc tác đối lập với sự kích thích quang làm sinh ra cặp electron
- lỗ trống, đó là q trình tái kết hợp của electron - lỗ trống. Đây là yếu tố chính
làm hạn chế hiệu quả q trình quang xúc tác. Phương trình mơ tả q trình tái kết
hợp có thể coi là ngược lại với phương trình sau:
e- + h+  (SC) + E.
Trong đó (SC) là tâm bán dẫn trung hịa và E là năng lượng được giải phóng
ra dưới dạng một photon (bức xạ quang) hoặc phonon (nhiệt). Q trình này có thể
diễn ra dưới hình thức tái kết hợp bề mặt hoặc tái kết hợp thể tích. Sự khác biệt
giữa TiO2 dạng anatas với rutile là: dạng anatase có khả năng khử O2 thành O2cịn rutile thì khơng. Do đó, TiO2 anatase có khả năng nhận đồng thời oxy và hơi
nước từ khơng khí cùng ánh sáng để phân hủy các hợp chất hữu cơ. Tinh thể TiO2
anatase dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại đóng vai trị như một cầu nối trung

chuyển điện tử từ H2O sang O2, chuyển hai chất này thành dạng O2- và OH* là hai
13


Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác
dạng có hoạt tính oxi hóa cao có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành nước và
cacbonic [2]

Hình 1.4: Cơ chế quang xúc tác của TiO2
1.1.6. Vật liệu Graphene oxit (GO)
Graphene (GE) là graphit (than chì) đơn lớp được tạo từ các nguyên tử Carbon
sắp xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng một mặt phẳng hay còn gọi là cấu trúc tổ
ong. GE được hai nhà khoa học Geim và Novoselov tìm ra bằng phương pháp bóc
tách (scotch tape). Theo đó các lớp graphite được tách ra bằng băng dính và được
ổn định trên nền SiO2. Trong đó mỗi nguyên từ carbon liên kết với 3 nguyên từ
carbon gần nhất bằng liên kết 𝜎𝜎 tạo thành bởi các obitan lai hóa sp2, tất cả các độ
dài liên kết trong GE là bằng 1,42 Ao.
Graphene oxit (GO) là GE có gắn thêm các nhóm chức oxy ưa nước như
hydroxy (-OH), epoxy (-O-), carbonyl (-C=O), carboxy (-COOH-)… trên bề mặt
cơ bản và cạnh tranh của chúng như hình sau:

Hình 1.5. Cấu trúc của GO theo Lerf – Klinowski [13]
GO thu được bằng cách xử lý than chì với chất oxy hóa mạnh theo các
phương pháp khác nhau: Brodie (KCLO3 trong HNO3, Staudenmaier (KCLO3,
NaClO3 trong H2SO4 và HNO3) và phương pháp Hummers (KMnO4 NaNO3 và
H2SO4) [14]
14

Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác

Hình 1.6. Sơ đồ oxi hóa graphen thành graphene oxit
Nhờ có thêm những nhóm chức chứa oxygen trên đã làm tăng thêm rất
nhiều khả năng phản ứng của GO, đồng thời làm tăng khoảng cách giữa các lớp
GO và tăng tính ưa nước của GO. Do đó GO được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực
khác nhau: như công nghệ vật liệu, công nghệ màng để sản xuất nhiên liệu sinh
học, lĩnh vực y tế, công nghệ sinh học và trong xử lý môi trường [15].
GO có những ưu điểm nổi bật như: diện tích bề mặt riêng lớn, tính ưa nước
cao và có tính tương thích sinh học nên GO là vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong
xử lý nước thải với vai trị như là chất hấp phụ.
Bên cạnh đó thì GO còn một số hạn chế như: các lớp dễ bị kết dính trở lại,
độ chọn lọc thấp, hiệu quả hấp phụ và khả năng thu hồi chưa cao.
1.1.7. Các phương pháp tổng hợp
GO được tổng hợp từ than chì bằng các phương pháp chính là Hummer,
Hummer cải tiến, Staudenmaier, Hofmann. Các phương pháp trên đều liên quan
đến quá trình oxi hóa của than chì với các mức độ khác nhau. Trong phương pháp
Staudenmaier và Hofmann sử dụng sự kết hợp giữa Kali clorat (KClO3) và axit
nitric (HNO3) để oxi hóa than chì. Phương pháp hummer và hummer cải tiến sử
dụng thuốc tím và axit sunfuric. Than chì kết hợp với axit mạnh như axit H2SO4,
HNO3, HClO4 cũng được sử dụng như tiền chất để tạo ra GO [16].
 Tổng hợp GO bằng phương pháp Hummer
5g than chì và 2,5g natri nitrat NaNO3 được khuấy với 115ml dung dịch
H2SO4 98%. Hỗn hợp được làm lạnh. Sau đó cho 15g KMnO4 được thêm vào hỗn
hợp, khuấy từ từ trong hai giờ. Hỗn hợp được để ở nhiệt độ phòng trong bốn giờ
sau trước khi được đun nóng đến 350C trong 30 phút. Hỗn hợp tiếp tục được đun
nóng tới 700C trong một bình chứa 250ml nước cất. Sau khi giữ nhiệt độ ổn định
15

Ứng dụng kỹ thuật oxy hóa xúc tác quang dựa trên hệ nano TiO2 – GO để xử lý
một số chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác
trong vịng 15 phút, hỗn hợp được đổ thêm một lít nước cất. KMnO4 cịn dư và
MnO2 sinh ra trong q trình phản ứng được loại bỏ bằng cách thêm 3% H2O2.
Hỗn hợp phản ứng sau đó được lọc gạn, GO dạng huyền phù được sấy khơ trong
lị chân khơng ở 600C trong 48 giờ trước khi sử dụng HNO3 [3].
1.1.8. Ứng dụng của xúc tác nano TiO2 trong xử lý nước thải
Xúc tác nano TiO2 đã được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực môi trường
đặc biệt là xử lý nước thải. Rất nhiều các nghiên cứu và cơng trình khoa học về
việc ứng dụng nano xúc tác TiO2 trong xử lý nước thải đã được công bố cho thấy
rằng hiệu quả tổng thể của một quá trình xử lý nước thải bằng quang xúc tác phụ
thuộc rất nhiều vào cấu hình và các thông số vận hành của thiết bị phản ứng quang.
Hai cấu hình thường được sử dụng là: thiết bị phản ứng huyền phù và thiết bị phản
ứng sử dụng TiO2 cố định. Kỹ thuật phân tán/thu hồi (đối với thiết bị phản ứng
huyền phù) hay kỹ thuật cố định xúc tác (đối với thiết bị phản ứng sử dụng TiO2
cố định) đang được theo đuổi để tối đa hóa hiệu quả của nó.
1.2. Xúc tác quang (TiO2) trong xử lý nước thải
Xúc tác quang (Photocatalyst) là 1 nhánh trong nghành vật lý – hóa học có
liên quan đến các hiệu ứng hóa học của ánh sáng. Nói chung, thuật ngữ này được
sử dụng để mô tả phản ứng hóa học do hấp thụ tia cực tím (có bước sóng từ 100 400 nm), hấp thụ ánh sáng khả kiến (400 – 750nm) hoặc bức xạ hồng ngoại (750
– 2500 nm). Chất xúc tác (ở đây là TiO2) không tự thay đổi hoặc mất đi trong phản
ứng hóa học, nó chỉ đóng vai trị là xúc tác.

Hình 1.9. Sơ đồ xúc tác quang
Quang xúc tác làm gia tăng tốc độ của q trình oxy hóa và phân hủy các
chất hữu cơ độc hại để tạo thành CO2, nước và các chất vô hại khác.
1.3. Tổng quan về nước rỉ rác
1.3.1. Sự hình thành nước rỉ rác
16