Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh methylen trong môi trường nước sử dụng đèn xenon và vật liệu hạt nano TiO2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày kết quả quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh methylen trong nước và nước thải dệt nhuộm thực sử dụng vật liệu nano TiO2 và đèn xenon Các tham số khảo sát gồm: Khối lượng vật liệu TiO2, nồng độ đầu Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý đối với mẫu nước thải nghiên cứu khá cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh methylen trong môi trường nước sử dụng đèn xenon và vật liệu hạt nano TiO2

NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG QUANG XÖC TÁC XỬ LÝ THUỐC NHUỘM XANH METHYLEN TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC SỬ DỤNG ĐÈN XENON VÀ VẬT LIỆU HẠT NANO TiO2 Nguyễn Thị Khánh Vân(1)(4), Nguyễn Nhật Huy(3), Nguyễn Năng Định(1), Lê Thị Quỳnh(2), Phạm Văn Hảo(5) và Đặng Văn Thành(1)(2) (1) Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội (2) Trường Đại học Y – Dược, Đại học Thái Nguyên (3) Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (4) Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên (5) Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông, Đại học Thái Nguyên TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, chúng tôi áo cáo các kết quả quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh m thyl n trong nư c và nư c thải ệt nhuộm thực sử ụng vật liệu nano TiO2 và èn x non Các tham số khảo sát gồm: khối lượng vật liệu TiO2, nồng ộ ầu Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý ối v i m u nư c thải ược nghiên cứu khá cao Sau xử lý, chỉ số nhu cầu ôxy h a học, t ng lượng cac on hữu cơ TOC của nư c thải giảm áng k cho thấy tiềm năng của vật liệu chế tạo trong xử lý môi trường Từ khóa: TiO2, quang xúc t c, xanh methylen, COD, TOC, nƣớc thải dệt nhuộm. 1. MỞ Đ U Xanh methylen (MB) là một loại thuốc nhuộm azơ cation, đƣợc sử dụng phổ iến trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, làm chất chỉ thị, mô hình thử nghiệm trong c c nghiên cứu và thuốc trong y học. MB là chất thải khó phân hủy, tính ổn định hóa học cao, khi thải ra môi trƣờng và gây t c động xấu đến động, thực vật và sức khỏe con ngƣời (Houas A. et al., 2001). Thực tế, nƣớc thải dệt nhuộm nói chung thƣờng chứa c c yêu tố màu khó xử lý, do chúng có pH, chỉ số nhu cầu ôxy hóa học (COD) và độ màu tƣơng đối cao (Houas A. et al., 2001; Palaniandy et al., 2015). Đồng thời trong qu trình sản xuất của ngành dệt nhuộm, cần sử dụng lƣợng lớn c c chất hữu cơ độc hại, nhƣ thuốc nhuộm, chất hoạt động ề mặt, hồ tinh ột, v.v... Do đó, ph t triển c c phƣơng ph p để xử lý MB nói riêng và nƣớc thải dệt nhuộm nói chung, trƣớc khi thải ra môi trƣờng, là yêu cầu cấp thiết (Houas A. et al., 2001; Ramanjot, 2011; Palaniandy et al., 2015). Quang xúc t c là một kỹ thuật đầy hứa h n cho xử lý nƣớc ị ô nhiễm, đ đƣợc nghiên cứu rộng r i trong những năm gần đây, với c c ƣu điểm nhƣ, hiệu quả xử lý nhanh, thân thiện với môi trƣờng, hiệu quả kinh tế cao và có thể ôxy hóa hoàn c c phân tử hữu cơ (Palaniandy et al., 2015). Shanmugaprya và cs. (2008) đ thực hiện c c thí nghiệm xúc t c quang, sử dụng nh s ng mặt trời, với 0,2 g/L chất xúc t c TiO2, cho c c nồng độ kh c nhau của nƣớc thải chứa phenol, cho kết quả phân hủy hoàn toàn phenol trong thời gian gần 300 phút, với nồng độ phenol 100 ppm. Ramanjot (2011) đ tiến hành xử lý nƣớc thải dệt nhuộm dựa trên qu trình quang xúc t c, sử dụng vật liệu TiO2 và nguồn nh s ng mặt trời. Kết quả cho thấy, 83% thuốc nhuộm procion lue (PB) đ đƣợc loại ỏ khỏi nƣớc thải nhà m y dệt có chứa nhiều loại thuốc nhuộm. Ƣu điểm khi sử dụng vật liệu xúc t c TiO2 là có thể t i sử dụng sau qu trình xử lý quang xúc t c, sản phẩm từ sự phân hủy này an toàn, ít ph t sinh chất thải thứ cấp (Houas et al., 2001). Vì vậy, trong nghiên cứu này, chúng tôi đ nh gi khả năng quang xúc t c phân hủy xanh methylen trong nƣớc và nƣớc 558 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
thải thực của vật liệu xúc t c TiO2, sử dụng nguồn s ng là hệ đèn xenon. Hoạt tính quang xúc t c của vật liệu đƣợc x c định ằng sự phân hủy MB, sự suy giảm của COD và tổng lƣợng cac on hữu cơ (TOC) trong nƣớc thải. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Dụng cụ và hóa chất Thanh Ti sử dụng làm điện cực, có độ tinh khiết cao 99,7%, chiều dài 250 mm, đƣờng kính 6 mm (CAS7440-32-6, đƣợc mua từ Alfa Aesar, Mỹ). Muối amoni nitrate (NH4NO3) (CAS6484- 52-2), đƣợc mua từ Công ty Sigma, CHLB Đức. Methylen xanh đƣợc mua từ Anh. Nƣớc cất hai lần đƣợc cất từ m y Aquatron-A4000D tại phòng thí nghiệm. 2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 2.2.1. Chế tạo vật liệu TiO2 Vật liệu xúc t c TiO2 đƣợc chế tạo ằng phƣơng ph p điện hóa, sử dụng muối NH4NO3 nồng độ 0,5 M. Qu trình điện hóa đƣợc thực hiện trong hệ hai điện cực (Hình 2.1), sử dụng anot và catot là hai thanh kim loại Titan, có độ tinh khiết cao (99,7%, chiều dài 6,4 mm, đƣờng kính 0,25 inch, Alfa Aesar, Mỹ), đƣợc đặt song song với nhau trong cốc thủy tinh chứa dung dịch NH4NO3 (250 ml, 0,5 M). Hai điện cực đƣợc kết nối với nguồn điện 1 chiều, với điện thế phân cực trong khoảng 20-25 V, tƣơng ứng với dòng điện từ 1,7-2 A. Khi có dòng điện, thanh kim loại Ti trên anot tiếp xúc với dung dịch chất điện ly, óc t ch ra, đi vào trong dung dịch kèm khí tho t ra ở cả hai điện cực. Trong qu trình phản ứng, hệ điện hóa trên đƣợc đặt trên một m y khuấy từ tốc độ 250 v/ph để tăng tốc cho qu trình óc t ch. Nhiệt độ dung dịch điện ly đƣợc duy trì trong khoảng 40-45ºC nhờ hệ nƣớc làm m t bên ngoài. Thời gian tiến hành mỗi thí nghiệm là 1 giờ. Vật liệu tồn tại trong dung dịch điện ly đƣợc t ch ra thông qua hệ lọc hút chân không sử dụng màng lọc PVDF (kích thƣớc lỗ 200 nm, đƣờng kính 47 mm), rửa sạch ằng nƣớc cất hai lần đến pH = 7. Sau đó, vật liệu thu đƣợc dƣới dạng ột mịn, đƣợc sấy khô ở 80ºC bằng tủ sấy chân không, với thời gian 24 giờ. Sau khi sấy khô, vật liệu tiếp tục đƣợc nghiền nhỏ bằng cối mã não và ủ nhiệt trong không khí ở 450oC, 700oC, thời gian ủ 1 giờ (ký hiệu T450, T700). Vật liệu sau khi chế tạo, chƣa ủ ký hiệu là T0. Cuối cùng, vật liệu bảo quản trong tủ hút ẩm cho đến khi cần sử dụng. Sơ đồ minh họa hệ điện hóa chế tạo hạt nano TiO2 đƣợc thể hiện trong Hình 2.1. Hình 2.1. Sơ ồ hệ iện h a chế tạo: 1 - nguồn điện, 2 - điện cực atot, 3- điện cực canot, 4 - nhiệt kế, 5 - ình ổ sung dung dịch điện ly, 6 - dung dịch điện ly, 7 - ình điện phân, 8, 9 - con từ và m y khuấy từ Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 559
2.2.2. Khảo sát cấu trúc, hình thái học bề mặt của vật liệu chế tạo Hình th i học của vật liệu chế tạo đƣợc đặc trƣng ằng kính hiển vi điện tử quét (Hitachi SU8000 cold field emission Scanning Electron Microscope) và kính hiển vi điện từ truyền qua (TEM TECNAI G2 20). Cấu trúc của c c m u đƣợc x c định thông qua phổ t n xạ Raman, sử dụng thiết ị La Ram Horiba XploRa plus Raman microprobe (Pháp). 2.2.3. Nghiên cứu khả năng quang xúc tác xử lý của vật liệu chế tạo Đầu tiên, nghiên cứu đƣợc thực hiện trên nguồn nƣớc thải giả định, đƣợc pha từ thuốc nhuộm methylen xanh. Hoạt tính quang xúc t c của vật liệu nano TiO2 đƣợc nghiên cứu ằng c ch đo sự phân hủy dung dịch MB nồng độ 50 ppm, sử dụng nguồn s ng là hệ đèn xenon tự xây dựng ở Hình 2.2. Khoảng c ch từ đèn và cốc đựng dung dịch là 15 cm. Hệ thí nghiệm đƣợc trang ị hệ thống làm m t ằng nƣớc tuần hoàn để duy trì nhiệt độ không đổi. C c thí nghiệm quang xúc t c tiến hành khảo s t ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu, nồng độ MB an đầu, thời gian. Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm, chuẩn ị 100 ml dung dịch MB nồng độ 50 ppm. Dùng micropipet lấy ra 1,5 ml dung dịch cho vào lọ đựng màu tối để làm m u nồng độ an đầu. Thí nghiệm quang xúc t c đƣợc thực hiện ằng c ch cho 0,05 g vật liệu xúc t c T450 vào cốc thủy tinh hai lớp dung tích 250 ml, có chứa 100 ml MB 50 ppm, có độ pH = 6,01. Trƣớc khi chiếu xạ, dung dịch MB chứa c c hạt nano TiO2 lơ lửng đƣợc khuấy từ 60 phút trong óng tối để đạt đƣợc cân ằng hấp phụ/giải hấp. Sau đó, dung dịch trên đồng thời đƣợc khuấy từ và chiếu xạ trong thời gian 120 phút, với thời gian lấy m u lần lƣợt 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút, 90 phút, 105 phút và 120 phút, thể tích mỗi lần lấy là 1,5 ml. C c dung dịch lấy ra đƣợc ly tâm với tốc độ 6.000 v/ph trong 20 phút, để lọc ỏ kết tủa, ảo quản trong lọ tối màu và đo phổ hấp thụ. Để hạn chế thêm ảnh hƣởng của nh s ng ên ngoài, toàn ộ hệ thí nghiệm đƣợc đặt trong phòng có rèm che và tắt điện khi làm việc. Nồng độ MB an đầu và sau qu trình xử lý quang xúc t c đƣợc x c định ằng m y quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis Hitachi UH5300). Để đ nh gi ảnh hƣởng của đèn xenon, một thí nghiệm đƣợc thực hiện khi không có vật liệu TiO2 (chỉ có phản ứng quang hóa), dƣới sự chiếu s ng của đèn xenon trong thời gian 120 phút. Chất lƣợng của đèn xenon sử dụng trong thí nghiệm đƣợc kiểm tra ằng phép đo phổ quét dải, sử dụng thiết ị AVANTES Starline Avaspec–2048, với công suất quang 131 mW/cm2, đƣợc đo ởi m y đo công suất laze XLPF12-3S-H2 (Gentec-EO a Laser Power Meter, Canađa) (Hình 2.2B). A B Hình 2.2. Hệ thí nghiệm èn x non xử lý MB trong nư c ằng phương pháp quang xúc tác, sử ụng vật liệu TiO2 (A), quang ph quét ải và công suất của èn x non (B) 2.3. Sự hấp phụ xanh methylen của vật liệu TiO2 Động học của sự hấp phụ xanh methylen đƣợc tiến hành ở nhiệt độ phòng, ằng c ch cho 0,025 g vật liệu T450 vào 50 ml dung dịch MB đựng trong ình tam gi c, với c c nồng độ an đầu kh c nhau 10 ppm, 30 ppm, đ đƣợc chuẩn ị trƣớc, lắc trong 120 phút. Sau qu trình trên, c c 560 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
m u đƣợc ly tâm ở tốc độ 6.000 v/ph. Nồng độ MB an đầu và sau khi hấp phụ theo thời gian đƣợc x c định ằng m y quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis Hitachi UH5300). Dung lƣợng hấp phụ tính theo công thức: (C0  Ct ) q V m Trong đó: V: Thể tích dung dịch (l), m: Khối lƣợng của chất hấp phụ (g); C0: Nồng độ dung dịch an đầu (mg/l); Ct: Dung lƣợng hấp phụ tại thời điểm lấy m u. Tiếp theo, hoạt tính quang xúc t c của vật liệu đƣợc đ nh gi trên nguồn nƣớc thải thực, lấy tại Vạn Phúc, Hà Đông. Bảng 1 Một số thông số nư c thải ệt nhuộm chứa các hợp chất hữu cơ trư c khi xử lý quang xúc tác TT Chỉ tiêu thử nghiệm Kết quả Đơn vị 1 COD 118 mg/l 2 TOC 123 mg/l Nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc tiến hành xử lý ằng phƣơng ph p quang xúc t c, sử dụng hệ đèn xenon (Hình 2.2A) trong điều kiện 0,05 g vật liệu TiO2 ủ 450oC, pH = 6,01. C c thông số (COD, TOC) đƣợc đo ằng c ch sử dụng m y quang phổ UV-VIS phân tích nƣớc DR6000. 3. K T QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. K t quả cấu trúc và hình thái học của vật liệu nano TiO2 ch tạo Hình 3.1 là phổ Raman của c c m u T0, T450, T700. Hình 3.1. Ph Raman của các hạt nano TiO2 tại nhiệt ộ ph ng (T0), ủ 45 oC (T450) và ủ 700oC (T700) Từ phổ Raman cho thấy, m u sau khi chế tạo (T0) đ tồn tại pha anatase, thể hiện qua c c đỉnh đặc trƣng với cƣờng độ yếu. Cƣờng độ c c đỉnh tăng dần khi nhiệt độ ủ tăng. C c đỉnh phổ đặc trƣng cho pha anatase xuất hiện rõ khi nhiệt độ ủ tăng lên 450oC (T450), tại c c vị trí có số sóng Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 561
là Eg (144 cm-1), Eg (197cm-1), B1g (396 cm-1), A1g + B1g (516 cm-1), Eg (638 cm-1). Điều này phù hợp với c c kết quả đ công ố trƣớc (Mathpal et al., 2013). Với m u nung ở 700oC (T700), xuất hiện c c đỉnh phổ tƣơng ứng c c mode tích cực Raman của pha, cả pha anatase và rutile. Ngoài c c đỉnh phổ của anatase có cƣờng độ mạnh ở c c vị trí có số sóng lần lƣợt là 144 cm -1, 197 cm- 1 , 396 cm-1, 516 cm-1, 638 cm-1, tƣơng ứng với s u mode tích cực Raman 3Eg + A1g+ 2B1g, còn có đỉnh phổ của pha rutile có cƣờng độ yếu, ứng với mode dao động Eg có số sóng là 446 cm-1. C c kết quả này hoàn toàn phù hợp với c c công ố trƣớc đó cho vật liệu pha anatase và rutile. Hình 3.2. nh SEM và TEM của m u TiO2 khi chưa ủ (a) (b), sau ủ nhiệt tại 45 oC (c) (d) và 700oC (e) (f) Hình 3.2 là kết quả SEM và TEM của m u, sau khi chế tạo và ủ tại nhiệt độ kh c nhau. Có thể thấy rằng, đối với m u T0 chế tạo đƣợc ở nhiệt độ phòng khi chƣa ủ là tổ hợp của c c hạt có kích thƣớc rất nhỏ (Hình 3.2.a, ). C c hạt trở nên t ch rời và quan s t rõ dần khi đƣợc ủ nhiệt tại 450oC (Hình 3.2.c, d). Cùng với sự gia tăng của nhiệt độ ủ từ 450oC đến 700oC, sự kết tinh của c c hạt đƣợc cải thiện, đồng thời cũng làm tăng dần kích thƣớc hạt (Hình 3.2.e, d). Kết quả này đƣợc giải thích là, khi tăng nhiệt độ ủ đ thúc đẩy sự ph t triển và hoàn thiện của pha tinh thể, đồng thời làm tăng dần kích thƣớc hạt, độ kết tinh tăng, hoạt tính quang hóa sẽ tăng. Tuy nhiên, theo c c nghiên cứu trƣớc, nhiệt độ cao cũng sẽ làm tăng kích thƣớc hạt, giảm diện tích ề mặt của TiO2 và d n đến hình thành pha rutile có tính chất quang xúc t c, phân hủy kém hơn anatase (Chalastara et al., 2020). Do đó, vật liệu T450 đƣợc ủ nhiệt tại 450oC, đƣợc chúng tôi lựa chọn để đ nh gi khả năng quang xúc t c thông qua sự phân hủy MB trong môi trƣờng nƣớc. 562 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
3.2. Quang xúc tác phân hủy 3.2.1. Cơ chế quang xúc tác của TiO2 Xanh methylen là một hóa chất thƣờng đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, gây ô nhiễm môi trƣờng (Houas et al., 2001). Do đó, nó đƣợc chọn làm đại diện cho c c chất ô nhiễm hữu cơ, để đ nh gi hoạt động xúc t c quang của vật liệu nano TiO2 pha anatase. Trong một qu trình quang xúc t c, c c electron quang đƣợc chuyển lên vùng d n (CB), từ vùng hóa trị (VB), trong khi lỗ trống đƣợc hình thành trong vùng hóa trị khi một chất n d n ôxit (TiO2) đƣợc chiếu xạ ằng nh s ng (Hình 3.3) (Houas et al., 2001; Zhang et al., 2011). C c electron và lỗ trống này di chuyển ra ề mặt vật liệu, tham gia vào phản ứng ôxy hóa khử chất ô nhiễm. C c lỗ trống quang trong vùng hóa trị tham gia phản ứng, tạo thành gốc hydroxyl OH*, có thể ôxy hóa c c chất ô nhiễm hữu cơ và c c electron trong vùng d n CB tham gia vào qu trình khử tạo gốc superoxit O2*–. C c gốc hoạt động này sẽ ôxy hóa các chất ô nhiễm ị hấp phụ trên ề mặt chất xúc t c, tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O (Houas et al., 2001; Zhang et al., 2011). Nguồn: Zhang et al., 2011. Hình 3.3. Sơ ồ cơ chế quang xúc tác của TiO2 3.2.2. Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn thể hiện sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang và nồng độ của dung dịch MB trình ày ở Bảng 3.1 và Hình 3.4. Bảng 3 1 Kết quả o ộ hấp thụ quang của xanh m thyl n v i các nồng ộ khác nhau C(mg/l) 0 1 2,5 5 7,5 10 Abs 0 0,17 0,463 0,949 1,385 1,814 Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 563
2.0 y = 0.1827x + 0.0061 R2 = 0.9991 1.5 p thuï(ñ.v.t.y) Ñoähaá 1.0 0.5 0.0 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 C (mg/L) Hình 3.4. Đồ thị ường chuẩn xác ịnh nồng ộ xanh m thyl n 3.2.3. Sự hấp phụ xanh methylene của vật liệu TiO2 Động học của sự hấp phụ MB trong óng tối đƣợc thể hiện trong Hình 3.5. Có thể thấy rằng, MB có thể đạt sự hấp phụ cân ằng trong vòng 60 phút, ất kể nồng độ an đầu. Hình 3.5. Động học của sự hấp phụ xanh m thyl n trong ng tối 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xúc tác Khối lƣợng chất xúc t c là yếu tố quan trọng, ảnh hƣởng tới phản ứng quang xúc t c MB. Kết quả khảo s t ảnh hƣởng của khối lƣợng TiO2 đến khả năng hấp thụ MB đƣợc chỉ ra ở Hình 3.6. 564 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
Hình 3.6. nh hưởng của khối lượng vật liệu t i khả năng quang xúc tác phân hủy xanh m thyl n Trong khoảng khối lƣợng TiO2 khảo s t từ 0,025 ÷ 0,1 g, hoạt tính quang xúc t c của vật liệu tăng. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: dƣới t c dụng của nh s ng đèn xenon, c c phân tử TiO2 đ đƣợc hoạt hóa và trở thành chất xúc t c hoạt động, tạo ra c c gốc tự do, nhƣ superoxit, hydroxyl, có khả năng ôxy hóa mạnh c c hợp chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Khi khối lƣợng của vật liệu tăng, nó sẽ tạo ra càng nhiều gốc tự do có khả năng ôxy hóa mạnh, làm cho dung dịch MB ị mất màu nhiều hơn. Khi tăng khối lƣợng của TiO2 từ 0,05 † 0,1 g, khả năng phân hủy MB tăng không nhiều. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn khối lƣợng vật liệu T450 là 0,05 g cho c c nghiên cứu tiếp theo. 3.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu Hình 3.7. nh hưởng nồng ộ xanh m thyl n t i khả năng quang xúc tác của vật liệu Ảnh hƣởng của nồng độ an đầu MB đến khả năng quang xúc t c của vật liệu T450 đƣợc nghiên cứu ở ốn nồng độ: 30 ppm, 40 ppm, 50 ppm và 100 ppm, với cùng khối lƣợng xúc t c 0,05 g, thời gian 120 phút. Hình 3.7 chỉ ra rằng, khi tăng nồng độ MB từ 30-50 ppm, sự phân hủy MB thay đổi không đ ng kể. Khi nồng độ tăng từ 50-100 ppm, sự phân hủy giảm mạnh. Nguyên Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 565
nhân là trong cùng điều kiện thí nghiệm nhƣ nhau, với cùng một lƣợng TiO2, chỉ có thể tạo ra c c gốc tự do có khả năng ôxy hóa tƣơng đƣơng nhau, nên chỉ phân hủy đƣợc một lƣợng nhất định methylen xanh. 3.2.6. Phản ứng quang hóa của xanh methylen khi không có vật liệu xúc tác Hình 3.8. Sự phân hủy của xanh m thyl n ởi phản ứng quang h a Khả năng quang xúc t c của T450 đƣợc khảo s t thêm thông qua phản ứng quang hóa (khi không có vật liệu TiO2) chỉ dƣới sự chiếu s ng của đèn xenon trong thời gian 120 phút (Hình 3.8). Nhƣ có thể thấy trên Hình 3.8, khả năng phân hủy MB không đ ng kể (3,8%), thấp hơn rất nhiều so với khi có vật liệu xúc t c T450 (99,1%) ở cùng điều kiện thí nghiệm. 3.2.7. Xử lý nước thải thật Nƣớc thải dệt nhuộm chứa c c hợp chất hữu cơ khó phân hủy, sau khi xử lý ằng phƣơng ph p quang xúc t c, đƣợc đ nh gi thông qua c c chỉ số COD và TOC. M u nƣớc thải đƣợc tiến hành xử lý ằng vật liệu T450, với điều kiện tối ƣu là: độ pH = 6,01, thời gian phản ứng là 120 phút, khối lƣợng liệu là 0,05 g. Hiệu quả xử lý thể hiện trong Bảng 3.2 và Hình 3.9. a b c d Hình 3.9. Kết quả o COD, TOC trư c (a, c) và sau khi xử lý quang xúc tác của nư c thải (b, d) 566 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
Bảng 3 Một số thông số nư c thải ệt nhuộm chứa các hợp chất hữu cơ trư c và sau khi xử lý quang xúc tác Chỉ tiêu thử Kết quả TT Đơn vị nghiệm Trƣớc xử lý Sau xử lý 1 COD 118 43 mg/l 2 TOC 123 32 mg/l Từ kết quả trên cho thấy, tổng hàm lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc thải (TOC) đ có sự sụt giảm đ ng kể, từ 123 mg/l xuống 32 mg/l, tƣơng ứng 73,9%. Chỉ số COD giảm kh mạnh, từ 118 mg/l trƣớc xử lý xuống 43 mg/l, tƣơng ứng khoảng 63,5%, đạt chuẩn đầu ra loại A QCVN 13-MT: 2015/BTNMT 75 mg/l. Kết quả này cho thấy, vật liệu T450 có khả năng xử lý kh hiệu quả c c chất hữu cơ có trong nƣớc thải dệt nhuộm. 4. T LUẬN Đ chế tạo thành công vật liệu TiO2 dạng hạt, với thành phần pha anatase, khi đƣợc ủ nhiệt tại 450oC, thời gian ủ 1 giờ (T450). Khả năng quang xúc t c phân hủy MB của vật liệu T450 (hiệu suất xử lý 99,1%, với nồng độ 50 ppm), cao hơn nhiều so với khi không có vật liệu xúc t c. Qu trình quang xúc t c cho thấy loại bỏ hiệu quả COD, TOC khi sử dụng 0,05 g vật liệu TiO2. Lời cảm ơn Nghiên cứu này đƣợc tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số: 103.2.2018.40. TÀI LIỆU THAM HẢO 1. Chalastara K. et al., 2020. Tunable composition aqueous-synthesized mixed-phase TiO2 nanocrystals for photo-assisted water decontamination: Comparison of anatase, brookite and rutile photocatalysts. Catalysts, 10(4): pp. 407. 2. Houas A. et al., 2001. Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water. Applied Catalysis B: Environmental, 31(2): pp. 145-157. 3. Mathpal M.C. et al., 2013. Effect of annealing temperature on Raman spectra of TiO2 nanoparticles. Chemical Physics Letters, 555: pp. 182-186. 4. Palaniandy P., H.B.A. Aziz and S. Feroz, 2015. Evaluating the TiO2 as a solar photocatalyst process by response surface methodology to treat the petroleum waste water. Karbala International Journal of Modern Science, 1(2): pp. 78-85. 5. Ramanjot K.S., 2011. Studies on the solar assisted advanced oxidative treatment of procion blue dye. Master of Technology Degree in Environmental Science and Technology. Thapar Institute of Engineering and Technology. Patiala, Punjab, Indea. 6. Shanmugapriya S., M. Premalatha and N. Anantharaman, 2008. Solar photocatalytic treatment of phenolic wastewater potential, challenges and opportunites. Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(6): pp. 36-41. 7. Zhang J. et al., 2011. Photocatalytic degradation of rhodamine B on anatase, rutile, and brookite TiO2. Chinese Journal of Catalysis, 32(6-8): pp. 983-991. Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 567
Abstract PHOTOCATALYSIS DEGRADATION OF METHYLENE BLUE IN AQUEOUS SOLUTION BY USING TiO2 NANOPARTICLES UNDER XENON LAMP Nguyen Thi Khanh Van(1)(4), Nguyen Nhat Huy(3), Nguyen Nang Dinh(1), Le Thi Quynh(2), Pham Van Hao(5) and Dang Van Thanh(1)(2) (1) University of Engineering and Technology, Vietnam National University, Hanoi (2) University of Medicine and Pharmacy, Thai Nguyen University (TNU) (3) University of Technology, Vietnam National University Ho Chi Minh City (4) University of Science, TNU (5) University of Information and Communication Technology, TNU In this work, we reported the result of degradation of methylene blue in water and textile wastewater by using TiO2 nanoparticles under xenon lamp. The essential parameters such as adsorbent dosage initial concentration of MB was investigated. The obtained result indicated that the degradation of textile wastewater was achieved with high removal efficiency. After treatment, the COD, TOC value of wastewater significantly decreased, suggesting the effective and potential of TiO2 nanoparticles in environmental remediation. Keywords: TiO2, photocatalysis, methylene blue, COD, TOC, textile wastewater. 568 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững