Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO và đưa lên gốm Cordierite làm xúc tác cho quá trình quang phân hủy methyl da cam và phenol

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học "Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO và đưa lên gốm Cordierite làm xúc tác cho quá trình quang phân hủy methyl da cam và phenol" nghiên cứu tổng hợp mesoporous TiO2 bằng phương pháp, đồng kết của và thủy nhiệt, biến tính với các chất mang than hoạt tính AC và graphene oxide GO; Tiến hành phủ màng trên nền gốm tổng hợp, nhôm và kính bằng phương pháp phủ nhúng và lắng đọng hơi hóa học CVD...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu tổng hợp TiO2/AC, TiO2/GO và đưa lên gốm Cordierite làm xúc tác cho quá trình quang phân hủy methyl da cam và phenol

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Trung Hiếu NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP TiO2/AC, TiO2/GO VÀ ĐƯA LÊN GỐM CORDIERITE LÀM XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY METHYL DA CAM VÀ PHENOL Ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9520301 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2022
Luận án được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Minh Thắng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ …... ngày …... tháng …... năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
GIỚI THIỆU 1.Tính cấp thiết của luận án Ô nhiễm đất và nước ngầm đang là vấn đề đáng quan tâm ở nước ta. Nguồn nước bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ có hại như phenol và các dẫn xuất của nó là khó tránh khỏi do sự phát triển của các khu kinh tế chưa đồng bộ. Chất dẻo tổng hợp, chất diệt côn trùng, sơn và dầu mỏ là những nguồn chính của phenol và các hợp chất gây ô nhiễm phenol . Ngành công nghiệp dệt may cũng thải ra môi trường các hóa chất độc hại, chẳng hạn như thuốc nhuộm gốc azo như metyl da cam. Do đó, việc làm sạch các khu vực bị ô nhiễm bởi phenol và metyl da cam là một chủ đề nóng ở cả quốc gia và toàn cầu. Xử lý nước từ trước đến nay thường dựa vào các phương pháp hóa lý và sinh học. Hấp phụ là một trong những chiến lược được sử dụng rộng rãi nhất để xử lý các chất ô nhiễm hóa học trong nước do tính đơn giản và nhiều loại chất hấp phụ của nó. Xử lý sinh học cũng có thể loại bỏ đến 90% các mảnh vụn hữu cơ. Tuy nhiên, các hợp chất khó phân hủy như phenol và metyl da cam kém hiệu quả hơn. Quá trình hấp phụ trên than hoạt tính và các phương pháp điện hóa đã được nghiên cứu nhiều để xử lý các hóa chất nêu trên. Tuy nhiên, do những hạn chế cố hữu như hệ thống thiết bị nặng, kỹ thuật vận hành phức tạp, chi phí ban đầu và chi phí liên tục cao, và các dị tật bẩm sinh, các phương pháp này hiếm khi được sử dụng trong thực tế. Phải có bước xử lý sau bùn nếu không hiệu quả sẽ thấp. Ngoài việc sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, xúc tác quang là một trong những phương pháp xử lý xanh thân thiện với môi trường nhất hiện có. Hòa tan trong nước thải mà không có hóa chất bổ sung hoặc tạo bùn. TiO2, ZnO và Fe2O3 là một trong những vật liệu bán dẫn đang được nghiên cứu làm chất xúc tác quang. Chất được nghiên cứu nhiều nhất là titanium dioxide (TiO2). Nó không độc hại, có thể phân hủy sinh học, tự làm sạch và tạo ra ít sản phẩm phụ trong quá trình chế biến . Việc sử dụng vật liệu xúc tác quang TiO2 để xử lý môi trường vẫn còn hạn chế do độ rộng vùng cấm 3,0-3,2 eV của nó, dẫn đến tác dụng của xúc tác UV. UV (khoảng 5% năng lượng mặt trời) và một diện tích bề mặt nhỏ. Những chất mang này xốp, có diện tích bề mặt lớn, 1
trơ về mặt hóa học và sinh học, và truyền ánh sáng cực tím, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho nghiên cứu quang hóa Vì năng lượng mặt trời là một nguồn tài nguyên vô hạn và có thể tái tạo, nên cần phải mở rộng phổ hấp thụ của chất xúc tác TiO2 để bao gồm cả ánh sáng khả kiến, chiếm khoảng 45% năng lượng mặt trời. Graphene oxit gần đây đã được sử dụng để cải thiện chất xúc tác quang do có nhiều ưu điểm về hiệu suất xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy. Vì vậy nội dung của đề tài này là “Nghiên cứu, tổng hợp và tối ưu xúc tác nano dioxit titan trên chất mang cho quá trình xử lý nước thải.”. 2 Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp mesoporous TiO2 bằng phương pháp, đồng kết của và thủy nhiệt. , biến tính với các chất mang than hoạt tính AC và graphene oxide GO. Tiến hành phủ màng trên nền gốm tổng hợp, nhôm và kính bằng phương pháp phủ nhúng và lắng đọng hơi hóa học CVD. Tiên hành phản ứng quang xúc tác với phenol và metyl da cam. - Nghiên cứu đặc trưng của các xúc tác dẫn tới phần nào lý giải được những ảnh hưởng của các thông số quá trình tổng hợp đến xúc tác, tối ưu hóa quá trình tổng hợp. - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất mang tới hoạt tính của xúc tác tổng hợp được đối với phản ứng quang hóa đối với metyl da cam và phenol,nghiên cứu động học của phản ứng. 3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án - Methyl da cam và phenol là các chất ô nhiễm được lựa chọn xử lý. Xúc tác tổng hợp bằng các phương pháp đồng kết tủa, thủy nhiệt và sol-gel được biến tính trên chất mang than hoạt tính và graphene oxide - Phản ứng quang hóa trong điều kiện ánh sáng UV-C và phổ nhìn thấy. 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Nghiên cứu, tổng hợp và tối ưu hóa xúc tác đioxit Titan trên các chất mang than hoạt tính và graphene oxide ở dạng màng mỏng và bột để xử lý methyl da cam và phenolcó ý nghĩa thực tế cao. Đây là công trình hoàn toàn mới tại Việt và đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu xử lý nước thải có thể mở rộng nghiên cứu thêm để áp dụng thực tế xử lý nước thải các nhà máy công nghiệp. 5 Những điểm mới của luận án - Tối ưu thông số quá trình tổng hợp xúc tác bằng các phương pháp đồng kết tủa, thủy nhiệt và sol-gel. 2
- Tối ưu quá trình tạo màng xúc tác trên các vật liệu khác nhau bằng phương pháp phủ nhúng và lắng đọng hơi hóa học CVD - Nghiên cứu biến tính xúc tác tổng hợp từ phương pháp thủy nhiệt lên chất mang than hoạt tính và graphene oxide sử dụng trong quá trình xử lý methyl da cam và phenol . 6 Cấu trúc của luận án Luận án bao gồm 144 trang: lời cảm ơn (1 trang), lời cam kết (1 trang), mục lục ( 3 trang), danh mục ký hiệu viết tắt (1 trang), danh sách các bảng (1 trang), danh sách hình vẽ, đồ thị ( 3 trang); nội dung chính ( 134 trang) gồm 4 chương chính: Giới thiệu (5 trang), Chương 1 tổng quan lý thuyết ( 34 trang), chương 2 thực nghiệm ( 25 trang); chương 3 kết quả và thảo luận (51 trang), chương 4 kết luận ( 1 trang); tài liệu tham khảo ( 16 trang) danh mục các công trình đã công bố của đến luận án (1 trang). NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Cơ chế quá trình quang xúc tác Cơ chế quá trình xúc tác quang của titanium dioxide được miêu tả trong hình 1.5 với các giai đoạn như sau: Hình 1.5. Cơ chế xúc tác quang của TiO2 (a) Năng lượng bức xạ có năng lương E = hν > Eg của TiO2 sẽ kích thích các electron từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn tạo thành các cặp e-/h+ quang sinh; 3
(b) Di chuyển các electron quang sinh (eCB-) ra bề mặt chất xúc tác; (c) Di chuyển các lỗ trống quang sinh (hVB+) ra bề mặt chất xúc tác; (d) Tái kết hợp electron và lỗ trống quang sinh xảy ra bên trong chất xúc tác; (e) Tái kết hợp electron và lỗ trống quang sinh xảy ra trên bề mặt chất xúc tác; (f) Quá trình tạo gốc *OH nhờ lỗ trống di chuyển ra bề mặt tác dụng với H2O; (g) Quá trình tạo gốc *O2- nhờ electron di chuyển ra bề mặt tác dụng với O2. Tóm lại, các phản ứng trong quá trình có thể xảy ra như sau: i. Hoạt hóa: TiO2 e- + h+ (I.9) ii. Hấp phụ: O + Ti + H2O 2- IV → OH- + TiIV- OH- (I.10) TiIV + H2O → TiIV-HOH (I.11) Tâm hấp phụ + Ri → Ri,ads (I.12) iii. Tái kết hợp: e- + h + → Bức xạ + nhiệt (I.13) iv. Tạo gốc *OH: TiIV-OH- + h+ → TiIV/*OH (I.14) TiIV-HOH + h+ → TiIV/*OH + H+ (I.15) Ri,ads + h + → R+i,ads (I.16) v. Tạo *O2 : - IV Ti + e - → TiIII (I.17) III Ti + O2 → Ti + *O2- IV (I.18) vi. Oxy hóa - khử: TiIV/*OH + Ri,ads → TiIV + Rj,ads (I.19) TiIV/*OH + Ri → TiIV + Rj,ads (I.20) *OH + Ri,ads → TiIV + Rj,ads (I.21) *OH + Ri → Rj (I.22) Với: Ri - Các chất ô nhiễm; Rj - Các hợp chất trung gian/sản phẩm phản ứng 4
2 Phương pháp tổng hợp, biến tính xúc tác Có nhiều phương pháp tổng hợp xúc tác khác nhau và nhiều phương pháp biến tính đã được các nhà khoa học thực hiện. Quá trình tổng hợp xúc tác thực hiện theo quy trình sau; - Tổng hợp xúc tác TiO2 mao quản trung bình bằng phương pháp thủ nhiệt và đồng kết tủa với các chất hoạt động bề mặt là P123 và CTAB - Tổng hợp xúc tác bằng phương pháp sol-gel và biến tính với than hoạt tính, graphene oxide - Tổng hợp gốm cordierite làm chất nền - Tạo màng xúc tác băng phương pháp phủ nhúng và lắng đọng hơi hóa học CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Tổng hợp xúc tác -Có nhiều loại xúc tác khác nhau được nghiên cứu thực hiện và các thông số quan trọng trong quá trình tổng hợp được biến đổi điều chỉnh để tìm ra các chế độ với thông số tối ưu. -Xúc tác TiO2mao quản trung bình được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa và thủy nhiệt với các chất hoạt động bề mặt CTAB và P123. Chế độ nung, rửa và tỷ lệ axit citric được điều chỉnh và đánh giá hoạt tính với nồng độ Methyl da cam 20ppm. - Xúc tác TiO2 được biến tính với than hoạt tính bằng phương pháp Sol-gel theo tham khảo của tác giả Venkatachala. Hai loại than hoạt tính được sử dụng có diện tích bề mặt riêng là 300 và 1200, các tỷ lệ than hoạt tính TiO2 và AC được sử dụng 1/18;31/1,1/24 để tìm ra tỷ lệ tối ưu là 1/18 -Xúc tác TiO2 được biến tính với GO để xử lý MO tỷ lệ tham khảo theo tỷ lệ biến tính với than hoạt tính -Xúc tác màng mỏng được tạo ra trên bề mặt lớp gốm Cordirite bằng phương pháp phủ nhúng - Xúc tác màng mỏng được tạo ra trên bề mặt lớp gốm, nhôm và kính bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học. -Xúc tác tối ưu từ các phương pháp sau khi thử hoạt tính với MO sẽ được đem đi thử hoạt tính với phenol 2.2 Đánh giá hoạt tính xúc tác vơi MO và phenol 5
- Sơ đồ phản ứng quang hóa với đèn UV-C và ánh sáng nhìn thấy. Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm xúc tác với đèn UV và ánh sáng nhìn thấy 2.2 Các phương pháp xác định thành phần và đặc trưng hóa lý của xúc tác Các xúc tác được phân tích với các phương pháp: nhiễu xạ tia X (D8 Bruker Advance), hiển vi điện tử quét FESEM (Nova),UV-Vis dung để tính bandgap xúc tác. 2.3 Phương pháp xác định hoạt tính xúc tác Họat tính của hệ xúc tác được tiến hành trên sơ đồ phản ứng ở hình 2.15 và 2.16 đối với ánh sang tử ngoại và UV. Đối với MO dung thiết bị UV-Vis để xác định nồng độ còn với phenol sử dụng HPLC phân tích. Quá trình phân hủy quang MO được thực hiện trong lò phản ứng quy mô mẻ - một tế bào thủy tinh hình trụ dung tích 800 ml. Đèn thủy ngân 100 W làm nguồn UV-C 254 nm được đặt thẳng đứng trong một ống thạch anh có gắn áo làm mát bằng nước để duy trì nhiệt độ ổn định 25 ° C, được đưa vào lò phản ứng quang bằng thủy tinh. Ánh sáng UV-C được đặt ở trung tâm của lò phản ứng và dung dịch được giữ phân tán đồng đều bằng cách sử dụng máy khuấy từ. Trong quá trình phân huỷ xúc tác quang MO với hệ thống đèn Xenon toàn dải, ánh sáng đi qua hộp sơ đồ đến ống thạch anh nằm ngang có khuấy từ để phân phối xúc tác liên tục trong dung dịch. Sau khi giữ trong bóng tối 30 phút trong mỗi lần chạy để đạt trạng thái cân bằng hấp phụ-giải hấp phụ, một lượng dung dịch được lấy mẫu bằng pipet và lọc qua bộ 6
lọc ống tiêm 0,22 μm. Nồng độ MO được xác định bằng máy quang phổ UV-VIS Avantes. Sự phân hủy quang của phenol được thực hiện dưới ánh sáng UV 254 nm như đã đề cập ở trên và ánh sáng nhìn thấy. Các mẫu chất lỏng được thu thập thường xuyên sau mỗi 30 phút, sau đó được lọc qua bộ lọc ống tiêm 0,22 μm để loại bỏ bất kỳ hạt chất xúc tác nào. Nồng độ phenol được phân tích bằng HPLC (Jasco, Nhật Bản). Trong hoạt động đo HPLC, hỗn hợp axetonitril và nước khử ion (tỷ lệ thể tích 1: 1) được sử dụng làm pha động ở 1,0 ml / phút và thể tích của mẫu 10 μl) được tiêm vào HPLC để phân tích ở bước sóng 280 nm CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xúc tác mao quản trung bình tổng hợp bằng đồng kết tủa và thủy nhiệt 3.1.1 Phân tích đặc trưng Bảng 3.1. Bề mặt riêng của xúc tác P123- P123- P123- P123- P123- Xúc tác CTABNE CTABE C-100- C0- C0- C25- C50- 450 300 450 450 450 Diện tích bề mặt 135 115 99 127 146 151 143 (m2/g) Hình 3.1, 3.2 Đẳng nhiệt hấp phu, nhả hấp phụ và phân bố mào quản của CTAB-NE (trái) và P123 C25-450 (phải) 7
Các xúc tác tổng hợp với P123 có diện tích bề mặt cao và mao quản nhỏ hơn so với xúc các tổng hợp đồng kết tủaCTAB. Hàm lượng axit citric ảnh hưởng đến cấu trúc bề mặt và mao quản xúc tác. Trương đẳng nhiệt đường đẳng nhiệt hấp thụ Nitơ của xúc cách là loại 4. Diện tích bề mặt xúc tác P123-3 và CTAB-NE là 99 và 135 m2/g và sự phân bố mao quản tập trung trong khoảng 40 đến 70 Å. Hình 3.3 Kết quả XRD của CTAB NE, P123-3 và CTAB-2 (trái sang phải) Các mẫu xúc tác đều được tạo thành trong pha Anatase của TiO2, tuy nhiên độ kết tinh không cao. Trong khi đó, mẫu xúc tác CTAB-NE không chỉ chứa pha Anatase mà còn chứa cả hai dạng Rutile và Brookite (không hoạt động quang hóa) ở các cường độ khác nhau (2θ = 28; 36; 41; 54o). Do đó, quá trình tổng hợp với chất hoạt động bề mặt CTAB dẫn đến Anatase TiO2 được chuyển đổi một phần thành các dạng đa hình khác nhau trong quá trình này với sự có mặt của etanol. Hình 3.4 Ảnh của xúc tác of CTAB-H (a) and P123-C25-450 (b) 3.1.2 Hoạt tính xúc tác với MO 8
Hình 3.5,3.6 Đánh giá các xúc tac sử dụng CTAB (trái và ảnh hưởng của axit citric trong phương pháp đồng kết tủa (phải) Điều đáng chú ý là CTAB E và CTAB NE vẫn thể hiện hiệu suất quang hóa thấp hơn CTAB-H. Kết quả XRD cho thấy CTAB-NE chứa các pic Rutile với cường độ cao hơn chất xúc tác CTAB-H. Do hàm lượng pha TiO2 Anatase không phải là 100% nên các chất xúc tác sử dụng chất hoạt động bề mặt CTAB có hoạt tính thấp, không phân hủy được 100% MO sau 120 phút của phản ứng quang xúc tác. Hiệu suất của xúc tác CTAB kém hơn so với xúc tác P123 vì xúc tác CTAB có kích thước hạt lớn hơn tương ứng với diện tích bề mặt nhỏ hơn. Hoạt tính của xúc tác tổng hợp với chất hoạt động bề mặt P123 cho phản ứng oxy hóa MO được thể hiện trong Hình 3.6, hiển thị chất xúc tác được tổng hợp với các hàm lượng P123 khác nhau bằng phương pháp thủy nhiệt. Lượng xúc tác P123-C0-450 được sử dụng đã tăng gấp đôi ở 0,2 g so với lượng chất xúc tác P123-C25-450 được sử dụng. Tuy nhiên, không có nhiều sự khác biệt được quan sát thấy trong hiệu suất của hai (2) chất xúc tác được so sánh. Lý do là các chất xúc tác P123-C25-450 có thể được coi là chất xúc tác hoạt động hơn có diện tích bề mặt cao hơn, kích thước hạt nhỏ và độ tinh khiết cao của pha TiO2 Anatase. Do đó, làm cho hiệu suất quang xúc tác của hai chất xúc tác có thể so sánh được. Vì vậy, sử dụng một hàm lượng axit xitric thích hợp là chìa khóa để tổng hợp chất xúc tác có diện tích bề mặt cao và do đó có hiệu suất tốt hơn dự kiến.. 9
Hình 3.7,3.8. Ảnh hưởng của Etanol trông phương pháp đồng kết tủa và so sánh xúc tác đồng kết tủa và thủy nhiệt P123-C25-450 với loại bỏ nhiệt cho kết quả tốt hơn P123-C25-450 HT-E và P123-C25-450 -RE sử dụng dung môi Ethanol gây giảm diện tích bề mặt. Kết quả này phù hợp với kết quả đánh giá chất xúc tác sử dụng CTAB; việc sử dụng etanol có thể có ảnh hưởng xấu đến chất xúc tác tạo thành. Xúc tác được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt và với chất hoạt động bề mặt P123 cho thấy hiệu suất quang xúc tác cao hơn nhiều so với chất xúc tác được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa với CTAB. Phân tích SEM cũng chỉ ra rằng P123-C25- 450 có kích thước hạt nhỏ hơn CTAB-2. 3.1 Xúc tác TiO2 /AC tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 3.1.1 Phân tích đặc trưng Hình 3.9, 3.10 Đưởng đẳng nhiệt nhả hấp phụ và phân bố mao quản của xúc tác SG TiO2 and SG AC1200 TiO2 1/18 10
Đường đẳng nhiệt hấp thụ nitơ kiểu IV điển hình với vòng trễ loại 1 là đặc điểm của các kênh có thứ tự hình trụ. Theo quan sát, sự ngưng tụ trong mao quản của nitơ với các trung bì đồng nhất xảy ra, gây ra sự hấp thụ nitơ tăng đột ngột ở một phạm vi áp suất tương đối đặc trưng (P / P0) là 0,6 –0,9 đối với SG AC1200 TiO2 1/18. Điều này cho thấy một cấu trúc trung tính điển hình với đường kính lỗ xốp đồng nhất. Diện tích bề mặt BET cũng được xác định là 149,78 m2 / g. Kích thước mao quản đạt khoảng 15-20 nm. Bảng 3.3. Diện tích bề mặt của hai mẫu bằng tổng hợp sol-gel. Hinh 3.11. Ảnh bề mặt của of SG AC-1200/Ti 1/18 (a) and SG AC- 1200/Ti 3/1 (b) Hình ảnh SEM của 1/18 mẫu chất xúc tác được mô tả trong Hình 3.11. Kết quả cho thấy các hạt xúc tác có kích thước khoảng 5 nm là đồng nhất và không thể phân biệt được AC với TiO2 do hàm lượng AC trong chất xúc tác nhỏ. Tuy nhiên, kết quả EDX cho thấy sự hiện diện của AC trong mẫu. 11
Fig. 3.13. Phân tích đặc trưng XRD Hình 3.14 cho thấy các mẫu XRD của các mẫu SG AC-1200 / Ti 1/18 và SG AC-1200 / Ti 3/1. Nhìn vào hình, chúng ta có thể thấy rằng hai (2) chất xúc tác là pha Anatase 100% (2θ = 25; 38; 48; 55) và việc thêm than hoạt tính không có ảnh hưởng đáng kể đến thành phần pha vì lượng AC trong mẫu thấp và AC cũng ở dạng vô định hình. Trong mẫu có nhiều AC hơn (SG AC-1200 / Ti 3/1), bản chất vô định hình rõ ràng hơn. Khi tính toán kích thước tinh thể từ các mẫu XRD (Bảng 3.4), nó cho thấy rằng mẫu có nhiều AC hơn có kích thước hạt lớn hơn một chút (15,85 và 10,85). 3.2.2 Hoạt tính với MO Hình 3.14 và 3.15. Sự hấp phụbóng tối MO của AC và phản ứng quang hóa với MO bị ảnh hưởng bởi chủng loại than hoạt tính 12
Trong hình 3.14, hai loại than hoạt tính khác nhau được sử dụng để hấp phụ Methyl Orange được thực hiện trong điều kiện tối. Loại 1 là AC sản xuất tại Việt Nam (diện tích bề mặt 300 g / m2) và loại 2 là AC sản xuất tại Thái Lan (diện tích bề mặt 1200 g / m2). Cả hai loại AC đều được làm sạch và làm khô kỹ lưỡng để loại bỏ độ ẩm và tạp chất trước khi tiến hành thí nghiệm. Lượng được sử dụng là 0,4 g AC cho 800 ml 30ppm MO bên trong lò phản ứng. Sự hấp phụ của hai loại AC với bộ sonicator là trong vòng 30 phút. Kết quả hấp phụ trong Hình 3.14 cho thấy AC 1200 thể hiện khả năng hấp phụ tốt hơn AC 300 do diện tích bề mặt cao hơn. Để khảo sát ảnh hưởng của loại AC đối với hoạt tính quang xúc tác, hai chất xúc tác được lựa chọn được tổng hợp với tỷ lệ khối lượng giữa AC và TiO2 là 1: 1 trong các thành phần tổng hợp xúc tác cho hai loại AC được trình bày ở trên (diện tích bề mặt 300 và 1200 g / m2). Kết quả hoạt động quang xúc tác trong Hình 3.15 cho thấy rằng trong 20 phút đầu tiên của quá trình hấp phụ tối, tốc độ chuyển đổi của TiO2 / AC 300 và TiO2 / AC 1200 đối với sự phân hủy MO cho thấy TiO2 / AC 1200 nhanh hơn 1,5 lần so với TiO2. / AC 300. Sau khoảng thời gian hấp phụ tối này, người ta tiến hành quá trình quang xúc tác với UV-C bước sóng 245nm. Từ phút thứ 20 đến phút thứ 120, kết quả giữa hai loại chất xúc tác khác nhau cho thấy sự khác biệt rõ ràng. TiO2 / AC 1200 phân hủy và hấp thụ hơn 90% MO trong khi TiO2 / AC 300 chỉ xử lý hơn 40% MO. Điều này có thể được giải thích là do tác động của tác dụng hiệp đồng của hấp phụ AC với nồng độ MO tập trung vào bề mặt hỗ trợ quá trình quang hóa MO của TiO2. Hai loại AC có sự khác biệt đáng kể về độ hấp phụ do đó hiệu suất trong quá trình quang xúc tác cũng khác nhau đáng kể. Từ phút thứ 100 đến phút thứ 120, do sự hấp phụ của cả AC đều tăng nên hiệu suất của quá trình quang xúc tác đối với sự phân huỷ MO cũng tăng lên. TiO22/ AC 1200 có khả năng làm suy giảm tới 95% MO, do đó AC1200 đã được chọn để nghiên cứu thêm 13
Hinh 3.16;3.19: Hoạt tính xúc tác SG AC-1200/Ti 1/18 tại các giá trị pH khác nhau Trong quá trình này, các hiệu ứng tổng hợp của hấp phụ AC và quang hoạt TiO2 là khả năng dẫn đến hiệu suất tốt nhất. Do đó, tác động tổng thể gây ra sự suy giảm MO nhanh chóng. Từ phút thứ 60 đến phút thứ 80, MO giảm tới 98% và chỉ có SG AC-1200 / Ti 1/1 có hiệu suất thấp nhất với 90%. Ở môi trường trung tính có pH = 7 (hình 3.16), hoạt tính quang xúc tác ổn định hơn trong khi tốc độ phản ứng quang hóa đồng đều và gần như có hiệu suất tương đương với sự phân hủy MO 97%. Qua đó có thể kết luận rằng TiO2 ở môi trường trung tính hoạt động tốt hơn và hiệu quả hơn. 3.3. Xúc tác GO-TiO2 tổng hợp bằng sol-gel 3.3.1 Phân tích đặc trưng Hình 3.20,3.21: Đường hấp phự và nhả hấp phụ; phân bố mao quản của xúc tác GO-TiO2 Loại đẳng nhiệt này biểu thị một cấu trúc có các lỗ xốp lớn có độ xốp nhỏ. Phương pháp BJH được sử dụng để phân tích nhánh giải hấp của các đường đẳng nhiệt ở áp suất tương đối cao nhằm thu được sự phân bố kích thước lỗ của các vật liệu hỗ trợ cacbon này. Cần có một giá đỡ xốp để tăng cường sự lắng đọng của vật liệu kim loại cơ bản với tốc độ khuếch tán nhanh hơn so với vật liệu vi xốp. Sự phân bố 14
đường kính lỗ của carbon được xử lý xác nhận đường kính lỗ của các hạt carbon nằm trong khoảng 9 - 10nm. Bảng 3.2. Diện tích bề mặt của xúc tác GO-TiO2 2000        SG GO-Ti 1-24 1500 Intensity (a.u) SG GO-Ti 1-18 1000 SG GO-Ti 1-4  Anatase 500  Graphite  GO GO 0 10 20 30 40 50 60 70 2 theta (degree) Hình 3.22: Kết quả XRD của các xúc tác GO-TiO2 Dữ liệu hiển thị rằng chất xúc tác có dạng anatase và việc thêm GO không gây ảnh hưởng mạnh đến thành phần cấu trúc của nó vì lượng GO khá nhỏ và TiO2 dự kiến sẽ chỉ được hấp thụ vào các mao quản GO. Theo quan điểm của điều này, chất xúc tác biến tính vẫn thể hiện hiệu suất xúc tác quang mạnh do không có sự thay đổi trong giai đoạn cấu trúc. Kích thước tinh thể của SG-GO -Ti 1-18 là nhỏ nhất. Bảng 3.6. Kích thước tinh thể Sample No Catalysts denoted Crystal size (nm) 1 SG GO Ti 1/18 9.04 2 SG GO Ti 1/24 9.47 3 SG GO Ti 1/4 13.26 15
3.3.2 Hoạt tính xúc tác Hình 3.23-3.25. Ảnh hưởng của hàm lượng GO trong vùng UV và nhìn thấy Sự phân huỷ quang xúc tác của G 1/18 là tốt nhất (77,8%) trong số các chất xúc tác khác sau 6 giờ chiếu sáng. Sự chuyển đổi MO của mẫu TiO2: GO 1:18 tăng nhanh trong suốt quá trình. Bên cạnh đó, mẫu xúc tác G 1/24 cũng được nhận xét là có hiệu quả cao (75,03%). Các chất xúc tác khác G 1/4, G 1/10 và G1 / 21 cho thấy khả năng phân hủy Methyl Orange thấp hơn. Do đó, tỷ lệ thích hợp nhất trong nghiên cứu cho kết quả tốt nhất này là 1:18. Biểu đồ cho thấy hiệu suất quang xúc tác cao nhất với dung dịch MO ở 10ppm sau 210 phút, ghi nhận 62% sự suy giảm chất ô nhiễm. 3.4 Màng mỏng xúc tác nano TiO2 3.4.1 Mảng mỏng xúc tác TiO2 bằng phương pháp phủ nhúng lượng PEG thấp: Hinh 3.14. (a) Ảnh SEM Low PEG Cor-gel-200 and (b) Low PEG SEM Cor-gel-CTAB 16
Có thể thấy rằng xúc tác phủ trên cordierite trong phương pháp sol- gel có sự phân bố đồng đều hơn, trong khi ở phương pháp đồng kết tủa, kích thước hạt xúc tác khá lớn và không đồng đều, khoảng 20-100 nm so với khoảng 20 nm. . nm trong phương pháp sol-gel. Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol TTIP:H2O đến lượng xúc tác mang lên Tỷ lệ TTIP Khối lượng Lượng xúc tác Mẫu :H2O chất mang, g được phủ, g Low PEG 1:350 1,5429 0,0448 Cor-gel-350 Low PEG 1:200 8,9554 0,0818 Cor-gel-200 Low PEG 1:50 4,6141 0,0907 Cor-gel-50 Hình 3.17: Khảo sát xúc tác màng mỏng hàm lượng PEG thấp tổng hợp bằng sol-gel và thủy nhiệt Hiệu suất quang xúc tác của hai mẫu xúc tác phủ cordierite là khá giống nhau, nhưng so với xúc tác bột thì hiệu suất vẫn kém hơn. Điều đó chứng tỏ rằng khi lượng chất xúc tác gắn với cordierite gần nhau thì khả năng thực hiện phản ứng quang hóa của hai mẫu xúc tác phủ trên cordierite là tương đương nhau, trong khi đó, chất xúc tác dạng 17
bột có độ chuyển hóa cao hơn do lượng chất xúc tác được sử dụng nhiều. lớn hơn và dạng bột phân tán đều hơn trong dung dịch. 3.4.1.2 Phủ nhúng với hàm lượng PEG cao Trong phương pháp kết tủa, kích thước tinh thể của xúc tác Cor- CTAB lớn hơn ở 20 - 100 nm và không mịn so với Corgel 200 với kích thước tinh thể chỉ 20 nm. Hinh 3.18 Ảnh SEM của các mẫu Cor-CTAB, Corgel 200 Cor- P123 (từ trái sang phải) Một lý do là vì cordierite được nhúng trong dung dịch phân bố tốt hơn với kích thước nano tinh thể khác với được nhúng ở dạng bột nhão có chứa chất hoạt động bề mặt P123 hoặc CTAB trong phương pháp kết tủa và thủy nhiệt dẫn đến kích thước tinh thể lớn và không phân bố đồng đều trên bề mặt của cordierite. Bảng 3.5. Xúc tác màng mỏng trên gốm cordierite Tỷ lệ Khối lượng Lượng xúc tác Mẫu TTIPH2O chất mang, g được phủ, g Corgel-200 1:200 8.7142 0,11 Corgel-150 1:150 8,7049 0.17 Corgel- 1:150 8.7459 0.20 150AC Cor-CTAB 8,7553 0,093 Cor-P123 8,7163 0.087 18