Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu ứng dụng xúc tác quang ZnO/SBA-15 xử lý chất thải hữu cơ

B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO

ĐI HC ĐÀ NNG

HUỲNH TH NGC NI

NGHIÊN CU TNG HP VÀ NG DNG

Đ X LÝ MT S CHT THI HU CƠ

CA XÚC TÁC QUANG ZnO/SBA-15

Chuyên ngành: Hóa hu cơ

Mã s: 60 44 27

TÓM TT LUN VĂN THC SĨ KHOA HC

Đà Nng - 2012

Công trình ñưc hoàn thành ti

ĐI HC ĐÀ NNG

Ngưi hưng dn khoa h c: PGS.TS. VÕ VI!N

Ph"n bi#n 1 : PGS.TS. Lê Th$ Liên Thanh

Ph"n bi#n 2 : GS.TS. Đào Hùng Cưng

Lun văn ñã ñưc bo v trưc hi ñng chm Lun

văn tt nghip Thc sĩ Khoa hc hp ti Đi hc Đà Nng

vào ngày 14 tháng 11 năm 2012.

Có th tìm hiu lun văn ti:

- Trung tâm Thông tin – Hc liu, Đi hc Đà Nng

- Thư vin trưng Đi hc Sư phm, Đi hc Đà Nng

M% Đ&U

1. Tính c'p thi(t c)a ñ+ tài

Trong nhng năm gn ñây, các vt liu bán dn làm xúc tác

quang ñã ñưc nghiên cu rng rãi trong lĩnh vc x lý ô nhim môi

trưng và to ngun năng lưng sch, có kh năng tái sinh t vic

tách nưc tinh khit thành H

và O

. Mt s cht bán dn ñưc s

d ng làm cht xúc tác quang, trong ñó zinc oxide ZnO, titanium

dioxide TiO

, zinc titanate Zn

TiO

, cát bin, CdS là các cht cho

hiu qu cao. Trong s ñó, ZnO và các oxit kim loi có cu hình

electron d

và oxit kim loi ñin hình có cu hình electron d

ñưc

nghiên cu sâu nht. M!c du vy, do có vùng cm rng nên chúng

ch" hp th ánh sáng t ngoi, vùng mà ch" chim khong 5% t#ng

lưng photon ánh sáng m!t tri. Đ s d ng ánh sáng m!t tri hiu

qu hơn, nhi%u nghiên cu ñã ñưc thc hin ñ các vt liu có kh

năng xúc tác trong vùng kh kin và ci thin hot tính xúc tác quang

c&a chúng.

ZnO là cht bán dn thuc loi A(II)B(VI), có vùng cm rng

' nhit ñ phòng c( 3.3 eV nên ch" ánh sáng t ngoi (UV) mi kích

thích ñưc ñin t t vùng hóa tr) lên vùng dn và gây ra hin tưng

xúc tác quang. Đi%u này, hn ch kh năng xúc tác quang c&a k*m

oxit, thu h+p phm vi ng d ng c&a nó. So vi TiO

thì ZnO có ñ

rng vùng cm tương ñương (ñ rng vùng cm c&a TiO

là 3.2 eV)

nhưng ZnO hp th nhi%u ph# m!t tri hơn. Chính vì vy mà ZnO

vi hot tính quang hóa cao, không ñc hi và giá thành thp, ñưc

s d ng nhi%u cho ng d ng quang hóa. Đ s d ng ñưc ánh sáng

m!t tri vào quá trình xúc tác quang c&a k*m oxit, cn thu h+p vùng

cm c&a nó. Đ thc hin m c ñích này nhi%u ion kim loi và phi kim

ñã ñưc s d ng ñ thay ñ#i các thù hình c&a k*m oxit. Pha tp ZnO

b,ng nhng ion kim loi và phi kim khác nhau là cách thc hiu qu

ñ m' rng kh năng hp th ánh sáng t vùng t ngoi sang vùng

kh kin. M!t khác vic tăng din tích b% m!t c&a các cht xúc tác

quang cũng là vn ñ% ñang ñưc ñ!t ra.

Trong sut nhng thp k. qua, các vt liu như than hot

tính, zeolit vi din tích b% m!t riêng ln ñã ñưc ng d ng làm cht

hp ph cũng như cht mang xúc tác ñ x lý các cht hu cơ ñc hi

trong môi trưng. Tuy nhiên, ng d ng c&a zeolite và mt s vt liu

vi mao qun khác b) hn ch b'i kích thưc mao qun nh/ (d < 1,5

nm) dn ñn không thích hp cho quá trình hp ph và chuyn hoá

các hp cht hu cơ phc tp, cng k%nh. Vì vy, vic tìm kim các

vt liu có kích thưc mao qun ln hơn ñã và ñang thu hút s quan

tâm nghiên cu c&a nhi%u nhà khoa hc.

Vào ñu thp niên 90 c&a th k. XX, các thành công trong

vic t#ng hp các vt liu mao qun trung bình ñã m' ra mt giai

ñon mi trong t#ng hp cht xúc tác và hp ph . Các vt liu này có

din tích b% m!t ln và h thng mao qun ñng nht cho phép phát

trin h thng xúc tác có ñ phân tán cao. Mt tin b ñáng k trong

lĩnh vc này là vic phát hin ra vt liu mao qun trung bình SBA-

15, mt thành viên trong h vt liu SBA (Santa Barbara

Amorphous). SBA-15 có cu trúc l c lăng, thành mao qun dày (30 –

60 Å), din tích b% m!t cao, mao qun có cu trúc ñ%u ñ!n vi kích

thưc ln (20-300 Å) và có ñ b%n thu. nhit cao hơn các vt liu

mao qun khác. Như vy, SBA-15 có th ñưc s d ng như cht n%n

lí tư'ng cho các cht xúc tác d) th, hp ph trong quá trình chuyn

hoá các phân t có kích thưc ln. Trên th gii và trong nưc ñã có

nhi%u nghiên cu ng d ng SBA-15 ñ làm xúc tác chuyn hoá các

hp cht hu cơ và hp ph các kim loi n!ng, các hp cht hu cơ.

M!c du vy, vn còn ít các công trình s d ng vt liu này ñ làm

cht n%n cho xúc tác quang ng d ng ñ x lý các cht thi hu cơ.

M!t khác, trong nhng năm gn ñây, ô nhim môi trưng là

vn ñ% hàng ñu ñ!t ra cho toàn cu. Vic gia tăng dân s và phát

trin công nghip ñã dn ñn vic ngày càng nhi%u các cht ñc hi

ñưc thi vào môi trưng. Các cht ñc hi này có th gây nên các

bnh tt liên quan ñn ô nhim và làm m lên khí hu toàn cu.

Trong s các cht ñc hi thi ra môi trưng, ñáng chú ý là nhng

cht hu cơ ñc hi, là nhóm các cht tương ñi b%n vng, khó b)

phân h&y sinh hc, lan truy%n và tn lưu mt thi gian dài trong môi

trưng. Do vy, vic nghiên cu x lý trit ñ các hp cht hu cơ

ñc hi trong môi trưng b) ô nhim luôn là mi quan tâm hàng ñu

c&a m:i quc gia và ñ!c bit có ý nghĩa quan trng ñi vi cuc sng

hin ti và tương lai c&a con ngưi. Đ x lý các hp cht hu cơ ñc

hi ñó, ngưi ta kt hp nhi%u phương pháp x lý khác nhau như hp

ph , sinh hc, oxy hoá... tuỳ thuc vào dng tn ti c th c&a các

cht gây ô nhim. Trong ñó, phương pháp oxi hóa các hp cht hu

cơ ñc hi b,ng cách s d ng xúc tác quang là phương pháp có nhi%u

ưu ñim như s d ng năng lưng ánh sáng m!t tri, tác nhân oxi hóa

là oxi không khí,…ñang thu hút s nghiên cu c&a các nhà khoa hc.

Xut phát t thc t và nhng cơ s' khoa hc trên, chúng tôi

chn ñ% tài “Nghiên cu tng hp và ng dng ñ x lý mt s cht

thi hu cơ ca xúc tác quang ZnO/SBA-15”.

2. M,c tiêu nghiên c-u

M c tiêu c&a ñ% tài là t#ng hp các cht xúc tác quang hot

ñng có hiu qu dưi ánh sáng kh kin cho phn ng phân h&y các

hp cht hu cơ ñc hi có trong nưc.

3. Đi tư.ng và ph/m vi nghiên c-u

3.1. Đi tưng nghiên cu

- Nghiên cu t#ng hp và ñ!c trưng c&a các vt liu cha SBA-

15 và ZnO/SBA-15

- Nghiên cu bin tính (pha tp) Nitơ, bc vào vt liu nano

ZnO/SBA-15 và các tính cht c&a chúng

- Nghiên cu hot tính xúc tác quang c&a ZnO/SBA-15 bin

tính b'i pha tp nitrơ và bc b,ng phn ng phân h&y xanh metylen

trong dung d)ch nưc dưi ánh sáng kh kin.

3.2. Phm vi nghiên cu

- T#ng hp và bin tính ZnO/SBA-15 b,ng cách pha tp N, Ag

- Th nghim ng d ng vt liu xúc tác quang ZnO/SBA-15

bin tính vào x lý xanh metylen và COD có trong nưc thi vi

lưng nh/ ' trong phòng thí nghim.

4. Phương pháp nghiên c-u

Đ thc hin ñ% tài, chúng tôi s* s d ng các phương pháp sau:

- T#ng hp mu b,ng phương pháp sol gel. Bin tính mu

b,ng phương pháp hóa hc

- Đ!c trưng mu xúc tác b,ng các phương pháp hóa lý hin ñi

như nhiu x tia X, TEM, SEM, hng ngoi, UV-vis DRS, hp ph -

kh hp ph N

' 77K, XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)

- Kho sát hình thái, kích thưc, trng thái s<p xp c&a mao

qun và ñ phân tán c&a vt liu; kho sát ñ xp và din tích b% m!t

riêng; quang ph# hng ngoi; xác ñ)nh các kiu liên kt trong vt

liu; ph# tán x năng lưng tia X (EDX); xác ñ)nh thành phn

nguyên t trong pha r<n; ph# t ngoi - kh kin (UV-Vis); kho sát

s hp th ánh sáng; phân tích nhit (TG-DSC); kho sát ñ b%n nhit

c&a vt liu, XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)

- Th nghim hot tính xúc tác quang ñưc ñánh giá theo

phương pháp chu=n.

- Sn ph=m phn ng ñưc phân tích b,ng phương pháp quang

UV-Vis. Trong thí nghim kho sát x lý nưc thi ô nhim, ch" tiêu

COD ñưc xác ñ)nh theo các phương pháp ñã ñưc chu=n hóa.

5. B c,c ñ+ tài

Lun văn gm các phn: M' ñu (6 trang), Chương 1. T#ng quan

lý thuyt (18 trang), Chương 2. Thc nghim (12 trang), Chương 3. Kt

qu và tho lun (35 trang), Kt lun và kin ngh) (2 trang).

Trong lun văn có 4 bng biu, 51 hình v*, 28 tài liu tham

kho.

6. T0ng quan tài li#u nghiên c-u

Lun văn c&a tôi da trên các tài liu nghiên cu v% SBA-15,

phn ng quang hóa, vt liu bán dn ZnO, các dng pha tp vi N

và Ag và các kin thc có liên quan. Nhìn chung, các công b kt qu

nghiên cu v% hai loi vt liu nêu trên là khá phong phú. Tuy nhiên,

vn còn rt ít các nghiên cu kt hp gia hai loi vt liu ZnO và

SBA-15. Vì vy, ñi tưng vt liu t# hp ZnO/SBA-15 vn ñang

còn mi mA và cn thit phi ñưc quan tâm, b'i l* rt ha h+n kh

năng tăng cưng ñưc nhng ưu th và hn ch nhng nhưc ñim

c&a hai loi vt liu thành phn trong ng d ng quang xúc tác.

CHƯƠNG 1

TNG QUAN LÝ THUY2T

1.1. VT LI3U MAO QUN TRUNG BÌNH

1.1.1. V4t li#u mao qu"n

1.1.2. V4t li#u mao qu"n trung bình

1.1.3. M5t s cơ ch( t/o thành v4t li#u mao qu"n trung bình

a. Cơ ch ñnh hưng theo cu trúc tinh th lng (Liquid crystal

templating)

b. Cơ ch sp xp silicat ng (Silicate Rod Assembly)

c. Cơ ch phù hp mt ñ ñin tích (Charge Density

Matching)

1.2. GI6I THI3U V7 VT LI3U MAO QUN TRUNG BÌNH

SBA-15

1.2.1. T0ng h.p

1.2.2. Bi(n tính

a. Đưa kim loi vào vt liu

b. Gn các nhóm chc năng lên trên b mt mao qun

1.2.3. ng d,ng

a. Hp ph

b. Cht nn cho xúc tác

c. Xúc tác

d. Điu ch vt liu mi

1.3. CÁC VT LI3U XÚC TÁC QUANG

1.3.1. Khái ni#m xúc tác quang

1.3.2. Các v4t li#u xúc tác quang thông d,ng

1.3.3. Vài nét v+ k8m oxit (ZnO) trong xúc tác quang

14. GI6I THI3U V7 XANH METYLEN

CHƯƠNG 2

TH9C NGHI3M

2.1. TNG HP VT LI3U XÚC TÁC

2.1.1. Hóa ch't và d,ng c,

a. Hóa cht

b. Dng c

2.1.2. T0ng h.p v4t li#u mao qu"n trung bình SBA-15

2.1.3. T0ng h.p v4t li#u ZnO/SBA-15

2.1.4. Pha t/p Nitơ (N) và B/c (Ag) trên ZnO/SBA-15

a. Pha tp Nitơ trên ZnO/SBA-15

b. Pha tp Bc trên N-ZnO/SBA-15

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP Đ:C TRƯNG VT LI3U

2.2.1. Phương pháp nhi;u x/ tia X (X-ray Diffraction)

2.2.2. Phương pháp hi<n vi ñi#n t= truy+n qua (TEM)

2.2.3. Phương pháp hi<n vi ñi#n t= quét (SEM)

2.2.4. Ph0 h>ng ngo/i (IR)

2.2.5. Phương pháp ñ?ng nhi#t h'p ph, - kh= h'p ph, nitơ @

77K

2.2.6. Ph0 quang ñi#n t= tia X (X-ray photoelectron

spectroscopy-XPS)

2.3. TH HOT TÍNH XÚC TÁC

Hot tính quang hoá c&a xúc tác ñưc ñánh giá da trên kh

năng phân h&y các hp cht hu cơ dưi tác d ng c&a ánh sáng.

Trong nghiên cu này chúng tôi ñánh giá hot tính xúc tác

qua kh năng phân h&y xanh metylen dưi ánh sáng m!t tri trong

khong thi gian t 9h30 ñn 15h30 và dưi ánh sáng ñèn dây tóc

(loi 40W, 100W, 200W), ñèn halogen (200W).

Nng ñ xanh metylen trong các mu dung d)ch sau phn

ng thu ñưc ' các thi gian khác nhau ñưc xác ñ)nh b,ng phương

pháp ño quang trên máy UV-vis hiu Jenway 6800 c&a Anh.

2.4. QUÁ TRÌNH TÁI SINH XÚC TÁC

Cht xúc tác sau khi s d ng làm xúc tác ln th 1 ri ñem

xúc tác ln th 2, ln th 3…. Cho ñn khi gn như mt hot tính xúc

tác thì tách kh/i dung d)ch xanh metylen, ñem sy ' 100

C trong 3h,

ri nung ' 450

C trong 1h (ñi vi xúc tác 3N-30ZnO/SBA-15) ,

nung ' 350

C trong 5h (ñi vi xúc tác 5Ag-3N-30ZnO/SBA-15) và

ñưc s d ng tr' li.

2.5. X LÝ NƯ6C THI

Xác ñ)nh ch" s COD c&a mu nưc thi c&a nhà máy dt

Th&y Dương trưc và sau khi x lý b,ng vt liu 5Ag-3N-

30ZnO/SBA-15.

Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng để xử lý một số chất thải hữu cơ của xúc tác quang ZnO/SBA-15

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi