Nghiên Cứu Thử Nghiệm Chế Tạo Vật Liệu Quang Xúc Tác Mùn Cưa Phủ Nano Titan Dioxyt

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHÊN CỨU THỬ NGHIỆM CHẾ TẠO VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC

MÙN CƢA PHỦ NANO TITAN DIOXYT

Giáo viên hƣớng dẫn : CN. Đặng Hoàng Vƣơng

TS. Vũ Mạnh Tƣờng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Huệ

Mã sinh viên: 1354030656

1. Đặt vấn đề

Ô nhiễm môi trƣờng đang là vấn đề cấp bách của nhiều quốc gia trên thế

giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Ngăn chặn ô nhiễm môi trƣờng hiện

nay đƣợc thực hiện bởi nhiều giải pháp trong đó việc Nghiên cứu thử nghiệm

chế tạo vật liệu quang xúc tác để làm vật liệu xử lý môi trƣờng là một hƣớng

đi phổ biến và mang lại hiệu cao. Vật liệu mùn cƣa là một loại vật liệu mới và có

ý nghĩa cao trong xử lý môi trƣờng từ phế thải của công nghiệp chế biến lâm sản

bằng công nghệ Nano.

2. Mục tiêu

Tạo đƣợc vật liệu có khả năng quang xúc tác ứng dụng trong xử lý môi

trƣờng từ phế thải của công nghiệp sản xuất chế biến gỗ bằng công nghệ nano.

Từ đó góp phần nâng cao hiệu quả công tác quản lí môi trƣờng và bảo vệ sức

khỏe ngƣời dân.

3. Đối tƣợng và phƣơng pháp thực hiện

a. Đối tƣợng

Đặc tính quang xúc tác của mùn cƣa phủ TiO2 và quy trình phủ vật liệu

TiO2 lên mùn cƣa.

b. Phƣơng pháp thực hiện

 Phƣơng pháp lý thuyết

 Mô hình thực nghiệm

 Phân tích trong phòng thí nghiệm

 So sánh và đánh giá kết quả phân tích

4. Kết quả đạt đƣợc

a. Vật liệu mùn cƣa nano Titan Dioxyt

 Cấu trúc bề mặt và sự tồn tại của nguyên tố TiO2 trên mẫu mùn

cƣa

Ảnh phân tích cấu trúc hiển vi bằng kính hiển vi điện tử quét FE-SEM (S￾4800) của Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công

nghệ Quốc gia.

Nhận thấy trên bề mặt mùn cƣa, các tế bào sợi gỗ đã bị phủ một lớp TiO2

khá dày, trong đó lớp phủ này đƣợc tạo nên bởi các hạt TiO2 hình cầu có kích

thƣớc khoảng 500-800 nm (kích thƣớc chƣa đƣợc nhỏ nhƣ mong muốn, hạt

nano có kích thƣớc càng nhỏ thì khả năng phát huy đặc tính của vật liệu nano

càng cao). Ngoài ra, phân bố của các hạt hình cầu này không đồng đều.

 Cấu trúc pha tinh thể TiO2 trên bề mặt mùn cƣa

(a) (b)

Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu đối chứng (a) và mẫu xử lý (b) của

Viện Khoa học vật liệu, Đại học Tự nhiên Hà Nội.

Từ giản đồ XRD trên có thể thấy, TiO2 tạo ra bằng phƣơng pháp của thí

nghiệm này thuộc dạng anatase .

b. Đánh giá hiệu quả xử lý xanh metylen của vật liệu quang xúc tác mùn

cƣa nano TiO2

 Ảnh hƣởng của tia UV đến quá trình xử lý Xanh metylen

Abs C (ppm) Hiệu suất (%)

Dung dịch ban đầu 3.230 15.04 0

Khi chiếu đèn UV 3.215 14.97 0.465

Khi để ngoài ánh sáng

tự nhiên

3.229 15.03 0.067

Nhận thấy: Tia UV mặc dù có ảnh hƣởng nhƣng rất ít đối với việc làm

phân hủy Xanh metylen trong dung dịch.

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Mun cua

File: Hue-DHLN-Mun cua.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/16/17 13:34:43

Lin (Cps)

0

100

200

300

400

500

600

2-Theta - Scale

10 20 30 40 50 60 70

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Mun cua phu TiO2

File: Hue-DHLN-Mun cua phu TiO2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/16/17 12:32:31

Lin (Cps)

0

100

200

300

400

500

600

2-Theta - Scale

10 20 30 40 50 60 70

 Ảnh hƣởng của yếu tố thời gian tới khả năng xử lý màu của vật

liệu mùn cƣa.

Mật độ quang

(Abs)

Nồng độ dung dịch

(ppm)

Hiệu suất xử lý (%)

Thời gian

(Phút)

Cốc 1 Cốc 2 Cốc 1 Cốc 2 Cốc 1 Cốc 2

0 2,051 2,051 9,56 9,56 0 0

30 1,625 1,728 7,58 8,06 20,71 15,69

60 1,113 1,223 5,2 5,714 45,61 40,23

90 0,718 0,652 3,367 3,062 64,78 67,97

120 0,291 0,156 1,386 0,758 85,50 92,07

150 0,122 0,083 0,6 0,419 93,72 95,62

180 0,135 0,073 0,661 0,373 93,09 96,10

Nhận thấy : Nồng độ Xanh metylen ở Cốc 1 (Mùn cƣa thƣờng) và ở Cốc

2 (Mùn cƣa phủ Titan dixoit) có sự giảm rõ rệt sau 120 phút đầu tiên. Đối với

cốc 1, nồng độ Xanh Metylen giảm 85% còn Cốc 2 giảm 92%. Sau 130 phút tiếp

theo hiệu suất xử lý tăng chậm thêm 5%. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý của Nano

Titan Dyoxit Mùn cƣa vẫn cao hơn so với mùn cƣa thông thƣờng. Đặc biệt, khi

so sánh màu của mùn cƣa phủ lớp Nano và mùn cƣa không đƣợc phủ sau khi xử

thì màu của hai loại này có sự khác biệt rõ ràng.

 Khả năng tái xử lý xanh metylen của mùn cưa nano TiO2

Cốc 1

(Mùn cƣa

nguyên chất)

Cốc 2

(Mùng cƣa phủ Nano TiO2-

Kí hiệu cốc “NN”)

Nồng độ ban đầu

(ppm)

10

Mật độ quang (Abs) 0,275 0,102

Nồng độ sau xử lý (ppm) 1,311 0,507

Nhận thấy qua 6 lần tái xử lý, khả năng tái xử lý xanh metylen của mùn

cƣa nano TiO2 cao hơn mùn cƣa thƣờng gấp nhiều lần.

MỤC LỤC

MỤC LỤC............................................................................................................. 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT................................................. 7

DANH MỤC CÁC HÌNH..................................................................................... 9

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... 10

ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 2

1.1.Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng hiện nay ........................................................ 2

1.2.Một số phƣơng pháp xử lý ô nhiễm môi trƣờng ............................................. 5

1.3.Công nghệ vật liệu Nano................................................................................. 7

1.3.1. Tổng quan về vật liệu Nano ........................................................................ 7

1.3.2. Đặc điểm của một số hạt nano thƣờng dùng............................................... 8

1.3.3. Đặc điểm của hạt nano TiO2 ....................................................................... 9

1.3.4. Cơ chế của phản ứng quang xúc tác với TiO2 kích thƣớc nano mét ........ 12

1.3.5. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano quang xúc tác............................. 14

1.3.6. Đặc điểm vật liệu mùn cƣa........................................................................ 18

1.3.7. Ứng dụng vật liệu nano TiO2 .................................................................... 18

1.3.8. Một số nghiên cứu về công nghệ Nano .................................................... 23

CHƢƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................................................... 25

2.1.Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 25

2.1.1. Mục tiêu chung:......................................................................................... 25

2.1.2. Mục tiêu cụ thể:......................................................................................... 25

2.2.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 25

2.3.Nội dung nghiên cứu..................................................................................... 26

2.4.Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 26

2.4.1. Phƣơng pháp lý thuyết .............................................................................. 26

2.4.2. Phƣơng pháp phủ nano Titan Dioxit lên mùn cƣa .................................... 26

2.4.3. Đánh giá khả năng xử lý một số chất hữu cơ của vật liệu mùn cƣa nano

TiO2 ................................................................................................................ 27

CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN............................. 32