Tổng hợp nano zn1-xmnxo và ứng dụng xử lý phenol và rhodamine b trong môi trường nước.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN HOÀI UYÊN

TỔNG HỢP NANO Zn1-XMnXO VÀ ỨNG DỤNG

XỬ LÝ PHENOL VÀ RHODAMINE B

TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số : 60.44.01.14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH VĂN TẠC

Phản biện 1: TS. Bùi Xuân Vững

Phản biện 2: PGS.TS. Trần Thị Xô

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn

tốt nghiệp thạc sĩ Hóa học họp tại Đại học Sư phạm Đà Nẵng

vào ngày 31 tháng 03 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

 Thư viện trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Ô nhiễm môi trường đang ảnh hưởng xấu và ngày càng

nghiêm trọng đến đời sống của con người ở mức độ toàn cầu. Chất

gây ô nhiễm môi trường chủ yếu được sinh ra từ các hoạt động sản

xuất công nghiệp và sinh hoạt của con người. Chất ô nhiễm môi

trường có thể là các chất vô cơ hoặc các chất hữu cơ. So với các hợp

chất vô cơ thì nhìn chung các hợp chất hữu cơ độc hại có trong nước

thải khó xử lý hơn. Trong đó, các hợp chất hữu cơ như phenol,

rhodamine B, alizarin red S, xanh metylen, thuộc loại phổ biến trong

nước thải công nghiệp. Các hợp chất này có độc tính cao đối với con

người và động vật, những hợp chất này khó phân hủy trong tự nhiên,

dễ hấp thụ qua da vào cơ thể phát huy độc tính và phá hoại tế bào

sống. Vì vậy, việc nghiên cứu xử lý và tách loại các hợp chất hữu cơ

độc hại trong môi trường nước là việc làm quan trọng và cấp thiết.

Có nhiều phương pháp để tách loại xử lý các chất hữu cơ độc hại

trong nước, trong đó, phương pháp dùng quang xúc tác bán dẫn được

sử dụng rộng rãi vì có hiệu quả cao [5].

Gần đây, một số chất bán dẫn được sử dụng làm chất xúc tác

quang như kẽm oxit ZnO, titan đioxit TiO2, kẽm titanat

Zn2TiO3....Trong số đó, TiO2 đã được nghiên cứu nhiều. So với TiO2,

kẽm oxit ZnO có độ rộng vùng cấm cao (3,27eV) [7] tương đương

với độ rộng vùng cấm của TiO2 (3,3eV) và cơ chế của phản ứng

quang xúc tác của nó giống như của TiO2 nhưng ZnO lại có phổ hấp

thụ ánh sáng mặt trời rộng hơn của TiO2 [21, 22]. Do đó ZnO là chất

xúc tác quang đầy hứa hẹn cho quá trình oxi hóa quang xúc tác các

hợp chất hữu cơ.

2

Các nghiên cứu cho thấy, cách hiệu quả nhất để tăng hoạt

tính quang xúc tác của ZnO trong vùng khả kiến bằng cách làm giảm

độ rộng vùng cấm của nó là làm giảm kích thước của vật liệu hoặc

biến tính ZnO bằng một số kim loại hay á kim [17, 25].

Trên cơ sở đó, tôi tiến hành thực hiện đề tài “ Tổng hợp

nano Zn1-xMnxO và ứng dụng xử lý phenol và rhodamine B trong

môi trường nước”

2. Đối tƣợng nghiên cứu

- Nano Zn1-xMnxO;

- Phenol và rhodamine B

3. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

3.1. Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng hợp nano Zn1-xMnxO ( với x=0; 0,01; 0,02; 0,03) bằng

phương pháp đốt cháy gel.

- Nghiên cứu các đặc trưng và khảo sát hoạt tính quang xúc

tác của nó để xử lí phenol và rhodamine B trong môi trường nước ô

nhiễm.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

Tổng hợp nano Zn1-xMnxO và ứng dụng xử lý phenol và

rhodamine B trong môi trường nước

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu trong và ngoài nước về

thành phần hóa học của xúc tác cần tổng hợp

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp tổng hợp nano: phương pháp đốt cháy gel ở

nhiệt độ thấp, dùng axit citric là chất nền phân tán.

3

- Nghiên cứu cấu trúc của nano Zn1-xMnxO bằng nhiễu xạ tia

X, phổ tán sắc năng lượng EDX.

- Phương pháp đo phổ UV-VIS

5. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết tổng quan;

- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần

thực hiện trong quá trình thực nghiệm;

- Nghiên cứu quy trình tổng hợp mẫu xúc tác: nano Zn1-

xMnxO và ứng dụng xử lý phenol và rhodamine B

- Nghiên cứu các ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phân hủy

của phenol và rhodamine B trong môi trường nước

6. Bố cục của luận văn

Phần 1. Mở đầu

Phần 2. Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Phần 3. Kết luận và kiến nghị

4

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO NANO

1.1.1. Tính chất chung và một số ứng dụng của ZnO

1.1.2. Cấu trúc tinh thể của ZnO

a) Cấu trúc lục phương kiểu wurtzit

b) Cấu trúc lập phương đơn giản kiểu halit

c) Cấu trúc lập phương kiểu sphalerit

1.1.3. Cấu trúc vùng năng lƣợng

a) Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở dạng sáu phương

kiểu wurzit

b) Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở dạng lập phương

kiểu sphalerit

c) Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở dạng lập phương

kiểu halit

1.1.4. Tính chất điện và quang của vật liệu ZnO

1.2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZnO NANO

1.2.1. Điều chế ZnO nano dạng bột bằng phƣơng pháp

sol – gel

1.2.2. Điều chế ZnO nano dạng bột bằng phƣơng pháp

đốt cháy

1.3. GIỚI THIỆU VỀ RHODAMINE B VÀ PHENOL

1.3.1. Giới thiệu về Rhodamine B

1.3.2. Giới thiệu về phenol

1.4. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ PHẨM MÀU DỆT

NHUỘM

1.5. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC

5

CHƢƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ

2.1.1. Hóa chất

2.1.2. Thiết bị thí nghiệm

2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU

2.2.1. Quá trình tổng hợp nano ZnO

2.2.2. Quá trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn

2.3. ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ RHB VÀ

PHENOL

2.3.1. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ RhB

2.3.1. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ phenol

2.4. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN

TỐC ĐỘ PHÂN HỦY RHB VÀ PHENOL

2.4.1. Ảnh hƣởng của phần trăm khối lƣợng mangan pha

tạp đến hiệu suất phân hủy RhB

2.4.2. Ảnh hƣởng của pH lên tốc độ phân hủy RhB và

Phenol

2.4.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác lên tốc độ phân

hủy RhB và Phenol

2.4.4. Ảnh hƣởng của cƣờng độ chiếu sáng lên tốc độ

phân hủy RhB và Phenol

2.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG VẬT

LIỆU

2.5.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ Rơnghen

2.5.2. Phương pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)

2.5.3. Phƣơng pháp đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis

(DRS)

6

CHƢƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU XÚC TÁC

3.1.1. Thành phần pha của vật liệu - phổ XRD

Theo kết quả của phương pháp nhiễu xạ tia X (Hình 3.1), các

mẫu có thành phần Zn1-xMnxO (x=0; 0,01; 0,02), sau khi nung ở

500°C trong 3h, là đơn pha và có cấu trúc tinh thể lục phương

wurtzite giống như ZnO. Đây chính là dạng tinh thể phổ biến và có

hoạt tính quang xúc tác cao nhất của ZnO. Tất cả các đỉnh: (100),

(002), (101), (102), (110), (002), (103), (200), (112) và (202) trên

phổ tia X đều tương ứng với lục phương wurtzite của ZnO theo

JCPDS No. 01 – 089 - 1397. Khi x=0,03 trên phổ nhiễu xạ tia X xuất

hiện 3 đỉnh của một pha mới là MnO2 (Hình 3. 1, phổ nhiễu xạ tia X,

4).

Hình 3.1. Các phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu Zn1-xMnxO: x=0,00

(1), x=0,001 (2), x=0,002 (3), x=0,003 (4).

Từ giá trị độ rộng nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại

(FWHM) trên giản đồ XRD và áp dụng công thức Debye – Scherrer

tính được kích thước tinh thể trung bình của các mẫu chất. Kết quả

7

tính kích thước tinh thể trung bình của mẫu Zn1-xMnxO được trình

bày ở bảng 3.1.

Bảng 3.1. Giá trị kích thước tinh thể trung bình của các mẫu Zn1-

xMnxO (x=0,00 ÷0,03)

Mẫu Zn1-xMnxO 2



, Độ Đỉnh



, độ d, nm

x=0,00 36,269 101 0,328 25,5

x= 0,01 36,244 101 0,432 19,4

x= 0,02 36,268 101 0,501 16,7

x= 0,03 64,244 101 0,507 16,5

Từ kích thước tinh thể trung bình của các mẫu Zn1-xMnxO,

thấy rằng các hạt thu được đều có kích thước nano. Khi tăng độ thay

thế Zn bởi Mn (x) từ 0,00 đến 0,03 kích thước hạt Zn1-xMnxO giảm

dần từ 25,5 xuống 16,5nm. Điều này có thể được giải thích là do khi

thay thế Zn bởi Mn mạng tinh thể bị biến dạng, kết quả là đã tạo ra

một nội lực kìm hãm sự lớn lên của tinh thể.

3.1.2. Thành phần các nguyên tố trong vật liệu – phổ tán

xạ EDX

Để kiểm tra sự có mặt của các nguyên tố trong vật liệu, tôi

tiến hành chụp phổ EDX của vật liệu Zn1-xMnxO với x=0,02. Kết

quả thu được chỉ ra ở hình 3.2

Phần trăm khối lượng các nguyên tố có trong vật liệu Zn1-

xMnxO với x=0,02 được chỉ ra ở bảng 3.2.