Luận Văn Nghiên cứu xử lí một số hợp chất hữu cơ ô nhiễm bằng xúc tác quang hoá TiO2 có cấu trúc nano

“Nghiên cứu xử lí một số hợp chất hữu cơ ô nhiễm bằng xúc tác quang hoá TiO2 có cấu trúc nano”

2. Mục đích nghiên cứu

- Tổng hợp vật liệu TiO2 dạng nano bằng phương pháp thủy nhiệt và nghiên cứu tính chất vật liệu xúc tác quang TiO2.

- Biến tính (pha tạp) TiO2 và khảo sát hoạt tính quang xúc tác của chúng trong các phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ.

Các yếu tố khảo sát bao gồm: thời gian, hàm lượng xúc tác, loại ánh sáng kích thích, nghiên cứu động học phản ứng.

- Đánh giá khả năng xử lí nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, vi sinh vật trong nước nhờ quá trình sử dụng vật liệu nano TiO2 dạng pha tạp dưới ánh sáng mặt trời.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a. Đối tượng

- Nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc cúa vật liệu chứa TiO2 được điều chế dưới dạng bột.

- Nghiên cứu biến tính (pha tạp) nitơ vào vật liệu nano TiO2 và tính chất của vật liệu sau khi biến tính.

- Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác của TiO2 biến tính trên thí nghiệm xử lí các chất hữu cơ.

b. Phạm vi nghiên cứu

- Đối với nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc của vật liệu chứa thành phần TiO2 ở dạng bột, các thông số trong phạm vi nghiên cứu bao gồm:

+ Diện tích bề mặt riêng.

+ Hình thái bề mặt.

+ Phân tích cấu trúc tinh thể.

+ Xác định các kiểu liên kết trong vật liệu.

+ Khảo sát độ bền của vật liệu.

- Đối với quá trình biến tính TiO2 dạng nano bởi nitơ: khảo sát tỉ lệ pha tạp.

- Đối với quá trình xử lí metyl da cam:

+ Hiệu quả xử lí theo thời gian, lượng TiO2 pha tạp, lượng dung dịch đem xử lí.

+ Nguồn chiếu sáng.

- Đối với quá trình xử lí chất thải, vi khuẩn:

+ Hiệu quả xử lí theo thời gian.

4. Phương pháp nghiên cứu

a. Phương pháp thí nghiệm

- Tổng hợp TiO2 nano bằng phương pháp thủy nhiệt.

- Pha tạp nguyên tố nitơ và TiO2 bằng phương pháp nghiền trộn, nung.

b. Các phương pháp phân tích

- Đặc trưng vật liệu:

+ Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): Phân tích cấu trúc tinh thể và vi tinh thể.

+ Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): khảo sát hình thái, kích thước, trạng thái sắp xếp của mao quản vật liệu.

+ Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET): khảo sát độ xốp và diện tích bề mặt riêng của vật liệu.

+ Phương pháp quang phổ Raman: Xác định các kiểu liên kết trong vật liệu.

+ Phương pháp phân tích nhiệt (TG-DSC): khảo sát độ bền nhiệt của vật liệu.

- Khảo sát phản ứng quang xúc tác:

+ Phương pháp phổ kích thích electron (UV-Vis): Định lượng chất trước và sau phản ứng.

+ Xác định chỉ số COD theo phương pháp Đicromat.

+ Phương pháp đếm khuẩn lạc.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a. Ý nghĩa khoa học

Góp phần làm phong phú thêm các phương pháp tổng hợp, biến tính và khả năng ứng dụng của vật liệu nano TiO2.

b. Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài theo hướng đơn giản hoá quá trình điều chế vật liệu nano TiO2. Kết qủa của đề tài mở ra khả năng ứng dụng vật liệu nano TiO2 biến tính trong xử lý môi trường nước và một số ứng dụng khác (chống rêu mốc, diệt vi khuẩn).

6. Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm 3 chương

Chương 1 : Tổng Quan

Trình bày cơ sở lý thuyết về tính chất TiO2 cấu trúc nano, biến tính chất TiO2 nano và các ứng dụng TiO2 nano trong thực tiễn, tình hình nghiên cứu hiện nay.

Chương 2 : Thực nghiệm

Trình bày các bước tiến hành thực nghiệm về:

- Quy trình điều chế TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt, tổng hợp vật liệu pha tạp nitơ.

- Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu theo thời gian, hàm lượng xúc tác, loại ánh sáng kích thích, nghiên cứu động học phản ứng trong metyl da cam.

- Khảo sát khả năng xử lý của vật liệu TiO2 pha tạp nitơ đối với một số nguồn nước bị ô nhiễm như nước nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nguồn nước nhiễm khuẩn dưới ánh sáng mặt trời và một số ứng dụng khác.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Trình bày các vấn đề về:

Đặc trưng, tính chất của vật liệu; hoạt tính quang xúc tác của vật liệu đối với metyl da cam; thử nghiệm ứng dụng vật liệu trong xử lí vi khuẩn, chất thải và chống rêu mốc.

Ngoài ra còn có phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo.