I HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO 2 ĐỐI VỚI THUỐC TRỪ SÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Ni  2012 I HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO 2 ĐỐI VỚI THUỐC TRỪ SÂU Chuyên ngành: Hóa ng Mã s: 60 44 41 LUC CÁN B NG DN KHOA HC: TS. NGUY Hà Ni  2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Vt liu nano TiO 2 và vt liu nano TiO 2 bin tính 3 1.1.1. Vt liu nano TiO 2 3 1.1.2. Vt liu nano TiO 2 bin tính 5 1.1.3. Mt s u ch TiO 2 và bin tính TiO 2 7 1.1.4. ng dng ca quang xúc tác TiO 2 trong quá trình phân hy các hp cht hu m 9 1.2. Tng quan v thuc tr sâu 11 1.2.1. Thc trng ô nhim thuc tr ng 11 1.2.2. Tính cht hóa hc tính ca Methomyl 12  lý thuc tr ng 14 1.3.1. Quá trình Fenton 14  ozon: Peroxon và catazon 16 1.3.3. Quá trình quang Fenton 17 1.3.4. Các quá trình quang xúc tác bán dn 17 CHƢƠNG 1: THỰC NGHIỆM 20 2.1. Dng c và hóa cht 20 2.1.1. Dng c 20 2.1.2. Hóa cht 20 u 21 ng nghiên cu 21 2.2.2. Mt s u trúc vt liu 22 nh các ion sinh ra trong quá trình khoáng hóa 26 2.3. Tng hp vt liu 30 2.3.1. Tng hp vt liu TiO 2 30 2.3.2. Tng hp vt liu Fe  C  TiO 2 30 2.3.3. Tng hp vt liu t hp quang xúc tác Fe  C  TiO 2 /AC 30 2.4. Thí nghim kho sát hot tính xúc tác ca vt liu 31 2.4.1. Kho sát ng cng xúc tác Fe-C-TiO 2 ti quá trình phân hy Methomyl 31 2.4.2. Kho sát ng ca pH 32 2.4.3. Kho sát ng ca n H 2 O 2 32 2.4.4. Kho sát kh p ph ca vt liu Fe-C-TiO 2 /AC 32 CHƢƠNG 1: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. Tu kin chy HPLC 33 3.1.1. Kho sát và chn thành phng 33 3.1.2. Kho sát t ng 34 3.1.3. Kh lp li ca h thng HPLC 36 u kin t phân tích Methomyl 36 3.1.5. Xây dng chun ca Methomyl 37 a vt liu xúc tác Fe-C-TiO 2 39 3.3. Kho sát hot tính xúc tác ca vt liu Fe-C-TiO 2 vi quá trình phân hy Methomyl 41 3.3.1. Kho sát ng cng xúc tác ti quá trình phân hy Methomyl41 3.3.2. Kho sát ng ca pH 44 3.3.3. Kho sát n H 2 O 2 46 3.3.4. Quá trình khoáng hóa ca Methomyl 48 3.4. Kho sát hot tính xúc tác ca vt liu t hp quang xúc tác Fe-C-TiO 2 /AC ti quá trình phân hy Methomyl 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase 5 Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật của than hoạt tính Trà Bắc 21 Bảng 2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn NH 4 + 26 Bảng 2.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn NO 3 - 28 Bảng 3.1: Kết quả khảo sát tỉ lệ thành phần pha động 33 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát tốc độ dòng 35 Bảng3.3. Kết quả khảo sát độ lặp lại của hệ thống 36 Bảng 3.4. Đường chuẩn của Methomyl 37 Bảng 3.5. Thành phần của các nguyên tố trong xúc tác Fe-C-TiO 2 40 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của lượng xúc tác Fe-C-TiO 2 tới độ chuyển hóa Methomyl.41 Bảng 3.7. Hằng số tỉ lệ k ’ của quá trình chuyển hóa Methomyl với các lượng xúc tác khác nhau 44 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH tới độ chuyển hóa Methomyl 45 Bảng 3.9. Độ chuyển hóa Methomyl ở nồng độ H 2 O 2 khác nhau 46 Bảng 3.10. Quá trình khoáng hóa của Methomyl 49 Bảng 3.11. Khảo sát dung lượng hấp phụ của xúc tác Fe-C-TiO 2 /AC 54 Bảng 3.12. Kết quả thể hiện sự phụ thuộc độ chuyển hóa Methomyl vào lượng xúc tác Fe-C-TiO 2 /AC 55 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO 2 3 Hình 1.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang trên vật liệu bán dẫn 10 Hình 1.3. Cơ chế tạo gốc hoạt động trên vật liệu bán dẫn 19 Hình 2.1. Sơ đồ hoạt động của hệ máy HPLC 25 Hình 2.2. Đường chuẩn NH 4 + 27 Hình 2.3. Đường chuẩn NO 3 - 29 Hình 3.1. Kết quả khảo sát thay đổi tỉ lệ thành phần pha động 34 Hình 3.2. Kết quả khảo sát thay đổi tốc độ dòng 35 Hình 3.3. Đường chuẩn Methomyl 38 Hình 3.4. Phổ HPLC đường chuẩn của Methomyl 38 Hình 3.5. Phổ XRD của vật liệu Fe-C-TiO 2 39 Hình 3.6. Ảnh SEM của vật liệu xúc tác Fe-C-TiO 2 39 Hình 3.7. Phổ EDX của vật liệu xúc tác Fe-C-TiO 2 40 Hình 3.8. Phổ UV – Vis của các mẫu TiO 2 và Fe-C-TiO 2 41 Hình 3.9. Ảnh hưởng của lượng xúc tác tới hiệu quả phân huỷ methomyl của Fe-C- TiO 2 42 Hình 3.10. Phổ HPLC của quá trình phân hủy Methomyl với xúc tác 10g/l 42 Hình 3.11. Ảnh hưởng của lượng xúc tác tới tốc độ phản ứng của quá trình phân hủy Methomy 43 Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả phân huỷ methomyl của Fe-C-TiO 2 45 Hình 3.13. Độ chuyển hóa Methomyl ở các nồng độ H 2 O 2 khác nhau 47 Hình 3.14. Hằng số tốc độ (k) của phản ứng ở các nồng độ H 2 O 2 khác nhau 47 Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn sự phân hủy và khoáng hóa của Methomyl 49 Hình 3.16. Quá trình phân hủy của Methomyl 50 Hình 3.17. Phổ XRD của vật liệu Fe-C-TiO 2 51 Hình 3.18 . Ảnh SEM của vật liệu Fe-C-TiO 2 51 Hình 3.19. Phổ IR của vật liệu AC chưa biến tính 52 Hình 3.20. Phổ IR của vật liệu AC biến tính với PSS 52 Hình 3.21.Phổ IR của vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe-C-TiO 2 /AC đã biến tính với PSS 53 Hình 3.22. Độ hấp phụ của Methomyl trên vật liệu Fe-C-TiO 2 /AC 54 Hình 3.23. Kết quả thể hiện sự phụ thuộc độ chuyển hóa Methomyl vào lượng xúc tác Fe-C-TiO 2 /AC 55 BẢNG KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT 1. AC: Cacbon hot tính (Active Carbon) 2. ACN: Acetonitrin 3. BVTV: Bo v thc vt 4. HPLC: Sc ký lng hi      Chromatography) [...]... lênTiO2 đã đƣợc tổng hợp thành công để ứng dụng trong quá trình phân hủy phẩm màu Rhodamine B Tuy nhiên, hoạt tính xúc tác này đối với thuốc trừ sâu chƣa đƣợc đi sâu nghiên cứu Ngoài hoạt tính quang xúc tác của TiO2, sự có mặt của Fe trên xúc tác có thể hình thành quá trình Fenton dị thể, thúc đẩy quá trình phân hủy thuốc trừ sâu Vì vậy tôi chọn đề tài: Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy của. .. lần 2.2 Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Trong khuôn khổ của Luận văn chúng tôi chọn đối tƣợng nghiên cứu là thuốc trừ sâu Methomyl Sử dụng hai loại vật liệu xúc tác Fe-C -TiO2 và vật liệu tổ hợp quang xúc tác Fe-C -TiO2/ AC để phân hủy và xử lý Một trong những ƣu điểm của vật liệu quang xúc tác bán dẫn là hoạt tính của chất xúc tác không bị mất đi sau quá trình phân huỷ... thể, thúc đẩy quá trình phân hủy thuốc trừ sâu Vì vậy tôi chọn đề tài: Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy của vật liệu tổ hợp quang xúc tác biến tính từ TiO2 đối với thuốc trừ sâu 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano TiO2 và vật liệu nano TiO2 biến tính 1.1.1 Vật liệu nano TiO2 Titan dioxit là một chất bán dẫn, cấu trúc tinh thể gồm 3 dạng: anatase, rutile và brookite.Trong đó, dạng rutile,... tác phân hủy của một số chất xúc tác bán dẫn trong điều kiện chiếu sáng đối với một số loại thuốc trừ sâu cơ clo, cơ phốtpho thông dụng cho thấy khả năng phân hủy các thuốc trừ sâu là triệt để Ở Việt Nam, những nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu trong môi trƣờng còn rất hạn chế Việc biến tính TiO2 bằng các kim loại và phi kim cũng chỉ mới đƣợc phát triển nghiên cứu trong vài năm gần đây để xử lý các hợp. .. hữu cơ trong nƣớc và nƣớc thải nhƣ: thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hợp chất phenol,… [14, 15, 16, 24, 42] Trên thế giới, rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả cao của xúc tác quang hóa trong quá trình phân hủy thuốc trừ sâu trong môi trƣờng nƣớc [21, 39, 50] Một số nghiên cứu cho thấy khả năng quang xúc tác phân hủy và quá trình chuyển hóa thuốc trừ sâu, diệt cỏ nhƣ atrazin, prometron,... bằng TiO2 dạng huyền phù đạt hiệu quả tốt trong điều kiện chiếu sáng và sự có 8 mặt của oxi [12, 21, 36, 39, 50] Quá trình quang xúc tác dị thể của TiO2 và quang Fenton cũng cho hiệu quả cao, với 90% thuốc trừ sâu đƣợc khoáng hóa Bên cạnh đó, khả năng phân hủy thuốc trừ sâu đƣợc tăng lên đáng kể khi đƣa quang xúc tác TiO2 lên trên chất mang có kích thƣớc lỗ lớn Hệ thống pilot thử nghiệm hoạt tính xúc. .. thành rutile 1.1.2 Vật liệu nano TiO2 biến tính Mặc dù TiO2 ở dạng anatase có hoạt tính xúc tác cao nhƣng mức năng lƣợng vùng cấm khoảng 3,2 eV nên khả năng ứng dụng của TiO2 dƣới tác dụng của bức xạ mặt trời bị hạn chế Vì vậy, những nghiên cứu để nâng cao hiệu quả xúc tác quang trong vùng khả kiến là cần thiết và quan trọng để ứng dụng vật liệu nano TiO2 trong thực tiễn Nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực... Ngoài ra, việc biến tính TiO2 bằng kim loại và phi kim cũng sẽ tạo ra các bẫy đối với các electron quang sinh, ngăn cản quá trình tái kết hợp của các electron quang sinh với lỗ trống quang sinh, làm tăng thời gian sống của electron quang sinh, từ đó nâng cao hiệu quả quang xúc tác của TiO2[ 30, 34, 35, 45, 51] 1.2 Tổng quan về thuốc trừ sâu 1.2.1 Thực trạng ô nhiễm thuốc trừ sâu trong môi trƣờng Những... thể mở rộng vùng quang xúc tác sang vùng ánh sáng khả kiến Ngoài ra, việc biến tính TiO2 bằng kim loại và phi kim cũng tạo ra các bẫy đối với các electron quang sinh, ngăn cản quá trình tái kết hợp của các electron quang sinh với lỗ trống quang sinh, làm tăng thời gian sống của electron quang sinh, từ đó nâng cao hiệu quả quang xúc tác của TiO2[ 30, 34, 35, 45, 51, 53] Trong nghiên cứu trƣớc đây [10]... dioxit (TiO2) là một trong những chất xúc tác quang bán dẫn đƣợc sử dụng để xúc tác phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trƣờng nƣớc và không khí Nhờ đặc tính lí hóa ổn định, hoạt tính xúc tác cao và dễ tổng hợp nên titan dioxit đƣợc ứng dụng rộng rãi [42] Do titan dioxit ở dạng anatase có mức năng lƣợng vùng dẫn khoảng 3,2eV nên chỉ thể hiện hoạt tính xúc tác dƣới tác dụng của bức xạ UV Vì vậy, hoạt . quá trình phân hy thuc tr sâu. Vì vy tôi ch  Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy của vật liệu tổ hợp quang xúc tác biến tính từ TiO 2 đối với thuốc trừ sâu . . HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO 2 ĐỐI VỚI THUỐC TRỪ SÂU Chuyên ngành: Hóa ng. NHIÊN VŨ THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP QUANG XÚC TÁC BIẾN TÍNH TỪ TiO 2 ĐỐI VỚI THUỐC TRỪ SÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC