Khóa luận tốt nghiệp
Sưu tầm: Thạc sĩ. Ngô thị thuỳ Dương
http://ngothithuyduong.violet.vn
MỞ ĐẦU
Khoa học nano chỉ mới xuất hiện cách đây vài thập kỉ nhưng đã có những
bước phát triển mạnh mẽ và đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Đến nay khoa
học nano đã mở rộng và người ta đã tìm thấy nhiều vật liệu nano như C, kim loại,
oxit kim loại, chất bán dẫn,… Trong số đó TiO
2
với những tính chất ưu việt như
quang xúc tác, siêu thấm ướt đồng thời rất bền, không độc, trữ lượng cao, được
nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhất. Những lĩnh vực ứng dụng của TiO
2
phải
kể đến đó là y học, năng lượng, đặc biệt là trong lĩnh vực môi trường như xử lý
nước, làm sạch không khí, gạch tự làm sạch, chống bám bẩn,
Việt Nam nằm trong vùng cận nhiệt đới xích đạo nên thời lượng chiếu sáng
của mặt trời hàng năm rất cao. Do đó tiềm năng ứng dụng vật liệu xúc tác quang
TiO
2
ở Việt Nam là rất lớn. Mặt khác nguồn nguyên liệu TiO
2
ở Việt Nam rất
phong phú. Nhiều địa phương có trữ lượng TiO
2
cao như Núi Chúa Thái Nguyên
(ở dạng quặng titan gốc) và dạng quặng sa khoáng ở ven biển miền Trung,
nhưng việc khai thác và sử dụng chưa hiệu quả.
Trong khi đó tình trạng ô nhiễm môi trường đã trở thành một vấn đề có tính
chất toàn cầu và là một trong những mục tiêu thiên niên kỉ của Liên hợp quốc.
2
1.1.1. Cấu trúc
Titandioxit (TiO
2
) là chất bán dẫn, cấu trúc tinh thể gồm 3 dạng: anatase,
rutile và brookite. Cấu trúc tinh thể của anatase và rutile được dẫn ra ở Hình 1.
1.1.1.1. Rutile
Rutile là trạng thái tinh thể bền của TiO
2
. Rutile ở dạng Bravais tứ phương
với các hình bát diện tiếp xúc ở đỉnh. Rutile là pha có độ xếp chặt cao nhất so với
hai pha còn lại.
1.1.1.2. Anatase
Dạng có hoạt tính quang hóa mạnh nhất trong 3 pha.
Anatase ở dạng Bravais tứ phương với các hình bát diện tiếp xúc ở cạnh với
nhau và trục c của tinh thể bị kéo dài. Anatase thường có màu nâu sẫm, đôi khi
có thể có màu vàng hoặc xanh, có độ sáng bóng như tinh thể kim loại. Tuy nhiên
lại rất dễ rỗ bề mặt, các vết xước có màu trắng.
1.1.1.3. Brookite
Có hoạt tính quang hóa rất yếu, thường rất ít gặp nên ít được đề cập trong các
nghiên cứu và ứng dụng.
Hình 1 mô tả cấu trúc tinh thể của anatase và rutile.
Hình 1. Cấu trúc tinh thể anatase và rutile
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
3
Khóa luận tốt nghiệp
Cả hai dạng anatase và rutile đều được tạo nên từ các đa diện phối trí TiO
Thông số mạng a 3,78
o
A
4,58
o
A
Thông số mạng c 9,49
o
A
2,95
o
A
Khối lượng riêng 3,895 g/cm
3
4,25 g/cm
3
Độ khúc xạ 2,52 2,71
Độ cứng (thang Mox) 5,5-6,0 6,0-7,0
Hằng số điện môi 31 114
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ cao chuyển sang
dạng rutile
1858
0
C
1.1.2. Tổng hợp
1.1.2.1. Phương pháp cổ điển [2]
Người ta điều chế TiO
2
tinh khiết bằng cách kết tủa axit titanic khi cho NH
xảy ra trong một lò sol khí
ngọn lửa. Các hạt TiO
2
hầu hết kết tinh ở dạng anatase và rutile. Phản ứng
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
4
Khóa luận tốt nghiệp
thường được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn 1000
0
C để thu được sản phẩm có chất
lượng cao.
TiCl
4
+ O
2
TiO
2
+ 2Cl
2
(1.3)
TiO
2
P25 (Degussa) là một sản phẩm thương mại được điều chế bằng phương
pháp nhiệt phân TiCl
4
trong ngọn lửa có nhiệt độ cao hơn 120
SO
4
= FeSO
4
+ H
2
O (1.5)
Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O (1.6)
♦
Thuỷ phân dung dịch muối titan
mTi(SO
4
)
2
♦
Nung sản phẩm thuỷ phân
[TiO(OH)
2
]
m-1
Ti(SO
4
)
2
= mTiO
2
+ 2SO
3
+ (m-1)H
2
O (1.9)
1.1.2.4. Phương pháp ngưng tụ hơi hoá học [7]
Đây là phương pháp điều chế bột TiO
2
có kích thước nanomet ở nhiệt độ thấp
dưới 600
0
C. TiCl
4
được làm bay hơi ở các nhiệt độ khác nhau để thu được các áp
suất hơi khác nhau, sau đó hơi được chuyển vào lò phản ứng. Hơi nước cũng được
đưa vào lò. Hơi TiCl
4
và hơi nước được trộn với nhau một cách nhanh chóng
nanomet.
1.1.2.7. Phương pháp sol-gel
Sol-gel là quá trình chế tạo vật liệu oxit kim loại từ dung dịch, thông qua các
phản ứng thuỷ phân-ngưng tụ muối vô cơ kim loại hoặc tiền chất alkoxide kim
loại. Quá trình sol-gel gồm 5 giai đoạn sau:
♦ Giai đoạn 1: Tạo hệ sol.
♦ Giai đoạn 2: Gel hoá.
♦ Giai đoạn 3: Định hình.
♦ Giai đoạn 4: Sấy.
♦ Giai đoạn 5: Kết khối.
1.1.2.8. Phương pháp thuỷ nhiệt [19]
Thuỷ nhiệt là sự tiến hành các phản ứng hoá học với sự có mặt của dung môi
(có thể là nước) trong một hệ kín ở điều kiện nhiệt độ phòng và áp suất lớn hơn 1
atm. Phương pháp thuỷ nhiệt được ứng dụng để:
♦ Tổng hợp những vật liệu phức tạp.
♦ Chế tạo vật liệu có cấu trúc nano.
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
6
Khóa luận tốt nghiệp
♦ Tách kim loại ra khỏi quặng.
Gần đây, phương pháp thuỷ nhiệt đã được nâng cao bằng cách kết hợp với
phương pháp vi sóng và phương pháp siêu âm, trộn cơ học, phản ứng điện cơ.
Bằng phương pháp này, ta có thể thu được các tinh thể nano, dây nano, thanh
nano, ống than nano.
♦ Zang và cộng sự đã thu được các thanh nano TiO
2
khi thuỷ nhiệt dung
dịch loãng TiCl
tăng số lượng phân tử va chạm, tăng độ linh động phân tử dẫn đến tăng tốc độ
phản ứng. Áp suất hơi của chất lỏng càng cao thì năng lượng cần thiết để tạo bọt
khí càng cao đồng thời năng lượng sóng xung kích tạo ra khi các bọt khí bị xé
tung càng lớn.
1.1.2.10. Phương pháp vi sóng
Vi sóng là một kỉ thuật cấp nhiệt bằng việc tạo dao động phân tử ở tốc độ rất
cao, khả năng cấp nhiệt nhanh và đồng nhất, giống như quá trình thuỷ nhiệt ở
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
7
Khóa luận tốt nghiệp
nhiệt độ cao. Đây là sự kết hợp của quá trình nung nóng thông thường theo sự
chuyển đổi năng lượng sóng siêu âm thành nhiệt và do sự cọ xát của các phân tử.
Ưu điểm chính của việc đưa vi sóng vào trong hệ phản ứng là tạo động học
cho sự tổng hợp cực nhanh. Phương pháp này đơn giản và dễ lặp lại.
Phương pháp vi sóng đã được áp dụng rất thành công trong tổng hợp hữu cơ,
tinh chế tinh dầu, hoà tan và tinh chế quặng, điều chế các loại gốm đặc biệt,
Đối với quá trình tổng hợp vật liệu kích thước nano thì phương pháp này đến nay
ít được quan tâm nghiên cứu.
1.1.3. Biến tính vật liệu TiO
2
1.1.3.1. Pha tạp với các chất kim loại và phi kim:
♦ Một số kim loại như Ag, Pt, Li, Zn, Cd, Mn, Ce, Cr, Fe, Al, Ln, Sn,…
được kết hợp với TiO
2
tạo ra những điểm giữ electron quang sinh, nhờ đó hạn
chế được quá trình tái kết hợp và đồng nghĩa với sự nâng cao hoạt tính quang xúc
tác của TiO
2
Khóa luận tốt nghiệp
Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng khi các ion nitơ thay thế khoảng 2,25%
các ion âm trong tinh thể TiO
2
thì bước sóng kích thích nó sẽ dịch chuyển về
khoảng 400-500 nm. Khi pha tạp nitơ thì sẽ có sự hình thành liên kết Ti-O-N chứ
không phải Ti-N. Nguyên nhân là do có sự lai hoá obital của O và N.
Vận tốc phân huỷ hợp chất hữu cơ sẽ tăng gấp 3 lần nếu mẫu TiO
2
pha tạp
nitơ được kích thích ở bước sóng 436 nm.
♦ Kết hợp TiO
2
với một chất hấp thụ khác: Để nâng cao hiêu quả xúc tác
người ta còn kết hợp TiO
2
với một vật liệu nền như SiO
2
hoặc polymer, Vật
liệu nền dùng để kết hợp phải thoả mãn điều kiện:
o Không được giải phóng các thành phần của TiO
2
trong quá trình
xúc tác.
o Không bị giảm hoạt tính trong quá trình xúc tác.
o Nếu giá cả và điều kiện sử dụng cho phép, các polymer phải được phủ
một lớp chất như Si và Al, những chất trơ với phản ứng quang xúc tác.
Ngoài những điều kiện trên, việc chọn vật liệu nền còn phụ thuộc điều kiện sử
dụng, đặc tính cơ học, giá cả, Thuỷ tinh, silic nóng chảy, gốm, gạch men, bê
Nếu chất hấp phụ trên bề mặt là chất cho electron thì các lỗ trống quang sinh sẽ
tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp để tạo ra ion dương. Tương tự nếu chất hấp phụ
trên bề mặt là chất nhận electron thì electron quang sinh sẽ tác dụng trực tiếp
hoặc gián tiếp tạo ra ion âm.
Mặt khác để phản ứng oxy hoá xảy ra trực tiếp trên bề mặt bán dẫn, biên năng
lượng vùng hoá trị VB của xúc tác bán dẫn phải có thế oxy hoá cao hơn thế oxy
hoá của chất phản ứng trong điều kiện khảo sát [12].
Một số chất bán dẫn là oxit kim loại đơn giản và sunfua kim loại có vùng cấm
Eg nằm dưới mức 3,5 eV như TiO
2
(Eg = 3,2 eV), WO
3
(Eg = 2,8 eV), SrTiO
3
(Eg = 3,2 eV), ZnO (Eg = 3,2 eV), ZnS (Eg = 3,6 eV), CdS (Eg =2,5 eV) đều có
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
10
Khóa luận tốt nghiệp
thể làm xúc tác quang trên lý thuyết, nhưng trên thực tế chỉ có TiO
2
là thích hợp
hơn cả. Lý do là vì TiO
2
có hoạt tính xúc tác cao nhất, trơ về mặt hoá học và sinh
học bền vững, không bị ăn mòn dưới tác dụng của ánh sáng và các hoá chất [14].
TiO
2
ở dạng anatase có hoạt tính quang hoá cao hơn hẳn rutile. Điều này được
VB
+
+ OH
-
→ HO
•
(1.14)
Các electron quang sinh trên bề mặt chất xúc tác có khả năng khử mạnh. Nếu
có mặt O
2
hấp phụ lên bề mặt xúc tác sẽ xảy ra phản ứng tạo
•
O
2
-
(ion super oxit)
trên bề mặt và tiếp sau đó xảy ra phản ứng với H
2
O như sau:
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
11
Khóa luận tốt nghiệp
e
CB
-
+ O
2
→
•
OH + OH
-
(1.17)
Ion OH
-
lại có thể tác dụng với lỗ trống quang sinh trên vùng hoá trị để tạo ra
gốc tự do
•
OH theo phản ứng (1.14).
Các bước xảy ra trong quá trình quang xúc tác trên chất bán dẫn TiO
2
trong
môi trường nước có O
2
được tóm tắt như sau:
♦ Bức xạ UV kích thích các electron từ vùng hoá trị lên vùng dẫn, tạo lỗ
trống quang sinh trên vùng hoá trị và electron quang sinh trên vùng dẫn.
♦ Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh di chuyển ra bề mặt hạt
xúc tác.
♦ Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh tái kết hợp bên trong
và trên bề mặt xúc tác.
♦ Các lỗ trống quang sinh trên bề mặt hạt xúc tác oxy hoá H
2
O và OH
-
tạo ra gốc tự do
•
OH.
♦ Các electron quang sinh trên bề mặt hạt xúc tác khử O
Bảng 2. Thế oxi hóa của một số chất oxi hóa [15,16,17]
Chất oxi hóa Thế oxi hóa (eV)
Iod 0,54
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
12
Khóa luận tốt nghiệp
Brom 1,09
Clo 1,36
Hypoiodic axit 1,45
Hypocloric axit 1,49
Clo dioxyt 1,57
Permanganat 1,68
Gốc tự do pehydroxyl HO
2
•
1,70
Hydro peroxyt 1,78
Ozon 2,07
Oxy nguyên tử 2,42
Gốc tự do
•
OH
2,80
Lỗ trống mang điện tích dương trên
TiO
2
(h
+
-11
Chất hữu cơ chứa S 10-1,6.10
3
10
-9
-10
-10
Phenol 10
3
10
-9
-10
-10
Hợp chất chứa N 10-10
2
10
-8
-10
-10
Hợp chất chứa nhân thơm 1-10
2
10
-8
-10
-10
Xeton 1 10
-9
-10
-10
Alcohol 10
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
13
Khóa luận tốt nghiệp
dạng có thể do nhiều nguyên nhân. Trong đó nguyên nhân chính là tốc độ tái kết
hợp của lỗ trống quang sinh và electron quang sinh của rutile lớn hơn anatase.
Mặt khác do sự hình thành tinh thể rutile chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao làm cho quá
trình đề hiđrat hóa trên bề mặt của rutile xảy ra triệt để và không thuận nghịch.
Trong khi đó với anatase vì sự hình hành tinh thể ở nhiệt độ thấp hơn nên bề mặt
đã được hiđrat hoá tạo các nhóm hiđroxyl trên bề mặt TiO
2
(Ti
4+
OH) thuận lợi
cho sự hấp phụ O
2
. Chính O
2
này sẽ kết hợp e
CB
để thực hiện quá trình khử nhờ
đó góp phần ngăn chặn quá trình tái kết hợp e
CB
-
và h
VB
+
làm cho hoạt tính quang
xúc tác của anatase lớn hơn rutile.
Sự khác biệt về cấu trúc của 2 dạng này cũng là một nguyên nhân. Vùng cấm
và h
VB
+
càng dài thì quá trình
tái kết hợp diễn ra càng mạnh. Do đó việc điều chế TiO
2
có kích thước bé sẽ hạn
chế quá trình tái kết hợp của e
CB
-
và h
VB
+
, làm tăng quá trình sinh tạo gốc
•
OH tức
làm tăng hoạt tính quang xúc tác. Đồng thời hạt có kích thước càng bé thì tổng
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
14
Khóa luận tốt nghiệp
diện tích bề mặt chất xúc tác càng lớn. Do đó khả năng tiếp nhận tia UV và tiếp
xúc với chất hữu cơ tăng và tạo điều kiện cho việc xúc tác quang hoá phân huỷ
chất hữu cơ.
Cấu trúc tinh thể không có lỗ xốp cho phép sự chiếu sáng lên các hạt là đồng
đều do đó làm tăng hoạt tính xúc tác. Dạng hình học và kích thước hạt có thể được
điều khiển bằng cách điều chỉnh nhiệt độ, tốc độ dòng khí (H
2
và O
Điểm đẳng điện của một oxit kim loại được định nghĩa là giá trị pH của dung
dịch mà tại đó bề mặt trung hoà không mang điện tích.
Cơ sở của phương pháp xác định điểm đẳng điện dựa trên phản ứng trung hoà
điện tích bề mặt. Điện tích bề mặt của một oxit kim loại trong môi trường nước là
kết quả của quá trình proton hoá và tách proton trên bề mặt cân bằng, được biểu
thị là MOH, trong đó M là kim loại.
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
15
Khóa luận tốt nghiệp
MOH + H
+
→ MOH
2
+
(1.18)
MOH → MO
-
+ H
+
(1.19)
Thông thường phản ứng trên bề mặt diễn ra cùng với phản ứng trung hoà
trong dung dịch:
OH
-
+ H
+
→ H
2
hấp thụ mà còn bị phản xạ và tán xạ bởi các hạt trong tinh thể dù mẫu ở dạng bột
hay màng. Tất nhiên kết cấu, độ gồ ghề bề mặt và sự kết tụ của các hạt ảnh
hưởng đến phần nhỏ photon mà nó hấp thụ và vì vậy cũng ảnh hưởng đến các
chuyển đổi hoá học của quá trình quang xúc tác. Thêm vào đó sự tán xạ phụ
thuộc vào chỉ số phản xạ trung bình và vì vậy cũng phụ thuộc vào TiO
2
tiếp xúc
với không khí hay nước.
1.2.2. Ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO
2
trong xử lý nước
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
16
Khóa luận tốt nghiệp
Khả năng quang xúc tác của nano TiO
2
được ứng dụng rộng rãi trong xử lý
môi trường, làm sạch không khí, diệt vi khuẩn, tiêu diệt các tế bào ung thư,…
[9,19]. Đặc biệt nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng hệ xúc tác TiO
2
/UV trong
phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường nước như thuốc nhuộm, thuốc
trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hợp chất phênol,… [19,20,21,22,23] đã được thực hiện và
có nhiều hệ thống xử lý đã được áp dụng trong thực tế.
1.2.2.1 Cơ chế phân huỷ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm [9,17]
Vật liệu nano TiO
2
hấp thụ năng lượng photon ánh sáng kích thích và hình
R + HO
•
→ R
•
+ H
2
O (1.21)
R
•
→ H
2
O + CO
2
+ axit vô vơ (1.22)
♦ Khi hợp chất hữu cơ chứa N, azo phản ứng oxi hoá quang phân huỷ
xảy ra theo cơ chế sau:
R
•
N=N-R’ + HO
•
→ R-N=N
•
+ R’-OH (1.23)
R -N=N-R’ + H
•
→ R-N=N
•
+ R’-H (1.24)
→
SO
4
2-
+ H
•
(1.27)
R-OH + HO
•
→
CO
2
+ chất vô cơ(1.28)
Như vậy sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường
nước trên hệ xúc tác quang TiO
2
là H
2
O, CO
2
và các chất vô cơ. Chẳng hạn các
hợp chất hữu cơ chứa clo trước tiên sẽ bị oxy hóa mạnh thành các sản phẩm trung
gian andehyt và axit cacboxylic, cuối cùng thành CO
2
, H
2
, H
2
O,
N
2
, H
2
SO
4
,… Phương pháp xử lý nước bị ô nhiễm bằng xúc tác quang TiO
2
đang
ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ những tính chất ưu việt như:
♦ Không có hóa chất độc hại được sử dụng. TiO
2
là một chất không độc
thường đựoc sử dụng để thêm vào thực phẩm và dược phẩm.
♦ Giá thành rẻ và có thể tổng hợp được lượng lớn dùng vào nhiều mục
đích khác nhau.
♦ Nồng độ chất bẩn loãng đi bằng cách hấp thụ tại bề mặt của TiO
2
nơi tạo
ra gốc hoạt tính. Điều này rất thích hợp cho việc làm sạch không khí trong nhà.
♦ Không dựa vào hiện tượng hấp phụ do đó sản phẩm của chúng không
cần phải trải qua một bước xử lý phụ nữa trước khi đưa ra môi trường. Toàn bộ
chất bẩn đều được khoáng hóa hoàn toàn, hoặc ít nhất là nồng độ đủ nhỏ để có
thể chấp nhận được.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số hạn chế nhất định như: Tốc độ
quá trình quang xúc tác bị giới hạn bởi tốc độ tái hợp của lỗ trống-điện tử. Ngoài
ra tốc độ này còn phụ thuộc vào các khuyết tật của cấu trúc và các ion dương ở
Thỉnh thoảng người ta cũng sử dụng phương trình Eley-Rideal để mô tả cơ
chế phản ứng của một chất không bị hấp phụ và một chất bị hấp phụ. Trong
trường hợp tổng quát:
r = k
obs
KC/(1+KC+K
i
C
i
) (1.30)
Trong đó:
♦ k
obs
là hằng số tốc độ phản ứng.
♦ C là nồng độ chất hữu cơ.
♦ i là trạng thái trung gian.
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
19
Khóa luận tốt nghiệp
Chương 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất và dụng cụ
2.2.1. Hóa chất
- Bột TiO
2
(Merck).
- HCl (Trung Quốc).
- NaOH (Trung Quốc).
- Urê.
trắng thu được cho vào cốc 1000 ml và cho nước cất vào đầy cốc. Để lắng và gạn
bỏ phần nước trong rồi tiếp tục cho đầy nước vào. Lặp lại nhiều lần cho đến khi
pH
≈
7.
Để tiếp tục tách ion Na
+
, cho một lượng xác định dung dịch HCl 0,1N vào cốc
trên và đặt trên máy khuấy từ. Sau đó, cho nước cất vào đầy cốc. Tiếp tục gạn bỏ
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
20
Khóa luận tốt nghiệp
phần nước trong và cho đầy nước cất vào cốc. Lặp lại nhiều lần cho đến khi pH
≈
7. Sau đó, lọc lấy chất rắn màu trắng đem sấy khô ở 70
0
C trong 10 giờ.
Bột TiO
2
thu được đem nghiền nhỏ trong cối mã não khoảng 30 phút sau đó
nung ở 600
0
C trong 1 giờ.
2.2.2. Tổng hợp TiO
2
pha tạp N
Cân 0,5 g TiO
2
ly tâm ở tốc độ 5500 vòng/phút.
Mẫu thu được đem đi đo phổ UV-Vis để khảo sát khả năng phân hủy metyl da
cam theo thời gian và vẽ đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ theo thời gian chiếu xạ.
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
21
Khóa luận tốt nghiệp
Hình 4. Các mẫu metyl da cam ban đầu và sau thời gian xử lý dưới ánh sáng mặt trời
2.3.2. Động học quang xúc tác của metyl da cam
Tiến hành khảo sát khả năng phân hủy của metyl da cam 6 mg/l dưới ánh
sáng mặt trời trong 10, 20, 30, 60 và 90 phút như ở phần 2.3.2. Lập đường chuẩn
sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ metyl da cam ở các nồng độ 1 mg/l, 2
mg/l, 3 mg/l, 4 mg/l, 6 mg/l. Đo độ hấp thụ của các mẫu metyl da cam dưới ánh
sáng mặt trời trong 10, 20, 30, 60 và 90 phút. Từ độ hấp thụ dựa vào đường
chuẩn tìm được nồng độ còn lại của metyl da cam ở mỗi mẫu. Vẽ đồ thị sự phụ
thuộc của ln (C
0
/C) vào thời gian t để khảo sát động học.
2.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên hoạt tính quang xúc tác
Cách tiến hành khảo sát tương tự như trong mục 2.3.2, sử dụng 3 loại nguồn
sáng kích thích là đèn halogen, đèn huỳnh quang, ánh sáng mặt trời nhưng cố
định thời gian và thay đổi hàm lượng xúc tác.
♦ Đèn halogen: Thời gian chiếu sáng là 60 phút, các hàm lượng xúc tác
được sử dụng là: 0,5 mg, 1 mg, 6 mg, 10 mg, 20 mg, 30 mg, xử lý 20 ml dung
dịch metyl da cam 6 mg/l.
♦ Đèn huỳnh quang: Thời gian chiếu sáng là 60 phút, các hàm lượng xúc
tác được sử dụng là: 0,5 mg, 1 mg, 6 mg, 10 mg, 20 mg, 30 mg, xử lý 20 ml dung
dịch metyl da cam 6 mg/l.
♦ Ánh sáng mặt trời: thời gian xúc tác là 30 phút, các hàm lượng xúc tác
thường gặp đó là COD. Khái niệm COD (nhu cầu oxi hóa học) là lượng oxi cần
thiết cho quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong nước thành CO
2
và nước.
Một số thông số về tiêu chuẩn COD trong nước thải công nghiệp ở Việt Nam là:
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
23
Khóa luận tốt nghiệp
♦ Nước thải loại A: COD ≤ 50, có thể đổ vào các thủy vực thường được
dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt.
♦ Nước thải loại B: 50 < COD ≤ 80, được đổ vào các thủy vực nhận
nước thải khác trừ các nguồn nước cho mục đích sinh hoạt.
♦ Nước thải loại C: 80 < COD ≤ 400, chỉ được phép thải vào các nơi
được quy định như hồ chứa nước thải được xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử
lý nước thải tập trung,…
Chúng tôi tiến hành xử lý sơ bộ một số loại nước thải:
♦ Nước thải nhà máy bia Sài Gòn-Miền Trung, phường Trần Quang
Diệu, thành phố Quy Nhơn.
♦ Lò giết mổ gia súc của ông Đặng Văn Chú ở tổ 2, khu vực 4, phường
Đống Đa, thành phố Quy Nhơn.
* Nguyên tắc của phương pháp xác định COD là mẫu được đun hồi lưu với
K
2
Cr
2
O
7
và chất xúc tác bạc sunfat trong môi trường axit sunfuric đặc. Phản ứng
2
tiêu thụ 4 mol electron để tạo ra H
2
O, do đó 1 mol Cr
2
O
7
2-
tương ứng với 3/2 mol O
2
.
Bạc sunfat dùng để thúc đẩy quá trình oxi hóa các chất hữu cơ phân tử lượng
thấp. Các ion Cl
-
gây cản trở cho quá trình phản ứng:
Cr
2
O
7
2-
+ 6Cl
-
+ 14H
+
→3Cl
2
+ 2Cr
3+
+ 7H
2
2
O
7
(loại tinh khiết, sấy sơ bộ ở
103
0
C trong 2 giờ) vào bình định mức 1 lít, thêm 167 ml dung dịch H
2
SO
4
và
33,3 g HgSO
4
. Làm lạnh và định mức bằng nước cất đến vạch.
♦ Thuốc thử axit: pha thuốc thử theo tỉ lệ 22 g Ag
2
SO
4
/4 kg H
2
SO
4
. Để
dung dịch pha loãng khoảng 1 đến 2 ngày để lượng Ag
2
SO
4
tan hoàn toàn.
♦ Dung dịch chuẩn kali hiđro phtalat (HOOCC
6
6 95 5 950
Tiến hành xác định COD của dung dịch chuẩn cũng tương tự như trên.
Đem đo mật độ quang để xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc của
giá trị COD vào mật độ quang.
Nhận xét: Trong khoảng nồng độ COD từ 50-1000 mg/l phép đo mật độ
quang tuân theo định luật Lambert-Beer. Vì vậy trong các mẫu đo thực tế sau này
ta phải điều chỉnh về giá trị COD nằm trong khoảng nồng độ trên.
♦ Nước thải lò giết mổ gia súc: Sau khi lấy về để lắng cặn, lọc để loại bỏ
tạp chất lơ lửng, pha loãng 100 lần, xác định COD ban đầu.
Hồ Thị Nguyệt – Sư phạm hóa K29
25
Copyright: Tài liệu đại học ©