ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Ngô Thị Ngân

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY
DIAZINON CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT
TiO2/BENTONIT
Chuyên ngành: Hóa mơi trƣờng
Mã số: 60440120
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Minh Phƣơng
TS. Hà Minh Ngọc

Hà Nội – Năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy,
cơ giáo cùng các bạn đồng nghiệp và gia đình, tơi đã hồn thành Luận văn Thạc sỹ
khoa học chun ngành Hóa mơi trường.
Với lịng biết ơn sâu sắc tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn
Minh Phương đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi hồn thành bản Luận văn này.
Tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến TS Hà Minh Ngọc, TS. Chu Ngọc
Châu người đã trực tiếp giúp đỡ tôi trong suốt q trình thực hiện bản Luận văn.
Tơi xin trân trọng cảm ơn các thầy cơ giáo trong Khoa hóa học - Trường
ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ tơi trong q trình học tập
và nghiên cứu.

CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 33
2.1. Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu .............................................................. 33
2.2. Hóa chất và dụng cụ .................................................................................... 33
2.2.1.Hóa chất ................................................................................................. 33
2.2.2.Dụng cụ ................................................................................................. 33


2.3. Tổng hợp vật liệu ........................................................................................ 34
2.3.1. Tổng hợp Bent-Fe ................................................................................. 34
2.3.2. Tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe bằng phƣơng pháp sol-gel kết hợp
thủy nhiệt. ....................................................................................................... 34
2.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Diazinon của vật liệu.................................... 35
2.4.1.Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu ................................... 35
2.4.2. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ cực đại của vật liệu ................................. 35
2.5. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác phân huỷ Diazinon của vật liệu ...................... 36
2.5.1 Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác............................................ 36
2.5.2. Khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện chiếu sáng....................................... 36
2.6. Các phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 36
2.6.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)....................................................... 36
2.6.2. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................... 38
2.6.3. Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC định lƣợng Diazinon .... 39
2.6.4. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt .......................................................... 42
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 46
3.1. Nghiên cứu biến tính Bentonit ..................................................................... 46
3.1.1. Đặc trƣng của vật liệu bentonit và bent-Fe ............................................ 46
3.1.2. Khả năng hấp phụ của bentonit và bent-Fe ............................................ 48
3.2. Các đặc trƣng cấu trúc của vật liệu Fe-TiO2/ Bent-Fe .................................. 51
3.2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu ....................................................... 52
3.2.2. Đặc trƣng hình thái bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét SEM 53
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ Diazinon của vật liệu Fe-TiO2/ Bent-Fe ............ 53


Hình 2.3. Đƣờng chuẩn Diazinon .......................................................................... 42
Hình 2.4. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ..................................................... 44
Hình 2.5. Sự phụ thuộc của Ct/q vào Ct.................................................................. 44
Hình 2.6. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ................................................... 45
Hình 2.7. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf ...................................................................... 45
Hình 3.1. Giản đồ XRD của Bentonit .................................................................... 47
Hình 3.2. Giản đồ XRD của Bent-Fe ..................................................................... 47
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của Bent, Bent-Fe.............. 48
Hình 3.4. Đồ thị sự phụ thuộc của Ct/q và Ct của Bent, Bent-Fe theo mơ hình
Langmuir ............................................................................................................... 49


Hình 3.5. Đồ thị sự phụ thuộc của lnq vào ln Ct của Bent, Bent-Fe theo mơ hình
Freundlich ............................................................................................................. 49
Hình 3.6. Phổ nhiễu xạ XRD của vật liệu TiO2, Fe-TiO2 và Fe-TiO2/Bent-Fe........ 52
Hình 3.7. Ảnh SEM của vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe ................................................. 53
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu Fe-TiO2/ Bent-Fe
.............................................................................................................................. 54
Hình 3.9. Đồ thị sự phụ thuộc của Ct/q và Ct của Fe-TiO2/Bent-Fe theo mơ hình
Langmuir ............................................................................................................... 55
Hình 3.10. Đồ thị sự phụ thuộc của lnq vào ln Ct của Fe-TiO2/Bent-Fe theo mơ hình
Freundlich ............................................................................................................. 55
Hình 3.11. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe .......................... 57
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác đến hiệu suất phân hủy
Diazinon ................................................................................................................ 58
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của ánh sáng mặt trời và ánh sáng của
đèn compact đến hiệu suất xử lý Diazinon. ............................................................ 59



Bentonit

CB

Vùng dẫn (Conduction Band)

DDT

Dichloro DiphenylTrichloroethane

HCBVTV

Hóa chất bảo vệ thực vật

MB

Xanh metylen

Mont

Montmorillonit

Ebg

Năng lƣợng vùng cấm (Band gap Energy)

TIOT

Tetra isopropyl ortho titanate


nghiên cứu đã đƣợc tiến hành để cải thiện hoạt tính xúc tác của TiO2 trong vùng ánh
sáng khả kiến nhằm nâng cao ứng dụng thực tiễn. Những nghiên cứu này tập trung
vào việc pha tạp TiO2 bằng các nguyên tố kim loại hoặc phi kim nhằm nâng cao khả
năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến và giảm quá trình tái kết hợp của cặp
electron quang sinh và lỗ trống. TiO2 biến tính đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng làm
xúc tác cho quá trình quang phân hủy các loại hợp chất hữu cơ bền vững. Mặt khác,
TiO2 có kích thƣớc nanomet nên khi đƣa vào mơi trƣờng nƣớc sẽ tạo huyền phù gây
khó khăn cho thu hồi vật liệu.
1


Ở nƣớc ta, bentonit là vật liệu rẻ tiền, có trữ lƣợng lớn. Đặc biệt nhờ khả
năng hấp phụ và khả năng trao đổi ion tốt nên đƣợc ứng dụng rộng rãi trong xử lý
các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong môi trƣờng nƣớc. Do vậy, việc lựa chọn,
sử dụng bentonit làm pha nền cho vật liệu nano TiO2 sẽ tận dụng đƣợc khả năng lƣu
giữ tốt các tác nhân ô nhiễm cũng nhƣ tâm hoạt động xúc tác, từ đó giúp nâng cao
hiệu quả xúc tác.
Việc phân tán TiO2 trên pha nền bentonit hứa hẹn sẽ tạo ra đƣợc vật liệu hấp
phụ - quang xúc tác tốt, có khả năng xử lý triệt để thuốc trừ sâu. Chính vì vậy,
chúng tơi đã tiến hành “Nghiên cứu khả năng hấp phụ và quang xúc tác phân hủy
Diazinon của vật liệu nanocomposit TiO2/Bentonit”.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV)
1.1.1. Khái niệm và phân loại HCBVTV
HCBVTV là những loại hóa chất bảo vệ cây trồng hoặc những sản phẩm bảo vệ
mùa màng, là những chất đƣợc tạo ra để chống lại và tiêu diệt loài gây hại hoặc các

chuyên gia, trong những thập kỷ 70, 80, 90 của thế kỷ 20, HCBVTV góp phần bảo
vệ và tăng năng suất khoảng 20 - 30% đối với các loại cây trồng chủ yếu nhƣ lƣơng
thực, rau, hoa quả... [8]
Trên thế giới, theo ý kiến và nghiên cứu của nhiều tổ chức khoa học, chuyên
gia về nông nghiệp, bảo vệ thực vật, sinh thái quá trình sử dụng HCBVTV ở thế
giới trải qua 3 giai đoạn là: 1 - Cân bằng sử dụng: yêu cầu cao, sử dụng có hiệu quả.
2 - Dƣ thừa sử dụng: bắt đầu sử dụng quá mức, lạm dụng HCBVTV, ảnh hƣởng đến
môi trƣờng, giảm hiệu quả. 3 - Khủng hoảng sử dụng: quá lạm dụng HCBVTV, tạo
nguy cơ tác hại đến cây trồng, môi trƣờng, sức khỏe cộng đồng, giảm hiệu quả kinh
tế của sản xuất nông nghiệp. Giai đoạn dƣ thừa sử dụng từ những năm 80 - 90 và
giai đoạn khủng hoảng từ những năm đầu thế kỷ 21. Với những nƣớc đang phát
triển, sử dụng HCBVTV chậm hơn (trong đó có Việt Nam) thì các giai đoạn trên lùi
lại khoảng 10 - 15 năm [8].
Ở Việt Nam, HCBVTV bắt đầu đƣợc sử dụng ở miền Bắc Việt Nam vào
những năm 1955 từ đó đến nay tỏ ra là phƣơng tiện quyết định nhanh chóng dập tắt
các dịch sâu bệnh trên diện rộng. Theo số liệu thống kê của cục BVTV trong giai
đoạn 1981 - 1986 số lƣợng thuốc sử dụng là 6,5 - 9,0 ngàn tấn thƣơng phẩm, tăng
lên 20 - 30 ngàn tấn trong giai đoạn 1991 - 2000 và từ 36 - 75,8 ngàn tấn trong giai
đoạn 2001 - 2010. Lƣợng hoạt chất tính theo đầu diện tích canh tác (kg/ha) cũng
tăng từ 0,3kg (1981 - 1986) lên 1,24 - 2,54kg (2001 - 2010). Giá trị nhập khẩu
HCBVTV cũng tăng nhanh, năm 2008 là 472 triệu USD, năm 2010 là 537 triệu
USD. Số loại thuốc đăng ký sử dụng cũng tăng nhanh, trƣớc năm 2000 số hoạt chất
là 77, tên thƣơng phẩm là 96, năm 2000 là 197, và 722, đến năm 2011 lên 1202 và
3108. Nhƣ vậy trong vòng 10 năm gần đây (2000 - 2011) số lƣợng HCBVTV sử
dụng tăng 2,5 lần, số loại thuốc nhập khẩu tăng khoảng 3,5 lần [1]. Nhƣ vậy, theo
số lƣợng thống kê của cục BVTV cho thấy nƣớc ta đang trong giai đoạn sử dụng

4





HCBVTV, đặc biệt là nhóm cơ Clo khó phân hủy do thời gian phân hủy
chậm (DDT 10 năm, Dieldrin 8 năm, chlordane là 3,5 năm) nên chúng có thể tồn tại
trong đất gây hại cho thực vật trong nhiều năm. Ví dụ: sản phẩm tồn lƣu của DDT
trong đất là DDE cũng có tác dụng nhƣ thuốc trừ sâu nhƣng tác hại đối với sự phát
triển của phôi bào trứng chim độc hơn DDT từ 2-3 lần. Loại thuốc Aldrin cũng
đồng thời với DDT, có khả năng tồn lƣu trong môi trƣờng sinh thái đất và cũng tạo
thành sản phẩm “Dieldrin” mà độc tính của nó cao hơn Aldrin nhiều lần. Thuốc diệt
cỏ 2.4-D tồn lƣu trong môi trƣờng sinh thái đất và cũng có khả năng tích lũy trong
quả hạt cây trồng. Các thuốc trừ sâu dẫn xuất từ EDBC (acid etylen
bisdithoacarbamic) nhƣ maned, propioned khơng có tính độc cao đối với động vật
máu nóng và khơng tồn tại lâu trong môi trƣờng nhƣng dƣ lƣợng của chúng trên
nông sản nhƣ khoai tây, cà rốt,…dƣới tác dụng của nhiệt độ có thể tạo thành ETV
(etylenthioure), mà ETV, qua nghiên cứu cho chuột ăn gây ung thƣ và đẻ ra chuột
con quái thai [13].
Các nhà khoa học Việt Nam cũng đã tiến hành phân tích về dƣ lƣợng thuốc
trừ sâu hữu cơ trong các mẫu nƣớc ở Hà Nội.
Bảng 1.1. Lƣợng thuốc trừ sâu trong các mẫu nƣớc (mg/ml)
STT

Nơi lấy mẫu

HCB

Lindane

Aldrin

DDE


3

Cầu Diễn

-

-

-

0.005

-

4

Quảng An

-

0.008

-

-

0.005

5

Khi con ngƣời bị nhiễm HCBVTV tùy vào mức độ khác nhau sẽ gây ra một
số hội chứng. Hội chứng về thần kinh gây rối loạn thần kinh trung ƣơng, nhức đầu,
mất ngủ, giảm trí nhớ. Rối loạn thần kinh thực vật nhƣ ra mồ hôi. Ở mức độ nặng
hơn có thể gây tổn thƣơng thần kinh ngoại biên dẫn đến tê liệt, nặng hơn nữa có thể
gây tổn thƣơng não bộ, hội chứng nhiễm độc não thƣờng gặp nhất là do thủy ngân
hữu cơ sau đó là đến cơ photpho và cơ Clo. Hội chứng về tim mạch gây co thắt
ngoại vi, nhiễm độc cơ tim, rối loạn nhịp tim, nặng là suy tim, thƣờng là do nhiễm
độc lân hữu cơ, clo hữu cơ và Nicotin. Hội chứng hô hấp gây viêm đƣờng hơ hấp,
thở khị khè, viêm phổi, nặng hơn có thể suy hơ hấp cấp, ngừng thở, thƣờng là do
nhiễm độc lân hữu cơ, clo hữu cơ. Hội chứng tiêu hóa – gan mật gây viêm dạ dày,
viêm gan, mật, co thắt đƣờng mật, thƣờng là do nhiễm độc clo hữu cơ, cacbamat,
thuốc vô cơ chứa Cu, S. Hội chứng về máu gây thiếu máu, giảm bạch cầu, xuất
huyết, thƣờng là do nhiễm thuốc trừ sâu cơ Clo, cơ photphat, cacbamat. Ngồi ra
trong máu có sự thay đồi hoạt tính của một số men nhƣ men Axetyl cholinesteza do
nhiễm độc lân hữu cơ. Hơn nữa, có thể thay đổi đƣờng máu, tăng nồng độ axit
pyruvic trong máu. Ngoài 5 hội chứng kể trên, nhiễm độc do HCBVTV cịn có thể
gây ra tổn thƣơng đến hệ tiết niệu, nội tiết và tuyến giáp [13].
1.1.4. Giới thiệu về thuốc trừ sâu Diazinon
Diazinon đƣợc tổng hợp vào đầu thập niên 1950s bởi Ciba- Geigy. Diazinon
là một hợp chất thuốc bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ, có tên hóa học là O,O-

7


Diethyl O-[4-methyl-6-(propan-2-yl)pyrimidin-2-yl] phosphorothioate và cơng thức
phân tử là C12H21N2O3PS.

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của thuốc trừ sâu Diazinon [10]
Diazinon dạng tinh thể khơng màu và dạng lỏng có màu vàng nâu, ít hịa tan
trong nƣớc, khoảng 40-60mg/L tùy nhiệt độ; hịa tan tốt trong dung mơi hữu cơ nhƣ


Mùi

Mùi giống este

Nhiệt độ sôi

82ºC- 84ºC (ở 2x10^-4 mmHg)

Hệ số phân bố octan trong nƣớc

6393 ( pKOC = 3,8); 4904 (pKOC =

(KOC)

3,7)

Hệ số Henry

4-5,1 x 10-7 atm-m3/ mol (ở 25ºC)

Diazinon có hệ số Koc lớn nên có khuynh hƣớng liên kết với các vật chất
hữu cơ trong đất hay bùn đáy. Việc sử dụng Diazinon q mức cho phép có thể gây
ơ nhiễm nguồn nƣớc và ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ động
vật. Trong cơ thể ngƣời và động vật, Diazinon đƣợc chuyển hóa sinh học và đào
thải khá nhanh, thời gian bán hủy trong cơ thể động vật khoảng 12 giờ, đào thải ra
khỏi cơ thể qua nƣớc tiểu và phân. Một số trƣờng hợp nhƣ ở trâu, bị, Diazinon có
thể tích tụ ở mơ mỡ nhƣng sẽ bị đào thải trong khoảng 2 tuần sau khi ngừng phơi
nhiễm [10].
Bảng 1.3. Bảng giá trị liều chất độc gây chết của thuốc trừ sâu Diazinon trên một số


Bọ chét nƣớc

EC50 = 0,21 µg/L

Cá đối sọc

LC50 = 150 µg/L

Động vật khơng xƣơng
sống nƣớc ngọt
Cá biển

9


Động vật khơng xƣơng

Tơm sú

EC50 = 0,42 µg/L

Tảo xanh

EC50 = 66 µg/L

sống nƣớc mặn
Tảo

Diazinon là nhóm TTS cơ photpho đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ biến trong


Cty TTS Tiền Giang

Cazinon 50ND, 10H

Cty vật tƣ KTNN Cần Thơ

Diaphos 50EC, 10G

Cty TTS Sài Gòn

Diazan 60EC, 50ND, 10H

Cty dịch vụ BVTV An Giang

Diazol 60EC

Makhteshim Chem. Ltd

Kayazinon 40EC, 50EC, 60EC, Nippon Kayaku Co., Ltd
5G, 10G
Phantom 60EC

Connel Bros Co., Ltd

Tizonon 50EC

Cty TNHH Thái Phong

Vibasu 40ND, 50ND, 5H, 10H, Cty thuốc sát trùng Việt Nam

lý và thải bỏ theo quy định.
1.2.2. Phƣơng pháp keo tụ
Hiện nay, keo tụ là phƣơng pháp tiền xử lý thích hợp cho việc tách và loại
bỏ các hạt keo, giảm giá trị COD, độ màu, độ đục đến một giới hạn để có thể tiến
hành các bƣớc xử lý tiếp theo.
Q trình lắng cơ học chỉ tách đƣợc các hạt chất rắn huyền phù có kích thƣớc
lớn (δ > 1.10-2), cịn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng đƣợc. Ta có thể
tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tƣơng hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các
tập hợp hạt để có thể lắng đƣợc. Muốn vậy, trƣớc hết cần trung hồ điện tích của
chúng, sau đó liên kết chúng lại với nhau bằng các chất đông tụ. Các khối kết tủa
lớn chịu ảnh hƣởng của lực trọng trƣờng bị sa lắng xuống, trong quá trình sa lắng sẽ
kéo theo các hạt lơ lửng và các hạt tạp chất khác. Để tăng tốc độ keo tụ, tốc độ sa

11


lắng, tốc độ nén ép các bông keo và đặc biệt để làm giảm lƣợng chất keo tụ có thể
dùng thêm các chất trợ keo, chất này có vai trị liên kết giữa các hạt keo với nhau.
1.2.3. Phƣơng pháp sinh học
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học (hay còn gọi là xử lý nƣớc thải
bằng vi sinh) là phƣơng pháp xử lý dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu
là sinh vật hoại sinh có trong nƣớc thải. Vi sinh vật có trong nƣớc thải sẽ liên tục
chuyển hóa các chất hữu cơ bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào mới. Vi
sinh vật có thể hấp thụ lƣợng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào. Khi hấp thụ
xong, nếu các chất hữu cơ khơng đƣợc đồng hóa thành tế bào chất thì khả năng hấp
thụ sẽ về 0. Một phần chất hữu cơ hấp thụ đƣợc dành cho việc kiến tạo tế bào. Một
phần chất hữu cơ đƣợc oxy hóa để tạo năng lƣợng cung cấp cho việc tổng hợp.
Cơ chế xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học (xử lý nƣớc bằng vi sinh)
là vi sinh vật có trong nƣớc thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng
làm nguồn dinh dƣỡng và tạo ra năng lƣợng. Sản phẩm của các quá trình phân hủy

xúc tác thì phƣơng pháp này vẫn đang là phƣơng pháp phổ biến áp dụng trong xử lý
ô nhiễm nƣớc.
Trong thực tế để đạt đƣợc hiệu quả xử lý cũng nhƣ kinh tế, ngƣời ta không
dùng đơn lẻ mà kết hợp các phƣơng pháp xử lý nhƣ: hóa lý, hóa học, sinh học,
nhằm tạo nên một quy trình xử lý hồn chỉnh.
Moussavi và cộng sự (2013) đã nghiên cứu loại bỏ thuốc trừ sâu diazinon ra
khỏi nƣớc ô nhiễm bằng cách sử dụng phƣơng pháp hấp phụ bằng than hoạt tính có
chứa NH4Cl. Kết quả chỉ ra rằng tối đa có 97,5% diazinon 20 mg /L bị hấp phụ lên
than hoạt tính có chứa NH4Cl. [25]
1.2.5. Phƣơng pháp oxi hóa
Phương pháp oxi hóa – khử là phƣơng pháp biến đổi, phân hủy chất ô
nhiễm thành các chất dễ phân hủy sinh học nhƣng không gây ô nhiễm. So với
phƣơng pháp sinh học thì tốc độ xử lý chất thải bằng phƣơng pháp này nhanh hơn
rất nhiều. Để làm sạch nƣớc thải ngƣời ta dùng các chất oxy hóa nhƣ clo ở dạng khí
và hóa lỏng, clorat canxi, dioxyt clo, hypoclorit canxi và natri, bicromat kali,
pemanganat kali, oxy khơng khí, ozon…Trong q trình oxi hóa, các chất độc hại
trong nƣớc thải đƣợc chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nƣớc thải.

13


Quá trình này tiêu tốn một lƣợng lớn tác nhân hóa học, do đó q trình oxy hóa học
chỉ đƣợc dùng trong những trƣờng hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nƣớc
thải không thể tách bằng những phƣơng pháp khác. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là
nguyên liệu hố chất dễ mua, phƣơng pháp xử lý hóa học dễ sử dụng, dễ quản lý,
không gian xử lý nƣớc thải nhỏ. Tuy nhiên, chi phí xử lý bằng hố chất có giá thành
cao, có khả năng tạo ra một số chất ô nhiễm thứ cấp từ các phản ứng hóa học. Qúa
trình xử lý nƣớc thải bằng các chất hóa học phù hợp để tác dụng với các chất bẩn,
tạp chất có trong nƣớc thải để tạo thành chất hịa tan ít độc hoặc khơng độc với mơi
trƣờng hoặc tạo ra chất lắng đọng dễ xử lý.

H2SO4, HCl… ngay cả khi đun nóng. Tuy nhiên, với kích thƣớc nanomet, TiO2 có
thể tham gia một số phản ứng với axit và kiềm mạnh. Các dạng oxit và hydroxit và
các hợp chất chất của titan đều có tính bán dẫn. [30]
TiO2 còn đƣợc biết đến trong vai trò của một chất quang xúc tác bán dẫn, cấu
trúc tinh thể gồm 3 dạng: anatase, rutile và bookite.

Dạng anatase

Dạng rutile

Dạng brookite

Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2

15


Rutil là trạng thái tinh thể bền của TiO2. Rutil có cấu trúc tứ phƣơng, đƣợc tạo
bởi các bát diện TiO6, mỗi ion Ti4+đƣợc bao quanh bởi 6 ion O2- và mỗi nguyên tử
oxi liên kết với 3 nguyên tử titan. Rutil có năng lƣợng vùng cấm là 3.0 ev tƣơng
đƣơng với bƣớc sóng 413 nm. [30].
Anatas là dạng có hoạt tính quang xúc tác mạnh nhất trong 3 dạng. Anatas cũng
có cấu trúc tinh thể giống rutil nhƣng trục c của tinh thể bị kéo dài hơn, khoảng
cách Ti-Ti ngắn hơn và Ti-O lại dài hơn. Anatas có năng lƣợng vùng cấm là 3.2 ev
tƣơng ứng với bƣớc sóng 388 nm. Trong 2 dạng thù hình trên anatase có hoạt tính
quang xúc tác tốt hơn. [30].
Bookit có hoạt tính quang xúc tác kém nhất. Bookit hình thành rất khó vì nó
khơng bền khi nhiệt độ thay đổi. Anatas hình thành ở nhiệt độ thấp hơn rutil nên
khi tăng nhiệt độ đến một giới hạn nào đó sẽ làm chuyển pha từ trạng thái anatas
sang rutil.


2,75

2,54

Độ rộng vùng cấm (eV)

3,05

3,25

1830 -

Ở nhiệt độ cao chuyển

1850OC

thành rutil

Cấu trúc tinh thể

Thơng số mạng

Nhiệt độ nóng chảy

Cơ chế hoạt động của quang xúc tác TiO2
Khi bị kích thích bởi ánh sáng có bƣớc sóng thích hợp có năng lƣợng bằng
hoặc lớn hơn năng lƣợng vùng cấm của TiO2 (