Nghiên cứu tổng hợp chất xúc tác quang Ag-TiO2/Perlite sử dụng cho quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước

Trong nghiên cứu này, vật liệu quang xúc tác Ag-TiO2/Perlite được tổng hợp và được đặc trưng bởi các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), UV-Vis rắn, ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và đẳng nhiệt hấp phụ N2.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tổng hợp chất xúc tác quang Ag-TiO2/Perlite sử dụng cho quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000182 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT XÚC TÁC QUANG AG-TIO2/PERLITE SỬ DỤNG CHO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Phạm Xuân Núi*, Ngô Hà Sơn, Trần Ngọc Tuân Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Email: phamxuannui@humg.edu.vn TÓM TẮT Quặng perlite là vật liệu giàu silica với thành phần SiO2 (70-75%), Al2O3 (12-15%). Perlite có tính nhẹ xốp, khi được nung ở nhiệt độ cao perlite giãn nở từ 7-16 lần so với ban đầu. Bên cạnh đó, quặng perlite là nguồn sẵn có rất nhiều trong tự nhiên và giá thành rẻ. Do đó, việc sử dụng perlite làm chất mang được phân tán TiO2 biến tính là một hướng đi mới trong việc cải thiện hiệu suất xúc tác quang. Trong nghiên cứu này, vật liệu quang xúc tác Ag-TiO2/Perlite được tổng hợp và được đặc trưng bởi các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), UV-Vis rắn, ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và đẳng nhiệt hấp phụ N2. Xúc tác cho thấy hoạt tính cao trong quá trình phân huỷ quang các chất gây ô nhiễm trong nước (methylen xanh - MB) với hiệu suất lên tới xấp xỉ 99% và xúc tác vẫn giữ hoạt tính cao sau vài lần tái sinh. Kết qủa thu được cho thấy vật liệu xúc tác trên cơ sở perlite có triển vọng lớn trong các ứng dụng xử lý môi trường. Từ khóa: Perlite, Ag-TiO2, xanh methylen, chất xúc tác quang. 1. GIỚI THIỆU Perlite là một loại đá núi lửa (có thành phần chủ yếu là silic oxit và nhôm oxit) vô định hình, có hàm lượng nước liên kết tương đối cao, thường được hình thành bởi quá trình hydrat hoá của obsidian. Nó là một khoáng chất công nghiệp và một sản phẩm thương mại có trọng lượng nhẹ sau khi nung [1]. Trên bề mặt perlite có các nhóm hydroxyl, các nguyên tử silic ở bề mặt có xu hướng liên kết phối trí với oxy tạo thành hình tứ diện. Chúng liên kết với nhau ở nhiệt độ thường bằng cách gắn các nhóm hydroxyl đơn trị tạo thành các nhóm silanol. Hai nhóm silica, aluminum và một phần sodium là những nhóm quyết định đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Trong lĩnh vực hóa học, perlite được sử dụng như một chất hấp phụ, cũng có rất nhiều nghiên cứu tổng hợp perlite với một số hợp chất khác tạo ra vật liệu mới có nhiều tính năng vượt trội hơn. Một trong các hướng ứng dụng mới của perlite là sử dụng như một chất mang cho xúc tác. Vật liệu quang xúc tác là vật liệu có khả năng cung cấp electron và lỗ trống khi được ánh sáng kích thích để tham gia vào các phản ứng oxy hoá - khử. Trong số đó, vật liệu trên cơ sở titan đi oxit (TiO2) là phổ biến nhất và có ứng dụng đa dạng, nhất là trong các quá trình xử lý môi trường. Tuy nhiên, TiO2 có một số nhược điểm như độ rộng vùng cấm của TiO2 khá lớn nên chỉ ánh sáng tử ngoại mới kích thích được điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn gây ra hiện tượng quang xúc tác [2]. Ngoài ra, các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh có xu hướng tái kết hợp kèm theo xu hướng phóng năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng, đồng nghĩa với việc hoạt tính xúc tác bị giảm đi. Do đó, việc biến tính để cải thiện hoạt tính xúc tác quang của TiO2 là cần thiết. Các phương pháp chủ yếu hiện này được áp dụng là pha tạp các ion kim loại như Au, Ag, Pt,… nhằm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng, tạo bẫy điện tích cũng như tăng cường chuyển dịch electron [3-6]. Đồng thời, TiO2 cũng được nghiên cứu để phân bố trên các chất mang nhằm cố định các pha hoạt tính và tăng khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm. Tại Việt Nam, vấn đề ô nhiễm nước thải công nghiệp ngày càng trở nên đáng báo động và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người. Thành phần chủ yếu trong nước thải công nghiệp của các cơ sở như: dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm,… chủ yếu là các chất màu, thuốc nhuộm hoạt tính, các ion kim loại nặng, các chất hữu cơ,... Trong đó các chất màu thuốc nhuộm do có tính tan cao nên chúng là tác nhân chủ yếu gây ô nhiễm các nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khỏe của con 471 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” người và các sinh vật sống. Do đó, đó lượng nước thải rất lớn này cần được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường bên ngoài. Có rất nhiều phương pháp đã được sử dụng có hiệu quả trong việc loại màu thuốc nhuộm, các phương pháp sử dụng bao gồm: phương pháp sinh học, hoá học và vật lý. Tuy các phương pháp này rất hiệu quả và kinh tế nhưng chỉ ứng dụng được khi nồng độ các chất hữu cơ có màu cao, hoặc có thể do giá thành cao và thỉnh thoảng vẫn sinh ra các chất ô nhiễm thứ cấp. Hiện nay, một trong các phương pháp mới được quan tâm nghiên cứu là phương pháp oxi hoá nâng cao sử dụng xúc tác quang [7]. Đây là phương pháp thực hiện ở các điều kiện không khắc nghiệt, có khả năng loại bỏ hoàn toàn các chất gây ô nhiễm và có hiệu quả rất cao. ...