Tài liệu Tổng hợp cacbon nanodots trên tio2 và ứng dụng làm xúc tác quang xử lý vocs

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP. HCM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA -------------------- NGUYӈ19lj+ҤNH NHÂN T͝ng hͫp Cacbon nanodots trên TiO2 và ͱng dͭng làm xúc tác quang x͵ lý VOCs Chuyên ngành: Kӻ Thuұt hóa hӑc Mã sӕ: 8520301 LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ TP. Hӗ &Kt0LQKWKiQJQăP &Ð1*75Î1+ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA ±Ĉ+4*-HCM Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc :PGS. TS. NguyӉn Quang Long ................... Cán bӝ chҩm nhұn xét 1 : TS. TrҫQ3Kѭӟc Nhұt Uyên .............................. Cán bӝ chҩm nhұn xét 2 : 76Ĉһng Bҧo Trung ........................................ (Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ và chӳ ký) LuұQYăQWKҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥi Trѭӡng Ĉҥi hӑc Bách Khoa, ĈHQG Tp. HCM ngày 23 tháng 01 QăP 2022 Thành phҫn Hӝi ÿӗng ÿinh giá luұn văn thҥc sƭ gӗm: 1. Chӫ tӏch TS. Trҫn Thӏ KiӅu Anh ......... 2. Phҧn biӋn 1 TS. TrҫQ3Kѭӟc Nhұt Uyên 3. Phҧn biӋQ76Ĉһng Bҧo Trung ........ 4. Ӫ\YLrQ76ĈLQK9ăQ3K~F ................. 5. 7KѭNê761JX\ӉQ9ăQ'NJng ............ Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch Hӝi ÿӗng ÿiQh giá LV và 7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұn văn ÿã ÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có). CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG 75ѬӢNG KHOA KӺ THUҰT HÓA HӐC TS. Trҫn Thӏ KiӅu Anh II ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA CӜNG HÒA XÃ HӜI CHӪ 1*+Ƭ$9,ӊT NAM Ĉӝc lұp - Tӵ do - Hҥnh phúc NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ +ӑWrQKӑFYLrQ1JX\ӉQ9NJ+ҥQK1KkQ ....................... MSHV:1970454 ....................... 1Jj\WKiQJQăPVLQK15/07/1996 ................................ 1ѫLVLQKĈj1ҹng ................... Chuyên ngành: .ӻWKXұWKyDKӑF ................................... 0mVӕ : 8520301 ...................... I. 7Ç1Ĉӄ TÀI: Tәng hӧp Cacbon nanodots trên TiO2 và ӭng dөng làm xúc tác quang xӱ lý VOCs .......................................................................................................... II. NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG: + Tәng quan vӅ vҩQÿӅ ô nhiӉm chҩt hӳXFѫGӉ ED\KѫLWURQJQKjYjF{QJQJKӋ xӱ lý bҵng xúc tác quang + Tәng hӧp vұt liӋu xúc tác quang CDs/TiO2 xӱ lý khí ô nhiӉm ĈiQKJLiÿһc tính xúc tác CDs và CDs/TiO2 + Khҧo sát các yӃu tӕ ҧQKKѭӣQJÿӃn khҧ QăQJ[ӱ lý khí ô nhiӉm VOCs (formaldehyde, acetone, toluene) cӫa vұt liӋu xúc tác quang CDs/TiO2 III. NGÀY GIAO NHIӊM VӨ : 09/2021 ..................................................................... IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 05/2022 ..................................................... V. CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN : PGS. TS. NguyӉn Quang Long ....................................... ........................................................................................................................................... Tp. HCM, ngày 01 tháng 03 QăP22 CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN CHӪ NHIӊM BӜ 0Ð1Ĉ¬27ҤO PGS. TS. NguyӉn Quang Long PGS. TS. NguyӉn Quang Long 75ѬӢNG KHOA KӺ THUҰT HÓA HӐC *6763KDQ7KDQK6ѫQ1DP III LӠI CҦ0Ѫ1 Vӟi lòng biӃWѫQVkXVҳc nhҩt, em xin gӱi lӡi cҧPѫQFKkQWKjQKÿӃn quý thҫy cô khoa Kӻ thuұt Hóa hӑc ± WUѭӡQJĈҥi hӑF%iFK.KRDĈҥi hӑc Quӕc Gia Tp.HCM ÿmWUX\ӅQÿҥt cho em vӕn kiӃn thӭc quý báu trong suӕt khoҧng thӡi gian hӑc tұp tҥi WUѭӡng. Ĉһc biӋt, em xin gӱi lӡi biӃWѫQVkXVҳc nhҩt tӟi Phó gLiRVѭ± TiӃQVƭ1JX\Ӊn 4XDQJ/RQJÿmGjQKUҩt nhiӅu công sӭc, tâm huyӃWÿӇ truyӅQÿҥt nhӳng kiӃn thӭc, kinh nghiӋm quý báu cho em trong quá trình thӵc hiӋn luұQYăQFNJQJQKѭWURQJTXiWUuQKKӑc tұp tҥLWUѭӡng. Ĉӗng thӡi, xin gӱi lӡi cҧPѫQFKkQWKjQKÿӃn ThҥFVƭ Lê NguyӉn Quang Tú, ÿm JL~Sÿӥ, góp ý giúp hoàn thiӋn nghiên cӭu này. CҧPѫQTXê7Kҫy, Cô bӝ môn Kӻ thuұt Hóa Lý - Khoa Kӻ thuұt Hóa hӑF7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa Thành phӕ Hӗ Chí Minh ÿmFyQKӳng chӍ bҧRJySêFNJQJQKѭJL~Sÿӥ và tҥRÿLӅu kiӋn cho em hoàn thành nӝi GXQJÿӅ tài luұQYăQ Sau cùng, em xin bày tӓ lòng biӃWѫQÿӃQJLDÿuQKEҥn bè, cҧPѫQQKӳng anh chӏ WURQJODE;~FWiFÿmKѭӟng dүn tұn tình cho em tӯ nhӳQJQJj\ÿҫu mӟi vào lab và ÿӗng hành cùng em trong suӕt quá trình thӵc hiӋn luұQYăQ Do hҥn chӃ vӅ thӡLJLDQÿLӅu kiӋQFNJQJQKѭNLӃn thӭc cӫa bҧn thân vүn còn hҥn chӃ, thiӃXVyWWURQJÿӅ WjLQj\OjÿLӅu không thӇ tránh khӓi, em rҩt mong nhұQÿѭӧc nhӳQJÿyQJJySTXêEiXFӫa quý thҫ\F{ÿӇ giúp em có thӇ hoàn chӍnh nhҩt luұQYăQ tӕt nghiӋp cӫa mình. Trân trӑng. NguyӉQ9NJ+ҥnh Nhân IV TÓM TҲT LUҰ19Ă1 Trong nghiên cӭu này, vұt liӋu cacbon nanodots phӫ trên TiO2 (CDs/TiO2ÿѭӧc ÿLӅu chӃ bҵQJSKѭѫQJSKiSYLVyQJYjÿѭӧc sӱ dөng làm chҩt xúc tác cho quá phҧn ӭng quang hóa xӱ lý VOCs (formaldehyde, acetone và toluene) vӟi dòng chҧy liên tөFGѭӟi bӭc xҥ UV-$Ĉһc tính vұt liӋXÿѭӧc kiӇm tra bҵQJFiFSKѭѫQJSKiSQKLӉu xҥ tia X (XRD), quang phә hӗng ngoҥi Fourier (FTIR), Kính hiӇQYLÿLӋn tӱ ÿӝ phân giҧi cao (HRTEM), kính hiӇQYLÿLӋn tӱ quét kӃt hӧp phә tán xҥ QăQJOѭӧng tia X (SEM-EDX), phân tích nhiӋt trӑQJOѭӧng (TGA) và quang phә phát quang (PL). &'VÿyQJPӝt vai trò quan trӑng trong viӋc cҧi thiӋn hoҥWÿӝng quang xúc tác cӫa TiO2, mӣ rӝng khҧ QăQJKҩp thө iQKViQJÿӗng thӡi kéo dài thӡi gian tái tә hӧp cӫa electron và lӛ trӕng. Xúc tác CDs/TiO2 thӇ hiӋn khҧ QăQJTXDQJ[~FWiFFDRKѫQ7L22, vӟLÿӝ chuyӇn hóa cӫa formaldehyde, acetone và toluene cao nhҩt trong dòng chҧy liên tөFYjWURQJÿLӅu kiӋn ҭPWѭѫQJӭng là 0,38 mmol/g.h; 0,22 mmol/g.h; và 0,2 mmol/g.h. Trong khi nhӳQJWKD\ÿәi vӅ ÿӝ ҭPWѭѫQJÿӕLFyWiFÿӝQJÿiQJNӇ ÿӃn hoҥWÿӝng quang xúc tác cӫa TiO2, CDs/TiO2 vүn thӇ hiӋn khҧ QăQJxӱ lý VOCs cao và әQÿӏQK+ѫQ nӳa, khҧ QăQJquang oxi hóa HCHO cӫa CDs/TiO2 vүQÿҧm bҧo khҧ QăQJxӱ lý sau 8 chu kǤ. V ABSTRACT In this research, carbon nanodots dopping TiO2 (CDs/TiO2) was prepared by the microwave method and used for the photocatalytic oxidation of VOCs (formaldehyde, acetone and toluene) in a continuous flow under UV-A radiation. The material was characterized using X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), High-resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), scanning electronic microscopy with energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX), Thermogravimetric analysis (TGA) and photoluminescence spectra (PL). Carbon nanodots played a vital role in the photocatalytic activity improvement of TiO2, extending the light absorption into the visible range and extending the existence of photo-electrons and holes. The catalyst exhibited higher photocatalytic performance than TiO2, with the highest conversion of formaldehyde, acetone and toluene in a continuous flow and under humid condition are 0,38 mmol/g.h; 0,22 mmol/g.h; and 0,20 mmol/g.h., respectively. While the changes in relative humidity had significant impacts on the photocatalytic activity of TiO2, CDs/TiO2 still exhibited a high and stable VOCs conversion efficiency. Moreover, HCHO photooxidation efficiency of CDs/TiO2 maintained the same after 8 cycles. VI LӠ,&$0Ĉ2$1 7{L[LQÿѭӧFFDPÿRDQĈӅ tài T͝ng hͫp Cacbon nanodots trên TiO2 và ͱng dͭng làm xúc tác quang x͵ lý VOCs ÿѭӧc tiӃn hành công khai, dӵa trên sӵ cӕ gҳng, nӛ lӵc cӫa bҧn thân, cùng vӟi sӵ Kѭӟng dүn nhiӋt tình khoa hӑc cӫa PGS. TS. NguyӉn Quang Long. Các sӕ liӋu và kӃt quҧ nghiên cӭXWURQJÿӅ tài hoàn toàn trung thӵc và không sao chép, hoһc sӱ dөng kӃt quҧ cӫDÿӅ tài nghiên cӭXQjRWѭѫQJWѭ7ҩt cҧ nhӳng lұp luұn cho viӋc xây dӵQJFѫVӣ lý luұn cӫa bài luұQÿӅXÿѭӧc trích dүQÿҫ\ÿӫ và ghi nguӗn rõ ràng. NӃu phát hiӋn có sӵ sao chép kӃt quҧ nghiên cӭu cӫDÿӅ tài khác, tôi xin hoàn toàn chӏu trách nhiӋm. TP.HCM, ngày 27 tháng 12 QăP21 NguyӉQ9NJ+ҥnh Nhân VII DANH MӨC HÌNH Hình 1.1. &iFSKѭѫQJSKiS[ӱ lý VOCs ...................................................................2 Hình 2.1. Nguӗn gӕc cӫa VOCs (EEA, 2017) ........................................................... 4 Hình 2.2. Tác hҥi cӫD92&VÿӃn sӭc khӓHFRQQJѭӡi ..............................................6 Hình 2.3. &ѫFKӃ KuQKWKjQKVѭѫQJPTXDQJKyD ....................................................7 Hình 2.4. Cҩu trúc mҥng Anatase cӫa TiO2. ..............................................................8 Hình 2.5. Cҩu trúc mҥng Rutile cӫa TiO2. .................................................................8 Hình 2.6. Hình khӕi bát diӋn cӫa TiO2. ......................................................................9 Hình 2.7. GiҧQÿӗ QăQJOѭӧng obitan liên kӃt cӫa TiO2 trong Anatase ...................10 Hình 2.8. &ѫ chӃ quá trình quang hóa .....................................................................12 Hình 2.9. Sӕ Oѭӧng ҩn phҭm công bӕ TXDFiFQăPWKHRWuPNLӃm trên Google Scholar (tӯ NKyD³FDUERQGRW´...............................................................................................14 Hình 2.10. Các SKѭѫQJSKiSWәng hӧp Cacbon nanodots .......................................15 Hình 2.11. &ѫFKӃ phát quang chuyӇQÿәi lên UC và xuӕng DC cӫa CDs .............17 Hình 2.12. &ѫFKӃ HOMO-LUMO và phát xҥ bӅ mһt cӫa CDs .............................18 Hình 2.13. %DP{KuQKFѫFKӃ phát quang cӫa các chҩm Cacbon CDs ..................19 Hình 2.14. Giҧ thiӃt quá trình tәng hӧp CDs ..........................................................19 Hình 2.15. &ѫFKӃ quang hóa trên bӅ mһt cӫa CDs/TiO2.........................................21 Hình 2.16. &ѫFKӃ quá trình chuyӇQÿәi electron ....................................................21 Hình 3.1. Quy trình tәng hӧp cacbon nanodots........................................................ 24 Hình 3.2. Quá trình tәng hӧp CDs/TiO2 ...................................................................25 Hình 3.3. Sӵ phҧn xҥ chӑn lӑc trên mӝt hӋ mһt phҷng (hkl)....................................26 Hình 3.4. Nguyên lý hoҥWÿӝng máy quang phә phát quang ....................................30 Hình 3.5. Nguyên lý hoҥWÿӝng máy quang phә hӗng ngoҥi ....................................32 Hình 3.6. HӋ thӕng sҳc ký khí ..................................................................................34 Hình 3.7. 6ѫÿӗ hӋ thӕng phҧn ӭng quang hóa xúc tác ............................................35 Hình 4.1. (a,b) Hình ҧnh HR-TEM,(c) Phә FTIR, (d) Phә quang phát xҥ cӫa CDs 41 Hình 4.2. KӃt quҧ XRD cӫa mүu CDs/TiO2.............................................................42 VIII Hình 4.3. Hình chөp SEM ± EDX mүu CDs/ TiO2 ..................................................43 Hình 4.4. Phә FTIR cӫa TiO2 và CDs/TiO2 .............................................................44 Hình 4.5. DVѫÿӗ Tauc cӫa CDs/TiO2Eÿѭӡng cong TGA cӫa TiO2 và CDs/TiO2 ...................................................................................................................................45 Hình 4.6. Khҧ QăQJ xӱ OêWROXHQHWKHRKjPOѭӧng CDs doping trên TiO2 trong 60 phút (Ctoluene = 341 ppmv, F = 3 L/h, CQѭӟc = 18,02 mg/L) ........................................47 Hình 4.7. Khҧ QăQJ[ӱ lý formaldehyde cӫa TiO2 (P25) và CDs/TiO2 trong 60 phút (F = 3 L/h, CHCHO = 656ppmv, CQѭӟc = 23,33 mg/L) .................................................49 Hình 4.8. Khҧ QăQJ[ӱ lý formaldehyde cӫa TiO2 (P25) và CDs/TiO2 trong 60 phút (F = 3 L/h, CHCHO = 56ppmv, CQѭӟc = 11,20 mg/L) ...................................................50 Hình 4.9. Khҧ QăQJ[ӱ lý acetone cӫa TiO2 (P25) và CDs/TiO2 trong 60 phút (F= 3 L/h, Cacetone = 254ppmv, CQѭӟc = 18,20 mg/L) ............................................................51 Hình 4.10. Khҧ QăQJ[ӱ lý acetone cӫa TiO2 (P25) và CDs/TiO2 trong 60 phút (F = 3 L/h, Cacetone = 254ppmv, CQѭӟc = 6,07 mg/L)...........................................................52 Hình 4.11. Khҧ QăQJ[ӱ lý toluene cӫa TiO2 (P25) và CDs/TiO2 trong 60 phút (F = 3 L/h, Ctoluene = 314ppmv, CQѭӟc = 18,20 mg/L) .........................................................53 Hình 4.12. Khҧ QăQJ[ӱ lý toluene cӫa TiO2 (P25) và CDs/TiO2 trong 60 phút (F = 3 L/h, Ctoluene = 314ppmv, CQѭӟc = 6,07 mg/L) ............................................................54 Hình 4.13. HiӋu suҩt xӱ lý theo nӗQJÿӝ formaldehyde (F = 6 L/h)........................56 Hình 4.14. Khҧ QăQJxӱ lý theo nӗQJÿӝ formaldehyde (F = 6 L/h) .......................56 Hình 4.15. HiӋu suҩt xӱ lý theo nӗQJÿӝ acetone trong 60 phút (F = 12 L/h, , CQѭӟc = 18,20 mg/L) ...............................................................................................................58 Hình 4.16. Khҧ QăQJ[ӱ lý theo nӗQJÿӝ acetone trong 60 phút (F = 12 L/h, , CQѭӟc = 18,20 mg/L) ...............................................................................................................58 Hình 4.17. HiӋu suҩt xӱ lý formaldehyde ӣ FiFÿLӅu kiӋQOѭXOѭӧng khác nhau (CHCHO = 656 ppmv, CQѭӟc = 23,33 mg/L) ..............................................................................60 Hình 4.18. Khҧ QăQJxӱ lý formaldehyde ӣ FiFÿLӅu kiӋn OѭXOѭӧng khác nhau (CHCHO = 656 ppmv, CQѭӟc = 23,33 mg/L) ..............................................................................60 Hình 4.19. HiӋu suҩt xӱ lý acetone ӣ FiFÿLӅu kiӋQOѭXOѭӧng khác nhau (Cacetone = 631 ppmv, CQѭӟc = 18,20 mg/L) .................................................................................62 IX Hình 4.20. Khҧ QăQJxӱ lý acetone ӣ FiFÿLӅu kiӋQOѭXOѭӧng khác nhau (Cacetone = 631 ppmv, CQѭӟc = 18,20 mg/L) .................................................................................62 Hình 4.21. HiӋu suҩt xӱ lý acetone ӣ FiF ÿLӅu kiӋQ ÿӝ ҭm khác nhau (F = 3 L/h, CHCHO = 656 ppmv) ....................................................................................................64 Hình 4.22. Khҧ QăQJ [ӱ lý acetone ӣ FiFÿLӅu kiӋQ ÿӝ ҭm khác nhau (F = 3 L/h, CHCHO = 656 ppmv) ....................................................................................................64 Hình 4.23. Khҧ QăQJ[ӱ lý formaldehyde cӫa CDs/TiO2 qua nhiӅu lҫn tái sӱ dөng (F = 3 L/h, CHCHO = 656 ppmv, CQѭӟc = 23,33 mg/L) .....................................................66 X DANH MӨC BҦNG Bҧng 2.1. Các thành phҫn phә biӃn trong VOCs .......................................................5 Bҧng 2.2. Mӝt sӕ nguӗn VOCs cө thӇ WURQJQKjQѫLF{QJFӝng ..............................5 Bҧng 2.3. TӍ khӕLYjQăQJOѭӧng vùng cҩm TiO2. ......................................................9 Bҧng 3.1. Danh sách hóa chҩt sӱ dөng ..................................................................... 23 Bҧng 3.2. Các yӃu tӕ khҧo sát...................................................................................39 Bҧng 4.1. KӃt quҧ ÿR%(7 ........................................................................................ 43 DANH MӨC TӮ VIӂT TҲT CDs (Carbon nanodots): chҩm nano Cacbon CDs/TiO2 (Carbon nanodot dopped TiO2): chҩm nano cacbon phӫ trên TiO2 EPA 7KH8QLWHG6WDWHV(QYLURQPHQWDO3URWHFWLRQ$JHQF\FѫTXDQEҧo vӋ môi WUѭӡng cӫa Mӻ. FID (Flame Ionisation Detectorÿҫu dò ion hóa ngӑn lӱa FTIR (Fourier-transform Infrared Spectroscopy): quang phә hӗng ngoҥi Fourier GC (Gas Chromatography): phân tích sҳc ký khí HRTEM (High-resolution Transmission Electron Microscopy): Kính hiӇQYLÿLӋn tӱ truyӅQTXDÿӝ phân giҧi cao PL (Photoluminescence Spectra): quang phә phát quang SEM - EDX (Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive X-ray Analysis): kính hiӇQYLÿLӋn tӱ quét kӃt hӧp phә tán xҥ QăQJOѭӧng tia X TGA (Thermogravimetric Analysis): phân tích nhiӋt trӑQJOѭӧng VOC (Volatile Organic Compounds): các hӧp chҩt hӳXFѫGӉ ED\KѫL XRD (X-ray diffraction): nhiӉu xҥ tia X XI MӨC LӨC MӢ ĈҪU .................................................................................................................... 1 1.1. Lý do lӵa chӑQÿӅ tài .................................................................................. 1 1.2. Ý nJKƭDÿӅ tài .............................................................................................. 1 1.3. ĈӕLWѭӧng và phҥPYLÿӅ tài ...................................................................... 3 &Ѫ6Ӣ TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI ................................................................................ 4 2.1. Hӧp chҩt hӳXFѫGӉ ED\KѫL92&V ....................................................... 4 2.1.1. Giӟi thiӋu ...............................................................................................4 2.1.2. Tác hҥi cӫa VOCs. ................................................................................6 2.2. Titanium Oxide (TiO2) ............................................................................... 8 2.2.1. Giӟi thiӋu ...............................................................................................8 2.2.2. Quá trình quang hóa xúc tác ...............................................................9 2.3. Cacbon nanodots ...................................................................................... 13 2.3.1. Giӟi thiӋu .............................................................................................13 2.3.2. Tính chҩt phát quang cӫa Cacbon nanodots ....................................15 2.4. &ѫFKӃ quá trình quang xúc tác .............................................................. 19 2.5. Các nghiên cӭu liên quan ........................................................................ 21 THӴC NGHIӊM ..................................................................................................... 23 3.1. Tәng hӧp xúc tác nano CDs/TiO2 ........................................................... 23 3.1.1. Hóa chҩt và dөng cө ...........................................................................23 3.1.2. Quy trình tәng hӧp .............................................................................23 3.2. 3KkQWtFKÿһFWUѭQJFӫa xúc tác .............................................................. 26 3.2.1. 3KѭѫQJSKiSQKLӉu xҥ tia X (XRD) ..................................................26 3.2.2. 3KѭѫQJSKiS[iFÿӏnh diӋn tích bӅ mһt riêng bҵng hҩp phө N2 (BET) ...............................................................................................................27 3.2.3. 3KѭѫQJSKiSkính hiӇQYLÿLӋn tӱ quét kӃt hӧp phә tán xҥ QăQJ Oѭӧng tia X (SEM ± EDX) ...............................................................................28 3.2.4. 3KѭѫQJSKiSkính hiӇQYLÿLӋn tӱ truyӅQTXDÿӝ phân giҧi cao (HRTEM) ..........................................................................................................29 3.2.5. 3KѭѫQJSKiSTXDQJSKә phát quang (PL) .......................................30 3.2.6. 3KѭѫQJSKiS quang phә hӗng ngoҥi (FTIR) ...................................31 3.2.7. 3KѭѫQJSKiSSKkQWtFKQKLӋt trӑng Oѭӧng (TGA) ...........................32 3.2.8. Phân tích sҳFNêNKt*&ÿҫu dò FID ................................................33 3.3. Nghiên cӭu hoҥt tính xúc tác quang hóa ................................................ 34 XII 3.3.1. HӋ thӕng phҧn ӭng quang hóa ..........................................................34 3.3.2. Các yӃu tӕ khҧo sát .............................................................................38 KӂT QUҦ VÀ BÀN LUҰN .................................................................................... 41 4.1. &iFÿһFWUѭQJYұt liӋu xúc tác ................................................................. 41 4.1.1. ĈһFÿLӇm cӫa CDs ...............................................................................41 4.1.2. ĈһFÿLӇm cӫa CDs/TiO2 ......................................................................42 4.2. KӃt quҧ thí nghiӋm ....................................................................................... 46 4.2.1. KhҧRViWKjPOѭӧng CDs doping lên TiO2 .......................................46 4.2.2. KӃt quҧ xӱ lý formaldehyde ..............................................................49 4.2.3. KӃt quҧ xӱ lý acetone .........................................................................51 4.2.4. KӃt quҧ xӱ lý toluene ..........................................................................53 4.2.5. KӃt quҧ ҧQKKѭӣng nӗQJÿӝ formaldehyde ......................................54 4.2.6. KӃt quҧ ҧQKKѭӣng nӗQJÿӝ acetone.................................................57 4.2.7. KӃt quҧ ҧQKKѭӣQJOѭXOѭӧng formaldehyde ...................................59 4.2.8. KӃt quҧ ҧQKKѭӣQJOѭXOѭӧng acetone..............................................61 4.2.9. KӃt quҧ ҧQKKѭӣQJÿӝ ҭPWURQJÿLӅu kiӋn acetone .........................63 4.2.10. KӃt quҧ khҧo sát tái sӱ dөng xúc tác ӣ ÿLӅu kiӋn formaldehyde ...65 KӂT LUҰN VÀ KIӂN NGHӎ ................................................................................ 67 5.1. KӃt luұn ..................................................................................................... 67 5.2. KiӃn nghӏ ................................................................................................... 67 TÀI LIӊU THAM KHҦO ...................................................................................... 69 XIII MӢ ĈҪU 1.1. Lý do lӵa chӑQÿӅ tài Xã hӝi ngày càng phát triӇn, nhu cҫu vӅ chҩWOѭӧng cuӝc sӕng cӫDFRQQJѭӡi QJj\FjQJFDRKѫQ9u vұy, các ngành công nghӋ trên thӃ giӟi không ngӯng tìm tòi và nghiên cӭXÿӇ ÿiSӭQJÿѭӧc nhӳQJ³ÿzLKӓL´FӫD³WKӏ WUѭӡQJ´9jQJjQKF{QJ nghӋ hóa chҩWFNJQJNK{QJQҵm ngoài cuӝc chҥ\ÿXDFҧi tiӃQÿy1JjQKF{QJQJKӋ hóa chҩWÿѭӧc thành lұp vào nhӳQJQăP cӫa thӃ kӍ ;,;YjQKDQKFKyQJYѭѫQOrQ trӣ thành mӝt trong nhӳQJQJjQKPNJLQKӑn hiӋn nay nhӡ sӵ phát triӇn cӫa khoa hӑc NƭWKXұWĈLFQJYӟi viӋc phát triӇn khoa hӑc kӻ thuұt, vҩQÿӅ P{LWUѭӡQJFNJQJQJj\ FjQJÿѭӧFTXDQWkPYjFK~êÿӃn. Trong nhӳQJQăP qua, vӟi xu thӃ ÿәi mӟi và hӝi nhұp, ViӋW1DPÿmWҥRÿѭӧc nhiӅXÿӝng lӵc mӟi cho quá trình phát triӇQÿӝt phá trong công nghiӋp. Sӵ bùng nә trong viӋc xuҩt hiӋn nhiӅu khu công nghiӋp (KCN), nhà máy,.. góp phҫQWK~Fÿҭy phát triӇn kinh tӃ. Bên cҥnh sӵ phát triӇQQѭӟc ta cҫn phҧLÿӕi mһt vӟi rҩt nhiӅu thách thӭFWURQJÿyFyYҩQÿӅ ô nhiӉPP{LWUѭӡng tӯ các hoҥWÿӝng công nghiӋp. ViӋc ô nhiӉm khí có thӇ làm suy giҧm sӭc khӓHFRQQJѭӡLÿӝng vұt và có thӇ ҧQKKѭӣQJÿӃn mҩt cân bҵng hӋ sinh thái. Vӟi nhӳng táFÿӝng mҥnh mӁ ÿy{QKLӉm NK{QJNKtÿmWUӣ thành mӕi quan tâm cӫa toàn xã hӝi. Ngoài các hӧp chҩt COx, NOx, SOxÿmELӃt, các hӧp chҩt hӳXFѫGӉ ED\KѫL92&VFNJQJÿDQJQKұQÿѭӧc sӵ quan tâm rҩWOѫQWӯ cӝQJÿӗng. VOCs là các hӧp chҩt sinh ra tӯ các chҩt rҳn hoһc chҩt lӓng, và có khҧ QăQJKyD KѫLӣ nhiӋWÿӝ phòng. VOCs trong các dòng khí là các chҩt gây ô nhiӉm tiӅm tàng do tính nһQJPLYjÿӝc hҥi cӫa chúng. Kích ӭng mҳt và cә hӑng, tәQWKѭѫQJJDQKӋ thҫQNLQKWUXQJѭѫQJQӃu tiӃp xúc trong thӡi gian dài có thӇ dүQÿӃQXQJWKѭVì vұy viӋc loҥi bӓ và kiӇm soát phát thҧi VOCs là viӋc hӃt sӭc quan trӑng. 1.2. éQJKƭDÿӅ tài HiӋQQD\FiFSKѭѫQJSKiS[ӱ lý VOCs chӫ yӃXOjSKѭѫQJSKiSQKLӋWYjSKѭѫQJ pháp hҩp phө1KѭQJYLӋc xӱ lý bҵQJFiFSKѭѫQJSKiSQj\Yүn còn nhӳng hҥn chӃ. Hҩp phө sӱ dөng than hoҥt tính chӍ ÿѫQWKXҫn chuyӇn các chҩt ô nhiӉm tӯ pha khí 1 sang pha rҳn thay vì phân hӫ\FK~QJ3KѭѫQJSKiSOӑc sinh hӑc chұm và không có hiӋu quҧ rõ ràng. Quá trình oxy hóa nhiӋWÿzLKӓi phҧi thӵc hiӋn nhiӋWÿӝ FDRÛ& - Û&ÿӇ hoҥWÿӝng hiӋu quҧ, gây tӕQNpP+ѫQQӳa, tҩt cҧ FiFSKѭѫQJSKiSQj\ ÿӅu không hiӋu quҧ, khi chӍ cho kӃt quҧ vӟi mӭFÿӝ xӱ lý thҩp và trung bình hoһc vӟi các hӧp chҩt hӳXFѫNKiFQKDXÿӗng thӡi viӋc tái chӃ và tái sӱ dөng là không khҧ thi vӅ mһt kinh tӃ'Rÿyÿk\OjPӝt nhu cҫu lӟn cho các nhà khoa hӑFÿӇ tìm ra mӝt công nghӋ tiӃt kiӋPKѫQKLӋu quҧ KѫQYjOjQKWtQKKѫQYӟLP{LWUѭӡng. Hình 1.1. Các SKѭѫQJSKiS[ӱ lý VOCs Trong sӕ FiFSKѭѫQJSKiSPӟi, quá trình oxy hóa quang [~FWiFÿѭӧFÿiQKJLi là mӝWSKѭѫQJSKiSÿҫy hӭa hҽn. NhiӅu thí nghiӋPÿmÿѭӧc thӵc hiӋn và chӭng minh rҵng VOCs có thӇ bӏ oxy hóa thành CO2 YjQѭӟc, quá trình quang xúc tác trӣ QrQÿһc biӋt hҩp dүn trong vҩQÿӅ xӱ lý các chҩt ô nhiӉm trong nhà. Các chҩt xúc tác quang bán dүQQKѭ7L22, ZnO, CdS, CdIn2S4 và WO3 ÿmÿѭӧc sӱ dөng và công bӕ rӝng rãi [1-3]. Trong sӕ các xúc tác quang tiӅPQăQJ, TiO2 là chҩt xúc tác quang phә biӃn nhҩt hiӋQQD\ÿѭӧc sӱ dөng do tính chҩWѭDQѭӟc cӫa TiO2. có khҧ QăQJOjPVX\JLҧm các hӧp chҩt hӳXFѫGѭӟi sӵ chiӃu xҥ cӫa tia cӵc tím hoһc gҫn tia UV. Ngoài ra, TiO2 ÿһc biӋWÿѭӧc sӱ dөng cho phҧn ӭQJTXDQJ[~FWiFYuFiFÿһc tính nәi bұt cӫDQyQKѭ chi phí rҿ, an toàn, hoҥt tính quang hóa cao và әn ÿӏnh. TiO2 ÿѭӧc áp dөng trong các 2 OƭQKYӵFQKѭ9ұt liӋu bӅ mһt tӵ làm sҥch [4, 5], xӱ lý khí [6], xӱ OêQѭӟc [7], xӱ lý vi sinh [8]YjSLQQăQJOѭӧng mһt trӡi [9]. Tuy nhiên, xúc tác quang chӍ hoҥWÿӝQJGѭӟi tia cӵc tím, chiӃm khoҧng 5% ánh sáng mһt trӡi. Bên cҥQKÿyWӕFÿӝ tái kӃt hӧp cӫa cһSÿLӋn tӱ - lӛ trӕng cao dүQÿӃn hiӋu suҩt xúc tác thҩSĈӇ WăQJFѭӡng hiӋu quҧ xúc tác quang, chúng tôi sӁ tiӃn hành kӃt hӧp vӟi phi kim - trong luұn án này sӁ là cacbon. ViӋc doping cacbon có thӇ WăQJ FѭӡQJÿӝ dүn TiO2 vì nó có khҧ QăQJWUX\ӅQÿLӋn tích sang vùng bӅ mһt cӫa cҩu trúc TiO2QѫLGLӉn ra các quá trình, phҧn ӭng oxy hóa mong muӕn. Tӯ nhӳng lұp luұn trên, chúng tôi chӑQÿӅ tài: ³7әng hӧp cacbon nanodots trên TiO2 và ӭng dөng làm xúc tác quang xӱ Oê92&V´ 1.3. ĈӕLWѭӧng và phҥPYLÿӅ tài ĈӕLWѭӧng cӫDÿӅ tài là xӱ lý chҩt hӳXFѫGӉ ED\KѫL92&V± formaldehyde, acetone, tROXHQHĈӅ tài tұp trung vào nghiên cӭu các chҩt xúc tác CDs/TiO2 vӟi các KjPOѭӧQJNKiFQKDXÿѭӧc tәng hӧp bҵQJSKѭѫQJSKiSERWWRP-XSĈiQKJLiNKҧ QăQJ[ӱ lý các hӧp chҩt VOCs khác nhau cӫa xúc tác CDs/TiO2 bҵng quá trình quang xúc tác. Các yӃu tӕ ÿѭӧc tұp trung khҧo sát trong phҧn ӭng quang xúc tác xӱ lý chҩt ô nhiӉm VOCs là nӗQJÿӝ chҩt ô nhiӉm VOCs cҫn xӱ OêOѭXOѭӧng dòng khí cҫn xӱ OêYjÿӝ ҭm cӫa dòng nguyên liêө. 3 &Ѫ6Ӣ TӘ1*48$1Ĉӄ TÀI 2.1. Hӧp chҩt hӳXFѫGӉ ED\KѫL92&V 2.1.1. Giӟi thiӋu VOCs là viӃt tҳt cӫa volatile organic compounds, tҥm dӏch là hӛn hӧp các hӧp chҩt hӳu dӉ ED\KѫL92&VWKӵc chҩt là các hóa chҩt hӳXFѫFyJӕc cacbon, sinh ra tӯ các chҩt rҳn hoһc chҩt lӓng, và có khҧ QăQJKyDKѫLӣ nhiӋWÿӝ SKzQJ.KLÿmOүn vào không khí, nhiӅu loҥi VOCs có khҧ QăQJliên kӃt lҥi vӟi nhau hoһc nӕi kӃt vӟi các phân tӱ khác trong không khí tҥo ra hӧp chҩt mӟi. VOCs có ӣ khҳp mӑLQѫLYӟi sӕ Oѭӧng lӟQYjÿDGҥng, bao gӗm cҧ các hӧp chҩt nhân tҥo và tӵ nhiên. Trong khi các VOCs tӵ QKLrQÿyQJYDLWUzTXDQWUӑng trong giao tiӃp giӳa các loài thӵc vұt và giӳa thӵc vұt vӟLÿӝng vұt, mӝt sӕ VOCs nhân tҥo lҥi nguy hiӇPFKRFRQQJѭӡLYjP{LWUѭӡng. Nguӗn phát thҧi VOCs có thӇ bҳt nguӗn tӯ ngoài trӡi và trong nhà. Nguӗn phát thҧi VOCs ngoài trӡi rҩWÿDGҥng: nhiên liӋu tӯ xe cӝ, hoҥWÿӝng trông công nghiӋp hóa chҩt,... Nguӗn phát thҧi trong nhà phә biӃn nhҩt bao gӗm sҧn phҭm tiêu dùng (chҩt tҭy rӱa,..), vұt liӋu xây dӵQJVѫQWѭӡQJVѫQYHFQLTXiWUuQKWUDRÿәi nhiӋt,.. Hình 2.1. Nguӗn gӕc cӫa VOCs (EEA, 2017) 4 Bҧng 2.1. Các thành phҫn phә biӃn trong VOCs [10] Các loҥi VOCs Ví dө Aldehide Formaldehyde, Acetaldehyde Chloro hydrocarbons Methyl chloride, Carbon tetrachloride Esters Ethyl acetate Alcohols Isopropyl alcohol, l Ethylene glycol Alkanes Hexane, heptane Ketone Acetone, Methyl ethyl ketone Ethers Mono methyl ether Aromatics Benzene, toluene, Xylene, Styrene, Naphthalene HiӋn nay, mӑLQJѭӡi dành phҫn lӟn thӡi gian ӣ trong nhà hoһFFiFÿӏDÿLӇm công cӝng nhҵm tránh không khí khói bөLÿѭӡng phӕ, Tuy nhiên, nhiӅu nghiên cӭu cho thҩ\Oѭӧng VOCs bên trong nhà có thӇ cDRKѫQOҫn so vӟi bên ngoài và có khi WăQJFDRÿӃQKѫQOҫn sau khi mӝt lӟSVѫQPӟLÿѭӧFVѫQOrQWѭӡng« Bҧng 2.2. Mӝt sӕ nguӗn VOCs cө thӇ WURQJQKjQѫLcông cӝng [11] Nguӗn phát thҧi Hӧp chҩt Paradichlorobenzene Dung dӏch khӱ mùi phòng ӣ Methylene chloride Chҩt tҭ\VѫQGXQJP{LVӱ dөng Formaldehyde Các sҧn phҭm tӯ gӛ Styrene Chҩt khӱ trùng, chҩt dҿRVѫQ Acetaldehyde Keo, chҩt kích thích, chҩt khӱ mùi, nhiên liӋu Acrolein and cotton Dҫu hӓa, gӛ sӗi, phө phҭm cӫDTXiWUuQKÿӕt gӛ Toluene disocyanate Bình phun, bӑt Polyurethane Benzyl chloride Nhӵa vinyl dҿo chӭa butyl benzyl phthalate Ethylene oxide ThiӃt bӏ khӱ trùng (bӋnh viӋn) Volatile amines Sӵ xuӕng cҩp cӫa vұt liӋu xây dӵng có chӭa casein 5 Benzene Hút thuӕc lá Tetrachloroethylene Giһt khô Chloroform 1ѭӟc Clo (tҳm, rӭa, giһWJLNJ Carbon tetrachloride ThiӃt bӏ làm sҥch trong công nghiӋp Hӧp chҩWYzQJWKѫP (Toluene, Ethylbenzene, 6ѫQFKҩt kӃWGtQK[ăQJVҧn phҭPTXiWUuQKÿӕt Trimethylbenzenes) Aliphatic hydrocarbon (Octane, decane, undecane) 6ѫQFKҩt kӃWGtQK[ăQJVҧn phҭPTXiWUuQKÿӕt 2.1.2. Tác hҥi cӫa VOCs. VOCs trong các dòng khí là các chҩt gây ô nhiӉm tiӅm tàng do tính nһng mùi Yjÿӝc hҥi cӫa chúng. Gây kích ӭng mҳt và cә hӑng, tәQWKѭѫQJJDQKӋ thҫn kinh WUXQJѭѫQJQӃu tiӃp xúc trong thӡi gian dài có thӇ dүQÿӃQXQJWKѭVì vұy viӋc loҥi bӓ và kiӇm soát phát thҧi VOCs là viӋc hӃt sӭc quan trӑng [12]. Hình 2.2. Tác hҥi cӫD92&VÿӃn sӭc khӓHFRQQJѭӡi [13] 6 7KrPYjRÿy92&VFzQJySSKҫn làm ҩm lên toàn cҫu, sӵ suy giҧm ozone tҫng EuQKOѭXKuQKWKjQKR]RQHYjFiFKҥt bөi mӏn. VOCs có thӇ phҧn ӭng quang hóa vӟi FiFR[LWQLWѫNKLFyiQKViQJPһt trӡi, tҥRVѭѫQJPӡ quang hóa. VOCs + ánh sáng + NO2 + O2 ĺ O3 + NO + CO2 + H2 Hình 2.3. &ѫFKӃ KuQKWKjQKVѭѫQJPTXDQJKyD 7