Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu nano titandioxit pha tạp
Kỹ thuật Môi trường
Nghiên cứu này tập trung giải quyết vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng từ nước thải dệt nhuộm, đặc trưng bởi chỉ số COD và độ màu cao, cùng các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và độc hại. Công nghệ quang xúc tác sử dụng vật liệu nano TiO2 được xem là giải pháp tiềm năng, tuy nhiên cần cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng ở vùng nhìn thấy và hiệu quả phân tách điện tích. Các kỹ thuật biến tính TiO2 bằng cách pha tạp kim loại (như Cu, Cr) và cố định xúc tác lên chất nền rắn được đề xuất để khắc phục các nhược điểm này.
Mục tiêu chính của luận án là chế tạo vật liệu nano TiO2 pha tạp đồng (Cu) và crôm (Cr), đánh giá vai trò của các chất pha tạp này trong việc cải thiện hoạt tính quang xúc tác. Đồng thời, nghiên cứu cũng tập trung vào việc cố định vật liệu TiO2 đã chế tạo lên các chất nền khác nhau như thủy tinh, than hoạt tính, và polyuretan, sau đó đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm thực ở quy mô phòng thí nghiệm.
Đối tượng nghiên cứu bao gồm vật liệu nano TiO2 pha tạp Cu, Cr, cũng như ứng dụng chúng trong xử lý các loại thuốc nhuộm (metyl da cam, metylen xanh) và nước thải thực tế từ một công ty dệt kim. Các đóng góp mới nổi bật là việc chế tạo thành công vật liệu polyuretan phủ TiO2 pha tạp đồng thời crôm, nitơ ở nhiệt độ thấp (100°C) và đánh giá hoạt tính quang xúc tác dưới cả bức xạ tử ngoại và nhìn thấy. Luận án cũng đã xác định được khoảng nhiệt độ làm việc tối ưu (60°C) phù hợp cho xử lý trực tiếp nước thải, cùng với việc lựa chọn và thực hiện phủ TiO2 pha tạp lên các dạng vật liệu nền linh động để tạo cơ sở cho các cấu hình thiết bị phản ứng khác nhau.
Các phương pháp nghiên cứu chính bao gồm tổng hợp vật liệu dạng bột và lớp phủ, cùng với các kỹ thuật đặc trưng như XRD, UV-Vis, TEM, FESEM, BET, XPS và đo thế zeta để phân tích cấu trúc, hình thái và tính chất quang học của vật liệu. Hoạt tính quang xúc tác được đánh giá thông qua khả năng phân hủy thuốc nhuộm MO và MB, cũng như xử lý nước thải dệt nhuộm thực dưới các điều kiện khác nhau về nồng độ, hàm lượng xúc tác, pH và nhiệt độ.
Kết quả cho thấy, việc pha tạp Cu và Cr, N vào TiO2 giúp mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng và cải thiện đáng kể hiệu quả quang xúc tác. Kích thước hạt nano TiO2 thu được dao động từ 10-20 nm. Hàm lượng pha tạp tối ưu cho MO và MB đã được xác định. Vật liệu xúc tác dạng lớp phủ trên các nền thủy tinh, than hoạt tính và polyuretan đều cho thấy hiệu quả xử lý cao, đặc biệt dưới bức xạ UV. Mặc dù hiệu quả xử lý của xúc tác huyền phù thường cao hơn, các hệ xúc tác dạng lớp phủ lại mang ưu điểm về chi phí đầu tư và vận hành do không cần bước phân tách lỏng-rắn.