Luận án Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2-Fe2O3/GNP từ quặng ilmenite và graphit định hướng chuyển hóa Cr(VI) trong nước thải công nghiệp quốc phòng

Tên luận án:

STUDYING ON THE FABRICATION OF TiO2-Fe2O3/GNP COMPOSITE MATERIAL FROM ILMENITE AND GRAPHITE AND APPLICATION FOR THE CONVERSION OF Cr (VI) ION IN MILITARY INDUSTRIAL WASTEWATER

Ngành:

Chemical engineering

Code: 952 03 01

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu composite TiO2-Fe2O3/GNP để xử lý ion Cr(VI) trong nước thải công nghiệp quốc phòng. Với bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng từ ngành công nghiệp hóa chất và sản xuất vật liệu nổ quân sự, việc tìm kiếm các giải pháp xử lý hiệu quả các hóa chất độc hại như Pb, Cr, Hg là cấp thiết. Các cơ sở sản xuất vật liệu nổ quân sự thải ra nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại, dung môi hữu cơ và ion kim loại nặng vượt quá mức cho phép.

Vật liệu composite TiO2-Fe2O3/GNP đã được tổng hợp thành công từ các nguồn khoáng sản tự nhiên sẵn có tại Việt Nam là quặng ilmenit (Bình Định) và than chì (Yên Bái) bằng phương pháp thủy nhiệt. Graphene nanoplatelets (GNP) được chế tạo từ than chì bằng kỹ thuật phân tách lớp hóa học. Vật liệu tổng hợp có hoạt tính quang xúc tác mạnh trong vùng ánh sáng nhìn thấy, với độ rộng vùng cấm đạt 2,867 eV và diện tích bề mặt 133,7 m²/g. Các oxit hỗn hợp Fe-Ti có kích thước trung bình 16,4 nm phân bố đều trên bề mặt GNP.

Nghiên cứu đã đánh giá khả năng chuyển hóa ion Cr(VI) thành Cr(III) trong môi trường nước dưới điều kiện chiếu sáng mô phỏng ánh sáng mặt trời (đèn Xenon 350W). Hiệu suất chuyển hóa Cr(VI) đạt 99,8% sau 90 phút với nồng độ ban đầu 10 mg/L, pH=2, lượng xúc tác 1 g/L và 0,2 mL/20mL ethanol. Hiệu suất này chỉ giảm nhẹ sau 5 lần tái sử dụng (giảm dưới 10%). Cơ chế chuyển hóa Cr(VI) đã được đề xuất, trong đó sự có mặt của Fe giúp thu hẹp vùng cấm năng lượng, tạo cặp điện tử-lỗ trống khi chiếu sáng. Các điện tử di chuyển đến bề mặt graphene, hỗ trợ tách các hạt tải điện và ngăn tái tổ hợp. Các lỗ trống phản ứng với H2O hoặc nhóm OH- tạo gốc OH tự do để oxy hóa ethanol, trong khi điện tử tham gia khử Cr(VI) thành Cr(III).

Luận án cũng thử nghiệm ứng dụng vật liệu composite để xử lý nước thải chứa Cr(VI) từ xưởng sản xuất thuốc nổ và pháo của nhà máy Z121. Kết quả cho thấy nồng độ Cr(VI) giảm từ 9 mg/l xuống 0,005 mg/l và chỉ số COD giảm từ 400 mg/l xuống 55 mg/l sau 240 phút. Từ đó, phương pháp sử dụng vật liệu composite này để xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp quốc phòng đã được đề xuất. Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc chế tạo vật liệu từ nguồn khoáng sản trong nước, khảo sát các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa Cr(VI), và đánh giá khả năng ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải.

Mục lục chi tiết:

• Introduction: 3 pages
• Chapter 1 - Overview: 50 pages
• Chapter 2 - Experiment: 18 pages
• Chapter 3 - Results and discussion: 60 pages
• Conclusion: 3 pages
• List of published scientific works: 2 pages
• References: 16 pages (140 references)