Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng xúc tác MoS2/rGO biến tính với Mn và ứng dụng cho quá trình quang phân hủy rhodamine B trong vùng ánh sáng khả kiến

Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng xúc tác MoS2/rGO biến tính với Mn và ứng dụng cho quá trình quang phân hủy rhodamine B trong vùng ánh sáng khả kiến

Nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu, tổng hợp và đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO, đặc biệt là các biến thể có sự tham gia của nguyên tố Mn. Mục tiêu chính là xử lý các chất màu hữu cơ độc hại, điển hình là Rhodamine B (RhB), trong môi trường nước thải công nghiệp bằng phương pháp quang xúc tác dưới ánh sáng khả kiến.

Nghiên cứu đề xuất các phương pháp tổng hợp vật liệu tiên tiến, bao gồm phương pháp Hummers cho GO, khử hóa học cho rGO, phương pháp nung cho MoS2 và biến tính với Mn, cùng với phương pháp thủy nhiệt cho các tổ hợp MoS2/rGO và Mn-MoS2/rGO. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp như nhiệt độ và tỉ lệ thành phần cũng được xem xét.

Để hiểu rõ đặc tính của vật liệu, các phương pháp phân tích cấu trúc và tính chất hiện đại như XRD, IR, EDX, SEM, TEM, HR-TEM, ICP, UV-Vis, UV-Vis DRS, BET, EPR, EIS, XPS đã được áp dụng. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu được đánh giá thông qua khả năng phân hủy RhB dưới ánh sáng khả kiến, đồng thời xem xét các yếu tố ảnh hưởng như nồng độ RhB, pH và cường độ chiếu sáng. Nghiên cứu cũng tập trung vào khả năng tái sử dụng của chất xúc tác và làm sáng tỏ cơ chế phản ứng.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Quá trình quang xúc tác
• 1.1.1. Khái niệm quang xúc tác
• 1.1.2. Cơ chế quang xúc tác
• 1.2. Vật liệu molypden disunfua (MoS2)
• 1.2.1. Cấu trúc của MoS2
• 1.2.2. Ứng dụng của MoS2
• 1.2.3. Các phương pháp tổng hợp MoS2
• 1.3. Vật liệu graphen
• 1.3.1. Cấu trúc của graphen
• 1.3.2. Tính chất của graphen
• 1.3.3. Các phương pháp tổng hợp graphen
• 1.4. Vật liệu graphen oxit (GO)
• 1.4.1. Cấu trúc của GO
• 1.4.2. Tính chất của GO
• 1.4.3. Các phương pháp tổng hợp GO
• 1.5. Vật liệu graphen oxit dạng khử rGO
• 1.5.1. Cấu trúc vật liệu rGO
• 1.5.2. Các phương pháp tổng hợp rGO
• 1.6. Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit MoS2/rGO
• 1.6.1. Phương pháp vi sóng
• 1.6.2. Phương pháp nhiệt phân
• 1.6.3. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.7. Biến tính MoS2/rGO bằng kim loại chuyển tiếp
• 1.7.1. Bản chất quá trình biến tính
• 1.7.2. Các kim loại sử dụng cho quá trình biến tính
• 1.7.3. Cấu trúc vật liệu MoS2 biến tính bởi kim loại chuyển tiếp
• 1.7.4. Cơ chế xúc tác quang trên vật liệu biến tính
• 1.8. Ứng dụng làm xúc tác quang trong xử lý chất màu của MoS2
• 1.9. Tiểu kết
• Chương 2. THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất
• 2.2. Tổng hợp vật liệu
• 2.2.1. Tổng hợp vật liệu GO
• 2.2.2. Tổng hợp vật liệu rGO
• 2.2.3. Tổng hợp vật liệu MoS2
• 2.2.4. Tổng hợp vật liệu biến tính Mn-MoS2
• 2.2.5. Tổng hợp vật liệu compozit MoS2/rGO
• 2.2.6. Tổng hợp vật liệu biến tính Mn-MoS2/rGO
• 2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM)
• 2.3.5. Phương pháp phổ năng lượng tia X (EDX hay EDS)
• 2.3.6. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – khử hấp phụ N2 (BET)
• 2.3.7. Phương pháp phổ điện tử quang tia X (XPS)
• 2.3.8. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-Vis
• 2.3.9. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến (UV-Vis – DRS)
• 2.3.10. Phương pháp phổ Raman
• 2.3.11. Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR)
• 2.3.12. Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS)
• 2.3.13. Phương pháp ICP-OES
• 2.4. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
• 2.4.1. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu
• 2.4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ RhB của vật liệu
• 2.4.3. Đánh giá khả năng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
• 2.4.4. Động học phản ứng quang xúc tác của vật liệu
• 2.4.5. Xác định sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy RhB
• 2.4.6. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu
• Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu GO, rGO
• 3.1.1. Sự hình thành vật liệu GO
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành rGO
• 3.1.3. Các đặc trưng cấu trúc của vật liệu GO và rGO đã tổng hợp
• 3.1.4. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu rGO
• 3.2. Kết quả tổng hợp vật liệu MoS2
• 3.2.1. Đặc trưng cấu trúc vật liệu MoS2
• 3.2.2. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MoS2
• 3.3. Kết quả tổng hợp vật liệu compozit MoS2/rGO
• 3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến đặc trưng cấu trúc và hoạt tính xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO
• 3.3.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến đặc trưng cấu trúc của vật liệu MoS2/rGO
• 3.3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MoS2/rGO
• 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO
• 3.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến cấu trúc của vật liệu compozit MoS2/rGO
• 3.3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO
• 3.4. Kết quả tổng hợp vật liệu Mn-MoS2/rGO
• 3.4.1. Đặc trưng cấu trúc vật liệu Mn-MoS2/rGO
• 3.4.2. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Mn-MoS2/rGO
• 3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác trên các vật liệu MoS2/rGO và 3%Mn-MoS2/rGO
• 3.5.1. Ảnh hưởng của cường độ nguồn sáng
• 3.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ RhB ban đầu
• 3.5.3. Ảnh hưởng pH của dung dịch
• 3.5.4. Ảnh hưởng của các chất dập tắt gốc tự do
• 3.6. So sánh đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của các tổ hợp vật liệu
• 3.6.1. Đặc trưng cấu trúc của các tổ hợp vật liệu
• 3.6.2. Hoạt tính quang xúc tác của các tổ hợp vật liệu
• 3.7. Khả năng quang xúc tác của Mn-MoS2/rGO dưới các nguồn sáng khác nhau
• 3.8. Độ bền hoạt tính xúc tác vật liệu Mn-MoS2/rGO
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC