Nghiên cứu ứng dụng xúc tác quang Titanate Nanotubes xử lý màu Procion MX trong nước

ệp dệt nhuộm (hình 2). 
TNTs điều chế ở pH 1, 2 và 3 lần lượt xử lý 
đạt QCVN sau 135, 165 và 180 phút thí 
nghiệm. Trong khi TNTs điều chế ở pH 0,7; 
54 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 30, Nov 2018 
5; 7; 8 không đạt được QCVN sau 180 phút 
tiến hành xử lý. 
Hình 1. Hiệu suất khử màu và hằng số tốc độ phản 
ứng các loại xúc tác quang TNTs tổng hợp ở các pH 
khác nhau sau 180 phút. 
Hình 2. Độ màu theo thời gian sử dụng các loại xúc 
tác quang TNTs tổng hợp ở các pH khác nhau 
Kết quả từ hình 1 cũng cho thấy hằng số 
tốc độ phản ứng Kaap của xúc tác TNTs điều 
chế ở pH bằng 1,6 là cao nhất, đạt giá trị 
0,04186, cao hơn nhiều so với Kaap của các 
TNTs khác. Kaap của xúc tác TNTs được điều 
chế ở pH bằng 8 là thấp nhất ở giá trị 
0,00327. Tương tự hiệu quả xử lý, hằng số 
tốc độ phản ứng Kaap cũng tăng dần từ pH 
0,7 đến pH 1,6 và giảm dần từ pH 1,6 đến pH 
8. Hằng số tốc độ phản ứng càng cao chứng 
tỏ tốc độ phản ứng quang xúc tác của vật liệu 
càng cao. Do đó, có thể kết luận là xúc tác 
TNTs điều chế ở pH 1,6 cho khả năng xử lý 
tốt nhất và xúc tác TNTs điều chế ở pH bằng 
8 có khả năng xử lý thấp nhất. 
3.2. Ảnh hưởng của UV và vật liệu 
 TNTs 
Bên cạnh vật liệu, quá trình quang xúc 
tác là một quá trình kết hợp cộng hưởng lẫn 
nhau của hấp phụ và xúc tác dưới điều kiện 
chiếu sáng. Kết quả thí nghiệm hấp phụ (chỉ 
có vật liệu xúc tác, không bật đèn UV), 
quang hóa (chỉ có đèn UV, không có vật liệu 
xúc tác) và quang xúc tác (vừa có xúc tác vừa 
có đèn UV) được trình bày ở hình 3. Các thí 
nghiệm này sử dụng vật liệu TNTs điều chế 
ở pH 1,6 không nung (chỉ sấy ở 100oC, ký 
hiệu TNT - 1,6 - 100) và có nung (nung ở 
600 oC, ký hiệu TNT - 1,6 - 600) để kiểm tra 
ảnh hưởng của tính chất vật liệu lên hiệu quả 
xử lý màu. 
Hình 3. Ảnh hưởng của quá trình hấp phụ, quang hóa 
và quang xúc tác đến khả năng khử màu của xúc tác 
quang TNTs không nung (sấy ở 100 oC, TNT-1,6-100) 
và có nung (nung ở 600 oC, TNT-1,6-600). Riêng thí 
nghiệm chỉ có UV được tiến hành tách biệt và đèn UV 
được bật lên đồng thời với thời gian bắt đầu thực hiện 
các thí nghiệm còn lại. 
Hình 3 cho thấy khi tiến hành thí nghiệm 
không có đèn UVA chiếu sáng thì hiệu quả 
xử lý màu Procion MX của cả hai xúc tác 
TNTs nung ở 100oC và 600oC đều cho hiệu 
quả xử lý rất thấp và gần như nhau. Độ màu 
của Procion MX sau 60 phút xử lý bắt đầu 
tương đối ổn định và giảm không đáng kể 
nữa. Độ màu Procion MX giảm từ 182 xuống 
174 Pt - Co (hiệu quả khử màu 5%) khi sử 
dụng TNT-1,6-100 và từ 181 xuống 173 Pt - 
Co (hiệu quả 3,9%) khi sử dụng TNT - 1,6 - 
600. Ở đây, phản ứng quang xúc tác đã 
không xảy ra do nguồn ánh sáng nhìn thấy 
thông thường trong phòng không thích hợp 
cho quá trình quang xúc tác (nguồn sáng yêu 
cầu cho xúc tác quang TiO 2 vào khoảng 365 
nm, tương đương với mức năng lượng 3,2 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 30-11/2018 
55 
eV). Và cơ chế chủ yếu diễn ra trong thí 
nghiệm này là quá trình hấp phụ Procion MX 
lên bề mặt của xúc tác TNTs. Mặc dù TNT - 
1,6 - 100 với cấu trúc xốp có diện tích bề mặt 
cao hơn khoảng 6 lần so với TNT - 1,6 - 600 
[17] nhưng hiệu quả xử lý màu khi không có 
UV của hai loại vật liệu này gần như nhau và 
đều rất thấp, cho thấy cơ chế hấp phụ nếu 
không có quang xúc tác sẽ có đóng góp hạn 
chế trong việc xử lý màu Procion MX. 
Sau thời gian 60 phút hấp phụ, đèn UVA 
được bật lên và hiệu quả xử lý màu của 
Procion MX tăng rõ rệt. Sau 60 phút xử lý, 
hiệu quả xử lý Procion MX tăng cao hơn 
đáng kể so với thí nghiệm không có đèn 
UVA và độ màu Procion MX vẫn còn đang 
tiếp tục giảm sau 60 phút. Khi sử dụng TNT - 
1,6 - 100, độ màu Procion MX chỉ giảm từ 
174 xuống 159 Pt - Co với hiệu quả khử màu 
khoảng 8,1%, chứng tỏ rằng vật liệu TNTs 
không nung chủ yếu xử lý màu bằng phương 
pháp hấp phụ và quang hóa, còn chính khả 
năng quang xúc tác lại rất thấp. Khi sử dụng 
TNT - 1,6 - 600, độ màu Procion MX giảm 
từ 173 xuống 84 Pt - Co với hiệu quả khử 
màu khoảng 51,7%, cho thấy quá trình quang 
xúc tác đã diễn ra. Nguyên nhân là do đèn 
UVA đã chiếu photon ánh sáng có năng 
lượng cao hơn năng lượng vùng cấm của chất 
xúc tác TNT - 1,6 - 600 nên đã kích ứng 
được phản ứng quang xúc tác. Kết quả quang 
xúc tác khác nhau giữa hai loại TNTs này có 
thể là do độ tinh thể hóa và cấu trúc của vật 
liệu. Trong khi TNT - 1,6 - 100 ở dạng vô 
định hình thì TNT - 1,6 - 100 có cấu trúc tinh 
thể anatase [17]. Thành phần pha anatase là 
yếu tố chính dẫn đến khả năng quang xúc tác 
của vật liệu khi được chiếu sáng bởi nguồn 
ánh sáng có bước sóng thích hợp. Các photon 
có mức năng lượng cao hơn năng lượng vùng 
cấm của vật liệu anatase có thể làm tách các 
electron từ vùng dẫn nhảy lên vùng hóa trị để 
lại các lỗ trống mang điện tích dương. Các 
electron sau đó kết hợp với oxy và lỗ trống 
kết hợp với nước để lần lượt tạo ra các gốc tự 
do O2. và OH.có khả năng oxy hóa rất cao. 
Các gốc tự do này là yếu tố kiểm soát khả 
năng quang xúc tác và chịu trách nhiệm 
chính trong việc oxy hóa và khoáng hóa hoàn 
toàn các hợp chất hữu cơ trong nước. 
4. Kết luận 
Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng pH 
dung dịch xử lý axít trong quá trình điều chế 
TNTs đến hiệu quả khử màu Procion MX 
trong nước. Kết quả cho thấy vật liệu xúc tác 
quang TNTs được điều chế ở pH =1,6 và 
nung ở nhiệt độ 600oC đạt được hiệu quả xử 
lí Procion MX cao nhất đến 100% sau 180 
phút và đạt loại A QCVN 13 - 
MT:2015/BTNMT sau 90 phút xử lý. Kết 
quả cũng chỉ ra rằng quá trình quang xúc tác 
là cơ chế chính cho việc khử màu. Các 
nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào 
việc biến tính vật liệu TNTs để đạt được hiệu 
quả cao hơn với thời gian xử lý ngắn hơn và 
các điều chỉnh khác trong quá trình điều chế 
TNTs như loại tiền chất TiO 2, nồng độ 
NaOH và TiO2, thời gian và nhiệt độ thủy 
nhiệt  
Lời cảm ơn 
Nghiên cứu được tài trợ bởi Trung tâm 
CARE-Rescif, Trường Đại học Bách Khoa – 
ĐHQG-HCM trong khuôn khổ đề tài mã số 
Tc-MTTN-2018-07. 
Tài liệu tham khảo 
[1] S. Dey, A. Islam (2015), A review on textile 
wastewater characterization in Bangladesh, 
Resources and Environment 5, 15-44. 
[2] E. Forgacs, T. Cserháti, G. Oros (2004), Removal 
of synthetic dyes from wastewaters: a review, 
Environ. Int. 30, 953-971. 
[3] Y. Anjaneyulu, N. Sreedhara Chary, D. Samuel 
Suman Raj (2005), Decolourization of Industrial 
Effluents – Available Methods and Emerging 
Technologies – A Review, Reviews in 
Environmental Science and Bio/Technology 4, 
245-273. 
[4] K. Singh, S. Arora (2011), Removal of Synthetic 
Textile Dyes From Wastewaters: A Critical 
Review on Present Treatment Technologies, Crit. 
Rev. Environ. Sci. Technol. 41, 807-878. 
[5] S. Ahmed, M.G. Rasul, W.N. Martens, R. Brown, 
M.A. Hashib (2011), Advances in Heterogeneous 
Photocatalytic Degradation of Phenols and Dyes 
in Wastewater: A Review, Water, Air, Soil Pollut. 
215, 3-29. 
[6] U.G. Akpan, B.H. Hameed (2009), Parameters 
affecting the photocatalytic degradation of dyes 
using TiO2-based photocatalysts: A review, J. 
Hazard. Mater. 170, 520-529. 
[7] J.N. Tiwari, R.N. Tiwari, K.S. Kim (2012), Zero-
dimensional, one-dimensional, two-dimensional 
and three-dimensional nanostructured materials 
56 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 30, Nov 2018 
for advanced electrochemical energy devices, 
Prog. Mater Sci. 57, 724-803. 
[8] N. Liu, X. Chen, J. Zhang, J.W. Schwank (2014), 
A review on TiO2 -based nanotubes synthesized 
via hydrothermal method: Formation mechanism, 
structure modification, and photocatalytic 
applications, Catal. Today 225, 34-51. 
[9] H.H. Ou, S.L. Lo (2007), Review of titania 
nanotubes synthesized via the hydrothermal 
treatment: Fabrication, modification, and 
application, Sep. Purif. Technol. 58, 179-191. 
[10] C.L. Wong, Y.N. Tan, A.R. Mohamed (2011), A 
review on the formation of titania nanotube 
photocatalysts by hydrothermal treatment, J. 
Environ. Manage. 92, 1669-1680. 
[11] N.T. Thuy, H.T. Anh, N.V. An, N.N. Huy, 
Preparation of titanate nanotubes and application 
for photocatalytic degradation of Procion MX in 
wastewater, in: Hội nghị Khoa học và Công 
Nghệ Trẻ Bách Khoa năm 2017, Ho Chi Minh 
City, Vietnam, 2017. 
[12] E. Morgado Jr, M.A.S. de Abreu, O.R.C. Pravia, 
B.A. Marinkovic, P.M. Jardim, F.C. Rizzo, A.S. 
Araújo (2006), A study on the structure and 
thermal stability of titanate nanotubes as a 
function of sodium content, Solid State Sci. 8, 
888-900. 
[13] C.C. Tsai, J.N. Nian, H.S. Teng (2006), 
Mesoporous nanotube aggregates obtained from 
hydrothermally treating TiO2 with NaOH, Appl. 
Surf. Sci. 253, 1898-1902. 
[14] C.C. Tsai, H.S. Teng (2006), Structural Features 
of Nanotubes Synthesized from NaOH Treatment 
on TiO2 with Different Post-Treatments, Chem. 
Mater. 18, 367-373. 
[15] A. Nada, Y. Moustafa, A. Hamdy (2014), 
Improvement of Titanium Dioxide Nanotubes 
through Study Washing Effect on Hydrothermal, 
British Journal of Environmental Sciences 2, 29-
40. 
[16] T. Kasuga, M. Hiramatsu, A. Hoson, T. Sekino, 
K. Niihara (1998), Formation of titanium oxide 
nanotube, Langmuir 14, 3160-3163. 
[17] N.H. Nguyen, H. Bai (2014), Photocatalytic 
removal of NO and NO2 using titania nanotubes 
synthesized by hydrothermal method, J. Environ. 
Sci. 26, 1180-1187. 
[18] C.G. da Silva, J.L.s. Faria (2003), Photochemical 
and photocatalytic degradation of an azo dye in 
aqueous solution by UV irradiation, J. 
Photochem. Photobiol. A 155, 133-143. 
[19] J. Saien, S. Khezrianjoo (2008), Degradation of 
the fungicide carbendazim in aqueous solutions 
with UV/TiO2 process: Optimization, kinetics and 
toxicity studies, J. Hazard. Mater. 157, 269-276. 
 Ngày nhận bài: 12/10/2018 
 Ngày chuyển phản biện: 17/10/2018 
 Ngày hoàn thành sửa bài: 7/11/2018 
 Ngày chấp nhận đăng: 14/11/2018