Xử Lý Nước Thải
TiO2 là gì ? Ứng dụng xử lý nước thải
Th9
TiO2 là gì ? Ứng dụng xử lý nước thải
TiO2 là gì ? TiO2 có tên đầy đủ là Titanium dioxide là một khoáng chất tự nhiên màu trắng được tìm thấy trong vỏ Trái đất, được sử dụng và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp hay môi trường.
Titanium dioxide có dạng bột mịn màu trắng, có độ tương phản cao và có khả năng tạo ra sắc tố trắng sáng. Vì vậy, chúng thường dùng làm thành phần trong các loại mỹ phẩm hiện nay với công dụng bảo vệ da khỏi các bức xạ UVA và UVB.
Tính chất vật lý của titan dioxide là gì?
Titanium dioxide có một số đặc điểm độc đáo làm cho nó phù hợp lý tưởng với nhiều ứng dụng khác nhau.
Điểm nóng chảy cực cao là 1.843ºC và điểm sôi là 2.972ºC, do đó xảy ra tự nhiên dưới dạng chất rắn, và thậm chí ở dạng hạt của nó, không tan trong nước. TiO2 cũng là một chất cách điện.
Không giống như các vật liệu trắng khác có thể có màu hơi vàng trong ánh sáng, do cách TiO2 hấp thụ ánh sáng tia cực tím, nó không có vẻ ngoài này và xuất hiện dưới dạng màu trắng tinh khiết.
Điều quan trọng, titan dioxide cũng có chỉ số khúc xạ rất cao (khả năng tán xạ ánh sáng), thậm chí cao hơn cả kim cương. Điều này làm cho nó trở thành một chất vô cùng tươi sáng và một vật liệu lý tưởng cho việc sử dụng thiết kế thẩm mỹ.
Một tính chất quan trọng khác của titan dioxide là nó có thể hiển thị hoạt động xúc tác quang dưới ánh sáng tia cực tím. Điều này làm cho nó hiệu quả để làm sạch môi trường, cho các loại lớp phủ bảo vệ khác nhau, khử trùng và chống mờ bề mặt, và ngay cả trong điều trị ung thư.
Độ sáng, độ bền màu, độ mờ và độ mờ không giống bất kỳ chất nào khác.
Tính ổn định của nhiệt, ánh sáng và thời tiết ngăn chặn sự xuống cấp của sơn, trong màng và sự hấp thụ của nhựa.
Khả năng bảo vệ: khả năng phân tán và hấp thụ bức xạ UV làm cho TiO2 trở thành một thành phần quan trọng cho kem chống nắng, bảo vệ da khỏi các tia UV gây hại, gây ung thư.
Được sử dụng làm chất xúc tác quang trong các tấm pin mặt trời cũng như làm giảm các chất ô nhiễm trong không khí.
Ứng dụng của TiO2
Xử lý nước thải rỉ rác bằng TiO2
Ở công đoạn này, độ màu và các hợp chất dễ phân hủy đã được xử lý. Nước rỉ rác chỉ còn lại các hợp chất bền khó phân hủy. Nước rỉ rác được chuyển đến bể xử lý bằng TiO2 để tiếp tục xử lý. Dưới tác dụng của đèn UV (90 cái, 75W), ánh sáng mặt trời, xúc tác TiO2 và môi trường pH phù hợp, phản ứng quang hóa xảy ra và phân hủy các hợp chất khó phân hủy thành CO2, nước và các chất vô hại khác. từ đó làm sạch nước thải.
Tại đây, các hợp chất được phân giải theo sơ đồ sau:
Khi chiếu ánh sáng có năng lượng photon (hv) lớn hơn 3,2eV lên bề mặt xúc tác sẽ tạo ra cặp điện từ (e-) và lỗ trống (h+), các e- này sẽ dịch chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ trống ở lại vùng hóa trị.
TiO2 + hʋ => e- + h+
Khi xuất hiện các lỗ trống mang điện tích dương (h+) trong môi trường là nước thì tại vùng hóa trị xảy ra những phản ứng tạo gốc tự do OH•
h+ + H2O => OH• + H+
h+ + OH- => OH•
Tại vùng dẫn có sự hình thành các gốc O2-:
e- + O2 => O2-
Sau đó xảy ra quá trình khử và quá trình oxy hóa:
OH + chất hữu cơ => CO2 + H2O
O2- + chất ô nhiễm => CO2 + H2O
Ngoài ra còn một số gốc oxy hóa khác được hình thành như:
O2•- + H+ => •OOH
•OOH + chất ô nhiễm => CO2 + H2O
•OOH + H2O => CO2 + H2O2
•OOH => 2 •OH
– Ngành Sơn và Nhựa
Khi được sử dụng đặc biệt như một sắc tố trong sơn, TiO2 được gọi là titan trắng, Pigment White 6 hoặc CI 77891. Nó còn được gọi là ’màu trắng hoàn hảo hay’ màu trắng nhất do chất lượng làm trắng tinh khiết, mạnh mẽ của nó.
Cho đến khi luật thay đổi vào những năm 1920, hầu hết các nhà sản xuất sơn thương mại đã sử dụng chì trắng độc hại cao làm chất tẩy trắng và ban đầu không chuyển đổi sang sử dụng titan dioxide, một phần do chi phí cao hơn. Kẽm oxit (ZnO) cũng được sử dụng làm sắc tố trắng nhưng không hiệu quả.
Titanium dioxide hiện là một trong những sắc tố phổ biến nhất trong sử dụng toàn cầu, và là cơ sở cho hầu hết các màu sơn. Nó cũng được tìm thấy trong lớp phủ và nhựa. Những sử dụng titan dioxide chiếm hơn 50 phần trăm sử dụng toàn cầu của nó.
Chỉ số khúc xạ cao của nó có nghĩa là, như một sắc tố, nó có thể tán xạ ánh sáng khả kiến. Điều này dẫn đến màu đục và tạo ra chất lượng sáng, phản chiếu khi áp dụng lên bề mặt hoặc tích hợp vào sản phẩm.
Một ví dụ quan trọng về việc sử dụng nó trong các ứng dụng này là làm lớp phủ cho tuabin gió, cung cấp cả màu trắng phù hợp và bảo vệ khỏi sự xuống cấp của tia cực tím. Vì những lý do tương tự, nó cũng được tìm thấy trong các khung cửa sổ bằng nhựa.
– Ngành thực phẩm
Trong thực phẩm, TiO2 được sử dụng ở cấp sắc tố và được gọi là E171. Trong nhiều sản phẩm thực phẩm, nó hoạt động như một chất làm trắng, nhưng cũng như một chất tăng cường màu sắc và kết cấu. E171 có thể cho độ mịn, khi được sử dụng trong một số sản phẩm như sôcôla, hoặc có thể giúp tạo hiệu ứng như được sử dụng trong một số đồ ngọt.
– Ngành Mỹ phẩm và chăm sóc da
Trong các sản phẩm chăm sóc da và trang điểm, titan dioxide được sử dụng vừa là sắc tố vừa là chất làm đặc cho kem. Là một loại kem chống nắng, TiO2 siêu mịn được sử dụng vì tính trong suốt và khả năng hấp thụ tia cực tím.
Lợi ích môi trường khác
Do tính chất khác nhau của nó, titan dioxide đã được tìm thấy là hữu ích cho nhiều ứng dụng thân thiện với môi trường khác nhau.
Khi được sử dụng trong lớp phủ sơn bên ngoài các tòa nhà ở vùng khí hậu ấm áp và nhiệt đới, chất lượng phản chiếu ánh sáng trắng của TiO2 có thể giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể, vì nó làm giảm nhu cầu điều hòa không khí.
Ngoài ra, độ mờ đục của nó có nghĩa là nó không cần phải được áp dụng trong lớp phủ dày hoặc kép, cải thiện hiệu quả tài nguyên và tránh lãng phí.
Là một chất xúc tác quang, titan dioxide có thể được thêm vào sơn, xi măng, cửa sổ và gạch để phân hủy các chất ô nhiễm môi trường. Là một vật liệu nano, nó cũng có thể được sử dụng làm chất xúc tác quan trọng trong hệ thống khí thải cho ô tô, xe tải và nhà máy điện, do đó giảm thiểu tác động môi trường.
Các nhà nghiên cứu đang khám phá ra cách sử dụng tiềm năng mới cho titan dioxide ở dạng này. Điều này bao gồm sản xuất năng lượng sạch.
Là một chất xúc tác quang, người ta cũng chứng minh rằng TiO2 có thể thực hiện quá trình thủy phân (phá vỡ nước thành hydro và oxy), và hydro thu được có thể được sử dụng làm nhiên liệu.
Ngoài ra, một loại pin năng lượng mặt trời có sẵn để sử dụng – được gọi là tế bào Grätzel – sử dụng titan dioxide loại nano để sản xuất năng lượng mặt trời trong một quá trình tương tự như quang hợp ở thực vật.
Bài Viết Liên Quan: