- TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU. - Vật liệu nano. - Phân loại vật liệu nano. - Tính chất của vật liệu nano. - Ứng dụng của vật liệu nano. - Một số phương pháp tổng hợp vật liệu oxit nano. - Các phương pháp nghiên cứu vật liệu. - Tổng hợp hợp vật liệu ZnO pha tạp ZnFe 2 O 4 bằng phương pháp đốt cháy dung dịch. - 2.2.2 Tổng hợp vật liệu ZnFe 2 O 4 tinh khiết. - 2.2.3 Tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp ZnFe 2 O 4. - 2.3 Nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu. - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng quang xúc tác phân huỷ RhodaminB của các vật liệu. - Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu. - Kết quả nghiên cứu vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen. - 3.5.3.Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu. - Thành phần pha và kích thước tinh thể của các vật liệu ZnO, ZF10 ÷ ZF50. - Bảng giá trị ln(C o /C t ) theo thời gian khi có mặt các vật liệu. - Một số ví dụ về vật liệu nano: (a) hạt nano, (b) ống nano, (c) màng. - nano và (d) vật liệu có cấu trúc nano. - Phổ UV-Vis (a) và hiệu suất (b) của dung dịch RhB theo thời gian khi có mặt vật liệu ZF50. - Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt H 2 O 2 và vật liệu ZnO, ZF10÷50 sau. - Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi có mặt H 2 O 2 và vật liệu. - Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt H 2 O 2 và vật liệu ZF50với các khối. - lượng vật liệu khác nhausau 240 phút chiếu sáng. - Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi có vật liệu ZF50 và. - Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt vật liệu ZF50 và H 2 O 2 với thể tích. - Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano ZnO pha tạp ZnFe 2 O 4. - Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc dạng hạt, sợi, ống, tấm mỏng. - Hiện nay vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano, vật liệu nano liên kết hai lĩnh vực trên với nhau.. - Một số ví dụ về vật liệu nano: (a) hạt nano, (b) ống nano, (c) màng nano và (d) vật liệu có cấu trúc nano. - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Người ta phân vật liệu nano ra làm các loại dựa vào hình dạng vật liệu:. - Vật liệu cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử gọi là vật liệu nano không chiều (0D). - Vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù) gọi là vật liệu nano một chiều (1D. - Vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do gọi làvật liệu nano hai chiều (2D) là, ví dụ: màng mỏng…. - Vật liệu nano với kích thước rất nhỏ trong khoảng 1 đến 100nm có những tính chất thú vị khác hẳn so với vật liệu khối thông thường. - Sự thay đổi tính chất một cách đặc biệt ở kích thước nano được cho là do hiệu ứng bề mặt và do kích thước tới hạn của vật liệu nano.. - Các nguyên tử trên bề mặt đóng vai trò như các tâm hoạt động chính vì vậy các vật liệu nano thường có hoạt tính hóa học cao.. - Vật liệu nano có tính chất đặc biệt vì kích thước của nó cũng nằm trong phạm vi kích thước tới hạn của các tính chất điện, từ, quang, siêu dẫn, siêu phân tử…. - của vật liệu [4].. - Công nghệ nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giảm kích thước của các thiết bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ. - Công nghệ nano giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng. - Trong lĩnh vực xúc tác: Các vật liệu nano có thể làm cho nhiều phản ứng đạt tốc độ tối đa và hiệu suất chuyển hóa của sản phẩm là lớn nhất. - Các loại vật liệu hấp phụ, phá hủy. - Có hai phương thức cơ bản để chế tạo vật liệu nano là phương pháp từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up)(hình 1.2).. - Phương pháp từ trên xuống là dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. - Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu). - Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều hoặc hai chiều.. - Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này. - Phương pháp vật lý là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử (như bốc bay nhiệt: đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) hoặc chuyển pha (vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể). - Phương pháp hóa học là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. - Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. - Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel. - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Phương pháp kết hợp là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí. - Sau đây chúng tôi giới thiệu một số phương pháp hóa học để tổng hợp vật liệu nano oxit.. - Phương pháp thuỷ nhiệt đã được biết đến từ lâu và nó chiếm một vị trí quan trọng trong nhiều ngành khoa học và công nghệ mới đặc biệt là trong công nghệ sản xuất các vật liệu kích thước nano met.. - Thành công của quá trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp thủy nhiệt phụ thuộc vào sự lựa chọn tiền chất, nhiệt độ, pH và nồng độ của chất phản ứng .Trong phương pháp này thường sử dụng một số chất hữu cơ làm chất hoạt động bề mặt như cetyl trimetyl amoni bromua (CTAB), natri dodecyl sunfat (SDS), poli etylen glicol (PEG), etylen diamin (EDA) [5].. - Phương pháp sol-gel là một phương pháp tổng hợp vật liệu hiện đại và tỏ ra vượt trội so với các phương pháp khác về chế tạo các vật liệu phun, phủ trên màng mỏng, làm tăng hiệu quả sử dụng của vật liệu nano. - Oxit ZnO là một trong những vật liệu bán dẫn có sự ổn định hóa học cao, không gây độc, giá thành tương đối thấp nên được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như chế tạo. - Tác giả [23] đã điều chế vật liệu CoFe 2 O 4 /ZnO như sau: trước hết, dùng phương pháp đồng kết tủa để điều chế CoFe 2 O 4 tinh khiết. - Theo tác giả [32] đã tổng hợp được vật liệu ZnO pha tạp ZnFe 2 O 4 bằng cách sau:. - Phản ứng được thực hiện ở 80 o C trong 5 giờ, thu được vật liệu ZnFe 2 O 4 /ZnO. - Năng lượng vùng cấm của vật liệu 4% ZnFe 2 O 4 /ZnO (1,91 eV) nhỏ hơn so với ZnO tinh khiết (3,18 eV). - Sau 100 phút phản ứng, metylen xanh bị phân hủy gần như hoàn toàn khi có mặt vật liệu 4% ZnFe 2 O 4 /ZnO dưới ánh sáng mặt trời.. - Vật liệu ZnO pha tạp ZnFe 2 O 4 cũng được tác giả [33] tổng hợp bằng phương pháp vi nhũ. - Vật liệu NiFe 2 O 4 /ZnO được tổng hợp bằng cách trộn NiFe 2 O 4 , ZnO và theo tỉ lệ 1:20:10 rồi nung ở 800 o C trong 8 giờ [16]. - Kết quả xác định năng lượng vùng cấm của vật liệu NiFe 2 O 4 /ZnO là 1,71 eV, nhỏ hơn so với ZnO (3,12 eV) và cao hơn NiFe 2 O 4 tinh khiết (1,6 eV). - Hiệu suất phân hủy MB của vật liệu NiFe 2 O 4 /ZnO cao hơn ZnO tinh khiết sau 70 phút phản ứng.. - Một trong những nguyên nhân làm tăng hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu ZnO pha tạp ferit là do các ferit có năng lượng vùng cấm nhỏ hơn so với ZnO (3,2 eV) nên có sự chuyển electron từ ferit sangZnO. - Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray Diffraction-XRD) là một phương pháp hiệu quả dùng để xác định các đặc trưng của vật liệu và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. - Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen cung cấp thông tin về mẫu vật liệu nghiên cứu như sự tồn tại định tính, định lượng các pha, hằng số mạng tinh thể, kích thước hạt tinh thể.. - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy- TEM) là phương pháp quan trọng trong việc xác định cấu trúc của vật liệu. - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn người ta có thể xác định được các vật liệu bán dẫn phản ứng mạnh trong vùng ánh sáng tử ngoại hay khả kiến. - t o 3ZnO + 5CO 2 + 8N 2 + 10H 2 O 2.2.2 Tổng hợp vật liệu ZnFe 2 O 4 tinh khiết. - Tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp ZnFe 2 O 4. - Vật liệu. - Nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu. - Hiệu suất hấp phụ RhB của vật liệu được xác định bằng công thức sau:. - Chuẩn bị các bình tam giác 250 mL, mỗi bình chứa 100 mL dung dịch RhB 10 mg/l vào 100 mg vật liệu ZnO, ZF10 ÷ZF50.. - Chuẩn bị 4 bình tam giác 250 mL, mỗi bình chứa 100mL dung dịch RhB nồng độ 10 mg/l và vật liệu ZF50 với khối lượng thay đổi từ 25 mg đến 100 mg.. - Chuẩn bị 4 bình tam giác 250 mL, mỗi bình chứa 100mL dung dịch RhB nồng độ 10 mg/l và 50 mg vật liệu ZF50.. - Thành phần pha và kích thước tinh thể của vật liệu ZnO, ZF10 ÷ ZF50 Tên mẫu Thành phần. - Từ hình 3.7 cho thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N 2 của 2 mẫu trên đều thuộc loại III, đặc trưng cho vật liệu mao quản trung bình [8].. - Từ hình 3.8 cho thấy, sau 30 phút hiệu suất hấp phụ RhB chỉ đạt 3,05% khi có mặt vật liệu ZF50. - Từ kết quả trên chúng tôi cho rằng thời gian đạt cân bằng hấp phụ với RhB trên vật liệu là 30 phút.. - Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi có mặt H 2 O 2 và vật liệu ZF20 (a), ZF30 (b), ZF40 (c), ZF50 (d). - Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt H 2 O 2 và vật liệu ZnO, ZF10÷50 sau 240 phút chiếu sang. - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.5.3.Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu. - Phổ UV-Vis của dung dịch RhB sau các khoảng thời gian với sự có mặt của H 2 O 2 và vật liệu ZF50 với khối lượng khác nhau được chỉ ra ở hình 3.17. - Nguyên nhân là do khi khối lượng vật liệu tăng thì quá trình khuếch tán của phân tử RhB đến bề mặt chất xúc tác được thuận lợi. - Tuy nhiên khi khối lượng vật liệu ZF50 tăng lên 100 mg thì hiệu suất phân huỷ RhB giảm còn 80,22%. - Nguyên nhân là khi khối lượng vật liệu tăng quá nhiều có thể cản trở hoạt động của các tâm phản ứng dẫn đến hiệu suất phân huỷ RhB giảm [16].. - Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi có mặt H 2 O 2 và vật liệu ZF50 với các khối lượng 25mg (a), 50mg (b), 75mg (c), 100mg (d). - Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt H 2 O 2 và vật liệu ZF50 với các khối lượng vật liệu khác nhau sau 240 phút chiếu sáng. - Phổ UV-Vis của dung dịch RhB sau các khoảng thời gian với sự có mặt của vật liệu ZF50 và H 2 O 2 với các thể tích khác nhau được chỉ ra ở hình 3.19.. - Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi có vật liệu ZF50 và H 2 O 2 với thể tích 1ml (a), 1,5ml (b), 2ml (c), 2,5ml(d). - Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt vật liệu ZF50 và H 2 O 2 với thể tích khác nhau sau 240 phút chiếu sáng. - Đã tổng hợp được các vật liệu ZnO, ZnFe 2 O 4 và ZF10÷ZF50 bằng phương pháp đốt cháy dung dịch.. - Đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất phân huỷ RhBkhi có mặt H 2 O 2 và vật liệu ZnO, ZF10÷Z50. - Khi khối lượng vật liệu tăng từ 25 75mg thì hiệu suất phân huỷ RhB tăng từ 74,57% đến 84,88% và giảm xuống 80,21% khi khối lượng vật liệu tăng lên lớn 100mg.. - Nguyễn Đức Nghĩa Hóa học nano - Công nghệ nền và vật liệu nguồn", Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt