« Home « Kết quả tìm kiếm

Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng


Tóm tắt Xem thử

- Nghiên c ứ u đ i ề u ch ế v ậ t li ệ u TiO 2 bi ế n tính kích th ướ c nano mét và kh ả o sát kh ả n ă ng quang xúc tác c ủ a chúng.
- Tuy nhiên, hi ệ u su ấ t c ủ a quá trình quang xúc tác này đ ôi khi b ị ng ă n c ả n b ở i độ r ộ ng vùng c ấ m c ủ a nó.
- “Nghiên c ứ u đ i ề u ch ế v ậ t li ệ u TiO 2 bi ế n tính kích th ướ c nano mét và kh ả o sát kh ả n ă ng quang xúc tác c ủ a chúng”..
- Ta có các ứ ng d ụ ng xúc tác quang c ủ a TiO 2 đượ c đư a ra nh ư trong hình 3..
- Nhìn vào hình 4 ta có th ể th ấ y l ượ ng TiO 2 s ử d ụ ng cho l ĩ nh v ự c quang xúc tác chi ế m g ầ n 50% trong nh ữ ng ứ ng d ụ ng c ủ a TiO 2 và t ă ng d ầ n theo th ờ i gian [35]..
- Hình 3: S ơ đồ ứ ng d ụ ng tính ch ấ t quang xúc tác c ủ a TiO 2 .
- S ả n l ượ ng TiO 2 s ử d ụ ng h ằ ng n ă m trong l ĩ nh v ự c quang xúc tác:.
- Hình 4: L ượ ng TiO 2 s ử d ụ ng h ằ ng n ă m trong l ĩ nh v ự c quang xúc tác..
- Quang xúc tác Quang đ i ệ n.
- Ứ ng d ụ ng trong xúc tác quang hóa x ử lý môi tr ườ ng [1].
- Các ph ươ ng pháp v ậ t lý [2].
- Ph ươ ng pháp sputtering (b ắ n phá ion):.
- Ph ươ ng pháp này th ườ ng đượ c dùng để đ i ề u ch ế màng TiO x đ a tinh th ể nh ư ng thành ph ầ n chính là rutile và không có ho ạ t tính xúc tác..
- Các ph ươ ng pháp hoá h ọ c.
- Wei và c ộ ng s ự đ ã t ổ ng h ợ p các h ạ t nano TiO 2 đượ c đồ ng kích ho ạ t b ở i N và La v ớ i ho ạ t tính xúc tác t ố t h ơ n d ướ i ánh sáng nhìn th ấ y, t ạ i đ ó ch ấ t bi ế n tính N có nhi ệ m v ụ thu h ẹ p d ả i tr ố ng c ủ a TiO 2 và ch ấ t bi ế n tính La 3+ thì ng ă n c ả n s ự t ạ o thành k ế t t ụ c ủ a các h ạ t nano.
- Chang và c ộ ng s ự c ũ ng đ ã thông báo v ề v ậ t li ệ u nano TiO 2 đượ c đồ ng kích ho ạ t b ở i Cr và N v ớ i s ự h ấ p th ụ ánh sáng nhìn th ấ y d ẫ n đế n m ộ t hi ệ u qu ả kh ử màu xúc tác quang xanh metylen, tr ừ khi ở n ồ ng độ ch ấ t thêm nit ơ th ấ p.
- Các ứ ng d ụ ng xúc tác quang .
- B ả n ch ấ t ph ả n ứ ng xúc tác quang c ủ a ch ấ t bán d ẫ n không ph ứ c t ạ p.
- H 2 O 2 , ho ặ c O 2 , cùng đ óng vai trò quan tr ọ ng trong các ph ả n ứ ng xúc tác quang.
- M ộ t di ệ n tích b ề m ặ t l ớ n v ớ i m ậ t độ b ề m ặ t h ằ ng s ố c ủ a các ch ấ t h ấ p ph ụ d ẫ n đế n t ố c độ ph ả n ứ ng xúc tác quang nhanh h ơ n.
- Trong phát hi ệ n này, di ệ n tích b ề m ặ t riêng càng l ớ n thì ho ạ t tính xúc tác quang càng cao.
- Khi kích th ướ c các h ạ t TiO 2 gi ả m xu ố ng, s ố l ượ ng các nguyên t ử đị nh ch ỗ trên b ề m ặ t t ă ng lên t ươ ng ứ ng v ớ i t ỉ lên di ệ n tích b ề m ặ t trên th ể tích c ũ ng t ă ng lên, đ i ề u này có th ể làm gia t ă ng thêm ho ạ t tính xúc tác.
- M ộ t đ i ề u không thu ậ n l ợ i ở các h ạ t nano TiO 2 đ ó là chúng ch ỉ có th ể s ử d ụ ng ph ầ n tr ă m r ấ t nh ỏ ánh sáng m ặ t tr ờ i cho quá trình xúc tác quang.
- Trên th ự c t ế , t ồ n t ạ i m ộ t kích th ướ c t ố i ư u đố i cho m ộ t ph ả n ứ ng xúc tác quang đặ c bi ệ t..
- H ọ đư a ra gi ả thuy ế t r ằ ng s ự ph ụ thu ộ c c ủ a hi ệ u su ấ t vào kích th ướ c h ạ t có ngu ồ n g ố c t ừ s ự khác nhau v ề ho ạ t tính hóa h ọ c ch ứ không t ừ các tính ch ấ t v ậ t lý c ủ a các ch ấ t xúc tác này..
- Wang và c ộ ng s ự đ ã th ấ y r ằ ng có m ộ t kích th ướ c t ố i ư u đố i v ớ i các h ạ t nano TiO 2 cho hi ệ u qu ả xúc tác quang t ố t nh ấ t trong vi ệ c phân h ủ y clorofom.
- Yang và c ộ ng s ự đ ã tìm th ấ y r ằ ng các ố ng nano TiO 2 đượ c x ử lý b ở i dung d ị ch H 2 SO 4 có ho ạ t tính xúc tác quang trong quá trình phân h ủ y axit cam II theo th ứ t ự d ướ i đ ây: ố ng nano TiO 2 đượ c x ử lý b ở i dung d ị ch H 2 SO 4 1,0 mol/l >.
- TiO 2 aerogel c ũ ng đượ c cho là h ứ a h ẹ n ho ạ t tính xúc tác quang t ố t.
- Trong nhi ề u th ậ p k ỷ tr ướ c, v ậ t li ệ u nano TiO 2 đượ c kích ho ạ t b ở i kim lo ạ i nh ằ m nâng cao hi ệ u qu ả xúc tác quang trong quá trình phân h ủ y các ch ấ t ô nhi ễ m h ữ u c ơ khác nhau d ướ i ánh sáng nhìn th ấ y đ ã đượ c nghiên c ứ u r ộ ng.
- Hình 8 cho bi ế t quá trình xúc tác quang phân h ủ y phenol v ớ i giai đ o ạ n ph ả n ứ ng d ướ i ánh sáng nhìn th ấ y và UV s ử d ụ ng các h ạ t nano TiO 2 đ ã đượ c kích ho ạ t b ở i Sn 4+ làm ch ấ t xúc tác quang [35]..
- (a-Ch ấ t xúc tác TiO 2 nguyên ch ấ t.
- Ch ấ t xúc tác quang TiO 2 đ ã đượ c kích ho ạ t b ở i V đ ã quang oxy hóa etanol.
- Wei và c ộ ng s ự đ ã t ổ ng h ợ p các h ạ t nano TiO 2 đượ c đồ ng kích ho ạ t b ở i N và La v ớ i ho ạ t tính xúc tác t ố t h ơ n d ướ i ánh sáng nhìn th ấ y, t ạ i đ ó ch ấ t thêm N có nhi ệ m v ụ thu h ẹ p d ả i tr ố ng c ủ a TiO 2 và ch ấ t thêm La 3+ thì ng ă n c ả n s ự t ạ o thành k ế t t ụ c ủ a các h ạ t nano.
- Chang và c ộ ng s ự đ ã thông báo v ề v ậ t li ệ u nano TiO 2 đượ c đồ ng kích ho ạ t b ở i Cr và N v ớ i s ự h ấ p th ụ ánh sáng nhìn th ấ y d ẫ n đế n m ộ t hi ệ u qu ả kh ử màu xúc tác quang xanh metylen, tr ừ khi ở n ồ ng độ ch ấ t thêm nit ơ th ấ p..
- Tuy nhiên, không ph ả i t ấ t c ả v ậ t li ệ u nano TiO 2 đượ c kích ho ạ t b ở i kim lo ạ i đề u có ho ạ t tính xúc tác quang cao h ơ n v ậ t li ệ u nano TiO 2 nguyên ch ấ t.
- Martin đ ã phát hi ệ n ra các h ạ t nano TiO 2 đượ c kích ho ạ t b ở i V có ho ạ t tính xúc tác quang trong quá trình quang oxy hóa 4-clophenol th ấ p h ơ n so v ớ i các h ạ t TiO 2 nguyên ch ấ t.
- Các v ậ t li ệ u nano TiO 2 đ ã đượ c kích ho ạ t b ở i phi kim đ ã đượ c coi nh ư ch ấ t xúc tác th ế h ệ th ứ ba.
- Các v ậ t li ệ u nano TiO 2 đ ã đượ c kích ho ạ t b ở i các phi kim khác nhau đ ã đượ c nghiên c ứ u r ộ ng rãi v ề ho ạ t tính xúc tác quang d ướ i ánh sáng nhìn th ấ y.
- Các v ậ t li ệ u nano TiO 2 đượ c kích ho ạ t b ở i phi kim đ ã đượ c ch ứ ng minh là có th ể làm t ă ng ho ạ t tính xúc tác quang c ủ a v ậ t li ệ u nano TiO 2 nguyên ch ấ t, đặ c bi ệ t ở vùng ánh sáng nhìn th ấ y..
- Nghiên c ứ u này đ ã cho th ấ y s ự t ă ng lên đ áng k ể ho ạ t tính xúc tác quang c ủ a các h ạ t nano TiO 2 kích ho ạ t b ở i N là do s ự t ạ o thành liên k ế t O-Ti-N nh ư oxynitride trong su ố t quá trình kích ho ạ t thay th ế .
- S ự oxy hóa quang xúc tác các h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ b ằ ng TiO 2 đ ã kích ho ạ t b ở i N d ướ i ánh sáng nhìn th ấ y ch ủ y ế u tr ả i qua các ph ả n.
- Các ố ng nano TiO 2 đ ã kích ho ạ t b ở i N c ũ ng th ể hi ệ n ho ạ t tính oxy hóa xúc tác quang cao đố i v ớ i quá trình phân h ủ y khi isopropanol thành axeton và cacbon dioxit khi chi ế u sáng b ở i ánh sáng nhìn th ấ y..
- Hình 9: Các tính ch ấ t xúc tác quang c ủ a TiO 2-x N x và TiO 2 c ă n c ứ vào t ố c độ phân h ủ y do s ự thay đổ i ánh sáng làm m ố c ở quá trình h ấ p th ụ ánh sáng c ủ a xanh.
- Ho ạ t tính xúc tác quang c ủ a TiO 2 đ ã kích ho ạ t b ở i l ư u hu ỳ nh c ũ ng đ ã đượ c nghiên c ứ u.
- TiO 2 đ ã kích ho ạ t b ở i S đượ c phát hi ệ n là th ể hi ệ n m ộ t ho ạ t tính xúc tác.
- TiO 2 đ ã kích ho ạ t S đ ã đượ c đ i ề u ch ế b ở i các ph ươ ng pháp khác nhau, th ể hi ệ n ho ạ t tính xúc tác quang khác nhau khi đượ c chi ế u sáng b ằ ng ánh sáng nhìn th ấ y do s ự ch ấ t mang đ i ệ n tích là khác nhau ở các m ẫ u này..
- M ộ t ho ạ t tính xúc tác quang đ áng chú ý đố i v ớ i quá trình phân h ủ y xanh metylen và isopropanal trong vùng ánh sáng nhìn th ấ y đ ã đượ c ch ứ ng minh đố i v ớ i TiO 2 đ ã kích ho ạ t b ở i C đ i ề u ch ế t ừ ch ấ t đầ u TiC.
- Trong nghiên c ứ u hi ệ n t ượ ng quang phân h ủ y axeton, Yu và c ộ ng s ự đ ã th ấ y r ằ ng, TiO 2 đ ã kích ho ạ t b ở i F th ể hi ệ n ho ạ t tính xúc tác quang trong quá trình oxy hóa axeton thành CO 2 cao h ơ n P25 Degeussa.
- Các v ậ t li ệ u nano TiO 2 đ ã kích ho ạ t b ở i N/F có ho ạ t tính xúc tác quang d ướ i ánh sáng nhìn th ấ y trong quá trình phân h ủ y c ả axtandehit và tricloetylen đề u cao do s ự t ạ o thành các l ỗ khuy ế t oxy trên b ề m ặ t h ơ n là do s ự t ă ng các tính ch ấ t h ấ p th ụ quang.
- C ơ ch ế c ủ a ph ả n ứ ng quang xúc tác v ớ i titan đ ioxit kích th ướ c nano mét Nguyên lý c ơ b ả n v ề kh ả n ă ng quang xúc tác trên các ch ấ t bán d ẫ n là khi đượ c bi ế n tính b ở i ánh sáng có n ă ng l ượ ng l ớ n hay b ằ ng độ r ộ ng vùng c ấ m c ủ a ch ấ t bán d ẫ n (th ườ ng là tia t ử ngo ạ i do độ r ộ ng vùng c ấ m c ủ a nó khá l ớ n ~3.2eV) s ẽ t ạ o ra c ặ p electron- l ỗ tr ố ng (e, h.
- Kích th ướ c h ạ t và c ấ u trúc TiO 2 ả nh h ưở ng nhi ề u đế n kh ả n ă ng xúc tác quang hoá.
- B ộ t TiO 2 có kích th ướ c càng nh ỏ thì ho ạ t tính xúc tác càng cao.
- H ầ u h ế t các tài li ệ u đề u ch ỉ ra r ằ ng TiO 2 d ạ ng b ộ t kích th ướ c nanomét có c ấ u trúc anatasese có ho ạ t tính xúc tác cao nh ấ t [10]..
- Ph ươ ng pháp kh ả o sát kh ả n ă ng quang xúc tác c ủ a titan đ ioxit.
- Trong lu ậ n v ă n này tác gi ả th ử ho ạ t tính quang xúc tác c ủ a b ộ t TiO 2 kích th ướ c nm đ i ề u ch ế đượ c thông qua kh ả n ă ng phân h ủ y màu dung d ị ch xanh metylen và kh ử ion amoni trong n ướ c c ủ a nó..
- đ ó xác đị nh đượ c ph ầ n tr ă m l ượ ng ch ấ t b ị phân h ủ y và đ ánh giá đượ c kh ả n ă ng xúc tác c ủ a b ộ t TiO 2 đ i ề u ch ế đượ c..
- Ph ươ ng pháp TEM.
- Nghiên c ứ u đ i ề u ch ế b ộ t titan đ ioxit bi ế n tính kích th ướ c nano mét có ho ạ t tính quang xúc tác cao t ừ ch ấ t đầ u TiCl 4.
- Nghiên c ứ u các y ế u t ố ả nh h ưở ng đế n kh ả n ă ng quang xúc tác c ủ a titan đ ioxit bi ế n tính..
- Xác đị nh đ i ề u ki ệ n thích h ợ p cho quá trình đ i ề u ch ế đượ c b ộ t titan đ ioxit bi ế n tính N có ho ạ t tính quang xúc tác cao theo ph ươ ng pháp th ủ y phân và ph ươ ng pháp t ẩ m..
- PH ƯƠ NG PHÁP TH Ự C NGHI Ệ M.
- KH Ả O SÁT KH Ả N Ă NG XÚC TÁC QUANG HÓA C Ủ A TiO 2 LÀM M Ấ T MÀU XANH METYLEN.
- Để kh ả o sát kh ả n ă ng xúc tác quang hoá cho quá trình phân hu ỷ các ch ấ t h ữ u c ơ trong dung d ị ch n ướ c chúng tôi đ ã kh ả o sát trên đố i t ượ ng là xanh metylen..
- N ồ ng độ xanh metylen.
- N ồ ng độ xanh Metylen (g/l).
- K ế t qu ả kh ả o sát ả nh h ưở ng c ủ a kh ố i l ượ ng TiO 2 đế n kh ả n ă ng xúc tác..
- Kh ố i l ượ ng TiO 2 (g).
- Hình 16: Ả nh h ưở ng c ủ a l ượ ng TiO 2 đế n kh ả n ă ng xúc tác..
- Kh ố i l ượ ng Xanh metylen.
- Kh ố i l ượ ng TiO 2 (g.
- Hình 17: Ả nh h ưở ng c ủ a th ờ i gian ph ả n ứ ng đế n kh ả n ă ng xúc tác..
- N ồ ng độ xanh metylen (g/l).
- Nh ậ n xét: Nh ư v ậ y b ộ t TiO 2 có kh ả n ă ng xúc tác quang hoá, làm phân hu ỷ xanh metylen v ớ i hi ệ u su ấ t cao.
- Kh ả n ă ng xúc tác c ủ a TiO 2 ph ụ thu ộ c vào các đ i ề u ki ệ n nh ư : l ượ ng ch ấ t xúc tác, n ồ ng độ xanh metylen, th ờ i gian ph ả n ứ ng.
- Kh ố i l ượ ng ch ấ t xúc tác: m TiO2 = 0.75g;.
- Các y ế u t ố này s ẽ đượ c dùng để th ử ho ạ t tính quang xúc tác c ủ a các m ẫ u titan đ ioxit bi ế n tính đ i ề u ch ế đượ c..
- S ả n ph ẩ m đ i ề u ch ế đượ c cân kh ố i l ượ ng để tính hi ệ u su ấ t đ i ề u ch ế , đượ c ghi ph ổ XRD để xác đị nh thành ph ầ n pha và kích th ướ c h ạ t trung bình, đ em th ử quang xúc tác để kh ả o sát kh ả n ă ng quang xúc tác..
- N ồ ng độ.
- N ồ ng độ (NH4)2SO4 (g/l).
- N ồ ng độ (NH4)2SO4(g/l).
- Kh ả n ă ng quang quang xúc tác cao nh ấ t t ạ i vùng t ỷ l ệ th ể tích C 2 H 5 OH/H 2 O trong kho ả ng 0.11÷0.25.
- Hai quá trình này có ả nh h ưở ng ng ượ c chi ề u nhau lên kích th ướ c h ạ t trung bình và kh ả n ă ng quang xúc tác c ủ a TiO .
- S ả n ph ẩ m đ i ề u ch ế đượ c cân kh ố i l ượ ng để tính hi ệ u su ấ t đ i ề u ch ế , đượ c ghi ph ổ XRD để xác đị nh thành ph ầ n pha và kích th ướ c h ạ t trung bình, đ em th ử quang xúc tác để kh ả o sát kh ả n ă ng quang xúc tác.
- Ả nh h ưở ng c ủ a n ồ ng độ NH 3 đế n kh ả n ă ng quang xúc tác c ủ a s ả n ph ẩ m Quá trình th ự c nghi ệ m đượ c ti ế n hành nh ư đ ã nêu ở m ụ c 2.2.2..
- Đồ th ị bi ể u di ễ n ả nh h ưở ng c ủ a n ồ ng độ NH 3 đế n hi ệ u su ấ t phân hu ỷ quang xúc tác xanh metylen đượ c đư a ra trong hình 41..
- Hình 41 cho th ấ y các m ẫ u s ả n ph ẩ m đề u có kh ả n ă ng quang xúc tác cao d ướ i b ứ c x ạ c ủ a đ èn compact..
- Hình 44: Ả nh h ưở ng c ủ a t ỷ l ệ L/R đế n hi ệ u su ấ t phân hu ỷ quang xúc tác xanh metylen..
- 600 0 C, thành ph ầ n và c ấ u trúc m ẫ u ổ n đị nh d ầ n khi nhi ệ t độ nung t ă ng nên ho ạ t tính quang xúc tác t ă ng.
- Kh ả o sát ả nh h ưở ng c ủ a TiO 2 đế n kh ả n ă ng xúc tác phân h ủ y ion amoni trong dung d ị ch n ướ c.
- TiO 2 có kh ả n ă ng xúc tác làm phân h ủ y NH 4.
- đế n kh ả n ă ng xúc tác phân h ủ y..
- Hình 52: Ả nh h ưở ng c ủ a l ượ ng TiO 2 đế n kh ả n ă ng xúc tác phân h ủ y..
- Kh ả o sát kh ả n ă ng xúc tác c ủ a TiO 2 khi l ượ ng NH 4 + thay đổ i Ti ế n trình thí nghi ệ m đượ c ti ế n hành nh ư m ụ c 2.2.4..
- K ế t qu ả kh ả o sát kh ả n ă ng xúc tác c ủ a TiO 2 khi l ượ ng NH 4 + thay đổ i..
- V ậ y b ộ t TiO 2 kích th ướ c nano mét có kh ả n ă ng xúc tác quang hoá làm phân hu ỷ đượ c ion NH 4.
- Đ ã kh ả o sát đ i ề u ki ệ n thích h ợ p cho vi ệ c th ử nghi ệ m kh ả n ă ng quang xúc tác c ủ a b ộ t TiO 2 qua ph ả n ứ ng quang phân h ủ y xanh metylen là:.
- Kh ố i l ượ ng ch ấ t xúc tác: m TiO2 = 0.75 g;.
- B ướ c đầ u kh ả o sát các y ế u t ố phù h ợ p để đ i ề u ch ế b ộ t titan đ ioxit bi ế n tính N b ằ ng (NH 4 ) 2 SO 4 theo ph ươ ng pháp th ủ y phân TiCl 4 có kh ả n ă ng quang xúc tác cao:.
- N ồ ng độ TiCl thích h 4 ợ p để có kh ả n ă ng quang xúc tác cao là t ừ 0.7 0.9mol / l ÷ và t ố t nh ấ t là ∼ 0.80mol / l.
- Kh ả o sát ho ạ t tính xúc tác quang c ủ a b ộ t TiO 2 kích th ướ c nano mét đố i v ớ i quá trình kh ử màu thu ố c nhu ộ m.
- Nguy ễ n Xuân Nguyên, Ph ạ m H ồ ng H ả i (2002), “Kh ử amoni trong n ướ c và n ướ c th ả i b ằ ng ph ươ ng pháp quang hóa v ớ i xúc tác TiO 2