Link tải miễn phí luận văn
MỞ ĐẦU . 9 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11
1.1. Các dang cấu trúc và tính chất titan đioxxit (TiO2) có cấu trúc nano . 11 1.1.1. Các dạng cấu trúc TiO2 nano . 11 1.1.2. Tính chất lý - hóa của TiO2 nano 13 1.1.3. Cơ chế quang xúc tác trên TiO2 có cấu trúc nano . 14 1.1.3.1. Giãn đồ miền năng lượng của anatase và rutile . 14 1.1.3.2. Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể . 16 1.2. Một số phương pháp tổng hợp TiO2 có cấu trúc nano . 19 1.2.1. Phương pháp sol – gel 19 1.2.2. Phương pháp thủy nhiệt 20 1.2.3. Phương pháp vi sóng . 20 1.2.4. Phương pháp vi nhũ tương 21 1.3. Các phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu . 21 1.3.1. Nhiễu xạ tia X (XRD) . 21 1.3.2. Hiễn vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM) . 23 1.3.3. Nguyên lí phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) . 24 1.3.4. Phép đo diện tích bề mặt hấp phụ khí Brunauer – Emmett – Teller (BET) . 25 1.3.5. Phương pháp phổ hấp thụ UV – Vis . 25 1.4. Sự biến tính của TiO2 . 26 1.5. Ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO2 có cấu trúc nano 28
2
1.5.1. Xử lý không khí ô nhiễm 28 1.5.2. Ứng dụng trong xử lý nước 28 1.5.3. Diệt khuẩn, vi rút, nấm . 29 1.5.4. Tiêu diệt tế bào ung thư 29 1.5.5. Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt. 29 1.5.6. Sản xuất nguồn năng lượng sạch H2 . 32 1.5.7. Sản xuất sơn, gạch men, kính tự làm sạch 33
Chương 2. THỰC NGHIỆM . 34
2.1. Hóa chất và công cụ 34 2.1.1. Hóa chất . 34 2.1.2. Dụng cụ. 34 2.2. Chế tạo vật liệu . 35 2.2.1. Tổng hợp vật liệu nano TiO2 . 35 2.2.2. Tổng hợp TiO2 pha tạp bạc . 35 2.2.3. Tổng hợp TiO2 pha tạp crom 37 2.3. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác bột TiO2 nano và TiO2 pha tạp Ag 37
2.3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ pha tạp Ag đến khả năng quang xúc tác của bột TiO2 . 37 2.3.1.1. Xử lý metyl da cam dưới ánh sáng đèn tử ngoại 37 2.3.1.2. Xử lý metyl da cam dưới ánh sáng mặt trời . 38
2.3.2. Ảnh hưởng của thời gian lên khả năng quang xúc tác của bột
T – Ag5 tổng hợp được 39 2.4. Ứng dụng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu trong xử lý nước thải 39 2.4.1. Xử lý tổng vi sinh vật hiếu khí 39 2.4.2. Xử lý COD . 42 2.5. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của bột TiO2 nano và TiO2 pha tạp Cr . 42
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 43
3.1. Đặc trưng, tính chất của vật liệu . 43 3.1.1. Vật liệu TiO2 nano . 43 3.1.1.1. Kết quả XRD 43
3
3.1.1.2. Kết quả đo SEM, TEM . 44 3.1.1.3. Diện tích bề mặt của mẫu TiO2 nano . 46 3.1.2. Vật liệu TiO2 nano pha tạp Ag 46 3.1.2.1. Phổ Raman của vật liệu 46 3.1.2.2. Kết quả đo SEM, TEM . 47 3.1.2.3. Phổ EDX của vật liệu . 47 3.1.2.4. Phổ UV – Vis rắn của vật liệu 48 3.1.3. Vật liệu TiO2 nano pha tạp Cr . 49 3.1.3.1. Phổ Raman . 49 3.1.3.2. Kết quả đo TEM . 49
3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ pha tạp Ag đến khả năng quang xúc tác của bột TiO2 50 3.2.1. Xử lý metyl da cam bằng ánh sáng tử ngoại . 50 3.2.2. xử lý metyl da cam bằng ánh sáng mặt trời 52
3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng quang xúc tác của vật liệu
TiO2 – Ag5 . 54 3.4. Ứng dụng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu để xử lý vi sinh vật . 55 3.5. Xử lý COD 57
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ pha tạp Cr đến khả năng quang xúc tác của bột TiO2 nano 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN . 60
Vào những năm đầu của thế kỷ 21, khoa học và công nghệ nano đang là trào lưu nghiên cứu và tìm tòi của các nhà khoa học trong nước và trên thế giới. Khi vật chất có kích thước nhỏ bé gần với kích thước nguyên tử (kích thước nano) thì chúng xuất hiện những tính chất lạ như tính chất từ, tính chất quang, hoạt tính phản ứng bề mặt,… Những tính chất này phụ thuộc vào kích thước của hạt nano. Chính điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm tòi chế tạo những vật liệu mới có ứng dụng thực tiễn vô cùng to lớn trong các lĩnh vực y dược, mỹ phẩm, công nghiệp hoá học,… Vật liệu có cấu trúc nano rất được quan tâm hiện nay là các kim loại, oxit kim loại, chất bán dẫn, carbon,… [5].
Trong các vật liệu trên, nano TiO2 được chú ý nhiều do có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử lý môi trường (xử lý nước ô nhiễm, làm sạch không khí, sensor khí,…), siêu thấm ướt, năng lượng (chế tạo pin mặt trời),… đồng thời TiO2 bền, có trữ lượng lớn và sản phẩm phân hủy của nó
không độc [5 ], [9].
Đặc biệt khả năng quang xúc tác của vật liệu TiO2 nano tăng lên đáng kể khi được pha tạp với các phi kim như C, N [7], [9], [20]; kim loại chuyển tiếp như Fe, Cu, Ag, Ni, Cr [9], [28], [31], hay đồng pha tạp với Fe - C, Fe - Cr [13].
Những nghiên cứu khoa học về vật liệu nano TiO2 với vai trò là một chất xúc tác quang đã được bắt đầu hơn 3 thập kỷ nay từ một phát minh của 2 nhà khoa học người Nhật - Fujishima và Honda vào năm 1972 trong việc phân huỷ nước bằng phương pháp điện hoá quang với chất xúc tác TiO2 [15]. Sau khi phát minh này được công bố, hàng loạt những công trình khoa học về sử dụng chất xúc tác quang trong phản ứng phân huỷ nước tạo ra khí hydro và xử lý ô nhiễm môi trường đã được nghiên cứu [7]. Trong 10 năm qua, xúc tác quang hoá ngày càng trở nên hấp dẫn đối với công nghệ xử lý nước và không khí như: hiệu ứng tự làm sạch, hiệu ứng chống mờ, xử lý nước thải, hiệu ứng kháng khuẩn, làm
10
sạch không khí,… So sánh với các cách xử lý oxy hoá tiên tiến hiện nay thì công nghệ xúc tác quang hoá có nhiều ưu điểm hơn như: dễ dàng lắp đặt và hoạt động ở nhiệt độ thường, không cần xử lý thêm sau khi hoàn thành, mức tiêu thụ năng lượng thấp do đó giá thành hạ [15].
Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp TiO2 có cấu trúc nano như: phương pháp sol-gel, thuỷ nhiệt, nhiệt dung môi, điều chế bằng pha hơi ở nhiệt độ thấp, vi nhũ tương,… So với các phương pháp khác thì tổng hợp TiO2 có cấu trúc nano bằng phương pháp thuỷ nhiệt có nhiều ưu điểm hơn: nhiệt độ kết tinh của pha anatase dưới 200oC. Bằng cách điều chỉnh các điều kiện phản ứng thuỷ nhiệt như nhiệt độ, áp suất, nồng độ chất phản ứng, pH của dung dịch, các loại bazơ kiềm, ta có thể thu được vật liệu TiO2 nano có kích thước, hình thái và thành phần pha như mong muốn, năng lượng tiêu thụ ít và ít ảnh hưởng đến môi trường [31], [32]. Bằng phương pháp này có thể thu được các tinh thể nano,
thanh nano, dây nano, ống nano TiO2.
Việt Nam là một nước có trữ lượng titan sa khoáng khá lớn, lại nằm trong vùng nhiệt đới với thời lượng chiếu sáng hàng năm của mặt trời khá cao nên tiềm năng ứng dụng vật liệu xúc tác quang là rất lớn. Mặc dù đã có nhiều kết quả quan trọng về tổng hợp, biến tính và ứng dụng của vật liệu TiO2 có cấu trúc nano, tuy nhiên, việc nghiên cứu vật liệu nano TiO2 vẫn còn là một vấn đề thời sự và đang thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu.
Với lý do trên, tui chọn đề tài: “Nghiên cứu sự pha tạp một số kim loại chuyển tiếp vào vật liệu TiO2 nano và ứng dụng”.
Trong đề tài này, chúng tui sẽ nghiên cứu tổng hợp, khảo sát một số đặc trưng, tính chất và ứng dụng của vật liệu nano TiO2 biến tính bằng cách pha tạp
với kim loại chuyển tiếp Ag và Cr.
s/xzmd65dejyssj0ayjmz6i1a50jcv8wea
