LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến
TS.aNguyễn Quốc Chính, người đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong Bộ môn Hóa Vô Cơ và Ứng dụng,
Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm và tạo nhiều điều kiện
thuận lợi để em có thể hoàn thành bài luận văn.
Em cũng gửi lời cảm ơn đến các anh, chị cao học và các bạn lớp Vô Cơ khóa 2007
đã cùng đồng hành và giúp đỡ em trong suốt quá trình tiến hành thí nghiệm.
Cuối lời, em vô cùng biết ơn sự động viên và lo lắng của gia đình, những người đã
giúp em có được động lực mạnh mẽ để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
1
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7
MỞ ĐẦU 8
Phần 1. TỔNG QUAN 9
1.1 CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA TiO2 9
1.1.1 Cấu trúc của TiO2: [4],[5] 9
1.1.1.1 Các dạng thù hình của TiO2: 9
1.1.1.2 Sự chuyển dạng thù hình của TiO2: 10
1.1.2 Các tính chất của TiO2:[6] 11
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TiO2 12
1.2.1 Các phương pháp vật lý: 12
1.2.2 Các phương pháp hóa học:[1] 12
1.2.2.1 Phương pháp cổ điển: 12
1.2.2.2 Phương pháp tổng hợp ngon lửa: 12
1.2.2.3 Phương pháp phân hủy quặng Ilmenit: 13
1.2.2.4 Thủy phân alkoxid titan (phương pháp sol – gel): 13
1.2.2.5 Điều chế TiO2 bằng pha hơi ở nhiệt độ thấp: 13
1.2.2.6 Phương pháp tẩm: 14
1.3 NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC CỦA TiO2 14

2.3.3 Điều chế hệ TiO2/Al2O3 với các tỷ lệ khác nhau bằng phương pháp sol – gel:
29
2.3.4 Khảo sát khả năng xúc tác quang hóa của TiO2 làm mất màu xanh metylen: 31
2.3.4.1 Lập đường chuẩn xác định nồng độ MB: 31
2.3.4.2 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác quang hóa của TiO2 theo thời gian:
31
2.3.5 Các phương pháp phân tích vật liệu: 32
Phần 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33
3.1 XÁC ĐỊNH QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA CỦA TiO2 33
3.2 KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ VÀ HÀM LƯỢNG TiO2 TRÊN CHẤT NỀN Al2O3
34
3.3 PHỔ NHIỄU XẠ TIA X CỦA CÁC MẪU XÚC TÁC 35
3
3.4 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA TiO2 LÀM MẤT
MÀU XANH METYLEN 36
3.4.1 Đường chuẩn xác định nồng độ MB: 36
3.4.2 Hoạt tính xúc tác của các mẫu được điều chế bằng phương pháp thủy phân: 36
3.4.3 Hoạt tính xúc tác của các mẫu được điều chế bằng phương pháp sol – gel: 38
Phần 4. KẾT LUẬN 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO 42
PHỤ LỤC 44
4
DANH MỤC HÌNH VẼ
5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
t
0
nc

2
còn có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực như chế
tạo pin mặt trời, sensor, ứng dụng làm chất quang xúc tác xử lý môi trường, chế tạo vật
liệu tự làm sạch … Đặc biệt TiO
2
được quan tâm trong lĩnh vực làm xúc tác quang hóa
phân hủy các chất hữu cơ và xử lý môi trường.
Tuy nhiên, việc ứng dụng TiO
2
vào quá trình xử lý nước thải còn gặp nhiều khó
khăn do TiO
2
với kích thước hạt nhỏ, khá trơ về mặt hóa học, trong môi trường nước
chúng phân tán tạo thành một hệ nhũ tương nên rất khó lọc để thu hồi xúc tác. Trước
tình hình đó, việc nghiên cứu chất xúc tác quang hóa TiO
2
đã chuyển sang một hướng
mới đó là phủ TiO
2
lên các chất nền xốp bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong
bài luận văn này, chất nền xốp được khảo sát là Al
2
O
3
với hai phương pháp điều chế là
phương pháp thủy phân và phương pháp sol – gel. Sản phẩm tạo thành sẽ được khảo
sát hoạt tính và so sánh bằng phản ứng phân hủy metylen xanh.
8
Phần 1. TỔNG QUAN
1.1 CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA TiO

được ion O
2-
bao quanh kiểu bát diện, đây là kiến trúc điển hình của hợp chất
có công thức MX
2
, anatase và brookite là các dạng giả bền và chuyển thành rutile khi
nung nóng.
Tất cả các dạng tinh thể đó của TiO
2
tồn tại trong tự nhiên như là các khoáng,
nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng đơn tinh thể là được tổng hợp ở nhiệt độ thấp.
Hai pha này cũng được sử dụng trong thực tế làm chất màu, chất độn, chất xúc tác
Tuy nhiên, các pha khác (kể cả pha ở áp suất cao) chẳng hạn như brookite cũng quan
trọng về mặt ứng dụng, tuy vậy bị hạn chế bởi việc điều chế brookite sạch không lẫn
rutile hoặc anatase là điều khó khăn.
Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng từ
các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO
6
nối với nhau qua cạnh hoặc qua đỉnh oxi
chung. Mỗi ion Ti
4+
được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O
2-
.
9
Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến dạng
của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các octahedra. Hình tám mặt trong rutile là
không đồng đều do đó có sự biến dạng orthorhombic (hệ trực thoi) yếu. Các octahedra
của anatase bị biến dạng mạnh hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ là thấp hơn hệ trực
thoi. Khoảng cách Ti – Ti trong anatase lớn hơn trong rutile nhưng khoảng cách Ti - O

3
một sản phẩm trung gian chủ yếu của quá trình
sản xuất TiO
2
nhận được khi thuỷ phân các dung dịch muối titan, thì trước hết tạo
thành anatase. Khi nâng nhiệt độ lên thì anatase chuyển thành rutile.
Quá trình chuyển dạng thù hình của TiO
2
vô định hình - anatase - rutile bị ảnh
hưởng rõ rệt bởi các điều kiện tổng hợp và các tạp chất, quá trình chuyển pha từ dạng
10
100 – 200
0
C
800 – 1100
0
C
1200 – 1300
0
C
vô định hình hoặc cấu trúc anatase sang cấu trúc rutile xảy ra ở nhiệt độ trên 450
0
C. Ví
dụ: Với các axit metatitanic sạch, không có tạp chất, thì nhiệt độ chuyển pha từ anatase
thành rutile sẽ nằm trong khoảng 610÷730
0
C. Với axit metatitanic thu được khi thuỷ
phân các muối clorua và nitrat của titan thì quá trình chuyển thành rutile dễ dàng hơn
nhiều (ở gần 500
0

bền về mặt hoá học (nhất là dạng đã nung), không phản ứng với nước, dung
dịch axít vô vơ loãng, kiềm, amoniăc, các axit hữu cơ.
TiO
2
tan không đáng kể trong các dung dịch kiềm tạo ra các muối titanat.
TiO
2
+ NaOH → Na
2
TiO
3
+ H
2
O (1.1)
TiO
2
tan rõ rệt trong borac và trong photphat nóng chảy. Khi đun nóng lâu với axit
H
2
SO
4
đặc thì nó chuyển vào trạng thái hoà tan (khi tăng nhiệt độ nung của TiO
2
thì độ
tan giảm). TiO
2
tác dụng được với axit HF hoặc với kali bisunfat nóng chảy.
TiO
2
+ 2H

2
+ 2K
2
SO
4
(1.4)
Ở nhiệt độ cao TiO
2
có thể phản ứng với cacbonat và oxit kim loại để tạo thành
các muối titanat.
TiO
2
+ MCO
3
(MTi)O
3
+ CO
2
(1.5)
(M là Ca, Mg, Ba, Sr)
TiO
2
+ MO (MTi)O
3
(1.6)
(M là Pb, Mn, Fe, Co)
11
1000
0
C

2
Ti
2
O
3
+ H
2
O (1.8)
TiO
2
+ H
2
TiO + H2O (1.9)
2TiO
2
+ CO Ti
2
O
3
+ CO
2
(1.10)
3TiO
2
+ Ti 2Ti
2
O
3
(1.11)
3TiO

2
có cấu trúc tổ
ong, kích thước nano mét, vì vậy có diện tích bề mặt rất lớn nhưng sản phẩm tạo thành
lại ở dạng rutile.
1.2.2 Các phương pháp hóa học:[1]
1.2.2.1 Phương pháp cổ điển:
TiO
2
được điều chế bằng cách kết tủa acid titaniumic khi cho NH
4
OH tác dụng lên
dung dịch TiCl
4
(hoặc Ti(SO
4
)
2
), sau đó rửa kết tủa, sấy khô rồi nung.
TiCl
4
+ 4NH
4
OH → Ti(OH)
4
+ 4NH
4
Cl (1.14)
Ti(OH)
4
→ TiO

4
trong ngọn lửa có nhiệt độ cao hơn 1200
0
C với sự có mặt của
khí oxi và hydro. TiO
2
sau đó được xử lý bằng dòng hơi để loại bỏ HCl.
1.2.2.3 Phương pháp phân hủy quặng Ilmenit:
Đây là phương pháp đầu tiên được sử dụng để sản xuất TiO
2
với kính thước tinh
thể trung bình từ 6 – 20nm. Nguyên tắc của phương pháp này là dùng H
2
SO
4
đậm đặc
ở nhiệt độ cao để phân hủy quặng Ilmenit, chuyển titan và sắt về dạng sunfat hòa tan
trong dung dịch. Sau đó muối của titan sẽ được thủy phân và nung để tạo thành TiO
2
.
Các giai đoạn của quá trình điều chế:
- Phân hủy quặng Ilmenit bằng H
2
SO
4
:
TiO
2
+ H
2

+ 3H
2
O (1.19)
- Thủy phân dung dịch muối titan:
mTiOSO
4
+ 2(m – 1)H
2
O → [TiO(OH)
2
]
m – 1
TiO(SO
4
) + (m – 1)H
2
SO
4
(1.20)
- Nung sản phẩm thủy phân:
[TiO(OH)
2
]
m – 1
TiO(SO
4
) → mTiO
2
+ SO
3

[2n + (x-y)/2]
(OH)
x
(OR)
y
→ nTiO
2
+ xH
2
O + yROH (1.23)
Sản phẩm của quá trình sol – gel nung ở khoảng nhiệt độ 300 – 500
0
C thường ở
dạng anatase với kích thước hạt khoảng 5 – 30nm.
1.2.2.5 Điều chế TiO
2
bằng pha hơi ở nhiệt độ thấp:
Đây là phương pháp điều chế bột TiO
2
có kích thước nanomet ở nhiệt độ thấp.
TiCl
4
được làm bay hơi ở các nhiệt độ khác nhau để thu được các áp suất hơi khác
nhau, sau đó hơi TiCl
4
được chuyển vào lò phản ứng. Hơi nước cũng được đưa vào lò.
13
Hơi TiCl
4
và hơi nước được trộn với nhau một cách nhanh chóng quanh miệng lò và

người ta cho rằng chỉ cần phủ một lớp mỏng TiO
2
(dày khoảng vài trăm nanomet đến
micromet) lên tất cả các vật dụng như kính cửa sổ, gạch lát sàn hoặc tường, giấy treo
14
trong phòng là chúng có thể phân hủy các chất hữu cơ, khử mùi hôi, diệt vi trùng và tự
làm sạch các vật dụng trong phòng ngay cả với ánh sáng trong nhà.
Khi chiếu những tia sáng có năng lượng bằng hay lớn hơn mức năng lượng vùng
cấm thì các electron từ vùng hóa trị bị kích thích sẽ nhảy lên vùng dẫn (e
-
cb
) và để lại lỗ
trống mang điện tích dương (h
+
vb
) ở vùng hóa trị.
Năng lượng mặt trời với bước sóng khoảng 300 – 400nm khi kích thích vào chất
xúc tác TiO
2
với mức năng lượng vừa đủ 3.29eV sẽ tạo ra những bước nhảy của
electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Như vậy, các lỗ trống ở vùng hóa trị mang điện
tích dương (h
+
vb
) sẽ tác dụng với nước hoặc ion OH
-
tạo ra gốc tự do có tính oxy hóa
mạnh, nhờ đó nó có khả năng oxy hóa nhiều chất hữu cơ khác nhau. Ngoài ra, TiO
2
(h

4
, HNO
3
.
1.3.2 Cơ chế quá trình quang xúc tác:[3]
Khi một chất quang bán dẫn được chiếu sáng bởi các photon, nếu năng lượng các
photon vượt quá mức chênh lệch năng lượng giữa vùng hóa trị và vùng dẫn thì các
electron ở vùng hóa trị sẽ bị kích thích và nhảy lên vùng dẫn. Kết quả là trên vùng dẫn
sẽ có các electron mang điện tích âm (e
-
cb
) và ở vùng hóa trị sẽ có những lỗ trống mang
điện tích dương (h
+
vb
).
Khi xuất hiện những lỗ trống mang điện tích dương (h
+
vb
), trong môi trường nước
sẽ xảy ra những phản ứng tạo gốc hydroxyl như sau:
h
+
vb
+ H
2
O → OH
●
+ H
+

O
2
+ 2OH
-
+ O
2
(1.27)
e
-
cb
+ H
2
O
2
→ OH
●
+ OH
-
(1.28)
Với cơ chế trên, rõ ràng để tăng hoạt tính quang xúc tác của TiO
2
, phải đưa vào hệ
phản ứng chất tiếp nhận không thuận nghịch các electron (e
-
cb
) nhằm ngăn chặn các
15
electron này trở về các lỗ trống mang điện tích dương ở vùng hóa trị (h
+
vb

(1.30)
e
-
cb
+ H
2
O
2
→ OH
●
+ OH
-
(1.31)
Các ion peroxid được tạo ra trên đây sẽ có khả năng phản ứng tiếp với nước tạo ra
H
2
O
2
theo phương trình (1.27), sau đó lại nhận electron trên vùng dẫn để tạo thêm các
gốc hydroxyl mới theo phương trình (1.28).
Hình 1. 4 Cơ chế quá trình quang xúc tác phân hủy chất thải hữu cơ.
Tóm lại, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải khi có mặt TiO
2
làm
chất xúc tác được giải thích bằng sự tạo thành của gốc OH
●
. Nhóm OH
●
này có khả
năng oxy hóa rất cao, có thể phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ thành các chất vô

trên các bề mặt vật liệu khác nhau, thêm
vào các ion kim loại chuyển tiếp (Cu, Co, Ni, Cr, Mn, Mo, Nb, V, Fe, Ru, Au, Ag, Pt),
dope các nguyên tố không kim loại (N, S, C, B, P, I, F) hoặc tạo hỗn hợp composite
với chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm thấp hơn (ví dụ như các hạt Cd-S hoặc
những phẩm màu nhạy quang như thionine).[8]
1.4.1 Tạo màng mỏng xốp TiO
2
trên các bề mặt vật liệu khác nhau:[2]
Phát minh này cung cấp một phát minh đơn giản và có hiệu quả để tạo ra màng
mỏng xốp TiO
2
với hoạt tính quang xúc tác và diệt khuẩn cao. Màng mỏng TiO
2
được
tạo ra theo phương pháp này có thể được sử dụng để diệt các vi khuẩn và virút trong
dung dịch nước, có ích lợi đặc biệt trong việc xử lý các bể nuôi cá.
Vật liệu xốp có kích thước lỗ xốp trong khoảng từ 2 – 50nm. Các vật liệu này có
thể có các hình thái khác nhau như là hình cầu, màng mỏng, dạng khối hay dạng sợi.
Các vật liệu với kích thước lỗ cỡ dưới 2nm được gọi là vật liệu siêu xốp, và lớn hơn
50nm được xếp chung là vật liệu xốp macro.
Phương pháp tạo màng mỏng xốp TiO
2
có hoạt tính quang xúc tác liên quan đến
việc sử dụng dung dịch sol-gel TiO
2
, được tạo ra do sự thủy phân có điều khiển và
ngưng tụ titan alkoxid trong điều kiện có chất ổn định. Các bước cơ bản của phương
pháp này là:
- Tạo ra TiO
2

3
: TiO
2
doped không kim loại.[8]
1.4.2.1 Doping TiO
2
với các nguyên tố kim loại:[10]
Các phương pháp điều chế vật liệu TiO
2
biến tính bởi kim loại có thể được chia
thành 3 loại chính : phương pháp ướt, xử lý nhiệt độ cao, và cấy ghép ion vào trong vật
liệu TiO
2
. Phương pháp ướt thường bao gồm: thủy phân chất đầu chứa Ti trong hỗn
hợp của nước với những chất phản ứng khác, kèm theo quá trình gia nhiệt.
Choi cùng các cộng sự đã thực hiện nhiều nghiên cứu một cách hệ thống về quá
trình biến tính TiO
2
kích thước nano mét với 21 ion kim loại bằng phương pháp sol-gel
và nhận thấy sự có mặt của các kim loại này trong thành phần của TiO
2
gây ảnh hưởng
đáng kể tới hoạt tính quang học, tốc độ tái kết hợp các vật liệu tải, và tốc độ chuyển
electron bề mặt. Trong số đó, một nhà khoa học đã phát triển TiO
2
biến tính bởi ion
La
3+
bằng quá trình tạo sol-gel. Kết quả của nghiên cứu đã khẳng định biến tính bằng
Latan có thể hạn chế sự chuyển pha của TiO

TiO
2
trong quá trình xử lý nước thải làm giấy và nó chỉ ra là có nhiều hiệu quả trong
sự diệt khuẩn xúc tác quang điện tử vi khuẩn E. coli hơn TiO
2
nguyên chất. Chất xúc
tác quang TiO
2
đã được kích hoạt bởi V đã quang oxy hóa etanol dưới bức xạ nhìn
thấy và dưới bức xạ UV có thể so sánh hoạt tính được với TiO
2
nguyên chất. Các hạt
nano TiO
2
đã được kích hoạt bởi ion Pt
4+
biểu hiện hoạt tính xúc tác quang đối với sự
phân hủy dicloaxetat và 4-clophenol, dưới ánh sáng nhìn thấy cao hơn, và chất xúc tác
nano Ag-TiO
2
thể hiện hoạt tính xúc tác quang tăng lên trong quá trình phân hủy 2,4,6-
triclophenol do sự phân bố chất mang điện tích sinh ra bởi sự chiếu sáng là tốt hơn và
đã làm tăng quá trình khử oxy gây ra sự phân hủy quy mô lớn hơn của các nguyên tử.
Anpo cùng các cộng sự đã điều chế thành công TiO
2
kích thước nano mét biến
tính bởi ion Cr và V bằng phương pháp cấy ghép ion.
Các ion của kim loại kiềm như Li, Na, K cũng có thể được đưa vào TiO
2
để điều

- Kim loại kiềm: Na, K, Li.
- Các kim loại thuộc phân nhóm phụ: Fe, Cr, Co, V, W, Cu, Nd, Ce, Zr, Sn.
1.4.2.2 Doping TiO
2
với Ag:
Đối với pha anatase, kích thước hạt (nung ở 600
0
C) giảm từ 37nm xuống 19nm.
Diện tích bề mặt riêng tăng từ 45 lên 63 m
2
/g. Hoạt tính xúc tác quang tăng khoảng
18%. Sự chuyển pha từ anatase sang rutile bắt đầu xuất hiện ở 700
0
C và quá trình kết
thúc ở 800
0
C.[9]
19
Chất xúc tác Ag/TiO
2
được khảo sát và đánh giá thông qua phản ứng phân hủy
phẩm nhuộm vàng – 17 dưới bức xạ UV và bức xạ khả kiến. Hoạt tính xúc tác tăng do
các bẫy điện tử được hình thành trên vùng dẫn.
Bằng cách chế tạo các hạt nano Ag doped TiO
2
theo phương pháp ngâm tẩm và
phương pháp kết tủa quang học, cùng với việc khảo sát khả năng phân hủy acid đỏ 88
(AR88) dưới bức xạ UV, Ag/TiO
2
cho thấy khả năng phân hủy hiệu quả hơn so với

2
nguyên chất, đặc biệt ở vùng ánh sáng
nhìn thấy.
Rất nhiều các nguyên tố phi kim, như là B, C, N, F, S, Cl và Br đã được đưa thành
công vào vật liệu TiO
2
. Có thể kể đến vài ví dụ điển hình:
20
■ Đối với vật liệu C-TiO
2
, vật liệu này đã được tổng hợp thành công bởi khá nhiều
phương pháp:
- Phản ứng phân hủy titan cacbit.
- Nhiệt luyện TiO
2
dưới khí CO được thổi ở nhiệt độ cao (500-800
0
C).
- Đốt cháy trực tiếp kim loại Titan ở dạng tấm trong ngọn lửa khí tự nhiên.
■ Vật liệu N-TiO
2
kích thước nano mét cũng đã được tổng hợp thành công bằng nhiều
phương pháp hơn nữa:
- Thủy phân TTIP trong nước hay hỗn hợp amin và bước tiếp theo là xử lý sol
TiO
2
với amin.
- Xử lý trực tiếp phức Ti – bipyridin.
- Nghiền mịn hạt TiO
2

đưa vào trong TiO
2
. Ví dụ: lưu huỳnh kết hợp từ thioure có trạng thái S
4+
, S
6+
, khi
đưa vào TiO
2
, xảy ra trong quá trình gia nhiệt trực tiếp của TiS
2
hay phóng ion
S
+
, kèm theo ion S
2-
.
- Dùng phương pháp thủy nhiệt TiCl
4
trong trong hỗn hợp thioure và nước.
■ Vật liệu nano F-TiO
2
đã được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, có thể
liệt kê ra đây một số phương pháp:
- Trộn TTIP với ethanol bao gồm cả H
2
O - NH
4
F.
- Gia nhiệt TiO

, các hạt TiO
2
sau khi
hình thành bị khống chế giới hạn trong mạng của SiO
2
, do vậy dù kéo dài thời gian
thủy phân thì kích thước hạt TiO
2
vẫn không tăng lên (so với tiến hành trong cùng điều
kiện nhưng không cho silicagel vào).
Chất mang giúp cho quá trình trao đổi nhiệt thuận lợi, không gây sự quá nóng cục
bộ, do đó ngăn được quá trình hình thành các tiểu phân xúc tác có kích thước lớn từ
các tiểu phân kích thước nhỏ, kiểm soát thời gian sống hữu ích của xúc tác.
Nhìn chung, giữa chất mang và chất trợ xúc tác không có sự phân biệt rõ ràng, tùy
vào đặc tính và thành phần mà người ta phan biệt đó là chất mang hay chất trợ xúc tác.
Ví dụ, khi chất mang làm tăng hoạt tính của xúc tác thì chúng có vai trò như chất trợ
xúc tác. Chất mang bản thân nó không có hoạt tính xúc tác. Tuy nhiên, trong một điều
kiện nào đó chất mang có thể tham gia một cách hiệu quả trong phản ưng xúc tác tổng
cộng. Ví dụ như vận chuyển các chất trung gian, tăng cường quá trình khuếch tán…
1.4.3.2 Phân loại chất mang:
Kích thước hạt lớn, không có lỗ xốp, bề mặt riêng nhỏ (0 – 1m
2
/g) như: sợi thủy
tinh, cacbua silic… Chúng thường được dùng trong trường hợp chất hoạt động xúc tác
có hoạt tính cao.
Kích thước hạt lớn (2 – 5mm), xốp, kích thước lỗ xốp lớn (độ xốp cỡ 20 – 65%),
bề mặt riêng khoảng 0.1m
2
/g. Loại này gồm: đất sét, đá bọt… được sử dụng trong các
trường hợp cho xúc tác có yêu cầu bề mặt riêng không cần lớn lắm nhưng yêu cầu độ

2
với chất mang:
Một trong những yêu cầu quan trọng để xúc tác quang TiO
2
phân hủy tốt các chất
ô nhiễm là xúc tác phải có diện tích bề mặt lớn và hấp phụ tốt các chất này, và xúc tác
phải được cố định. Để đạt được điều đó người ta đã nghiên cứu điều chế xúc tác với
chất mang. Các chất mang được quan tâm bao gồm: nền thủy tinh, sợi thủy tinh, nền
gốm, sợi tổng hợp, thép không gỉ, silicagel, than hoạt tính dạng hạt (GAC), than hoạt
tính dạng sợi (ACF), cát, sét, gạch, thạch anh, pyrex…
Các nghiên cứu cho thấy chất mang không những làm thay đổi khả năng xử lý
chọn lọc của xúc tác mà còn làm tăng hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời đồng
thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc tái sử dụng xúc tác.
Phần lớn ở giai đoạn xử lý bậc ba, do phụ thuộc vào sự khuếch tán nên khi nồng
độ chất cần phân hủy thấp sẽ kéo dài thời gian phản ứng. Tập hợp các chất cần phân
hủy xung quanh xúc tác quang sẽ đảm bảo sự khoáng hóa diễn ra nhanh chóng và hoàn
toàn. Một cách để tập trung các phân tử chất ô nhiễm cần phân hủy trong quá trình
quang xúc tác là đưa vào hệ chất hấp phụ.
Trong vài thập kỷ qua, sự kết hợp chất hấp phụ và xúc tác quang đã được quan
tâm nhiều.
1.4.3.5 Một số hệ xúc tác TiO
2
trên chất mang đã được tổng hợp:
Tại viện nghiên cứu Nhật Bản, Silvester Tursiloadi đã thực hiện quá trình tổng
hợp TiO
2
trên chất mang là Al
2
O
3

C có khả năng phân hủy metyl cam tốt nhất, trong khi mẫu
không nung và có nhiệt độ nung ở 800
0
C thì cho hiệu suất thấp nhất. Điều này
23
được giải thích là do diện tích bề mặt riêng giảm dẫn tới khả năng hấp phụ giảm
và hiệu suất phân hủy metyl cam thấp. Đối với mẫu không nung, diện tích bề mặt
riêng lớn nhưng thành phần pha tinh thể thấp và kém ổn định nên khả năng phân
hủy metyl cam thấp.
Một số nhà nghiên cứu thuộc trường đại học Tohoku Nhật Bản đã dùng
hydroxyapatite làm chất mang trong quá trình tổng hợp hệ xúc tác TiO
2
-Ca
3
(PO
4
)
2
. Thí
nghiệm được tiến hành bằng phương pháp khuấy trộn cơ học với những tiền chất ban
đầu là α-Ca
3
(PO
4
)
2
thương mại, TiO
2
(dạng thù hình anatas, kích thước hạt 7nm), dung
dịch gelatin và dầu thực vật. Sản phẩm được đem sấy tại 120

có thể được tính
theo công thức:
Trong đó: t là bề dày (đường kính) hạt (nm); K là hằng số (0.89); λ là bước sóng tia X
(nm); B là độ rộng (FWHM) tại nửa độ cao của peak cực đại (radian); θ là góc nhiễu
xạ (độ).
Ngoài ra, thành phần các pha trong TiO
2
cũng có thể được xác định dễ dàng nếu
giả sử toàn bộ tinh thể chỉ gồm anatase và rutile:
X
r
= 1- X
a
(1.34)
Trong đó: X
a
là hàm lượng pha anatase (%); X
r
là hàm lượng pha rutile (%); I
a
là
cường độ nhiễu xạ của anatase ứng với mặt phản xạ (101); I
r
là cường độ nhiễu xạ của
rutile ứng với mặt phản xạ (110).
1.5.2 Phương pháp phân tích nhiệt:[7]
Nguyên tắc tương ứng: Các quá trình biến đổi hóa lý xảy ra khi nung nóng các
chất có hoạt tính nhiệt đều được ghi nhận tương ứng trên đường cong nhiệt. Nguyên
tắc tương ứng cho phép xác định nhiệt độ bắt đầu, cực đại và kết thúc của hiệu ứng
nhiệt. Dạng hình học của hiệu ứng nhiệt được ứng dụng để nghiên cứu động học của