Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
343
TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG XÚC TÁC QUANG HÓA TRÊN CƠ SỞ
TITAN DIOXIT (TIO
2
) VÀ CACBON NANO DẠNG ỐNG (CARBON
NANOTUBE-CNT) ĐỂ KHỬ LƯU HUỲNH SÂU TRONG DIESEL
SYNTHESIS AND APPLICATIONS OF THE PHOTOCATALYST BASED ON TIO
2

AND CARBON NANOTUBE (CNT) BY DEEP DESULFURIZATION OF DIESEL

SVTH: Lê Văn Long, Phan Thanh Sơn
Lớp 05H5, Khoa Hóa, Trường Đại học Bách Khoa
KS. Trần Thị Ne
Học viên Cao học “Vật liệu Hữu Cơ cấu trúc Nano và Bền vững,
Đại học Nam Toulon Var Pháp – Đại học Quốc gia Hà nội
TS. Vũ Thị Thu Hà
Viện Hóa học Công nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Khoa Hóa, Trường Đại học Bách Khoa

TÓM TẮT
Xúc tác quang hóa trên cơ sở “composite” của TiO2 anatase-CNT được tạo hạt bằng
phương pháp gel hóa dị thể từ CNT tổng hợp tại Việt Nam và TiO2 thương mại (TiO2 TM). Các
phép phân tích hiện đại như phép đo hấp phụ đẳng nhiệt nitơ, nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét
(SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được thực hiện để làm nổi bật những đặc trưng của xúc
tác tổ hợp. Những kết quả thu được từ các phép đo đã chỉ ra rằng sự có mặt của CNT trong thành
phần của xúc tác ngăn không cho các hạt TiO2 kết tụ lại với nhau, không những thế nó còn góp
phần làm tăng khả năng quang hóa của TiO2 trong vùng ánh sáng khả kiến. Hoạt tính quang hóa
của xúc tác được đánh giá thông qua hiệu quả khử lưu huỳnh trong dầu diesel thương mại. Sự

như là một chất xúc tác quang hóa để loại bỏ DBT và các hợp chất dị
vòng của lưu huỳnh trong dầu diesel đã được đầu tư nghiên cứu rất nhiều trên thế giới[1-
3]. Ngoài TiO
2
thì một số chất bán dẫn khác cũng có thể được sử dụng làm chất xúc tác
quang hóa như ZnO[4], CdS và GaP [5]. Các chất này hấp phụ nhiều phổ mặt trời hơn so
với TiO
2
song chúng bị phân hủy trong quá trình quang hóa xúc tác. Chính vì vậy mà TiO
2

dạng anatase với hoạt tính quang hóa cao, bền hóa học, không độc hại và giá thành thấp
được sử dụng nhiều nhất cho ứng dụng quang hóa. Tuy nhiên, chỉ có những bức xạ tử
ngoại, chiếm khoảng 4% bức xạ từ mặt trời [4], ứng với các photon có năng lượng lớn hơn
3,2 eV (năng lượng band gap của TiO
2
anatase) mới được hấp thụ và tạo ra hiệu quả quang
hóa. Vì vậy, việc tăng khả năng quang hóa của TiO
2
trong vùng ánh sáng khả kiến đã thu
hút được rất nhiều sự đầu tư nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Một trong
những phương pháp thường được sử dụng gần đây đó là kết hợp CNT và TiO
2
[7-9]. Nhờ
vào các đặc tính ưu việt của CNT như độ dẫn điện tốt, độ hấp phụ cao, đường kính với
kích thước nano và độ đen tuyệt đối [10] mà nó làm tăng cường khả năng quang hóa của
TiO
2
trong vùng ánh sáng khả kiến.
Composit trên cơ sở TiO

11 - 16 nm, diện tích bề mặt riêng 180 – 200 m
2
.g
-1
[15]. TiO
2
thương mại (độ tinh khiết
99,4%), kích thước hạt trung bình khoảng 130 nm sản xuất bởi công ty TNHH ROHA
Dyechem Việt Nam được sử dụng trực tiếp không qua bất kỳ quá trình xử lý nào.
Xúc tác quang hóa trên cơ sở composite của TiO
2
-CNT được tổng hợp từ một hệ
chứa TiO
2
và CNT được phân tán bằng sóng siêu âm và được tạo hạt theo phương pháp gel
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
345
hóa dị thể trong dung dịch CaCl
2
theo quy trình sau: 0,4g sodium alginate được cho từ từ
vào 60 ml nước cất, đồng thời khuấy cơ học cho đến khi đạt hỗn hợp đồng nhất, CNT và
TiO
2

TM
được phân tán đều trong hệ keo nhờ sóng siêu âm trên máy VC 505 – VC 750 theo
tỉ lệ khối lượng TiO
2
:CNT là 1:0,05. Xúc tác được tạo hạt trong dung dịch CaCl
2

(b)
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
346
thời gian 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút, được ly tâm để tách xúc tác và đem đi hấp phụ
Sulfone trên silicagel (hình 2) trước khi đem xác định hàm lượng lưu huỳnh bằng phương
pháp huỳnh quang tia X (XRF) trên máy TS-100V của hãng MITSHUBISHI.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Những đặc trưng của xúc tác quang hóa trên cơ sở composite TiO
2
-CNT
Hình thái học và cấu trúc vi mô của composit TiO
2
-CNT được kiểm tra bởi ảnh
SEM và TEM trong hình 3.
Từ các ảnh thu được ở trên ta có thể thấy rằng CNT và TiO
2
đã được phân tán rất
tốt vào nhau, tạo nên một loại vật liệu đồng nhất và bền vững. Kết quả thu được từ các ảnh
TEM và SEM trên hình 3 cho thấy rằng tất cả các hạt TiO
2
đã được gắn kết với các ống
cacbon nano, hầu như không tìm thấy các cấu trúc TiO
2
nằm riêng rẽ.
Giãn đồ nhiễu xạ tia X của composite TiO
2
-CNT sau khi nung ở 400
o
C trong 5h
được thể hiện trong hình 4. Theo các tài liệu nghiên cứu, pha anatase của TiO

Quan hệ giữa hàm lượng lưu huỳnh trong dầu diesel và thời gian phản ứng được
thể hiện trên hình 5 kết quả cho thấy rằng tốc độ quang hóa của TiO
2 TM
thấp hơn rất nhiều
so với tốc độ quang hóa của xúc tác tổ hợp TiO
2
-CNT điều này một lần nữa chứng minh
hiệu ứng synergic giữa TiO
2
-CNT trong việc loại bỏ các hợp chất của lưu huỳnh trong dầu
diesel.
Sự chuyển hóa của DBT và các dẫn xuất của nó thành Sulfone bởi xúc tác quang
hóa được chứng minh dựa vào kết quả phân tích theo phương pháp phổ hồng ngoại biến
đổi Fourrier (FT-IR) với các peak đặc trưng cho dao động của các hợp chất sulfone xuất
hiện ở hai vị trí tương ứng với số sóng là 1160 cm
-1
và 1280 cm
-1
[17] Hình 5. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hàm lượng lưu huỳnh (ppm) và thời gian phản ứng (phút)
Quan sát kết quả phổ hồng ngoại thu được ở trên ta thấy rằng diesel sau khi xử lý
bằng silicagel đã loại bỏ được hầu hết tất cả các hợp chất của sulfone và các hợp chất này
xuất hiện trở lại sau quá trình quang hóa xúc tác như được chứng minh nhờ kỹ thuật FT-IR
được trình bày trên hình 6.

Hình 6. Phổ hồng ngoại của diesel sau khi hấp thụ bằng silicagel và sau khi xử lý bằng xúc tác ở
hai vị trí xuất hiện peak các hợp chất sulfone 1280(a) và 1160 (b)
Cơ chế của quá trình ô-xy hóa quang hóa trên xúc tác TiO