I HC QUC GIA HÀ NI
I HC KHOA HC T NHIÊN
 
NGHIÊN CU TNG HP VT LIU QUANG XÚC TÁC TIO
2
BIN
TÍNH VI ST TRÊN TRO TRU VÀ NG DNG TRONG X LÝ
CHT HM

LUC

Hà Ni   2014


Em xin cy, cô giáo trong phòng thí nghing,
các thy, cô giáo trong khoa Hóa Hc  i Hc Khoa Hc T Nhiên 
và các anh, ch cùng các bn trong phòng thí nghing 
tu ki em trong quá trình thc hin lu
Hà Ni, 2014
Hc viên  

MC LC
M U 1
C 1: TNG QUAN 3
1.1. Thc trng ô nhim cht hng 3
1.1.1. Các ngun phát thi cht hm 3
1.1.2. Khái quát  B (RhB) 4
1.2. Mt s  lý cht hng 5
1.3. Vt liu quang xúc tác TiO

/tro tru (Fe-TiO
2
/RHA)
b-gel kt hp vi thy nhit 26
2.3. Mt s yu t ng ti quá trình tng hp vt liu t hp quang xúc tác
Fe- TiO
2
/RHA 26
2.3.1. Quá trình tin x lý v tru 26
2.3.2. Nghiên cu ng cng tro tr 27
2.3.3. Nghiên cu ng ca thi gian khuy sol Fe-TiO
2
vi tro tru 27 2.4. Kho sát hot tính vt liu trong quá trình x lý RhB 27
2.4.1. Khng vt liu t hp quang xúc tác Fe-TiO
2
/RHA 28
2.4.2. Kho sát ng ca pH 28
2.4.3. So sánh kh  lý RhB ca vt liu kin ánh sáng t
 28
2.4.4. Kho sát kh  dng vt liu 28
2.5.  29
 29
 30
 30
 tia X (EDX) 31
-Vis 32
nh RhB 33

12
Hình 1.5. 
2

2

15
Hình 1.6. 
16

32
   
-TiO
2
/RHA
35
Hình 3.2. -0; RHA-1; RHA-2; RHA-3
36
Hình 3.3.    
-TiO
2
/RHA
38
Hình 3.4. -TiO
2
 khác nhau
38
Hình 3.5  h RhB
-TiO
2

/RHA
46
Hình 3.12. -3-600
0
C/6h
47
Hình 3.13. Fe- TiO
2
/RHA-3-600
0
C/6h
47
Hình 3.14
-TiO
2
/RHA 
50
Hình 3.15
52 DANH MC BNG
 1.1. 
2
 và rutil
12
 
-TiO
2
/RHA

44
0.  t  RhB 
Fe-TiO
2
/RHA
48
1.  RhB 
Fe-TiO
2
/RHA
49
.12.   
-TiO
2
/RHA
51
3Fe-TiO
2
/RHA 
51

DANH MC CÁC CH VIT TT
EDX
PEnergy-Dispersive X-ray spectroscopy ) 1


Cùng vi s phát trin ca kinh t- xã hi, v ô nhi
ngày càng tr nên nghiêm trng. Nguyên nhân ch yu gây ô nhing là
hong sn xut ca nhà máy trong các khu công nghip, hong sn xut ca
các làng ngh và sinh hot ci dân ti  ln.
Vic phát trin các làng ngh có vai trò quan tri vi s phát trin kinh
t - xã hi và gii quyt vic làm  u qu v môi
ng do hong sn xut ca các làng ngh  lng.
Hình th sn xut ca làng ngh rng, có th p tác
xã hoc doanh nghip. Tuy nhiên, do sn xut mang tính t phát, s dng công ngh
th công lc hu, chp vá, mt bng sn xut cht chi, ving h
thng x c thc quan tâm, ý thc bo v ng sinh thái ca
i dân làng ngh  nên tình trng ô nhing ti các làng ngh
ngày càng trm trng.
Do vy, v bo v ng không ch cp thii vi các cp qun lí,
các doanh nghip, mà còn là trách nhim ca c h thng chính tr và toàn xã hi.
i các nhà khoa hc và công ngh không ngng nghiên cu, tìm
ra các bi x lý các cht gây ô nhing.
Trong nhc s dng cht xúc tác bán d
2
, ZnO,
t oxi hóa kh  phân hy các cht hn vc xem là
mu qu, có trin vng thay th n thng
trong vic x lý các cht hu c, m ca

quang TiO
2
ít tn dc ngung này. Do vu nghiên
cu trong viu ch bin tính TiO
2
 nâng cao kh ng dng, có th dùng
ánh sáng nhìn thy hoc ánh sáng mt tri thay tia UV [6]. Nhiu nghiên cu gn
y TiO
2
c bin tính bi các cation kim loi chuyn tiy
kt qu tng tính cht quang xúc tác trong vùng ánh sáng kh kin. Trong
nhiu báo cáo, các ht tinh th nano TiO
2
c bin tính bi cation s hin
hot tính quang xúc tác ti TiO
2
tinh khii ánh sáng nhìn thy. Mt
m na ca vt liu TiO
2
là do có c nanomet nên 
c s to dng huyn phù thu hi vt li khc
phm trên, t t l phù hp tro tru vào vt liu
t hp quang xúc tác. Tro trc bit là mt cht mang có din tích b mt
l p ph tt các cht ô nhim hong ca
xúc tác trên b mt giúp cho quá trình phân hy cht ô nhim ca xúc tác thun li
 Ngoài ra, tro tru là ngun nguyên liu giá thành r, sn có  Vit Nam 
c trng lúa go.
Chính vì vy tôi ch tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang xúc tác
TiO
2

H
2
O
2
, NaOH, Na
2
CO
3
, các ch   t ngm, cht cm màu, cht ty ra.
ng hóa cht s di vi tng loi vi, tng lo
c thi qua t
Các cht ty ra là mt trong các thành t gây ô nhim h nht,
c s dng trong các ngành công nghii sng sinh
4

hot. Thành phn các cht ty ra bao gm cht hong b mt, cht ph gia và
các cht khác. Các chu cn tr quá trình x c.
c thi dt nhu ng rt ln v ng các
cht ô nhim. Tùy theo mt hàng sn xut và yêu cu chng sn ph
sn xut s dng các k thut nhut tr nhum khác nhau.
Trong lun , tôi nghiên cu x lý phm nhum Rhodamine B.
1.1.2. Khái quát  B (RhB)
        
pháp 
có trong 

 
               

khi 

Mt s  lý cht h cp
m thc, l
m là loi b không hoàn toàn màu sc, to ra các chc hi khác. 
cht hp ph là s thay th hiu qu bi m u thp,
có kh i b hoàn toàn cht ô nhim, d s dng, thit k c bit
là không to ra chc ph.
Công ngh x c thc áp dng nhm loi b nhi, màu sc,
cht rng, COD, BOD
5
và kim loi nng [2]. X c thi dt nhum bao
gm nhit mt hiu qu nhnh
i vi mt vài cht ô nhing.
*  [3]


-7

10
-5





 




Hin nay, keo t n x lý thích hp cho vic tách và loi b

thut siêu lc có th loi b các cht tan vi kh ng phân t ln c
1000÷100.000 g/mol. Tuy nhiên nó không lc các loi thuc nhum tan và có
7

phân t ng thp. Vic loi b các loi thuc nhuc thc hin b
pháp lc nano và thm thc. Lc chng minh là có th tách
thuc nhum hot tính có khi ng phân t khong 400g/mol ra khc thi.
Tuy vn có mt s m giá thành ca màng và
thit b lc cao t thp do thuc nhum lng xung làm bn màng.
* p ph [3, 4]
p ph là c tip các cu t c.
m c:
- 
- 
-  




- .
- .
- .
- .
- .
Tuy nhiên nc im ca phng pháp này nm trong chính bn cht ca
nó là chuyn cht màu t pha này sang pha khác, cn có thi gian tip xúc, to
mt lng thi sau hp ph, không x lý trit  cht ô nhim.
* ng [9, 22]

 

•

Theo lý thuyt vùng, cn t ca kim loi có mt vùng gm nhng
obitan phân t liên kc x c gi là vùng hóa tr và mt vùng
gm nhng obitan phân t phn liên kt còn trc gi là vùng dn
hay min di mt h t
nh gi là vùng cm.
Theo giá tr vùng ci ta chia thành các chn (E
bg
> 3,5 eV),
cht bán dn (E
bg
< 3,5 eV). Cht dn kim loi có E
bg
.
Cơ chế của quá trình phân hủy quang xúc tác
Cht hp ph n t vùng dn
t hoc t n l trng  vùng hoá tr. Quá trình này xy ra trong
sut thi gian chiu x. Electron và l trng có thi gian tái kt hp rt ngn nu
9

không có mt ct. Các ch

, O
2

t vai trò quan
trng trong quá trình khoáng hoá các hp cht hm. S 
p ph các cht h rn là thun li chính dn s 
hot tính quang hoá. Hình 1.2  to gc hong trên vt liu bán


Hình 1.3.  quá trình xúc tác quang trên vt liu bán dn
Các quá trình xy ra sau khi cht bán dn b kích thích dn phân tách các
cp electron - l trng. Các electron quang sinh trên b mt cht xúc tác có kh
 mnh. Nu có mt O
2
hp ph lên b mt xúc tác s xy ra phn ng to
O
2

(ion super oxit) trên b mt và tiy ra phn ng vi H
2

e
CB
-
+ O
2
 O
2


2 O
2

+ 2H
2
O  H
2
O

+ H
+

h
VB
+
+ OH
-
 HO


Các gc t do HO

, O
2

 quang phân
hu hp cht hc t do HO

là mt tác nhân oxi hoá rt mnh,
không chn lc và có kh u ht các cht h
11

 các oxit TiO
2
, ZnO, Fe
2
O
3
, và

 có s chuyn pha t trng thái anatas sang rutil.
Hình 1.4 cho thy tinh th anatas và rutil u có cu trúc t 
c to bi các bát din TiO
6
,  i ion Ti
4+
c bao quanh bi mt bát din
ca 6 ion O
2-
và mi nguyên t c liên kt vi ba nguyên t titan. Hai cu
trúc tinh th ca anatas và rutil khác nhau  s bin dng ca mi bát din và bi
kiu kt hp ca các chui bát din. Do s khác nhau trong các cu trúc này mà tính
cht ca anatas và rutil  khác nhau. Trong hai dng thù hình này, anatas
c bit là có hot tính xúc tác quang hóa t. [18, 28]
12

(a) cu trúc dng anatas
(b) cu trúc dng rutil
(c) cu trúc dng brookit
Hình 1.4. Cu trúc tinh th TiO
2

Bng1.1. Các thông s vt lí ca TiO
2

2
khi
nhc s kích thích bc sóng thích hng bng
hoc lng vùng cm ca TiO
2
(< 387 nm) các electron hóa
13

tr s tách khi liên kt, chuyn t vùng hóa tr lên vùng d li l trng 
tr [20] to ra cp electron- l trng.

t, các electron quang sinh có tính kh rt mnh còn các l trng
quang sinh có tính oxi hóa rt mnh. Chúng s tham gia phn ng vi các cht hp
ph ti b mt ch
2
O, ion OH

, các hp cht hc oxi hòa tan.
S c hay OH

b hp ph trên b mt các ht TiO
2
s sinh ra gc t do

OH là tác nhân chính ca các quá trình oxi hóa nâng cao.
TiO
2
(h
+
) + H

TiO
2
(e
-
) + O
2

2
+

2
O

Gc

O
2

này có th phn ng vi ion H
+
(to thành do s phân ly H
2

sinh ra HO
2


H
+
+

+ 2 OH

+ O
2

TiO
2
(e
-
) + HO
2

+ H
+

2
O
2
+ TiO
2


2
O
2
b phân tách, to ra các gc hydroxyl
H
2
O
2


+ OH

+ TiO
2

Ion OH


sinh ra li có th tác dng vi l trng quang sinh (h
+
 to thêm gc

OH là mt tác nhân oxi hoá mnh có kh u ht các cht h
Trong quá trình xúc tác quang ca TiO
2
, các cht ô nhim h
TiO
2
TiO
2
(e
CB

+ h
VB
+
)
+ h ( < 387 nm)
14

còn rutil ng anatas có kh ng thi
c t không khí cùng vi ánh sáng t ngo phân hy các hp cht
h anatas i tác dng ca ánh sáng t ngot
cu ni trung chuyn t t H
2
O sang O
2
, chuyn hai cht này thành dng

2
O
và

OH

là hai dng có hot tính oxi hóa cao, có kh y cht h
thành H
2
O và CO
2
.

2

                 
ng thi
1.3quang xúc tác TiO
2

Mc dù TiO

Choi và cng s [10n hành pha tp vi nhiu ion kim loi chuyn tip

3+
, Mo
5+
, Ru
3+
, Os
3+
, Re
5+
, V
4+
, Rh
3+
. Kt qu ng minh s 
hiu qu ca xúc tác sau khi pha tc bit khi pha tp nhng ion Fe
3+
, V
4+
, Mo
5+
.
Wang X. [29] và Liu H. [23u ch c TiO
2
bin tính b
Fey nhit. Kt qu cho thy ving tinh th
TiO
2
nhng ion kim loi chuyn ti hp th ánh sáng kh kin.

(b) Cu trúc tinh th anatas ca vt liu nano TiO
2
pha tp Fe
ng tinh th TiO
2
s i th tích do hai nguyên nhân th nht
có s khác nhau v bán kính ion nguyên t: ion Ti
4+
có bán kính nguyên t c
0,68A
0
, ion Fe
3+
có bán kính nguyên t c 0,64 A
0
. Th hai, ti chiu dài liên
kt, liên kt Ti-O có chiu dài t 1,942 A
0
n 2,002 A
0
, liên kt Fe-O có chiu dài
t 1,753 A
0
n 2,102 A
0
. Tuy nhiên, khi pha tp thay th Fe thì s bin thiên v
cu trúc trong pha anatas trong TiO
2
không rõ ràng, do s chênh lch nh v bán
kính ion nguyên t Ti

2
O →

OH + H
+




+ O
2


2
O



OH tác dng vi các cht hm to ra các ch bn,
 CO
2
, H
2
O, HNO
3
.
* Biến tính TiO
2
bằng phi kim
Các phi kim c pha tp thành công vào vt liu xúc tác TiO

 [23, 29a, so vi vic pha tp nhng phi kim khác, xúc tác
C-TiO
2
có th tng h c mà không cn thêm mt ngun C nào bên ngoài,
thông qua vic dùng chính ngun C trong thành phn h    
(TIOT) và dung môi trong quá trình tng hp [29]. C ngoài vai trò làm gi
ng vùng cm nh kh  chui vào các khe mng tinh th (vì cacbon có kích
c nh) còn có th ph lên b mt TiO
2
t cht nhy sáng.
* Biến tính TiO
2
đồng thời bằng kim loại và phi kim
Hin nay ngày càng có nhiu công trình nghiên cu pha tng thi kim loi
và phi kim vào TiO
2
[29, 32]. Khi TiO
2
c bin tính ch bng kim loi thì hiu qu
hong quang vn còn thp. Nhng nghiên cu gy vic bin tính ng
thi kim loi và phi kim s cho vt liu c nâng cao hot tính xúc tác trong vùng kh
kin i khi ch pha tp mt loi kim loi hoc phi kim.
Hình 1.6. ng vùng cm gim nh bin tính v
ng