BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC
Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ XÚC TÁC
QUANG NANO Ti2O.Fe2O3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC
Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ XÚC TÁC
QUANG NANO Ti2O.Fe2O3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA


.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Xuân Thơm – người thầy đã
tận tình hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô bộ môn hóa vô cơ – Trường Đại học sư
phạm thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt quá
trình theo học tại trường.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị đang công tác tại phòng
Công nghệ các hợp chất vô cơ – Viện Công nghệ Hóa học đã tận tình giúp đỡ, hướng
dẫn, cung cấp tài liệu và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể tiếp cận và vận dụng những
kiến thức đã học vào thực tế.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả những người thân và bạn bè đã động viên tôi trong
suốt thời gian qua.


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm
MỤC LỤC

MỤC LỤC ........................................................................................................................... 4
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................... 8
1.1. CÁC QUÁ TRÌNH QUANG HÓA XÚC TÁC BÁN DẪN [1, 8] .......................... 8
1.1.1. Giới thiệu quá trình quang hóa xúc tác bán dẫn ................................................ 8
1.1.2. Quá trình quang hóa xúc tác bán dẫn ................................................................ 8

2.2. THỰC NGHIỆM .................................................................................................... 32
2.2.1. Sơ đồ thực nghiệm điều chế TiO 2 .Fe 2 O 3 ........................................................ 32
2.2.2. Các thí nghiệm điều chế xúc tác ...................................................................... 33
2.3. THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA MẪU ................. 36
2.4. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH HÓA LÝ CỦA XÚC TÁC .............................. 36
2.5. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SẢN PHẨM .......................... 36
2.5.1. Xác định hàm lượng titan ................................................................................ 36
2.5.2. Xác định hàm lượng sắt [5, 9] ......................................................................... 38
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 41
3.1. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA TiO 2 THÀNH DẠNG DỄ TAN ........................... 41
3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ TiO 2 :NaOH đến quá trình phân hủy TiO 2 ..................... 41
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình phân hủy TiO 2 .................................. 42
3.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng axit đến quá trình hòa tan .................................... 42
3.2. ĐIỀU CHẾ HỆ XÚC TÁC Ti-Fe BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ... 42
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT........................................................................ 52
4.1. KẾT LUẬN ............................................................................................................ 53
4.2. ĐỀ XUẤT ............................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 54

SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

5


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm
MỞ ĐẦU

Titan là nguyên tố phổ biến trong thiên nhiên, chiếm 0.63% khối lượng vỏ trái đất,


SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

6


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

Sở dĩ khóa luận này nghiên cứu biến tính TiO 2 kích thước nm bằng sắt vì hợp chất
chứa sắt (FeSO 4 .7H 2 O) giá thành thấp và dễ sử dụng hơn so với các kim loại và phi kim
khác.
Với mong muốn tạo ra loại xúc tác quang mới có khả năng hấp thu ánh ở vùng ánh
sáng khả kiến, có giá thành thấp, có thể ứng dụng rộng rãi, tôi đã lựa chọn và tiến hành
khảo sát dùng sắt biến tính TiO 2 bằng phương pháp đồng kết tủa – một phương pháp
tương đối dễ thực hiện.

SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

7


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. CÁC QUÁ TRÌNH QUANG HÓA XÚC TÁC BÁN DẪN [1, 8]
1.1.1. Giới thiệu quá trình quang hóa xúc tác bán dẫn

8


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

Quá trình quang xúc tác đạt hiệu quả khi kích thước hạt bán dẫn nhỏ, vì vậy phải
giảm kích thước hạt để tăng hiệu quả của xúc tác.
Tốc độ tạo thành các gốc *OH trong quang xúc tác gắn liền với sự tạo thành các
e- CB trên vùng dẫn cũng như h+ VB trên vùng hóa trị. Quá trình kết hợp e- CB và h+ VB làm
giảm khả năng tạo thành *OH, từ đó làm giảm hiệu quả xúc tác của TiO 2 . Quá trình điều
chế và sử dụng TiO 2 dạng vi hạt (kích thước nhỏ 0.1 µm) sẽ làm hạn chế quá trình tái kết
hợp của các e- CB và h+ VB .
Đồng thời khi kích thước hạt xúc tác càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt của xúc tác
càng lớn, khả năng tiếp nhận ánh sáng và tiếp xúc với tác chất tăng lên, làm tăng hiệu quả
của quá trình.
 Thành phần pha anatase và rutile
Anatase là dạng được sử dụng chủ yếu trong phản ứng quang hóa vì hoạt tính quang
của nó cao hơn rutile. Sự khác nhau về đặc tính quang của hai cấu trúc có thể do nhiều
nguyên nhân, trong đó nguyên nhân chính là tốc độ tái kết hợp giữa electron sinh quang
và lỗ trống sinh quang của rutile cao hơn nhiều so với anatase. Tuy nhiên nhiều công
trình nghiên cứu cho thấy hoạt tính quang hóa xúc tác của TiO 2 không tăng đồng biến với
lượng anatase mà chỉ đạt tối ưu với một tỷ lệ cấu trúc anatase/rutile thích hợp.
 Tính chất hấp phụ
Tính chất hấp phụ được quyết định bởi các yếu tố bề mặt của xúc tác. Chất xúc tác
có tổng diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp cao dễ dàng hấp phụ chất phản ứng.
 Cường độ chiếu tia sáng
Hoạt tính xúc tác quang chịu ảnh hưởng lớn của cường độ tia sáng, vì chỉ những
bước sóng ánh sáng ngắn có năng lượng lớn mới đủ kích thích các electron của chất bán

tạo hỗn hợp sản phẩm rutile và anatase.
1.2.2. Tính chất vật lý [8]
TiO 2 là những chất màu trắng, thường tồn tại dưới dạng bột, nhiệt độ nóng chảy
1870oC, trên 1000oC áp suất riêng phần tăng vì oxy được giải phóng tạo các oxyt bậc
thấp TiO, Ti 2 O 3 và cả các oxyt trung gian Ti 3 O 5 (TiO 2 và Ti 2 O 3 ) các oxyt đều cứng, khó
nóng chảy và bền nhiệt.
Năng lượng Gibs tạo thành chuẩn: G0 298 = -889KJ.mol-1
Rutile có tỷ trọng cao nhất, và cấu trúc sít đặc nhất, độ cứng cao 6.0 - 7.0, anatase
có độ cứng thấp hơn 5.5 - 6.0 (theo thang Mohs).
Lý tính

Anatase

Rutile

Nhiệt độ nóng chảy(oC)
1800
1870
3
Tỷ trọng( g/cm )
3.84
4.2
Độ cứng (Mohs)
5.5 - 6.0
6.0 - 7.0
Chỉ số khúc xạ
2.52
2.71
Hằng số điện môi
31

TiO 2 + H 2 SO 4 = H 2 [TiO(SO 4 ) 2 ] + H 2 O
Tuy nhiên hiệu suất thấp. Với H 2 SO 4 đậm đặc nóng phản ứng xảy ra theo phương
trình trên, nhưng sự có mặt dư của SO 4 2- các muối titan TiOSO 4 và Ti(SO 4 ) 2 chuyển
dạng Ti 2 (SO 4 ) 3 bền. Vì thế thực nghiệm cho thấy khó có thể chế tạo dung dịch TiOSO 4
có nồng độ tương đối từ phản ứng trực tiếp TiO 2 với dung dịch H 2 SO 4 , tương tự đối với
axit HCl.
TiO 2 tác dụng với HF:
TiO 2 + 6HF = H 2 TiF 6 + 2H 2 O
Với NaHSO 4 hoặc KHSO 4 :
TiO 2 + 4NaHSO 4 = Ti(SO 4 ) 2 + 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O
TiO 2 + 4KHSO 4 = Ti(SO 4 ) 2 + 2K 2 SO 4 + 2H 2 O
Phản ứng này thường được dùng phân hủy TiO 2 trong phương pháp hóa học phân
tích titan.
• Các oxyt của titan:
Titan liên kết với oxy tạo ra 3 oxyt: TiO 2 , Ti 2 O 3 , TiO. Ngoài ra người ta còn tìm
thấy các oxyt trung gian như Ti 3 O 5 (hỗn hợp của TiO 2 , Ti 2 O 3 ). Các oxyt hóa trị cao
mang tính chất lưỡng tính, các oxyt hóa trị thấp mang tính bazơ.
SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

11


Khóa luận tốt nghiệp 2012

Oxyt
TiO 2
Ti 2 O 3
TiO

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

đạo trống d của titan tạo liên kết phối trí với các cặp điện tử không liên kết của oxy làm
tăng độ bền liên kết trong [TiO]2+, vì thế từ trong dung dịch muối có thể tách ra những
hydrat tinh thể như TiOCl 2 .2H 2 O, TiOSO 4 .2H 2 O. Trước đây người ta gọi TiO2+ là
titanyl, nhưng đến nay trong dung dịch cũng như trong tinh thể không có mặt TiO2+ mà
chỉ có mặt [TiO] n 2n+.
Nối ion SO 4 2- sao cho mỗi ion titan được bao quanh kiểu bát diện bởi 6 nguyên tử
oxy của SO 4 2- và của H 2 O.
TiO 2 .nH 2 O tan mạnh trong HCl và trong H 2 SO 4 có nồng độ cao tạo H 2 TiCl 6 và
TiOSO 4 , tan trong dung dịch nước, ngay cả dung dịch axit và bazơ có nồng độ không cao
TiOCl 2 + 3H 2 O = Ti(OH) 4 + 2HCl
TiOSO 4 + 3H 2 O = Ti(OH) 4 + H 2 SO 4
Na 2 TiO 3 + 3H 2 O = Ti(OH) 4 + 2NaOH
SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

12


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

Các axit metatitanic thủy phân có cấu trúc polyme mà thành phần và tính chất biến
đổi trong khoảng rộng tùy thuộc vào điều kiện thủy phân, người ta cho rằng axit α-titanic
tạo thành khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp và hợp chất polyme trong đó các bát
diện Ti(OH) 4 .(OH) 2 liên kết với nhau qua cầu nối OH, các axit α-titanic dễ tan trong các
axit vô cơ, khi tiến hành ở nhiệt độ cao α-titanic chuyển sang dạng β-titanic, dạng axit
này khó tan trong axit ngay cả khi đun nóng, hiện tượng này gắn liền với quá trình mất
nước và chuyển cầu nối ol sang cầu nối oxo.
Các hợp chất muối của Ti(IV):
Tetraflorua titan TiF 6 là những polyme màu trắng. Tinh thể TiF 6 được cấu tạo nên

 Cơ sở lý thuyết:
Phương pháp này dùng để sản xuất phần lớn lượng TiO 2 từ ilmenite. Sơ đồ công
nghệ của phương pháp này phức tạp gồm nhiều công đoạn, nhưng về nguyên tắc có thể
gộp lại trong 4 giai đoạn :
- Phân hủy tinh quặng bằng H 2 SO 4 ,
- Khử Fe trong dung dịch,
- Thủy phân để tách axit metatitanic từ dung dịch sunfuric,
- Nung cặn và TiO 2 .
 Phân hủy quặng:
Khi dùng H 2 SO 4 để phân hủy tinh quặng ilmenite sẽ xảy ra những phản ứng sau:
FeTiO 3 + 3H 2 SO 4 = Ti(SO 4 ) 2 + FeSO 4 + 3H 2 O
FeTiO 3 + 2H 2 SO 4 = TiOSO 4 + FeSO 4 + 2H 2 O
Để phân hủy, lúc đầu người ta chỉ cần nung lên 125-1350C, sau đó nhiệt độ sẽ tự
nâng lên (nhờ nhiệt của phản ứng ) đến 180-2000C và phản ứng tiến hành mạnh, kết thúc
sau 5-10 phút.
 Tách Fe ra khỏi dung dịch :
Để làm sạch dung dịch khỏi phần lớn tạp chất sắt, người ta dùng phôi sắt hoàn
nguyên Fe3+ đến Fe2+ và sau đó kết tinh cuporos sắt FeSO 4 .7H 2 O (lợi dụng tính giảm độ
hòa tan của nó để làm sạch dung dịch).
Fe 2 (SO 4 ) 3 + Fe =

3FeSO 4 (độ tan nhỏ)

Khi tất cả Fe3+ hoàn nguyên thành Fe2+ thì dung dịch sẽ chuyển sang màu tím (trong
dung dịch xuất hiện màu tím), tức là một phần Ti4+ đã bị hoàn nguyên đến Ti3+.
2TiOSO 4 + Fe + 2H 2 SO 4 =

Ti 2 (SO 4 ) 3

+ FeSO 4 + 2H 2 O

- Qui trình sản xuất chỉ dùng 1 loại hóa chất là H 2 SO 4 .
- Có thể dùng nguyên liệu có hàm lượng TiO 2 thấp, rẻ tiền.
 Nhược điểm:
- Lưu trình phức tạp.
- Thải ra một lượng lớn sunfat sắt và axit loãng.
- Khâu xử lý chất thải khá phức tạp và tốn kém.
- Chi phí đầu tư lớn.
 Qui trình công nghệ:

SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

15


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

TINH QUẶNG ILMENIT

Nghiền và làm khô

H2SO4 đậm đặc

Phân hủy

Hòa tách và lọc

Bã thải



Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

Trong quá trình sản xuất, một phần axit sunfuric chuyển thành muối sunfat, chủ yếu
là muối sắt (II) sunfat, phần còn lại là axit sunfuric loãng. Để đáp ứng các yêu cầu về môi
trường, người ta dùng CaCO 3 và Ca(OH) 2 để tạo kết tủa CaSO 4 với dung dịch chất thải.
Hoặc ta có thể tái chế để thu hồi H 2 SO 4 qua hai giai đoạn:
- Cho bay hơi dung dịch để thu được axit có nồng độ cao hơn.
- Nhiệt phân các muối sunfat để thu SO 2 dùng cho quá trình sản xuất H 2 SO 4 .
 Phương pháp clo hóa
 Cơ sở lý thuyết:
Có thể dùng 3 cách để nhận được TiO 2 từ TiCl 4 :
- Thủy phân dung dịch TiCl 4 .
- Phân hủy hơi TiCl 4 bằng hơi nước (thủy phân trong pha khí).
- Đốt clorua trong không khí hoặc trong oxy ở nhiệt độ cao.
 Thủy phân dung dịch TiCl 4 :
Cần chuẩn bị dung dịch nước TiCl 4 bằng cách rót TiCl 4 vào nước lạnh hoặc axit
HCl loãng.
TiCl 4 +

3H 2 O = H 2 TiO 3 + 4HCl

Sau đó nung H 2 TiO 3 ở 850-9000c sẽ thu được TiO 2 .
 Thủy phân trong pha khí:
TiCl 4 tác dụng với hơi nước ở 300-4000C
TiCl 4 +

2H 2 O = TiO 2 + 4HCl

Nhược điểm:
- Sản phẩn phụ là clorua sắt ít được sử dụng,
- Phản ứng ở nhiệt độ cao, tốn nhiều năng lượng,
- Bình phản ứng phải chọn loại vật liệu có thể chống sự phá hoại của HCl khi có
mặt của hơi nước.
Đối với phương pháp này, nếu nguyên liệu thô chứa < 90% TiO 2 , cần phải xử lý
nước thải. Người ta có thể thải dung dịch các muối clorua kim loại bằng phương pháp
đào giếng sâu. Dung dịch này được bơm vào các tầng địa lý có lớp xốp. Do cấu tạo đặc
biệt này các chất thải sẽ không bị hòa tan vào nguồn nước ngầm. Ngoài ra, người ta còn
có thể xử lý các muối clorua bằng cách trộn chúng với xi măng và các hợp chất kim loại
kiềm để tạo ra các kết tinh có tính chất giống đá vôi dùng trong xây đường.
 Một số phương pháp khác
Trong những năm gần đây, liên quan tới những ứng dụng hiện đại của TiO 2 , một số
phương pháp chế tạo TiO 2 được nghiên cứu và ứng dụng.
- Phương pháp sol-gel:
Phương pháp sol-gel tổng hợp được các oxyt siêu mịn có kích thước cỡ nano, có
tính đồng nhất và hoạt tính cao. Ngoài ra, bằng cách tính toán và lựa chọn các tổ hợp
polyme với các gốc alkoxide khác nhau để tạo TiO 2 , hoặc các Ti-O-M có cấu trúc, kích
thước hạt, lỗ xốp theo yêu cầu sử dụng.
- Phương pháp vi nhũ tương:
Hệ vi nhũ tương là một hệ gồm một pha dầu, một pha nước có chứa các chất có hoạt
tính bề mặt, được phân tán vi hạt đồng nhất trong toàn bộ hệ. Đường kính các hạt khoảng
5-20 nm, phản ứng xảy ra khi các hạt va chạm nhau hình thành sản phẩm có cỡ hạt
nanomet.
- Phương pháp ngưng tụ pha hơi ở nhiệt độ thấp:
SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

18




Những dạng α và β có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng có kiến
trúc electron khác nhau nên Fe α có tính sắt-từ và Fe β có tính thuận từ, Fe α khác với
Fe β là không hòa tan C, Fe γ có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm diện và tính
thuận từ, Fe δ có kiến trúc lập phương tâm khối như Fe α nhưng tồn tại đến nhiệt độ
nóng chảy.
1.3.2. Trạng thái thiên nhiên
Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng hàng thứ tư sau O, Si và Al.
Trữ lượng của Fe trong vỏ Trái Đất là 1.5% tổng số nguyên tử. Sắt là kim loại đã được
biết đến từ cổ xưa, có lẽ có nguồn gốc vũ trụ.
Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe 3 O 4 ) chứa đến 72% Fe,
hematit (Fe 2 O 3 ) chứa 60% Fe, pirit (FeS 2 ) và xiderit (FeCO 3 ) chứa 35% Fe. Ngoài
những mỏ lớn tập trung khoáng vật của sắt, sắt còn phân tán trong khoáng vật của những
nguyên tố phổ biến nhất như Al, Ti, Mn…
1.3.3. Tính chất vật lý
Sắt là kim loại có ánh kim, màu trắng xám, dễ dát mỏng. Dưới đây là một số hằng
số vật lý của sắt (bảng 3).

SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

19


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm
Nhiệt độ nóng chảy, oC

1536


tạo được màng bảo vệ. Ngược lại florua của sắt không bay hơi (vì liên kết có tính ion)
nên Fe bền với khí F 2 ở nhiệt độ cao.
Fe tác dụng với S khi đun nóng nhẹ tạo nên hợp chất không hợp thức có thành phần
gần với FeS.
Fe tác dụng trực tiếp với CO tạo thành cacbonyl kim loại.
Fe là kim loại bền với kiềm ở các trạng thái dung dịch và nóng chảy. Sở dĩ như vậy
là vì các oxyt của sắt hầu như không thể hiện tính lưỡng tính.
Đối với không khí và nước, sắt tinh khiết đều bền. Ngược lại, nếu sắt có chứa tạp
chất bị ăn mòn dần dưới tác dụng đồng thời của hơi ẩm, khí CO 2 và khí O 2 ở trong không
khí tạo nên rỉ sắt:
2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 .nH 2 O
Rỉ sắt được tạo nên ở trên bề mặt là một lớp xốp và giòn không bảo vệ được sắt
khỏi tiếp tục tác dụng và quá trình ăn mòn sắt tiếp tục diễn ra. Hàng năm, lượng sắt
thép mất đi vì bị rỉ là vào khoảng 1/4 lượng sắt thép được sản xuất trên toàn thế
giới.
SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

20


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

• Muối Fe(II):
Muối Fe(II) có với hầu hết những anion bền. Muối khan có màu khác với muối ở
dạng hydrat, ví dụ như FeCl 2 trắng nhưng FeCl 2 .6H 2 O màu lục nhạt. Màu của muối khan
không luôn luôn trùng với màu của ion. Muối Fe2+ kém bền đối với oxy của không khí.
Muối của axit mạnh như clorua, nitrat và sunfat tan dễ dàng trong nước còn muối của axit
yếu sunfua, cacbonat, xianua, oxalat và photphat khó tan. Khi tan trong nước muối cho



Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

• Phải đảm bảo đúng quá trình đồng kết tủa, nghĩa là kết tủa đồng thời các kim loại
đó.
• Phải đảm bảo tỉ lệ tiền chất phù hợp để tạo ra sản phẩm mong muốn.
 Ưu điểm :
- Tạo sự liên kết chặt chẽ giữa pha hoạt tính và chất mang.
- Tinh thể có kích thước đều đặn, độ đồng nhất cao.
- Tinh thể có cấu trúc bền vững.
- Ít lẫn tạp chất.
- Diện tích bề mặt lớn.
- Kích thước hạt nhỏ (nanomet, micromet), có tính chọn lọc hóa học cao.
- Tỉ trọng nhỏ.
- Phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm, do đó tiết
kiệm năng lượng, giảm thiểu quá trình mất mát do bay hơi, ít ô nhiễm môi trường.
- Sản phẩm thu được trong mỗi lần chế tạo khá nhiều.
 Nhược điểm:
- Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả bằng tạo phức giữa ion kim
loại và ion tạo kết tủa, lực ion độ pH của dung dịch.
- Tính đồng nhất hóa học của oxyt phức hợp tùy thuộc vào tính đồng nhất của kết
tủa từ dung dịch.
- Việc chọn điều kiện để các ion kim loại cùng kết tủa là một công việc rất khó khăn
và phức tạp.
- Quá trình rửa kéo theo một cách chọn lọc một số cấu tử nào đấy làm cho sản phẩm
thu được có thành phần khác với thành phần dung dịch ban đầu.
1.5. ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA [2]

đó tạo ra những khối hạt không đồng nhất.
- Yêu cầu nguyên liệu phải thật tinh khiết không có tạp chất.
- Thời gian thực hiện kéo dài.
- Ở nhiệt độ cao Ti(OH) 4 và Fe(OH) 3 mất nước tạo ra các dạng oxyt khác nhau,
làm cho sản phẩm bị lẫn những chất không mong muốn.
- Dùng nhiều nhiệt để nung.

1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG HÓA LÝ CỦA
CHẤT XÚC TÁC VÀ PHÂN TÍCH SẢN PHẨM
1.6.1. Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của chất xúc tác
1.6.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray difaction)[2]
Phương pháp nhiễu xạ tia X cung cấp trực tiếp những thông tin về cấu trúc tinh thể,
mức độ kết tinh, thành phần pha, kích thước hạt trung bình, và khoảng cách giữa các lớp
cấu trúc đối với vật liệu có cấu trúc lớp.
Nguyên lý chung của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào vị trí và cường độ các
vạch nhiễu xạ trên giản đồ ghi được của mẫu để xác định thành phần pha, các thông số
mạng lưới tinh thể, khoảng cách giữa các mặt phản xạ trong tinh thể. Xét hai mặt phẳng
song song I và II có khoảng cách d (Hình 3). Chiếu chùm tia Rơngen tạo với các mặt
phẳng trên một góc θ. Để các tia phản xạ có thể giao thoa thì hiệu quang trình của hai tia
11’ và 22’ phải bằng số nguyên lần bước sóng λ.
AB + AC = nλ hay 2dsin θ = nλ . Đó là phương trình Bragg.

SVTH: Nguyễn Thị Việt Hằng

23


Khóa luận tốt nghiệp 2012

GVHD: ThS Nguyễn Xuân Thơm

(1.1)
β ⋅ cosθ
−

Trong đó: r là kích thước hạt trung bình (nm), λ là bước sóng bức xạ K α của anot
Cu, bằng 0.15406 nm, β là độ rộng (FWHM) của pic tại nửa độ cao của pic cực đại
(radian), θ là góc nhiễu xạ Bragg ứng với pic cực đại.
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X ta cũng có thể tính được thành phần của các pha anatase
và rutile trong mẫu TiO 2 theo phương trình (1.2):

χ=

1
I
1 + 0.8 A
IR

; X=

1
I
1 + 1.26 R
IA

(1.2)

Trong đó: χ là hàm lượng rutile (%). X là hàm lượng anatase (%). 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).