ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ NGỌC HẠNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA
VẬT LIỆU BIVO4 VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ THUỐC TRỪ SÂU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – NĂM 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ NGỌC HẠNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU BIVO4
VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ THUỐC TRỪ SÂU
Chuyên ngành: Hóa Phân tích
Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

HDC: TS. Nguyễn Đức Văn
HDP: PGS.TS. Tạ Thị Thảo




Thời gian gần đây, bitmut octovanađat (BiVO4) đã thu hút được sự chú ý rất lớn do
tính chất quang xúc tác của nó dưới ánh sáng nhìn thấy, và được kỳ vọng sẽ là một trong
những chất có thể thay thế TiO2. Xu hướng nghiên cứu hiện nay là nghiên cứu chế tạo
BiVO4 quang xúc tác với chi phí thấp, quy trình đơn giản, thân thiện với môi trường, làm
giảm độ rộng vùng cấm, cũng như cải thiện hoạt tính quang xúc tác của nó.
Cho đến nay, BiVO4 có hoạt tính quang hóa cao thường được tổng hợp bằng nhiều
phương pháp, như: phương pháp sol gel, thủy nhiệt, tổng hợp có hỗ trợ của vi sóng .v.v...
[8 - 12]. Xu hướng chế tạo vật liệu này bằng phương pháp hóa học đang được nghiên cứu
mạnh mẽ để thay thế cho phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống vốn cho sản phẩm
có hoạt tính quang xúc tác thấp. Một trong những phương pháp được đề xuất sử dụng để
tổng hợp BiVO4 là phương pháp thủy nhiệt. Điều này bắt nguồn từ thực tế, kỹ thuật thủy
nhiệt có một số điểm thuận lợi hơn các phương pháp khác, chẳng hạn như tiết kiệm năng
lượng, chi phí thấp, tốc độ của phản ứng cao. Đặc biệt, phương pháp này cho phép điều
khiển cấu trúc, vi cấu trúc của vật liệu như mong muốn bằng cách kiểm soát các thông số
thủy nhiệt. Khi hoạt tính quang xúc tác của chất phụ thuộc rất nhiều vào tinh thể, kích
thước hạt và hình thái của các mẫu, điều này là một lợi thế đặc trưng quan trọng của
phương pháp thủy nhiệt [13 - 16]. Tuy nhiên, với vấn đề tổng hợp vật liệu xúc tác quang
BiVO4, không có quy trình thủy nhiệt nào được kết luận là tối ưu. Cho tới nay, trong các
công trình trước đó, hiệu suất quang xúc tác của BiVO4 chủ yếu được đánh giá qua việc
xử lý các chất gây ô nhiễm như xanh methylen, metyl da cam, phenol, Rhodamin B, v.
v… [13, 17, 18]. Cho đến nay, chưa có nghiên cứu về khả năng phân hủy của thuốc trừ
sâu photpho hữu cơ dưới ánh sáng mặt trời dùng BiVO4 làm chất xúc tác quang được
công bố.
Mục đích của nghiên cứu này là tổng hợp vật liệu BiVO4 và các đặc tính quang xúc
tác của nó thông qua khả năng phân hủy thuốc trừ sâu photpho hữu cơ. Cụ thể, chúng tôi
đã làm thực nghiệm để tìm ra quy trình thủy nhiệt tối ưu để tổng hợp BiVO4, hoạt tính
quang xúc tác của mẫu chế tạo được đánh giá qua việc xử lý metyl da cam, dư lượng
thuốc trừ sâu photpho hữu cơ dưới tác dụng của ánh sáng trong vùng nhìn thấy.

vùng hoá trị (Hình 1.2). Với một vật xúc tác quang và đối tượng cân phân hủy cụ thể,
hiệu suất quang xúc tác phụ thuộc sống còn vào thời gian tái kết hợp cặp điện tử-lỗ trống.
Các phân tử của chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại:
+ Các phân tử có khả năng nhận điện tử.
+ Các phân tử có khả năng cho điện tử.
Quá trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn nếu các phân tử chất hữu cơ và vô cơ bị
hấp phụ trước trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC). Khi đó, các điện tử ở vùng dẫn sẽ
chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận điện tử (A), và quá trình khử xảy ra, còn
các lỗ trống sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng cho điện tử (D) để thực hiện
phản ứng oxi hoá:
hυ + (SC) → e- + h+
A + e - → A-


Hình 1.2. Sơ đồ cơ chế xúc tác quang

Hình 1.3. Cơ chế phân hủy chất hữu cơ của vật liệu xúc tác quang


Người ta có thể phân chia quá trình quang xúc tác thành 6 giai đoạn như sau:
- Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt chất xúc
tác.
- Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác.
- Hấp thụ photon ánh sáng, phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích
thích điện tử.
- Phản ứng quang hóa, được chia làm 2 giai đoạn nhỏ:
+ Phản ứng quang hóa sơ cấp: Các phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn)
tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ.
+ Phản ứng quang hóa thứ cấp: Còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng
nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp.

(Eds.)

(2010),

Environmentally

Benign

Photocatalysts: Applications of Titanium Oxide-based Materials, Springer, New
York.
7. Hernandez-Alonso, M. D., Fresno, F., Suarez, S., Coronado, J. M. (2009),
“Development of alternative photocatalysts to TiO2: Challenges and opportunities”,
Energy & Environmental Science, 2, pp. 1231 ÷ 1257.
8. Pookmanee, P., Kojinok, S., Phanichphant, S. (2012), “Bismuth vanadate (BiVO4)
powder prepared by the sol-gel method”, Journal of Metals, Materials and
Minerals 09; 22 (2), pp. 49 ÷ 53.
9. Jiang, H., Dai, H., Meng, X., Zhang, L., Deng, J., Liu, Y., Au, C. T. (2012),
“Hydrothermal fabrication and visible-light-driven photocatalytic properties of
bismuth vanadate with multiple morphologies and/or porous structures for methyl
orange degradation”, Journal of Environmental Sciences, 24, pp. 449 ÷ 457.
10. Chen, Q., Zhou, M., Ma, D., Jing, D. (2012), “Effect of preparation parameters on
photocatalytic of BiVO4 by hydrothermal method”, Journal of Nanomaterials,
Volume 2012, Article ID 621254.
11. S. Obregon, S., Caballero, A., Colon, G. (2012)“Hydrothermal synthesis of BiVO 4:
Structural and morphological influence on the photocatalytic activity”, Applied
Catalysis B, 117-118, pp. 59 ÷ 66.
12. Tan., G., Zhang, L., Ren, H., Wei, S., Huang, J., Xia, A. (2013), “Effects of pH on
the hierarchical structures and photocatalytic performance of BiVO4 powders
prepared via the microwave hydrothermal method”, ACS Applied Materials and
Interfaces, 5, pp. 5186 ÷ 5193.

Technol.,

46,

pp. 4599 ÷ 4606.
19. Chatterjee, D., Dasgupta, S. (2005), “Visible light induced photocatalytic degradation
of organic compounds”, J. Photochem. Phobiol.C: Photochem. Rev., 6, pp. 186 ÷
205.
20. Su, Y., Yang, Y., Zhang, H., Xie, Y., Wu, Z., Jiang, Y., Fukata, N., Bando,
Y., Wang,

Z. L. (2013),“Enhanced photodegradation of methyl orange with

TiO2 nanoparticles using a triboelectric nanogenerator”, Nanotechnology, 24
(29) 295401 (6pp).


23. Sivagami, K., Ravi Krishna, R., Swaminathan, T. (2013), “Photo Catalytic
Degradation of Chlorpyriphos in an Annular Slurry Reactor”, Journal of Water
Sustainability, 3, pp. 143 ÷ 151.
24. Bavcon Kralj, M., Cernigoj, U., Franko, M., Trebsˇe, P. (2007), “Comparison of
photocatalysis and photolysis of malathion, isomalathion, malaoxon, and commercial
malathion—Products and toxicity studies”, Water Research, 41, pp. 4504 ÷ 4514.
25. Wan, Y., Wang, S., Luo, W., Zhao, L. (2012), “Impact of preparative pH on the
morphology and photocatalytic activity of BiVO4”, International Journal of
Photoengergy, Volume 2012, Article ID 392865, 7 pages.
26. Obregón, S., Colón, G. (2013), “On the different photocatalytic performance of
BiVO4 catalysts for methylene blue and rhodamine B degradation”, J. Mol. Catal. A,
376, pp. 40 ÷ 47.
27. Martínez-de la Cruz, A. García Pérez, U. M. (2010), “Photocatalytic properties of

visible

photocatalytic

activity”,

Journal

of

Solid

State

Chemistry,

184 pp. 3050 ÷ 3054.
36. Jianqiang Wang, Shuangyue Su, Bing Liu,

Minhua Cao, Changwen Hu (2013),

“One-pot, low-temperature synthesis of self-doped NaTaO3 nanoclusters for visiblelight-driven photocatalysis, Chemical Communications, 49, pp. 7830 ÷ 7832.