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

NGUYỄN THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM MÀU HỮU CƠ BẰNG XÚC TÁC QUANG
ĐIỆN HOÁ TRÊN CƠ SỞ TiO2 DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2015


 

1
 


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

NGUYỄN THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM MÀU HỮU CƠ BẰNG XÚC TÁC QUANG
ĐIỆN HOÁ TRÊN CƠ SỞ TiO2 DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN

CHUYÊN NGÀNH HOÁ HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ : 60440120

chế tạo vật liệu cho luận văn này.
Xin cảm ơn các anh chị em làm việc và học tập trong Bộ môn Hoá lý, Phòng
Thí nghiệm Hoá môi trường, Bộ môn Hoá vô cơ, Khoa hoá học – Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, các bạn học cùng lớp CH Hoá K23 đã giúp đỡ,
ủng hộ động viên, chia sẻ kinh nghiệm cùng tôi trong thời gian làm Luận văn và
trong toàn thời gian học tập.
Tôi xin cảm ơn nhà trường nơi tôi đang công tác, cảm ơn các anh chị đồng
nghiệp đã tạo điều kiện trong công việc để tôi có thể thực hiện và hoàn thành khoá
học nâng cao trình độ này.
Xin cảm ơn gia đình, bạn bè người thân là chỗ dựa tinh thần lớn lao để tôi có
thể hoàn thành khoá học.
Hà Nội, tháng 10 năm 2015.
Học viên
NGUYỄN THỊ THU HÀ


 

 


 

3
 


MỤC LỤC
Kí hiệu và chữ viết tắt .............................................................................................. 6
Danh mục bảng......................................................................................................... 7

4
 


2.4.2. Phép đo nhiễu xạ tia X –XRD ................................................................. 47
2.4.3. Phổ UV –Vis ........................................................................................... 48
2.5. Các phương pháp điện hoá nghiên cứu tính chất vật liệu ....................... 48
2.5.1. Phương pháp quét thế tuần hoàn ............................................................ 48
2.5.2. Phương pháp áp thế một chiều ............................................................... 50
2.6. Phương pháp đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu .............................. 53
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 54
3.1. Nghiên cứu các đặc trưng của màng N - TiO2 .......................................... 54
3.1.1. Ảnh hiển vi điện tử quét – SEM ............................................................... 54
3.1.2. Phổ tán xạ năng lượng tia X –EDS ......................................................... 55
3.1.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X- XRD .................................................................. 56
3.1.4. Phổ hấp thụ quang UV-Vis ..................................................................... 57
3.2. Ảnh hưởng của điện thế và pH đến khả năng dẫn điện của vật liệu
(Phương pháp quét thế tuần hoàn) ................................................................... 57
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý RhB bằng vật liệu
xúc tác quang điện hoá N – TiO2
(Phương pháp áp thế điện một chiều) .............................................................. 60
3.3.1. Khảo sát hiệu quả xử lý RhB của xúc tác quang điện hoá N –TiO2 theo
thời gian ............................................................................................................ 61
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của điện thế mạch ngoài đến hiệu suất quang phân
huỷ RhB của hệ xúc tác quang điện hoá với điện cực N-TiO2.......................... 62
3.3.3. Khảo sát hiệu quả xử lý RhB của xúc tác quang điện hoá N -TiO2 theo
pH dung dịch..................................................................................................... 65
3.4. Tái sử dụng dung dịch sol và tái sử dụng xúc tác ..................................... 70
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 72
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 73

Phổ nhiễu xạ tia X

RhB

Rhodamine B


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

Bảng 2.1 Nồng độ dãy chuẩn của RhB

45

Bảng 3.1 Hiệu suất phân huỷ RhB theo thời gian

61

Bảng 3.2 Hiệu suất quang phân huỷ RhB theo thời gian của các hệ xúc

63

tác quang điện hoá với các điện thế mạch ngoài khác nhau
Bảng 3.3 So sánh cường độ dòng trong hệ điện hoá và hiệu suất xử lý

64

RhB của vật liệu N–TiO2, với giá trị thế cố định là 1,5V và 2V
Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý Rhodamine B của xúc tác quang điện hoá
ở các pH khác nhau.


 

 

 


Tên hình

Trang

Hình 1.1

Khối bát diện cơ sở của tinh thể TiO2

14

Hình 1.2

Cấu trúc mạng các dạng thù hình của tinh thể TiO2

14

Hình 1.3

Sơ đồ vùng năng lượng của vật rắn

16

Hình 1.4

Sơ đồ vùng năng lượng của kim loại, bán dẫn và chất cách điện

17

Hình 1.5


Hình 1.10 Minh hoạ phản ứng ngưng tụ trong quá trình sol – gel

31

Hình 1.11 Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu oxit bằng phương pháp sol -

32

gel
Hình 1.12 Sự phát triển cấu trúc màng trong quá trình sol-gel

33

Hình 1.13 Minh hoạ phương pháp phủ quay

34

Hình 1.14 Minh hoạ phương pháp phủ nhúng

35

Hình 2.1

Hệ thống thiết bị dụng cụ dùng chế tạo dung dịch sol

41

Hình 2.2

Mẫu dung dịch sol TiO2


49

Hình 2.8

Sơ đồ phác hoạ hệ thống phản ứng xúc tác quang điện hoá 3

50

điện cực


 

8
 


Hình 2.9

Sơ đồ phác hoạ hệ thống thí nghiệm khảo sát tính chất xúc tác

51

quang điện hoá của vật liệu bán dẫn
Hình 2.10 Hệ thống thí nghiệm khảo sát tính chất xúc tác quang của vật

53

liệu bán dẫn (U = 0)

Hình 3.6

Các đường cong phân cực dòng – thế (I – E) theo các điều kiện

58

khảo sát khác nhau
Hình 3.7

Các đường cong phân cực dòng – thế (I - E) với điện cực làm

59

việc là N-TiO2/Ti hoặc Ti
Hình 3.8

Đồ thị mô tả hiệu quả xúc tác quang điện hoá của vật liệu theo

62

thời gian
Hình 3.9

Đồ thị ảnh hưởng của điện thế mạch ngoài đến hiệu suất quang

63

phân huỷ RhB
Hình 3.10 Đồ thị so sánh hiệu suất xúc tác quang điện hoá của vật liệu


chóng và các dòng nước bị nhiễm bẩn ngày càng mở rộng với mức độ ô nhiễm mỗi
lúc lại càng trở nên nặng nề phức tạp.
Công nghệ xử lý nước phát triển, đã có nhiều phương pháp lý học, hoá học
hoặc sinh học ra đời và được áp dụng rộng rãi. Các phương pháp có thể được kết
hợp trong nhiều công đoạn để xử lý chuyên biệt hiệu quả cho các đối tượng, thành
phần ô nhiễm khác nhau.
Hiện nay, thách thức lớn nhất đặt ra đối với việc xử lý nước ở khắp nơi trên
trái đất là các thành phần hữu cơ gây ô nhiễm có độc tính cao, khó bị phân huỷ,
phát tán từ các nguồn thải nông nghiệp (thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu,…); dòng thải
từ cống rãnh (hoocmon oestrogen, mầm bệnh…); từ các chất thải công nghiệp (các
hợp chất phenolic,…); …
Tính đến thời điểm hiện tại, các quá trình oxi hoá tăng cường (thuộc các
phương pháp oxi hoá hoá học) đang được coi là phương pháp mạnh mẽ nhất đáng
tin cậy nhất có thể xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại nêu ở trên.
Cùng tham gia trong xu hướng nghiên cứu xử lý môi trường chung hiện nay,
ở đây chúng tôi lựa chọn nghiên cứu xử lý nước có hàm lượng chất hữu cơ ô nhiễm
định hướng theo phương pháp oxi hoá tăng cường, chế tạo và sử dụng vật liệu xử lý
là vật liệu dạng màng được thành lập trên cơ sở bán dẫn TiO2 (vật liệu màng TiO2


 

10
 


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Huỳnh Chí Cường (2009), Tổng hợp và nghiên cứu vật liệu TiO2 pha tạp SnO2
ứng dụng trong quang xúc tác trong vùng khả kiến, Đề tài cấp sở khoa học


11. Đỗ Phương Thảo (2014), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hoá khả
kiến TiO2 pha tạp Ag ứng dụng để xử lý nước ô nhiễm, Luận văn Thạc sĩ
khoa học chuyên ngành Hoá học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
12. Cao Xuân Thắng (2012), Nghiên cứu quá trình chế tạo nano tinh thể TiO2 ở
nhiệt độ thấp, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Quá trình và thiết bị
công nghệ hoá học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
13. Vũ Thị Hạnh Thu (2008), Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO2 và TiO2
pha tạp N, Luận án Tiến sĩ Vật lý chuyên ngành Quang học, Trường ĐH
Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia TP.HCM.
14. Phạm Thị Tốt (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng của Polianilin đến tính chất
quang điện hoá của Titan đioxit, Luận văn Thạc sĩ khoa học chuyên ngành
Hoá lý thuyết và hoá lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia
Hà Nội.
15. Trần Thị Thu Trang (2011), Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính
quang xúc tác của bột titandioxit kích thước nano từ chất đầu TiCl4 và
amin, Luận văn Thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hoá vô cơ, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội.
Tiếng Anh
16. Bert M. Weckhuysen (2004), Ultraviolet – Visible Spectroscopy, American
Scientific Publishers.
17. Bin Xia, Weibin Li, Bin Zhang, Youchang Xie (1999), “Low temperature
vapor-phase preperation of TiO2 nanopowders”, Journal of Materials
Sciences, 34, pp. 3505-3511.
18. C.Jeffrey Brinker, Geogre W.Scherer (1990), Sol gel science, The physics and
chemistry of sol – gel processing, United States of America Publisher.
19. Fujishima A, Honda K. (1972), “Electrochemical photolysis of water at a
semiconductor electrode”, pp. 1-5.



calcination

method”,

Electrochimica Acta, 51, pp. 4942–4949.
26. Jina Choi, Hyun woong Park, Micheal R. (2010), “Effects of single metal-ion
doping on the visible-light photoreactivity of TiO2”, pp. 1-8.
27. Jing Bu, Jun Fang, Fu-cheng Shi, Zh’i-quan Jiang, Wei-xin Huang (2010),
Photocatalytic activity of N-doped TiO2 photocatalysts prepared from the
molecular precursor (NH4)2TiO(C2O4)2, Chinese journal of chemical
physics, 23 (1), pp 95 – 101.
28. Kang Ryeol Lee, Sun Jae Kim, Jae Sung Song (2002), “Photocatalytic
characteristics of nanometer - sized titania powder fabricated by a
homogenous - precipitation process”, pp. 341 - 345.
29. Meihong Zhang et al. (2013), “Photoelectrocatalytic properties of Cu2+ - doped
TiO2 film under visible light”, Applied Catalysis B: Environmental pp. 134–
135, 185–192.


 

78
 


30. Mike Schmotzer (Grad Student), Dr. Farhang Shadman (Faculty Advisor)
(2004), “Photocatalytic Degradation of Organics, Department of Chemical
and Enviroment Engineering”, University of Arizona, pp. 45-62.
31. N.Wang, X.Li, Y.Wang, X. Quan, G. Chen (2009), Chemical Engineering
Journal, 146, pp 30 – 35.