Khảo sát tính chất quang xúc tác của vật liệu perovskite lacoo3 và lacoo3 biến tính đối với dung dịch xanh methylene

I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH I H C BÁCH KHOA PHÙNG NGUY N GIA PHONG KH O SÁT TÍNH CH T QUANG XÚC TÁC C A V T LI U PEROVSKITE LaCoO3 VÀ LaCoO3 BI N TÍNH I V I DUNG D CH XANH METHYLENE CHUN NGÀNH: CƠNG NGH HĨA H C MÃ NGÀNH: 60.52.75 MSHV: 11054164 LU TP H CHÍ MINH, tháng 06 I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH I H C BÁCH KHOA PHÙNG NGUY N GIA PHONG MSHV: 11054164 KH O SÁT TÍNH CH T QUANG XÚC TÁC C A V T LI U PEROVSKITE LaCoO3 VÀ LaCoO3 BI N TÍNH I V I DUNG D CH XANH METHYLENE CHUN NGÀNH: CƠNG NGH HĨA H C MÃ NGÀNH: 60.52.75 MSHV: 11054164 LU CBHD: TS Lê Minh Vi n TP H CHÍ MINH, tháng 06 C HỒN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA Cán b ng d n khoa h c: TS Lê Minh Vi n Cán b ch m nh n xét 1: PGS TS Nguy n nh Thành Cán b ch m nh n xét 2: TS Nguy n Quang Long Lu cb ov t TP HCM, ngày 08 tháng 08 Thành ph n H ih m: PGS TS Ngô M nh Th ng PGS TS Nguy n nh Thành TS Nguy n Quang Long TS Lê Minh Vi n TS Nguy n Tu n Anh Xác nh n c a Ch t ch H ng Khoa qu n lý chuyên ngành sau lu CH T CH H c s a ch a (n u có) NG PGS TS Ngô M nh Th ng NG KHOA I H C QU C GIA TP HCM I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH T NAM c l p T H nh phúc NHI M V LU H tên h c viên: Phùng Nguy n Gia Phong MSHV: 11054164 01/09/1984 TP H Chí Minh Chuyên ngành: Cơng ngh hóa h c Mã s : 60.52.75 Kh o sát tính ch t quang xúc tác c a v t li u perovskite LaCoO3 LaCoO3 bi n tí i v i dung d ch Xanh Methylene II NHI M V VÀ N I DUNG: T ng quan v v t li u perovskite xúc tác quang hóa T ng h p v t li u perovskite LaCoO3 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 Kh o sát tính ch t xúc tác quang c a v t li u LaCoO3 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 theo nhi t nung s n ph m, theo n ng , t l l ng r n kh n ng tái s d ng III NGÀY GIAO NHI M V : 24/06/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 20/06/2014 V CÁN B NG D N CÁN B NG D N (H tên ch ký) : TS Lê Minh Vi n TP HCM, ngày tháng CH NHI M B (H tên ch ký) NG KHOA O L IC Sau th i gian h c t ng i H c Bách Khoa TP H Chí Minh, mang n cho tơi nh ng ki n th c m i c ng nh nh ng kinh nghi m s ng quý báu, s hành trang mà s i ti p ch ng cịn l n hơm nay, hồn thành xong quy n Lu n v n Th c S c a mình, tơi c m th y r t vinh d t hà có c nh ng thành qu nh ngày hôm nay, xin dành t ng nh ng l i bi t n chân thành sâu s c nh t c a n nh i h t lịng giú , ng viên tơi su t th i gian qua c tiên, xin c m n Ba M , nh nê i Xin c m n M bên c nh, chia s ng viê Tôi xin dành l i c ti ng d i sinh thành ib tô ng d c i ln t qua nh ng khó kh n h c t p sâu s c t i TS Lê Minh Vi n t o m i Th c u ki n i su t trình th c hi n lu n v n, giúp nâng cao ki n th c l n kinh nghi m T il ic chân thành t i ThS Tr n Th o Qu nh Ngân, CN Hoàng Anh t p th anh em anh em Phịng thí nghi m k thu t hóa vô c Các h tr t o i u ki n thu n l i t n tình chia s nh ng ki n th c c ng nh kinh nghi tơi có th hồn thành t tài Tôi xin chân thành c Bách Khoa thành ph H thu t Hóa H o nh ih c u ki n thu n l i nh t giúp trình th c hi n lu Cu i tơi xin kính chúc m i ng i ln m nh kh e, may m n thành công cu c s ng./ TPHCM, tháng 06 Phùng Nguy n Gia Phong TÓM T T V t li u LaCoO3 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 sol-gel kh o sát cá c t ng h p b ng ph c tr ng c a v t li u b ng ph XRD, SEM, BET, UV-DR i nh : ng cong t tr tính ch t quang xúc tác K t qu cho th y LaCoO3 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 công ng pháp hi n ng pháp 700 900oC v i kí c h t kho ng c t ng h p thành n 250nm, di n tích b m t riêng 100,91m2/g (LSCF6428) 10.56m2/g (LCO), có t tính (v t li u LSCF) khơng có t tính (v t li u LCO) C LCO LSCF u b h p ph bóng t i cho vào dung d ch xanh methylene Ngồi ra, tính ch t quang xúc tác c a LSCF dung d ch xanh i ngu n sáng UV v v c trình bày ch ng 3) c só hi n cao h n h n so ABSTRACT Perovskite-type oxide LaCoO3 and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 materials were synthesized by sol-gel method and examined characteristics by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), BET, UV-DR, hysteresis curve and photocatalytic properties Results showed that LaCoO3 and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 were successfully synthesized at calcination temperature 700 and 900oC with particle size of approximately 40nm 250nm, the specific surface area of LSCF6428 were 100.91 m2/g and LCO were 10.56 m2/g, magnetic (LSCF material) and nonmagnetic (LCO material) LCO and LSCF exhibited obvious absorption characteristics in dark in methylene blue aqueous solution In addition, the effect of LSCF on the nm was highter than LCO (was showed at chapter 3) L I CAM OAN Tôi xin cam oan r ng k t qu nghiên c u tơi th c hi n t i Phịng thí nghi m Vô c - ng i h c Bách Khoa TP HCM is ng d n c a Th y TS Lê Minh Vi n Các k t qu nghiên c u trình bày lu n v n s li u trung th c, không chép k t qu nghiên c u c a tác gi khác, ý tham kh o nh ng k t qu trích d n t cơng trình ng c nêu rõ lu n v n TP HCM, tháng n m 2014 Phùng Nguy n Gia Phong DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH ABO3 VI T T T oxit perovskite XRD X - ray Diffraction SEM Scanning Electron Microscopy TGA Thermogravimetric Analysis DTA Differential Thermal Analysis BET Brunauer-Emmett-Teller O Orthorhombic R Rhombohedral LCO LaCoO3 LSCF6428 La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 a, b, c C EDTA Ethylene diamine tetraacetic acid EG etylen glycol d r e MB Xanh Methylene M CL C U .1 M NG QUAN V V T LI U PEROVSKITE VÀ XÚC TÁC QUANG HÓA .2 I.1 T NG QUAN V V T LI U PEROVSKITE: I.1.1 Gi i thi u chung: I.1.2 M t s lo i v t li u Perovskite: I.1.3 Các tính ch t: I.1.3.1 Tính ch n: I.1.3.2 Tính ch t t : I.1.3.3 Tính ch t h p ph khí: I.1.3.4 Tính ch t xúc tác hóa h c: I.1.3.5 Tính ch t c m bi n khí: I.2 XÚC TÁC QUANG HÓA: I.2.1 Lý thuy t v h p ph : .9 I.2.1.1 Khái ni m: I.2.1.2 Hi ng h p ph : .9 I.2.1.3 Phân lo i h p ph : 10 I.2.1.4 Ch t h p ph : 11 I.2.1.5 Cân b ng h p ph : 12 ng h p ph cân b ng: 12 I.2.1.7 Hi u su t h p ph : 13 ng h c h p ph I.2.2 n: .13 Gi i thi u v xúc tác quang hóa: 15 I.2.2.1 Ph n c a nó: 15 I.2.2.2 Xúc tác quang hóa: 16 I.2.3 Các v t li u xúc tác quang hóa: 18 I.2.3.1 Xúc tác quang TiO2: 18 I.2.3.2 Xúc tác quang zinc oxide ZnO: 18 I.2.3.3 Xúc tác quang s d ng v t li u perovskite: 18 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG GVHD: LÊ MINH VI N nung 900oC, th i gian nung gi - Nhi V t li u LCO - Ph c t ng h p có nh ng tính ch t sau: ng pháp XRD xác i u ki n t i u trê c LCO u xu t hi trúc perovskite hình thành v c t ng h p d a vào c c tr ng c a t ng lo i, c u tinh th cao - Qua nh SEM cho th y, kí c trung bình c a v t li u t ng h p tt n 250 nm - B ng k t qu o UV-DR, tính tốn c giá tr band gap c a LCO Ebg = 3.59 eV, c a LSCF Ebg = 3.39 eV - Di n tích b m t riêng c a LCO 900 10.42 m2/g, c a LSCF 900 100.91 m2/g T có th k t lu n r ng v t li u LSCF 900 có ho t tính xúc tác cao h n so v i LCO 900 III.3.1.2 K t qu xúc tác quang c a hai v t li u LCO 900 LSCF 900: Ph n ng xúc tá i v i hai lo i v t li u LCO LSCF (nhi nung 900oC) dung d ch xanh methylene - c th c hi n K t qu nh sau: i v i ph n ng h p ph lên ch t xúc tác, xác c th i gian cân b ng c a ph n ng 120 phút, dung d ch xanh methylene có n ng ppm, t l l ng r n 500 mg/l lên LCO 3.42 mg/g, cò - t cân b ng K t qu tác 180 phút, ph n tr m n i c a xanh methylene i v i LSCF 27.38 mg/g i v i ph n ng phân h y xanh methylene b ng chi c só ph ng h p ph c c u 50 c ch n xác èn UV, n UV có ti n hành ph n ng sau ph n ng h p nh th i gian cân b ng c a ph n ng quang xúc l i c a dung d ch xanh methylene sau ph n ng c a ch t xúc tác LCO 900 94.17%, c a LSCF 900 63.18% 80 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG - Xác ph GVHD: LÊ MINH VI N c mơ hình ph n ng c a LCO 900 LSCF 900 tuân theo ng trình Henry Ch t xúc tác LSCF 900 có th tái s d ng nh t l n III.3.2 Ki n ngh : M c dù lu n v n c th c hi n v i kh ng công vi c t Tuy nhiên, khuôn kh th i gian th c hi n lu n v n có h n nên i l n hồn thi n nghiên c u v kh n ng xúc tác quang c a v t li u perovskite LaCoO3 LaCoO3 bi n tính, chúng tơi a m t s ki n ngh cho nghiên c u ti p theo c n gi i quy t: - C i thi n i u ki n t i u c a cá c i thi n di n tích b m t riêng c a v t li c t ng h p v t li u, tr ng vào nâng cao hi u qu h p ph - Nghiên c u t ng h p v t li u LaCoO3 bi n tính so sánh tìm v t li u bi n tính t t h n Chú tr ng vào lo i v t li u có ngu n g c t nhiên, d ki m thân thi n v i mô ng - Th c hi n dung d ch b h p ph ch t h p ph xúc tác quang c a v t li u, t th c t x lý so sánh c i thi n tính m r ng ti n t i ng d ng c th i 81 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG GVHD: LÊ MINH VI N [1] [2] B Dong, Z Li, X Xu, M Song, W Zheng, C Wang, LaCoO3 J Am Ceram Soc., 93, 3587-3590 (2010) [3] [4] Gallagher P.K, J.B Mac Chesney, and Buchanan D.N.E (1966), 3Fe2O6 [5] J Chem Phys., 45, pp 2466-2471 Goodenough J B (1974), Rao C N R., Ed., Marcel Dekker, New York, p 215 [6] Khattak C P., Wang F F Y (1979), in: Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, Gschneidner, K A., Eyring, L R (eds)., North Holland, Amsterdam Vol 3, pp 25-607 [7] Chunqiu Zhang, H He, N Wang, H Chen, D Kong, La 1-xBa xCoO3 -light sensitive SciVerse ScienceDirect, Ceramics International 39 (2013) 3685-3689 [8] 0.5Sr 0.5Co0.8Fe0.2O3 - [9] - T Nakamura, M Misono, Y Yoneda, properties of La 1-xSr xCoO3 -Oxidation and catalytic Journal of Catalysis, Vol 83,pp 151-159, 1983 82 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG [10] GVHD: LÊ MINH VI N H Obayashi, Y Sakurai, T Gejo, -type oxides as ethanol J Solid State Chem., Vol 17, pp 299-303, 1979 [11] C N R Rao, M S Motin, C Narayana, -State Transition in LaCoO3 Topeak Curr Chem, Vol 234, pp 1-2, 2004 [12] T Ichihara, Narottam P Bansal NASA Glenn Research Center Cleveland, 2009 [13] Tascon J M D and Tejuca L G (1980), type oxides LaMeO3 [14] React Kinet Catal Lett., 15, pp 185-191 Pena M A., Tascon J M D., Fierro J L G., Tejuca L G (1987), of NO and CO interactions with LaMnO3 [15] - J Colloid Interface Sci., pp 100-107 Petunchi J O., Nicastro J L., Lombardo E A (1980), J Chem Soc., Chem Commun., pp 467-468 [16] C Jeffrey Brinker, George W Scherer, Chemistry of Sol[17] -Gel Science The Physics and Academic Press, Inc, 1990 G W Brindley, R Hayami, forsterite (Mg2SiO4) by solid state reaction of MgO and SiO2 [18] pp 12-14, 1965 Tsai, Materials Research Bulletin, Vol 37, pp 2213-2226, 2002 [19] 83 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG GVHD: LÊ MINH VI N [20] [21] [22] [23] [24] NXB Ferri D., and Forni L., combustion on some perovskite-like mixed App Catal B: Environmental, pp 119-126, 1998 [25] tá [26] Tr n Kh c Ch NXB ng, Mai H u Khiêm, óa lý t p - ng hóa h c xúc i h c Qu c Gia TP HCM, pp 107 -184, 2013 H H MoEbius, J Solid State Electrochem, 1997 [27] A J Bard, M V Mirkin, Marcel Dekker, Inc New York, 2001 [28] Jayant Dharma, Aniruddha Pisal, energy value of TiO2 PerkinElmer, Inc, 2009 [29] K Periasamy and C Namasivayam, Recovery of Cadimium of from Wastewater by a Low-cost Adsorbent: Adsorption pp 317-320, 1994 [30] Lê Quang Huy, x lý c th i u ch Hydroxyapatite t v sò làm v t li u h p ph Lu n v n th c s Cơng ngh Hóa h ng i h c Bách khoa TP HCM, 2013 84 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG [31] GVHD: LÊ MINH VI N Nguy n Trung Hi u, J Park, T Beomseok, of nanofiber-structured Ba 0.5Sr 0.5Co0.8Fe0.2O3- perovskite oxide used as a catot material for low- Materials Science and Engineering B, Vol 177, pp 205-209, 2007 [32] S Lee, Y Lim, E A Lee, H J Hwang, J W Moon, Ba 0.5Sr 0.5Co0.8Fe0.2O3 (BSCF) and La 0.6Sr 0.4Co0.2Fe0.8O3 catots prepared by combined citrate-EDTA method for IT-SOFCs , Journal of Power Sources, Vol 157, pp 848 854, 2006 [33] Kazuhiko Maeda Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 12 (2011) 237-268 [34] F Li, K Yu, L Lou, Z Su, S Liu, La/Ni co-doped SrTiO3 Materials Science and Engineering B 172 (2010) 136-141 [35] Z Wei, C Xiao, W Zeng, P Liu, activity of La 0.8Ba 0.2Fe0.9Mn0.1O3- and LaFe0.9Mn0.1O3- Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 370 (2013) 35-43 [36] SrTiO3 [37] C Chang, Y Shen, Science Direct, Materials Letters 60 (2006) 129-132 B Seyfi, M Baghalha, H Kazemian, nano-perovskite Chemical Engineering Journal 148 (2009) 306-311 [38] J Xu, Y Ao, D Fu, C Yuan, J Phys Chem Solids 69,pp 1980-1984, 2008 85 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG [39] GVHD: LÊ MINH VI N J Kim, D W Hwang, S W Bae, Y G Kim J S Lee, of Precursors on the Morphology and the Photocatalytic Water-Splitting Activity of Layered Perovskite La 2Ti2O7 [40] Korean J Chem Eng., 18(6), 941-947 (2001) Y Zhao, C Li, X Liu, F Gu, H Jiang, W Shao, L Zhang, Y He, nanoparticles Volume 6, pp 79-83, 2007 [41] V Stengl, V Hous, S Bakardjieva, N Murafa, of Boron-Modified Titania under UV and Visible- Institute of Inorganic Chemistry, Academy of Science of the Czech Republic, 2011 [42] L Gai, X Duan, H Jiang, Q Mei, G Zhou, Y Tian and H Liu, -pot synthesis of nitrogen-doped TiO2 nanorods with anatase/brookite structures and CrystEngComm, 2012, 14, 7662-7671 [43] J Yu, H Yu, B Cheng, X Zhao, J Yu and W Ho, Calcination Temperature on the Surface Microstructure and Photocatalytic Activity of TiO2 Thin Films Prepared J Phys Chem B 2003, 107, 13871-13879 [44] L Hui-Quan, C Yu-Min, W Xing-Cai, H Wen-Shan and H Lin, La Contents on the Structure and Photocatalytic Activity of La-SrTiO3 Chinese Journal of Inorganic Chemistry, Vol 28 No 12, 2597-2604, 2012 [45] U Sulaeman, S Yin, T Sato, Synthesis of La/N Co-Doped SrTiO3 Using Advances in Nanoparticles, 2013, 2, 6-10 [46] F.Li, Y.Liu, R Liu, Z Sun, D Zhao and C Kou, -doped LaFeO3 nanopowders in a reverse microemulsion and their visible light , Materials Letters 64, 223-225, 2010 86 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG [47] GVHD: LÊ MINH VI N J Tang, Z Zou, J Yin, J Ye, on CaIn2O4 , Chemical Physics Letters 382, 175- 179, 2003 [48] L Hou, C Yuan, Y Peng, SnO2/TiO2 , Journal of Hazardous Materials B139, 310-315, 2007 87 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG GVHD: LÊ MINH VI N PH L C K t qu phân tích XRD K t qu BET ng cong t 88 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG GVHD: LÊ MINH VI N Ph l c 1: K t qu phân tích XRD c a m u t ng h p Ph l c 1.1: K t qu phân tích XRD c a m u LaCoO3 gian nung gi nhi nung 900oC, th i Ph l c 1.2: K t qu phân tích XRD c a m u La 0.6Sr 0.4Co0.2Fe0.8O3 900oC, th i gian nung gi nhi nung 89 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG Ph l c 2: K t qu di n tích b m t riêng GVHD: LÊ MINH VI N BET: Ph l c 2.1: K t qu di n tích b m t riêng c a m u LSCF nhi nung 700oC 90 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG Ph l c 2.2: K t qu di n tích b m t riêng c a m u LSCF GVHD: LÊ MINH VI N nhi nung 900oC 91 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG Ph l c 3: K t qu ng cong t : Ph l c 3.1: K t qu ng cong t c a m u LCO GVHD: LÊ MINH VI N nhi nung 900oC 92 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG Ph l c 3.2: K t qu ng cong t c a m u LSCF GVHD: LÊ MINH VI N nhi nung 900oC 93 HVCH: PHÙNG NGUY N GIA PHONG GVHD: LÊ MINH VI N LÍ L CH TRÍCH NGANG H tên: Phùng Nguy n Gia Phong Ngày, tháng, n m sinh: 01-09-1984 N i sinh: Hóc Mơn, Thành ph H Chí Minh a ch liên l c: 9/4B, p 2, xã Xuân Th i S n, huy n Hóc Mơn, Thành ph H Chí Minh i n tho liên l c: 0909121293 QUÁ TRÌNH OT O 2002- 2009: H c t ng 2011-2014: Là h c viên cao h i h c Công nghi p Thành ph H Chí Minh ng h c Bách khoa TP HCM QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC 2008- nay: cơng nhân k thu t t i Nhà máy Hóa ch t Biên Hịa ng Nai 94 ... 60.52.75 Kh o sát tính ch t quang xúc tác c a v t li u perovskite LaCoO3 LaCoO3 bi n tí i v i dung d ch Xanh Methylene II NHI M V VÀ N I DUNG: T ng quan v v t li u perovskite xúc tác quang hóa T... tính quang xúc tác liê B c a LaCoO3 Do v LaCoO3 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 t ng h p v t c bi t ch a có n bi n tính c hai v trí A u chúng tơi kh o sát ho t tính quang xúc tác c a i v i dung d ch xanh. .. PHÙNG NGUY N GIA PHONG MSHV: 11054164 KH O SÁT TÍNH CH T QUANG XÚC TÁC C A V T LI U PEROVSKITE LaCoO3 VÀ LaCoO3 BI N TÍNH I V I DUNG D CH XANH METHYLENE CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGH HÓA H C MÃ NGÀNH: