Nghiên cứu biến tính tio2 bằng mangan ứng dụng cho phản ứng quang hóa xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến

MANGAN D TÁC TRONG VÙNG ÁNH SÁNG CHUYÊN NGÀNH: 60.52.75 T Cơng trình Cán b c hồn thành t i: i h c Bách Khoa -HCM ng d n khoa h c : TS NGÔ THANH AN Cán b ch m nh n xét : TS NGUY N QUANG LONG Cán b ch m nh n xét : TS H Lu ngày 08 tháng 08 cb ov t TH THANH VÂN ih HCM 2014 Thành ph n H m: PGS.TS NGUY 2.TS NGUY N QUANG LONG TS H TH THANH VÂN TS NGÔ THANH AN 5.TS NGUY N TU N ANH Xác nh n c a Ch t ch H ngành sau lu CH T CH H PGS.TS Nguy ã NG ng Khoa qu n lý chuyên c s a ch a (n u có) NG KHOA K THU T HĨA H C I H C QU C GIA TP.HCM I H C BÁCH KHOA _ C NG HÒA XÃ H I CH c l p - T - H nh phúc _ T NAM NHI M V LU H tên h c viên: BÊ TA MSHV: 11054171 20-10-1988 i sinh: Chuyên ngành: CƠNG NGH HĨA H C I nh Mã s : 605275 TÀI: Nghiên c u bi n tính TiO2 b ng Mangan ng d ng cho ph n ng quang hóa xúc tác vùng ánh sáng kh ki n NHI M V VÀ N I DUNG: - T ng h p h v t li u Mn-TiO2 - Kh o sát ho t tính xúc tác quang c a h - Nghiên c - Kh i ánh sáng kh ki n c tính hóa lý c a h v t li u u ki n ph n ng ng t i hi u su t phân h y ch t màu II NGÀY GIAO NHI M V : Tháng 8/2013 III NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 20/06/2014 IV CÁN B NG D N: TS NGÔ THANH AN Tp HCM, ngày CÁN B NG D N tháng CH NHI M B (H tên ch ký) 14 ÀO T O (H tên ch ký) TS Ngô Thanh An TS Nguy n M nh Th ng NG KHOA K THU T HÓA H C (H tên ch ký) PGS.TS Phan Thanh Ghi chú: H c viên ph nhi m v u tiên c a t p thuy t minh LV - Tp HCM, ngày 20 tháng 06 L u c a riêng Các k t qu nêu Lu n trung th c cơng b b t k cơng trình khác Bê Ta -TiO2 dung Ti(SO4)2 7000C pH nâu FTIR, XRD, DRS, Raman, UV-VIS, SEM BET metyl blue C0 = 10 ppm XRD, IR Raman 2+ -Ovào TiO2 - (400 nm) (675 nm) 90% - Mn-TiO2 - Degussa) ABSTRACT The Mn-TiO2 photocatalyst was prepared by co-precipitation method from MnSO4 and Ti(SO4)2 solutions at pH After purifying the precipitant, dried and calcined at 7000C, stored for hours, obtained the brown fine powder Physicochemical properties of the catalyst were studied by the methods of FTIR, XRD, DRS, Raman, SEM and BET Its photocatalytic activity was investigated in the decomposition reaction of methyl blue (MB, C0= 10 ppm) under the radiation of LED The XRD results and the new absorption peaks in FTIR as well as Raman spectra indicated the formation of Ti O Mn bond The DRS results showed that Mn2+ doped into TiO2 enables to reduce the band gap energy of TiO2 from 3.2 eV to 1.82 eV as well as to extend the photon absorbing zone of TiO2 from ultra-violet toward visible wavelengths Photocatalytic efficiency of the TiO2 promoted by Mn2+ (90 %) has been found to be higher than those of pure TiO2 powder (P25-Degussa) A DANH HÌNH I DANH III DANH CÁC KÝ IV 1: QUAN 1.1 Q TRÌNH QUANG HĨA XÚC TÁC BÁN D N: 1.2 GI I THI U V V T LI U TiO2 1.2.1 C u trúc: 1.2.2 Tính ch t v t lý: 1.2.3 Tính ch t hóa h c: 1.2.4 Tính ch t xúc tác quang c a TiO2: 1.2.5 Nh ng y u t n ho t tính xúc tác quang: 10 10 10 11 t ng h p: 11 1.3 CÁC NGHIÊN C U BI NÂNG CAO NG D NG XÚC TÁC C A TiO2: 11 1.3.1 Bi n tính b i nguyên t kim lo i: 11 1.4 12 13 NG D NG C A V T LI U TiO2: 13 1.4.1 ng d ng xúc tác quang hóa x GVHD: TS NGƠ THANH AN ng 14 B 1.4.2 ng d ng làm ch làm s ch, v t li u t làm s ch ch t d o: 14 1.4.3 X lý ion kim lo i n c: 15 1.5 GI I THI U V MANGAN: 16 1.5.1 Gi i thi u chung : 16 1.5.2 Tính ch t: 16 16 16 Mn(IV) 17 NG H P H XÚC TÁC - NG K T T A: 17 U TÍNH CH T H V T LI U: 18 u x tia X (XRD) 18 1.7.2 Ph háp h ng ngo i (IR): 20 1.7.3 P di n tích b m t h p ph khí Brunauer Emmett Teller (BET) 21 1.7.4 Ph háp ph h p th UV-VIS: 22 1.7.5 Ph pháp kính hi n vi n t quét SEM (Scanning Electron Microscopy): 23 ph n x khu ch tán (DRS): 24 25 2: 26 2.1 HÓA CH T, D NG C VÀ THI T B : 26 2.1.1 Hóa ch t: 26 2.1.2 D ng c thi t b : 26 C NGHI M: 27 2.2.1 T ng h p v t li u t h p Mn-TiO2: 27 GVHD: TS NGÔ THANH AN C 27 28 2.2.2 Th nghi m ho t tính xúc tác quang c a h v t li ng h p: 31 31 32 3: VÀ 34 3.1 Q TRÌNH CHUY N HĨA TiO2 THÀNH D NG D TAN 34 3.1.1 3.1.2 L ng c a t l TiO2 u ch TiSO4: 34 ng Ti4+: 35 ng chu C TÍNH HĨA LÝ C A V T LI U 34 3.2.1 C u trúc v t li u: 36 3.2.2 Phân tích nhi t kh ng TGA: 38 3.2.3 Di n tích b m t: 39 3.2.4 Ph ph n x khu ch tán DRS 40 3.2.5 Ph h ng ngo i IR: 43 3.2.6 K t qu Raman: 45 3.2.7 Vi c u trúc c a v t li u: 45 T TÍNH XÚC TÁC QUANG C A V T LI U: 48 3.3.1 L ng chu nh n MB : 48 3.3.2 ng c a pH nhi 3.3.3 ng c a th i gian chi u sáng n 3.3.4 ng c a t l tác ch nung t i ho t tính xúc tác: 49 dung d ch MB: 50 n ho t tính xúc tác quang c a h v t li u: 52 3.3.5 ng c 3.3.6 ng c a ngu GVHD: TS NGÔ THANH AN ng ch t xúc tác: 54 n ho t tính xúc tác: 55 D 3.3.7 Ph UV-Vis phân h y MB: 56 IV: VÀ 58 4.1 K T LU N: 58 4.2 KI N NGH : 58 GVHD: TS NGÔ THANH AN - 1:15 7000C/2h IR hydroxyt Ti(OH)4 Mn(OH)2 IR Ti(OH)4 IR Mn(OH)2 IR - 1:1 pH8 10 IR MnTi 1:2 - 1:2 pH8 11 IR - 1:10 pH8 12 Raman TiO2 13 Raman MnO 14 Raman - 1:1 7000C/3h Ph l c 15: K t qu phân h y metyl blue n C0= 10 ppm, 20 ppm ng pH8, 7000C/3h c a m u t l Mn-Ti 1:1; 1:2 t ng h TL 1: 1, pH8, 700/3 STT Co= 10ppm (phút) Abs C to 0.214 10.00 t1 30 0.084 t2 40 t3 Co=20ppm C/Co Abs C 1.00 0.425 19.91 1.00 3.90 0.39 0.344 16.10 0.81 0.062 2.86 0.29 0.282 13.19 0.66 50 0.049 2.25 0.23 0.255 11.92 0.60 t4 60 0.03 1.36 0.14 0.234 10.94 0.55 t5 90 0.02 0.89 0.09 0.196 9.15 0.46 t6 120 0.018 0.80 0.08 0.157 7.32 0.37 t7 150 0.015 0.66 0.07 0.144 6.71 0.34 TL 1: 2, pH8, 700/3 Co= 10ppm STT C/Co Co=20ppm (phút) Abs C C/Co Abs C C/Co to 0 10.00 1.00 0.423 20.00 1.00 t1 30 0.167 7.79 0.78 0.396 18.54 0.93 t2 40 0.16 7.46 0.75 0.353 16.53 0.83 t3 50 0.135 6.29 0.63 0.334 15.63 0.78 t4 60 0.125 5.82 0.58 0.317 14.84 0.74 t5 90 0.11 5.12 0.51 0.284 13.29 0.66 t6 120 0.1 4.65 0.46 0.291 13.62 0.68 t7 150 0.074 3.43 0.34 0.275 12.86 0.64 16 STT Th gian (phút) TL 1:1 C/3h MnO TL 1:2 TL 1:5 TL 1:10 Abs C C/Co Abs C C/Co Abs C C/Co Abs C C/Co to 0.214 10.00 1.00 0.214 10.00 1.00 0.215 10.00 1.00 0.214 10.00 1.00 t1 30 0.084 3.90 0.39 0.167 7.79 0.78 0.205 9.58 0.96 0.205 9.58 0.96 t2 40 0.062 2.86 0.29 0.16 7.46 0.75 0.192 8.97 0.90 0.196 9.15 0.92 t3 50 0.049 2.25 0.23 0.135 6.29 0.63 0.183 8.54 0.85 0.189 8.83 0.88 t4 60 0.03 1.36 0.14 0.125 5.82 0.58 0.174 8.12 0.81 0.18 8.40 0.84 t5 90 0.02 0.89 0.09 0.11 5.12 0.51 0.168 7.84 0.78 0.172 8.03 0.80 t6 120 0.018 0.80 0.08 0.1 4.65 0.46 0.16 7.46 0.75 0.165 7.70 0.77 t7 150 0.015 0.66 0.07 0.074 3.43 0.34 0.15 7.00 0.70 0.161 7.51 0.75 STT gian (phút) P25 Abs Abs MnO C C/Co C C/Co to 0.215 0.215 10.00 0.214 10.00 1.00 t1 30 0.168 0.168 7.84 0.138 6.43 0.64 t2 0.15 0.15 7.00 0.125 5.82 0.58 t3 40 50 0.14 0.14 6.53 0.121 5.63 0.56 t4 60 0.162 0.162 7.56 0.122 5.68 0.57 t5 90 0.157 0.157 7.32 0.128 5.96 0.60 t6 120 0.176 0.176 8.22 0.137 6.38 0.64 t7 150 0.188 0.188 8.78 0.128 5.96 0.60 17 STT to t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 T.gian 0.2 g xúc tác (phút) Abs C 30 40 50 60 90 120 150 0.214 0.124 0.099 0.089 0.084 0.075 0.072 0.069 10.00 5.77 4.60 4.13 3.90 3.47 3.33 3.19 C/Co 0.5 g xúc tác Abs C 1.00 0.58 0.46 0.41 0.39 0.35 0.33 0.32 0.214 0.084 0.062 0.049 0.03 0.02 0.018 0.015 10.00 3.90 2.86 2.25 1.36 0.89 0.80 0.66 C/Co g xúc tác Abs C C/Co 1.00 0.39 0.29 0.23 0.14 0.09 0.08 0.07 0.21 0.05 0.05 0.06 0.07 0.05 0.07 0.07 1.00 0.23 0.24 0.27 0.31 0.22 0.30 0.30 10.00 2.30 2.39 2.68 3.05 2.21 3.00 3.00 Ph l c 18: K t qu STT phân h y metyl blue ngu n sáng khác T.gian (phút) Abs C C/Co to 0.214 10 1.00 t1 30 0.128 5.96 t2 40 t3 Abs C C/Co Abs C C/Co Abs C C/Co 0.214 10.00 1.00 0.21 10.00 1.00 0.214 10.00 1.00 0.60 0.084 3.90 0.39 0.05 2.21 0.22 0.058 2.68 0.27 0.099 4.60 0.46 0.062 2.86 0.29 0.04 1.64 0.16 0.055 2.54 0.25 50 0.096 4.46 0.45 0.049 2.25 0.23 0.03 1.31 0.13 0.053 2.44 0.24 t4 60 0.101 4.69 0.47 0.03 1.36 0.14 0.02 0.99 0.10 0.05 2.30 0.23 t5 90 0.093 4.32 0.43 0.02 0.89 0.09 0.02 0.75 0.08 0.044 2.02 0.20 t6 120 0.11 5.12 0.51 0.018 0.80 0.08 0.01 0.42 0.04 0.031 1.41 0.14 t7 150 0.108 5.02 0.50 0.015 0.66 0.07 0.01 0.38 0.04 0.026 1.17 0.12 Ph l c 19: B ng tính tốn n ng TL 1:1 gian (phút) Abs to 0.214 t1 30 t2 STT C MB qua l n tái sinh xúc tác TL 1:1, l C/Co TL 1:1, Abs C C/Co Abs C C/Co 10.00 1.00 0.216 10.00 1.00 0.212 10.00 1.00 0.084 3.90 0.39 0.141 6.57 0.66 0.196 9.15 0.92 0.062 2.86 0.29 0.122 5.68 0.57 0.184 8.59 0.86 t3 40 50 0.049 2.25 0.23 0.114 5.31 0.53 0.189 8.83 0.88 t4 60 0.03 1.36 0.14 0.105 4.88 0.49 0.17 7.93 0.79 t5 90 0.02 0.89 0.09 0.079 3.66 0.37 0.177 8.26 0.83 t6 120 0.018 0.80 0.08 0.083 3.85 0.38 0.169 7.89 0.79 t7 150 0.015 0.66 0.07 0.073 3.38 0.34 0.17 7.93 0.79 ... tính ch t quang xúc tác c a TiO2 c ng d ng r ng rãi nhi nh v c i b t nh t ng d ng quang xúc tác chi m g n 50% Hình 1.5 1.4.1 D ng TiO2 s d ng h c quang xúc tác ng d ng xúc tác quang hóa x i tác. .. 1.1 QUÁ T : Ph n ng quang xúc tác ph n ng x i tác d ng th i c a ánh sáng ch t xúc tác Ánh sáng tác nhân kích ho t ch t xúc tác, giúp cho ph n ng x y Khi có s kích thích c a ánh sáng, ch t bán d... li u TiO2 có ion kim lo khoa h c u trúc c a nó, tài Nghiên c u bi n tính TiO2 b ng Mangan ng d ng cho ph n ng quang hóa xúc tác vùng ánh sáng kh ki n s t ph n nh nhóm nghiên c u bi n tính TiO2