(LUẬN văn THẠC sĩ) tổng hợp và đánh giá hoạt tính quang xúc tác của hệ oxit ti bi o cho phản ứng phân hủy một số dung môi hữu cơ ô nhiễm 60 44 35

Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN ĐẠI AN TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ OXIT Ti-Bi-O CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ Ô NHIỄM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN ĐẠI AN TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ OXIT Ti-Bi-O CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MƠI HỮU CƠ Chun ngành: Hóa dầu xúc tác hữu Mã số : 60 44 35 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thanh Bình Hà Nội – 2013 ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== LỜI CẢM ƠN Với lời cảm ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thanh Bình, người giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt trình thực hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoa Hữu Thu, người bảo cho em lời khuyên vô quý báu Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô, anh chị bạn phịng hóa dầu giúp đỡ em thực luận văn Hà Nội, ngày tháng Học viên năm 2013 Trần Đại An ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Danh mục hình Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể TiO2 Hình 1.2 Phản ứng quang xúc tác TiO2 Hình 1.3 Các mức oxi hóa khử TiO2 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý phương pháp nhiễu xạ tia X 34 Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc P/V(P0-P) vào P/Po .39 Hình 2.3 Mơ hình thí nghiệm xử lý phenol nước xúc tác quang 40 Hình 2.4 Mơ hình thí nghiệm xử lý axeton pha khí 41 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác TiO2 43 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác T1B1 43 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác T3B1 44 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác T5B1 44 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác T7B1 45 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu xúc tác TiO2 46 Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu xúc tác T1B1 46 Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu xúc tác T3B1 47 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu xúc tác T5B1 47 Hình 3.10 Ảnh SEM mẫu xúc tác T7B1 .48 Hình 3.11 Phổ hấp thụ UV-Vis/DRS mẫu xúc tác 49 Hình 3.12 Kết mẫu T5B1 .50 Hình 3.13 Sự phân hủy quang xúc tác phenol theo thời gian 51 Hình 3.14 Sơ đồ minh họa cho ghép nối khe lượng TiO2 với khe lượng chất nhạy sáng Bi2O3 51 Hình 3.15 Sự phân hủy quang xúc tác axeton theo thời gian .52 ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Danh mục bảng Bảng 3.1 Kết đo diện tích bề mặt BET 49 ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ơ nhiễm mơi trường hợp chất hữu 10 1.1.1 Ơ nhiễm mơi trường pha khí 1.1.2 Ô nhiễm môi trường pha lỏng 1.2 Quang xúc tác xử lý môi trường 12 1.2.1 Các xúc tác phổ biến 12 1.2.2 Xúc tác quang TiO2 12 1.2.3 Các hướng nâng cao hoạt tính quang xúc tác 16 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phân hủy quang xúc tác 19 1.2.5 Điều chế xúc tác quang 28 1.2.6 Một số hợp chất hữu nhiễm điển hình 32 CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 40 2.1 Tổng hợp vật liệu xúc tác 40 2.2 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng xúc tác 41 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [14] 41 2.2.2.Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscopy) 42 2.2.3 Phương pháp xác định phổ phản xạ khuếch tán (UV-Vis DRS.) 43 2.2.4 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) 44 2.3 Lị phản ứng đánh giá hoạt tính xúc tác 46 2.3.1 Thí nghiệm đánh giá hoạt tính xúc tác quang phản ứng phân hủy phenol nước xạ nhìn thấy 46 2.3.2 Thí nghiệm đánh giá hoạt tính xúc tác quang phản ứng phân hủy axeton pha khí 48 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Tính chất đặc trưng xúc tác 50 3.1.1 Kết đo phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 50 ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== 3.1.2 Kết đo phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron 3.1.3 Kết đo phương pháp phổ phản xạ khuếch tán (UV-Vis DRS.) 55 3.1.4 Kết đo diện tích bề mặt BET 56 3.2 Hoạt tính xúc tác 57 3.2.1 Kết xử lý phenol nước 57 3.2.2 Kết xử lý axeton pha khí 59 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== MỞ ĐẦU Ngày nay, ô nhiễm môi trường vấn đề thời mang tính tồn cầu Chúng để lại hậu nghiêm trọng cho môi trường làm mỹ quan, nhiễm khơng khí, có tác động xấu đến sức khỏe người chí cịn tác nhân gây nên ung thư hay biến đổi gen Do có ảnh hưởng trực tiếp lâu dài chúng đến sức khỏe người nên việc xử lý ô nhiễm nhận quan tâm ngày lớn Để giảm thiểu nhiễm có nhiều biện pháp cơng nghệ đưa Có thể sử dụng biện pháp truyền thống như: hấp phụ nguyên tử, thẩm thấu ngược, lọc qua máy siêu lọc Tuy nhiên, phương pháp khơng làm cho hợp chất hữu bị phá hủy, mà chuyển chúng từ trạng thái sang trạng thái khác, chúng gây nên ô nhiễm môi trường Sử dụng trình oxi hóa tăng cường (Advanced Oxidation Processes: AOPs) nhằm phân hủy hồn tồn chất hữu nhiễm giải pháp tập trung nghiên cứu thời gian gần AOPs oxi hóa khoảng rộng chất gây ô nhiễm cách nhanh chóng Trong số AOPs, xúc tác quang dị thể sử dụng TiO2 làm chất xúc tác quang xuất công nghệ xử lý bật Phương pháp có ưu điểm bật: - Phân hủy triệt để chất gây ô nhiễm thành sản phẩm thay chuyển hóa chúng sang dạng khác gây nhiễm - Có thể tiến hành điều kiện thường: oxi khơng khí sử dụng chất oxi hóa - Có phạm vi xử lý rộng với nhiều chất gây ô nhiễm khác nhau, có tính ổn định hóa học cao Mặc dù vậy, khả triển khai rộng rãi thực tiễn xúc tác hạn chế xúc tác hoạt hóa tác dụng tia cực tím ( 420 nm, tương đương Eg < 2,9 eV) Như việc “ghép nối” oxit với oxit TiO2 tạo hệ xúc tác hoạt dộng vùng khả kiến Từ ý tưởng đó, khn khổ luận văn này, tập trung nghiên cứu đề tài: “TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ OXIT Ti-Bi-O CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ Ô NHIỄM” CHƢƠNG TỔNG QUAN ======================================================== TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== 1.1 Ô nhiễm môi trƣờng hợp chất hữu 1.1.1 Ơ nhiễm mơi trƣờng pha khí Các hợp chất hữu dễ bay (VOCs) thành phần phổ biến nhiễm khơng khí nhà, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người Một số hợp chất liên quan đến việc gây bệnh bao gồm kích thích tế bào niêm mạc, đau đầu mệt mỏi Những chất gây ung thư biết đến fomandehyt, acetone….Hàng triệu người chịu khổ từ hậu việc khơng khí nhà chất lượng hàng tỷ đôla bị giới năm Nhiều công nghệ tiên tiến để loại bỏ VOCs nhanh chóng kinh tế từ khí nhà gần phát triển Trong q trình quang xúc tác oxi hóa (AOPs) phương pháp sáng tạo đầy triển vọng Những người tiên phong lĩnh vực Fujishima and Honda (1972) phát tượng ánh sáng gây phân tách nước với điện cực TiO2 Trong ba thập kỷ sau có hàng loạt ứng dụng tiềm AOPs để làm khơng khí báo cáo Kỹ thuật làm khơng khí AOPs thường sử dụng xúc tác nano, bán dẫn ánh sáng tia tử ngoại (UV) để chuyển đổi hợp chất hữu khí nhà thành vô hại thành phần không mùi, nước khí CO Khi hợp chất hữu chuyển hóa mặt hóa học thiết bị PCO, gốc hydroxyl (OH•), xuất phát từ q trình oxi hóa nước hấp phụ OH hấp phụ, chất oxi hóa mạnh chiểm ưu Chuỗi phản ứng với VOC diễn tả sau: OH + VOC + O2  nCO2 + mH2O Q trình PCO có số ưu điểm : (1) nhìn chung cơng nhận an tồn: xúc tác quang phổ biến antase TiO2, loại oxit bán dẫn thành phần kem đánh dược phẩm (2) tính oxi hóa yếu: động học nghiên cứu chứng minh nguộc gốc oxy q trình oxi hóa phân tử oxy, chất oxy hóa yếu so với hdro peroxit ozon…; ======================================================== 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau 3Ti-Bi d=2.964 400 d=1.609 d=1.763 d=1.825 d=2.259 d=1.913 d=1.892 d=1.489 100 d=2.367 d=2.709 d=2.576 d=3.260 d=4.072 200 d=3.795 Lin (Cps) 300 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: An mau 3Ti-Bi.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° 00-035-0795 (*) - Bismuth Titanium Oxide - Bi4Ti3O12 - Y: 97.57 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.44890 - b 32.81500 - c 5.41000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Base-center Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác T3B1 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau 5Ti-Bi 300 290 280 270 260 250 d=3.470 230 220 210 200 d=3.246 240 140 130 120 110 d=1.497 100 90 80 d=1.470 150 d=1.691 d=2.701 160 d=1.893 170 d=2.366 d=3.162 Lin (Cps) 180 d=2.939 190 70 60 50 40 30 20 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: An mau 5Ti-Bi.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 94.85 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) 00-041-1449 (*) - Bismite, syn - Bi2O3 - Y: 90.12 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 5.84990 - b 8.16980 - c 7.51230 - alpha 90.000 - beta 112.988 - gamma 90.000 - Primitive - P21/c (14) - - 330.5 00-051-1161 (I) - Bismuth Oxide - Bi2O3 - Y: 68.42 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 3.87800 - b 3.87800 - c 6.30300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P-3m1 (164) - - Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác T5B1 ======================================================== 51 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau 7Ti-Bi 300 290 280 270 260 d=3.481 250 240 230 220 210 200 190 170 160 150 140 d=1.742 70 60 50 d=1.362 80 d=1.480 90 d=1.590 d=2.743 100 d=1.692 110 d=1.662 d=3.253 120 d=1.883 130 d=2.356 Lin (Cps) 180 40 30 20 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: An mau 7Ti-Bi.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° 01-089-4921 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 89.33 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.77700 - b 3.77700 - c 9.50100 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) 00-041-1449 (*) - Bismite, syn - Bi2O3 - Y: 40.77 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 5.84990 - b 8.16980 - c 7.51230 - alpha 90.000 - beta 112.988 - gamma 90.000 - Primitive - P21/c (14) - - 330.5 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác T7B1 Từ kết giản đồ nhiễu xạ cho thấy mẫu T7B1 có cực đại nhiễu xạ pha TiO2 anatase Như lượng Bi tồn dạng vi tinh thể phân tán bề mặt oxit TiO2 dạng vơ định hình Với mẫu T5B1, có thấy cực đại nhiễu xạ pha TiO2 anatase độ rộng nửa chiều cao cực đại 2 = 25,3 tăng lên, chứng tỏ độ tinh thể giảm nhiều Trong mẫu bắt đầu xuất cực đại nhiễu xạ pha Bi2O3 tetragonal (2 = 27,8) Mẫu T3B1 T1B1 xuất cực đại nhiễu xạ pha Bi2O3 monoclinic, Trong trường hợp này, Bi làm chậm trình hình thành tinh thể oxit TiO2, dẫn đến TiO2 tồn dạng vơ định hình ======================================================== 52 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== 3.1.2 Kết đo phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscopy) Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu xúc tác TiO2 Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu xúc tác T1B1 ======================================================== 53 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu xúc tác T3B1 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu xúc tác T5B1 ======================================================== 54 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Hình 3.10 Ảnh SEM mẫu xúc tác T7B1 Tính chất hình thái mẫu xác định ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét Kết cho thấy mẫu oxit TiO2 gồm hạt dạng cầu có kích thước khoảng từ 10 đến 40 nm Trong với mẫu Bi2O3, kích thước hạt có đường kính lớn, cỡ 100 nm Với mẫu xúc tác có bổ xung Bi với hàm lượng khác nhau, nhận thấy dạng hạt tạo thành có có dạng hình cầu với kích thước khoảng 30 nm Tuy nhiên hạt kết khối thành mảng lớn hơn, điều có mặt Bi đóng vai trị chất “kết dính” 3.1.3 Kết đo phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán (UV-Vis DRS.) Phổ hấp thụ UV-Vis/DRS mẫu T1B1, T3B1, T5B1, T7B1 TiO2 trình bày hình ======================================================== 55 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== T1B1 Độ hấp thụ T3B1 T5B1 Fe2O3 TiO2 200 250 300 350 T7B1 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Bƣớc sóng (nm) Hình 3.11 Phổ hấp thụ UV-Vis/DRS mẫu xúc tác Từ hình 3.8 cho thấy mẫu TiO2 có độ hấp thụ ánh sáng tốt vùng tử ngoại(< 420nm) độ hấp thụ ánh sáng tăng dần sang vùng khả kiến với mẫu T1B1, T3B1, T5B1, T7B1 ( ≈ 450nm> 420nm) Trong mẫu ta thấy mẫu T5B1 có độ hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến tốt Rõ ràng pha tạp Bi2O3 vào TiO2 đem lại dịch chuyển phổ hấp thụ ánh sáng UV-Vis sang vùng khả kiến, điều cho mẫu Bi2O3 -TiO2 có hoạt tính xúc tác quang điều kiện xạ ánh sáng khả kiến 3.1.4 Kết đo diện tích bề mặt BET Các mẫu xúc tác xác định bề mặt riêng phương pháp BET cho kết sau: Bảng 3.1 Kết đo diện tích bề mặt BET Tên mẫu TiO2 T1B1 T3B1 T5B1 T7B1 Diện tích bề mặt riêng BET (m2/g) 41 35 54 30 ======================================================== 56 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Ta thấy diện tích bề mặt riêng TiO2 41 m2/g Khi pha tạp Bi2O3 vào TiO2 thấy diện tích bề mặt riêng mẫu T1B1, T3B1, T7B1 giảm so với mẫu TiO2 Cịn mẫu xúc tác T5B1 có diện tích bề mặt riêng 54 m2/g lớn 1,3 lần so với mẫu TiO2 hạt phân tán có kích thước nhỏ 3.2 Hoạt tính xúc tác 3.2.1 Kết xử lý phenol nƣớc Sau đem mẫu dung dịch lấy từ phản ứng phân hủy đo phổ UV-Vis ta thu kết sau: Hình 3.12 Kết mẫu T5B1 Phổ UV-Vis phenol có cực đại hấp thụ bước sóng = 270 nm, ứng với bước nhảy điện tử từ mức Л Л* Qua kết phổ UV-Vis thu ta thấy phổ hấp thụ mẫu T5B1 có độ hấp thụ phenol giảm mạnh qua thời gian chiếu sáng phản ứng 2h, 4h, 8h, 20h 48h Sau 48h ta thấy độ hấp thụ gần chứng tỏ nồng độ phenol gần sau 48h.Như thấy hoạt tính quang xúc tác mẫu 5TB cao mẫu dùng để xử lý phân hủy phenol nước thải Các mẫu T1B1,T3B1, T7B1 ta thấy độ hấp thụ phenol giảm không đáng kể, xúc tác hấp phụ phần nên độ hấp thụ giảm, chứng tỏ hoạt tính xúc tác mẫu thấp ứng dụng để xử lý phenol nước Sau tính tốn ta thu đồ thị biểu diễn phân hủy quang xúc tác phenol theo thời gian hình 3.13 ======================================================== 57 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== 100 90 80 70 C/Co (%) 60 50 T1B1 T3B1 T5B1 T7B1 Bi2O3 TiO2 40 30 20 10 0 12 15 18 21 24 Thời gian (h) Hình 3.13 Sự phân hủy quang xúc tác phenol theo thời gian Qua hình 3.13 ta thấy phân hủy quang xúc tác phenol mạnh dùng xúc tác T5B1 Điều giải thích qua sơ đồ sau: Bi2O3 Hình 3.14 Sơ đồ minh họa cho ghép nối khe lượng TiO2 với khe lượng chất nhạy sáng Bi2O3 Trên sơ đồ trên, chất TiO2 có bổ xung vào chất bán dẫn có lượng vùng cấm nhỏ (Ebg < 2.9 eV) dễ dàng bị kích thích ánh sáng nhìn thấy để hình thành cặp electron – lỗ trống Khác với TiO2, chất bán dẫn có thời gian sống ======================================================== 58 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== cặp electron (e-) – lỗ trống (h+) dài lại có Ebg cao (3,2 eV) bị kích hoạt vùng tử ngoại, thời gian sống cặp e- - h+ lỗ trống chất bán dẫn rắt ngắn trình tái hợp diễn gần tức thời Do chất thường có hiệu quang xúc tác thấp Tuy nhiên, với có mặt oxi TiO2, xuất chế truyền dẫn e- tự hay h+ hình thành từ chất nhạy sáng sang TiO2 Quá trình diễn chống lại tái hợp cặp e- - h+ chúng có thời gian sống lâu Tùy vào vị trí tương đối chất nhạy sáng với TiO2 mà xẩy truyền dẫn ehay h+ Như coi chất nhạy sáng nguồn tạo cặp e - - h+ oxit TiO2 nơi kéo dài tồn cặp e- - h+ Trong hỗn hợp xúc tác oxit Bi2O3 – TiO2, oxit Bi2O3 đóng vai trị chất nhạy sáng (sensitizer), oxit Bi2O3 có lượng vùng cấm 2,3 eV electron bị kích thích nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn với ánh sáng kích thích có bước sóng ngắn 540 nm, tức nằm vùng ánh sáng nhìn thấy ( = 420-750nm ) Kết hoạt tính xúc tác tốt mẫu T5B1 tỉ lệ hợp lý “nguồn tạo cặp e- - h+”, Bi2O3 , nguồn “kéo dài tồn tại” chúng 3.2.2 Kết xử lý axeton pha khí Sau tính tốn xử lý kết quả, ta thu chuyển hóa axeton phụ thuộc vào thời gian mẫu xúc tác sau: 120 C/Co (%) 100 Bi2O3 TiO2 T1B1 T3B1 T5B1 T7B1 80 60 40 20 0 Thời gian (h) Hình 3.15 Sự phân hủy quang xúc tác axeton theo thời gian ======================================================== 59 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== Qua kết hình 3.16 ta thấy mẫu Bi2O3 TiO2 có hoạt tính quang hoạt tính khơng cao Hoạt tính cao mẫu xúc tác T5B1 với hiệu suất chuyển hóa lên tới 95% sau 4h Các mẫu xúc tác T3B1 T7B1 cho thấy chuyển hóa tốt, chuyển hóa 80% sau 4h phản ứng Qua kết khẳng định việc pha tạp Bi2O3 vào TiO2 nâng cao hoạt tính quang xúc tác TiO2 pha khí Sau thời gian ngắn phản ứng có chuyển hóa cao nhiều so với chuyển hóa pha lỏng ======================================================== 60 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trình bày đây, kết luận văn tổng kết sau:  Đã điều chế xúc tác TiO2, Bi2O3, hệ xúc tác Bi2O3 – TiO2 với tỉ lệ khác Ti:Bi = 1:1, 3:1, 5:1, 7:1 (kí hiệu mẫu tương ứng T1B1, T3B1, T5B1, T7B1 phương pháp sol-gel Các mẫu đặc trưng phương pháp hóa lý khác Kết XRD cho thấy pha oxit kim loại có thành phần cao hơn, cụ thể pha TiO2 anatase mẫu T7B1, T5B1 pha Bi2O3 monoclinic Mẫu T3B1 T1B1 Ảnh SEM cho thấy dạng hạt hình cầu mẫu xúc tác, kích thước dao động khoảng rộng từ 20-100 nm giảm theo dần hàm lượng Bi Diện tích BET mẫu dao động khoảng 30- 54 m2/g  Đã khảo sát, đánh giá hoạt tính quang hệ xúc tác Bi2O3 -TiO2 cho phản ứng phân hủy phenol pha lỏng ánh sáng vùng xạ nhìn thấy Kết cho thấy hệ xúc tác Bi2O3-TiO2 có hoạt tính tốt Đặc biệt xúc tác T5B1 có hoạt tính tốt nhất, với 80% phenol bị phân hủy sau 20h chiếu sáng  Đã khảo sát, đánh giá hoạt tính quang hệ xúc tác Bi2O3 -TiO2 cho phản ứng phân hủy e pha khí ánh sáng vùng xạ nhìn thấy Kết cho thấy hệ xúc tác Bi2O3-TiO2 có hoạt tính tốt Chỉ sau 2h,4h chiếu sáng mẫu xúc tác phân hủy 50% axeton Đặc biệt mẫu xúc tác T5B1 phân hủy hết 95% axeton sau 4h chiếu sáng Các kết test cho thấy mẫu T5B1 có hoạt tính tốt phản ứng quang hóa phân hủy phenol axeton Kết diện tích bề mặt riêng lớn xúc tác Ngồi ra, tỉ lệ Ti:Bi = 5:1 hợp lý “nguồn tạo cặp e- - h+”, Bi2O3, nguồn “kéo dài tồn tại” chúng TiO2 ======================================================== 61 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Việt Cường (2007), “Nghiên cứu chế tạo lớp phim mỏng TiO2 phủ sợi thuỷ tinh ứng dụng xử lý nước ô nhiễm phenol, vi sinh vật”, Luận văn Thạc sĩ Công nghệ môi trường, Đại học Bách khoa TPHCM [2] Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2002), “Khử amoni nước nước thải phương pháp quang hóa với xúc tác TiO2” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 40 (3), trang 20-29 [3] Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Thị Hoài Nam (2004) “Nghiên cứu xử lý nước rác Nam Sơn màng xúc tác TiO2 lượng mặt trời” Tạp chí Hóa học ứng dụng (8) [4]Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương pháp vật lý ứng dụng hoá học, NXB Quốc Gia Hà Nội [5] Nguyễn Thế Vinh (2009), “Giới thiệu tổng quan việc ứng dụng xúc tác quang vật liệu nano TiO2 phát triển bền vững”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 40 (3), trang 20-29 Tiếng Anh [6] A Sobczynski, L Duczmal, W Zmudzinski, Phenol destruction by photocatalysis on TiO2: an attempt to solve the reaction mechanism, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 213 (2) (2004) 225–230 [7] Adel Al-Kdas, Azni Idris, Katayon Saed, Chuah Teong Guan, Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes - A review, Faculty of engineering, Universty Putra Malaysia 43400 UPM, Selangor, Malaysia, 2004 ======================================================== 62 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== [8] C Adan, A Bahamonde, M Fernandez-Garica, A Martinez-Arias, Structure and activity of nanosized iron-doped anatase TiO2 catalysts for phenol photocatalytic degradation, Applied Catalysis B: Environmental 72 (2007) 11–17 [9] Dvoranova D, Brezova V, Mazur M, Malati M Investigations of metaldoped titanium dioxidephotocatalysts Appl Catal B: Environ 2002; 37:91–105 [10] G.L Puma, P.L Yue, Effect of the radiation wavelength on the rate of photocatalytic oxidation of organic pollutants, Journal of Industrial and Engineering Chemistry Research 41 (2002) 5594–5600 [11] Hameed A, Gondal MA, Yamani ZH Effect of transition metal doping on photocatalytic activity of WO3 for water splitting under laser illumination: role of 3dorbitals Catal Commun 2004; 5:715–9 [12] K Selvam, M Muruganandam, I Muthuvel, M Swaminathan, The influence of inorganic oxidants and metal ions on semiconductor sensitized photodegradation of 4-flurophenol, Chemical Engineering Journal 128 (2007) 51–57 [13] Litter MI Heterogeneous photocatalysis transition metal ions in photocatalytic systems Appl Catal B: Environ 1999; 23:89–114 [14] N.H Salah, M Bouhelassa, S Bekkouche, A Boultif, Study of photocatalytic degradation of phenol, Desalination 166 (2004) 347–354 [15] Paola AD, Marci G, Palmisano L, Schiavello M, Uosaki K, Ikeda S, et al Preparation of polycrystalline TiO2 photocatalysts impregnated with various transition metal ions: characterization and photocatalytic activity for degradation of 4nitrophenol J Phys Chem B 2002; 106:637–45 [16] Tryk DA, Fujishima A, Honda K Recent topics in photoelectrochemistry: achievements and future prospects Electrochim Acta 2000; 45:2363–76 ======================================================== 63 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== [17] V Pareek, S Chong, M Tade, A Adesina, Light intensity distribution in heterogeneous photocatalytic reactors, Asia–Pacific Journal of Chemical Engineering (2008) 171–201 [18] S Ahmed, et al., Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols in wastewater: A review on current statusand developments, Desalination (2010) [19] S.S Hong, C.S Ju, C.G Lim, B.H Ahn, K.T Lim, G.D Lee, A photocatalytic degradation of phenol over TiO2 prepared by sol–gel method, Journal of Industrial and Engineering Chemistry (2) (2001) 99–104 [20] S.K Pardeshi, A.B Patil, A simple route for photocatalytic degradation of phenol in aqueous titan oxide using solar energy, Solar Energy 82 (2008) 700–705 [21] Xu AW, Gao Y, Liu HQ The preparation characterization and their photocatalytic activities of rare- earthdoped TiO2 nanoparticles J Catal 2002; 207:151–7 [22] Z Guo, R Ma, G Li, Degradation of phenol by nanomaterial TiO2 in wastewater, Chemical Engineering Journal 119 (2006) 55–59 [23] W Bahnemann, M Muneer, M.M Haque, Titanium dioxide-mediated photo- catalysed degradation of fewselected organic pollutants in aqueous suspensions, Catalysis Today 124 (2007) 133–148 [24] W Bahnemann, M Muneer, M.M Haque, Titanium dioxide-mediated photo-catalysed degradation of few selected organic pollutants in aqueous suspensions, Catalysis Today 124 (2007) 133–148 ======================================================== 64 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sĩ Trần Đại An =================================================== ======================================================== 65 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... khn khổ luận văn này, tập trung nghiên cứu đề tài: “TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ OXIT Ti- Bi- O CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ Ô NHIỄM” CHƢƠNG TỔNG QUAN ========================================================... HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ OXIT Ti- Bi- O CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MƠI HỮU CƠ Chun ngành: Hóa dầu xúc tác hữu Mã số : 60 44 35 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS... 0.5%Pd/TiO2 So sánh mẫu Ag/TiO2 có hoạt tính quang xúc tác cao Pd/TiO2 So với TiO2 chưa pha tẩm việc nâng cao hoạt tính pha tẩm Ag Pd v? ?o TiO2 phân tách điện tích tốt tái tổ hợp chậm Sonawane Dongare