Biễn tính nano tio2 bằng Ag3PO4 trên nền bentonite, ứng dụng trong xúc tác quang phân hủy methylene blue

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒ TRẦN THÁI THUẬN BIẾN TÍNH NANO TiO2 BẰNG Ag3PO4 TRÊN NỀN BENTONITE, ỨNG DỤNG TRONG XÖC TÁC QUANG PHÂN HỦY METHYLENE BLUE Chuyên ngành : Mã chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học, TS Trần Thị Thanh Thúy Ngƣời phản iện 1: Ngƣời phản iện 2: Luận v n thạc s đƣợc ảo vệ Hội đồng ch m ảo vệ Luận v n thạc s Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng n m Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm: - Chủ tịch hội đồng - Phản iện - Phản iện - Ủy viên - Thƣ ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng BỘ CƠNG THƢƠNG CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒ TRẦN THÁI THUẬN MSHV: 15118591 Ngày, tháng, n m sinh: 21/08/1989 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã chuyên ngành: 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Biến tính nano TiO2 ằng Ag3PO4 bentonite, ứng dụng xúc tác quang phân hủy methylene blue NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng hợp Ag3PO4, sau iến tính nano TiO2 ằng Ag3PO4 tổng hợp đƣợc ch t mang bentonite Hệ vật liệu tổng hợp đƣợc ứng dụng xúc tác quang phân hủy màu methylene blue II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 2413/QĐ-ĐHCN ngày 15/12/2016 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/12/2017 IV NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thị Thanh Thúy Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2017 NGƢỜI HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Trần Thị Thanh Thúy TRƢỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Cƣờng LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, xin gửi lời cảm ơn đặc iệt đến TS Trần Thị Thanh Thúy ngƣời cơ, ngƣời chị tận tình hƣớng dẫn quan tâm suốt khoảng thời gian thực đề tài, đặc iệt giúp đỡ r t nhiều mặt định hƣớng, tài liệu nhƣ lời dạy lúc tơi gặp khó kh n nghiên cứu Song song, vô iết ơn sâu sắc đến dạy dỗ, động viên, hỗ trợ thầy cô giảng dạy thời gian đƣợc học trƣờng Ngồi ra, tơi chân thành cảm ơn thầy trƣởng khoa PGS.TS Nguyễn V n Cƣờng, thầy khoa Cơng nghệ Hóa học quản lý phịng thí nghiệm chị Nguyễn Thị Tố Minh tận tình tạo điều kiện sở vật ch t q trình thực nghiệm tơi Tơi xin cảm ơn chân thành đến gia đình đặc iệt a mẹ ủng hộ tinh thần nhƣ vật ch t để tạo điều kiện thuận lợi cho tơi vƣợt qua khó kh n q trình học nghiên cứu Bên cạnh gửi lời cảm ơn thân thiết đến anh chị, ạn è lớp ln giúp đỡ để hồn thành luận v n Tuy nhiên, với kiến thức hạn hẹp, nên khơng tránh đƣợc sai sót q trình thực nghiệm nhƣ hoàn thành luận v n cịn hạn chế Tơi r t mong iết ơn đóng góp từ q thầy để luận v n hồn thiện tốt Hồ Chí Minh, tháng 12 n m 2017 Học viên Hồ Trần Thái Thuận i TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong nghiên cứu này, hệ TiO2/Ag3PO4-Bentonite (TAB) đƣợc tổng hợp ằng phƣơng pháp đồng kết tủa Các tỷ lệ Ag3PO4 dùng iến tính TiO2 Bentonite lần lƣợt theo thứ tự TiO2: Ag3PO4: Bentonite 1:0.05:1, 1:0.1:1, 1:0.15:1, 1:0.2:1, 1:0.3:1, 1:0.1:2 Các thông số thời gian tổng hợp, tốc độ khu y, nhiệt độ nung đƣợc khảo sát để vật liệu đạt tính ch t xúc tác quang tối ƣu Đặc tính hệ vật liệu đƣợc đánh giá ằng phƣơng pháp phân tích hóa lý đại nhƣ phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), phƣơng pháp phổ tán xạ tia X (EDX), phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kết phân tích SEM thể vật liệu TAB có dạng hạt, kích thƣớc khoảng 100 – 150 nm phân ố tƣơng đối đồng Kết EDX XRD cho th y vật liệu đƣợc tổng hợp thành công với thành phần phù hợp Khả n ng xúc tác quang hệ TiO2, Ag3PO4, bentonite, TiO2/Ag3PO4, TiO2Bentonite, Ag3PO4-Bentonite, TiO2/Ag3PO4-Bentonite đƣợc so sánh dƣới chiếu sáng đèn Osram 250W Khi sử dụng tỷ lệ vật liệu tối ƣu 1:0.15:1, khu y 24 nhiệt độ phòng, 300 oC giờ, vật liệu TAB thể hoạt tính xúc tác quang r t cao; sau 50 phút chiếu sáng, methylene lue với nồng độ 50 ppm đƣợc xử lý hoàn toàn pH = Độ tái sử dụng hệ vật liệu tốt với hiệu su t xử lý methylene blue đạt 70.5% sau lần sử dụng Từ khóa: TiO2, Ag3PO4, bentonite, methylene blue, xúc tác quang ii ABSTRACT In this study, to improve the efficiency of TiO2 as a photocatalyst for methylene blue removal, a novel nanocomposite catalyst of Ag3PO4 modified TiO2 loaded on bentonite (TiO2/Ag3PO4-Bentonite) was successfully prepared by co-precipitation method The ratios of TiO2: Ag3PO4: Bentonite were performed as 1:0.05:1, 1:0.1:1, 1:0.15:1, 1:0.2:1, 1:0.3:1, 1:0.1:2, respectively Parameters of stirring time, annealing temperature and annealing time were investigated so that the material achieved optimum photocatalyst properties The synthesized TiO2/Ag3PO4Bentonite nanocomposite catalysts were characterized by multiple techniques, including scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectrometer (EDX), X-ray diffraction (XRD) The result of SEM analysis showed that the granular TAB nanocomposite was about 100-150 nm and distributed fairly evenly The EDX and XRD showed that suitable component nanocomposites were successfully synthesized The photocatalytic activity of TiO 2, Ag3PO4, bentonite, TiO2/Ag3PO4, TiO2-Bentonite, Ag3PO4-Bentonite, TiO2/Ag3PO4-Bentonite was compared under the illumination of the 250W Osram lamp Using optimum material ratio of 1: 0.15: 1, stirring for 24 hours at room temperature, then heating at 300 ° C for hours, TAB catalyst exhibited very high photocatalytic activity; after 50 minutes, 50 ppm methylene blue was completely treated at pH = The repeatability of nanocomposites is good with 70.5% efficiency after times of use Key words: TiO2, Ag3PO4, bentonite, methylene blue, photocatalyst iii LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Hồ Trần Thái Thuận học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, khóa 5, lớp CHKTHOA5B trƣờng Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Cam đoan rằng: - Các kết số liệu trình nghiên cứu thực nghiệm đƣợc trình ày luận v n cơng trình hồn tồn riêng tác giả dƣới hƣớng dẫn TS Trần Thị Thanh Thúy - Trƣởng ộ mơn Kỹ thuật phân tích, khoa Cơng nghệ Hóa học, trƣờng Đại học Cơng Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh - Những kết nghiên cứu tác giả khác số liệu đƣợc sử dụng luận v n có trích dẫn đầy đủ Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nghiên cứu Hồ Chí Minh, tháng 12 n m 2017 Học viên Hồ Trần Thái Thuận iv MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii MỞ ĐẦU 1 Đặt v n đề Mục tiêu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng 3.2 Phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Ý ngh a thực tiễn đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu án dẫn TiO2 1.1.1 Hoạt tính quang TiO2 1.1.2 Những nguyên lý ản 1.1.3 Nhƣợc điểm TiO2 11 1.1.4 Ứng dụng TiO2 12 1.2 Giới thiệu Bentonite 13 1.2.1 Thành phần hóa học entonite 13 1.2.2 C u trúc tinh thể 15 1.2.3 Một số tính ch t entonite 16 1.2.4 Ứng dụng entonite 19 1.3 Tổng quan Ag3PO4 20 1.3.1 Giới thiệu Ag3PO4 20 1.3.2 Cơ chế quang xúc tác Ag3PO4 21 1.3.3 Ứng dụng Ag3PO4 21 1.4 Cơ chế quang xúc tác Ag3PO4/TiO2 21 1.5 Giới thiệu thuốc nhuộm 22 1.5.1 Khái niệm chung thuốc nhuộm 22 1.5.2 Thuốc nhuộm methylene lue 23 1.6 Tình hình nghiên cứu 25 v 1.6.1 Tình hình nghiên cứu giới 25 1.6.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 26 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 28 2.1 Dụng cụ, hóa ch t thiết ị 29 2.1.1 Dụng cụ 29 2.1.2 Hóa ch t 30 2.1.3 Thiết ị 30 2.2 Tổng hợp vật liệu 31 2.2.1 Tổng hợp Ag3PO4 rắn (A) 31 2.2.2 Xử lý entonite Bình Thuận 33 2.2.3 Tổng hợp hệ TiO2 /Ag3PO4 (T-A) 33 2.2.4 Tổng hợp hệ TiO2-Bentonite (T-B) 35 2.2.5 Tổng hợp hệ Ag3PO4-Bentonite (A-B) 37 2.2.6 Tổng hợp hệ TiO2/Ag3PO4 -Bentonite (TAB) 39 2.3 Khảo sát yếu tố tổng hợp vật liệu ảnh hƣởng đến khả n ng phân hủy màu hệ TAB 41 2.3.1 Khảo sát ảnh hƣởng lƣợng vật liệu 41 2.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ iến tính vật liệu 41 2.3.3 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian khu y 41 2.3.4 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ khu y 42 2.3.5 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ nung 42 2.3.6 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian nung 42 2.3.7 So sánh hệ vật liệu tổng hợp TAB 42 2.3.8 Các yếu tốcủa dung dịch MB ảnh hƣởng đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu TAB 43 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 43 2.4.1 Phƣơng pháp ố trí thí nghiệm 43 2.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thành phần c u trúc vật liệu 43 2.4.3 Phƣơng pháp đánh giá khả n ng phân hủy methylene blue 43 2.4.4 Phản ứng quang xúc tác ởi hệ thống đèn Osram 250 W 44 2.4.5 Pha mẫu giả định 44 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45 3.1 Kết đánh giá tính ch t vật liệu tổng hợp ằng phƣơng pháp phân tích hóa lý đại 45 3.1.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 45 vi 3.1.2 3.1.3 Phƣơng pháp EDX 46 Kết XRD 48 3.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu50 3.2.1 Tối ƣu yếu tố tạo vật liệu ảnh hƣởng đến hoạt tính quang hệ TiO2/Ag3PO4-Bentonite 50 3.2.2 Các yếu tố MB ảnh hƣởng đến hiệu su t phân hủy vật liệu 63 3.2.3 Tối ƣu hiệu su t phân hủy MB vật liệu TAB 65 3.3 Tái sử dụng vât liệu 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 Kết luận 69 Hƣớng nghiên cứu đề tài 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 75 Kết phổ EDX 75 Phụ lục 1.1 Bảng kết EDX vật liệu tổng hợp TAB 75 Kết XRD 76 Phụ lục 2.1 Phổ XRD Ag3PO4 tổng hợp 76 Phụ lục 2.2 Phổ XRD entonite Bình Thuận 77 Phụ lục 2.3 Phổ XRD TiO2 P25 78 Phụ lục 2.4 Phổ XRD hệ TAB tỷ lệ (T:A:B-1:0.1:1) 79 Phụ lục 2.5 Phổ XRD hệ TAB tỷ lệ (T:A:B-1:0.15:1) 80 Phụ lục 2.6 Phổ XRD hệ TAB tỷ lệ (T:A:B-1:0.3:1) 81 Số liệu khả n ng phân hủy màu vật liệu 82 Phụ lục 3.1 Phần tr m độ chuyển hóa màu lƣợng xúc tác đến khả n ng phân hủy hệ vật liệu 82 Phụ lục 3.2 Khảo sát tỷ lệ iến tính hệ vật liệu 83 Phụ lục 3.3 Ảnh hƣởng thời gian khu y vật liệu 84 Phụ lục 3.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ khu y vật liệu 85 Phụ lục 3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung đến hệ vật liệu 86 Phụ lục 3.6 Ảnh hƣởng thời gian nung đến hệ vật liệu 87 Phụ lục 3.7 So sánh khả n ng phân hủy màu vật liệu TAB so với vật liệu khác 88 vii - Nhiễu xạ tia X ( XRD – Phân tích c u trúc ), Loại máy D2 PHARSER – Hãng Brucker ức xạ Cu Kα (λ =1.5406 Å 40 KV, 40 mA, 0.03o, 2θ) Chi cục kiểm định Hải quan - Kính hiển vi điện tử quét (FE-SEM) S4800 HITACHI, Nhật Bản - Phịng thí nghiệm cơng nghệ nano – khu Công nghệ cao - Quận – TP HCM - Kết phân tích thành phần nguyên tố vật liệu (EDX) H-7593, Hori a, England Bản - Phịng thí nghiệm cơng nghệ nano – khu Công nghệ cao - Quận – TP HCM - Máy quang phổ UV – VIS GENESYS20 – Mỹ - phịng thí nghiệm Khoa cơng nghệ Hóa học – Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh 2.2 Tổng hợp vật liệu 2.2.1 Tổng hợp Ag3PO4 rắn (A) [37], [38] Tổng hợp Ag3PO4 từ Na3PO4 0.12 M AgNO3 0.1 M ằng phƣơng pháp đồng kết tủa, khu y nhiệt độ phòng đƣợc khu y liên tục Sau xu t kết tủa vàng, mịn Sau tiến hành điều chỉnh pH khoảng – ằng dung dịch Na3PO4 0.5 M Ngừng khu y, rửa kết tủa với nƣớc c t hai lần pH = – 8, lọc chân khơng, sau mang kết tủa s y nhiệt độ 80 oC giờ, sau s y khô vật liệu đƣợc nung 500 oC Thu đƣợc ột Ag3PO4 rắn màu vàng nhƣ hình 2.1 Hình 2.1 Ag3PO4 tổng hợp 31 AgNO3 0.1 M Na3PO4 0.12 M Tốc độ khu y: 300 rpm Khu y Thời gian: 7h Chỉnh pH= 8-9 Kết tủa Ag3PO4 vàng Rửa nƣớc c t (pH=7-8) Lọc chân không Nhiệt độ: 80oC S y Thời gian: 5h Nhiệt độ: 500oC Nung Thời gian: 5h Ag3PO4 rắn ột vàng Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp Ag3PO4 rắn 32 2.2.2 Xử lý bentonite Bình Thuận Bentonite tinh chế đƣợc hoạt hoá ằng dung dịch HCl 10% với tỷ lệ rắn:lỏng 1:22 (tính khối lƣợng khơ tuyệt đối), khu y liên tục 70 oC Hỗn hợp sau đem lọc, rửa nƣớc c t hết ion Cl- (kiểm tra dung dịch AgNO3), s y khô nghiền mịn [39] 2.2.3 Tổng hợp hệ TiO2 /Ag3PO4 (T-A) [40] Cân 0.15 g Ag3PO4 tổng hợp cho vào echer chứa 50 mL nƣớc c t hai lần khu y giờ, thêm 1.00 g TiO2 P25 tiếp tục khu y 24 nhiệt độ phòng Sản phẩm đƣợc lọc rửa pH = – s y nhiệt độ 80 – 100 oC, sau vật liệu đƣợc nung 500 oC Sản phẩm cuối hệ TiO2/Ag3PO4 dạng ột có màu trắng thể hình 2.3 Hình 2.3 Hệ vật liệu TiO2/Ag3PO4 33 Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 1h Ag3PO4 0.15 g Nƣớc c t lần 50 ml TiO2 P25 1.00 g Nƣớc c t lần 50 mL Khu y Khu y Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 1h Huyền phù Khu y Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 24h Lọc, rửa (pH=7-8) Sy Nhiệt độ: 80 - 100oC Thời gian: 5h Nung Nhiệt độ: 500oC Thời gian: 5h TiO2 - Ag3PO4 ột rắn Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp hệ TiO2/Ag3PO4 34 2.2.4 Tổng hợp hệ TiO2-Bentonite (T-B) [40] [41] [42] Cân 1.00 g TiO2 P25 cho vào echer chứa 50 mL nƣớc c t hai lần khu y giờ, thêm 1.00 g bentonite vàtiếp tục khu y 24 nhiệt độ phòng, kiểm tra pH điều chỉnh pH = – 8, lọc l y kết tủa, mang kết tủa s y 80 – 100 oC giờ, sau mang nung vật liệu 500 oC Sản phẩm thu đƣợc hệ vật liệu TiO2-Bentonite nhƣ hình 2.5 Hình 2.5 Hệ vật liệu TiO2-Bentonite 35 Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 1h TiO2 1.00 g Nƣớc c t lần 50 ml Bentonite 1.00 g Nƣớc c t lần 50 mL Khu y Khu y Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 1h Huyền phù Khu y Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 24h Lọc, rửa (pH=7-8) Sy Nhiệt độ: 80 - 100oC Thời gian: 5h Nhiệt độ: 500oC Nung Thời gian: 5h TiO2 - Bentonite ột rắn Hình 2.6 Sơ đồ tổng hợp hệ TiO2-Bentonite 36 2.2.5 Tổng hợp hệ Ag3PO4-Bentonite (A-B) [40] Cân 0.15 g Ag3PO4 tổng hợp đƣợc cho vào 50 mL nƣớc c t hai lần, khu y giờ, thêm 1.00 g bentonite khu y 24 nhiệt độ phòng, điều chỉnh pH = – lọc l y rắn mang s y nhiệt độ 80 – 100 oC giờ, rắn khơ hồn tồn mang nung 500 oC Sản phẩm thu đƣợc hệ vật liệu Ag3PO4-Bentonite dạng ột thể hình 2.7 Hình 2.7 Hệ vật liệu Ag3PO4-Bentonite 37 Ag3PO4 0.15 g Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 1h Nƣớc c t lần 50 mL Bentonite 1.00 g Nƣớc c t lần 50 mL Khu y Khu y Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 1h Huyền phù Khu y Tốc độ khu y: 300 rpm Thời gian: 24h Lọc, rửa (pH=7-8) Sy Nhiệt độ: 80 - 100oC Thời gian: 5h Nhiệt độ: 500oC Nung Thời gian: 5h Ag3PO4- Bentonite ột rắn Hình 2.8 Sơ đồ tổng hợp hệ Ag3PO4-Bentonite 38 2.2.6 Tổng hợp hệ TiO2/Ag3PO4 -Bentonite (TAB) [40] [43] Cân m g (với m thay đổi: 0.05 g, 0.1 g, 0.15 g, 0.2 g, 0.3 g) Ag3PO4 tổng hợp khu y 50 mL nƣớc c t hai lần giờ, thêm 1.00 g bentonite đƣợc khu y với 25 mL nƣớc trƣớc vào khu y tiếp, cho 1.00 g TiO2 đƣợc khu y 25 mL nƣớc vào hỗn hợp khu y tiếp 24 giờ, nhiệt độ phòng Khi hỗn hợp đƣợc khu y đều, chỉnh pH = – 8, lọc l y rắn sau mang s y nhiệt độ 80 – 100 oC, cuối đem ch t rắn khô nung 500 o C (nhiệt độ nung đƣợc khảo sát khoảng: không nung, 300 oC, 500 oC, 700 oC) Sản phẩm TiO2/Ag3PO4-Bentonite (TAB) thu đƣợc có dạng ột màu cam nhạt nhƣ hình 2.9 Hình 2.9 Hệ vật liệu TiO2/Ag3PO4-Bentonite (TAB) 39 Bentonite 1.00 g Nƣớc c t lần 25 mL Ag3PO4 0.15 g Nƣớc c t lần 50 mL TiO2 1.00 g Nƣớc c t lần 25 mL Khu y Tốc độ 300 rpm Thời gian 1h Khu y Tốc độ 300 rpm Thời gian 1h Khu y Tốc độ 300 rpm Thời gian 1h Huyền phù Tốc độ khu y: 300 rpm Khu y Thời gian: 24 Nhiệt độ phòng Lọc, rửa (pH=7-8) S y Nung Nhiệt độ: 80 - 100oC Thời gian: 5h Nhiệt độ: 500oC Thời gian: 5h TiO2/Ag3PO4 - Bentonite Hình 2.10 Sơ đồ tổng hợp hệ TiO2/Ag3PO4 - Bentonite 40 2.3 Khảo sát yếu tố tổng hợp vật liệu ảnh hƣởng đến khả phân hủy màu hệ TAB 2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng lượng vật liệu Các lƣợng vật liệu đƣợc thay đổi lần lƣợt 0.05 g, 0.07 g, 0.1 g, 0.15 g, 0.2 g Các thông số tổng hợp vật liệu cố định gồm: tỷ lệ iến tính TAB (1:0.1:1), khu y 24 giờ, khu y nhiệt độ phòng, nung 500 oC Các phản ứng đƣợc khảo sát 100 mL dung dịch MB nồng độ 50 ppm, pH = 7, khu y 60 phút tối 130 phút chiếu đèn 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ biến tính vật liệu Khảo sát khả n ng xử lý MB phụ thuộc vào tỉ lệ khác TAB gồm 1:0.05:1, 1:0.1:1, 1:0.15:1, 1:0.2:1, 1:0.3:1, 1:0.1:2 Các thông số tổng hợp vật liệu cố định gồm: khu y 24 giờ, nhiệt độ phòng, nung 500 oC Các phản ứng đƣợc khảo sát với 0.1 g vật liệu 100 mL dung dịch MB nồng độ 50 ppm, pH = 7, khu y 60 phút tối 130 phút chiếu đèn Bảng 2.3 Các mẫu vật liệu TAB tổng hợp tỷ lệ khác Mẫu Tỷ lệ biến tính TAB (TiO2:Ag3PO4:bentonite) TAB-0.05A 1:0.05:1 TAB-0.1A 1:0.1:1 TAB-0.15A 1:0.15:1 TAB-0.2A 1:0.2:1 TAB-0.3A 1:0.3:1 TAB-0.1A, 2B 1:0.1:2 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy Để khảo sát ảnh hƣởng thời gian khu y đến vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành khoảng thời gian khu y giờ, 12 giờ, 24 Các thông số tổng hợp vật liệu cố định gồm: tỷ lệ iến tính TAB (1:0.15:1), khu y nhiệt độ phịng, nung 500 oC Các phản ứng đƣợc khảo sát với 0.1 g vật liệu 100 mL 41 dung dịch MB nồng độ 50 ppm, pH = 7, khu y 60 phút tối 130 phút chiếu đèn 2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ khuấy Để khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ khu y đến vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành khoảng nhiệt độ khu y khác nhau: nhiệt độ phịng, 80 oC, 120 oC Các thơng số tổng hợp cố định gồm: tỷ lệ iến tính TAB (1:0.15:1), khu y 24 giờ, nung 500 oC Các phản ứng đƣợc khảo sát với 0.1 g vật liệu 100 mL dung dịch MB nồng độ 50 ppm, pH = 7, khu y 60 phút tối 130 phút chiếu đèn 2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung Để khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ nung đến vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành khoảng nhiệt độ nung khác nhau: không nung, 300 oC, 500 oC, 700 oC Các thông số tổng hợp cố định gồm: tỷ lệ iến tính TAB (1:0.15:1), khu y 24 giờ, khu y nhiệt độ phòng, nung Các phản ứng đƣợc khảo sát với 0.1 g vật liệu 100 mL dung dịch MB nồng độ 50 ppm, pH = 7, khu y 60 phút tối 130 phút chiếu đèn 2.3.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung Để khảo sát ảnh hƣởng thời gian nung đến vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành khoảng thời gian nung khác nhau: giờ, giờ, Các thông số cố định gồm: 0.1 g vật liệu, tỷ lệ iến tính TAB (1:0.15:1), khu y 24 giờ, khu y nhiệt độ phòng, nung 300 oC Các phản ứng đƣợc khảo sát với 0.1 g vật liệu 100 mL dung dịch MB nồng độ 50 ppm, pH = 7, khu y 60 phút tối 130 phút chiếu đèn 2.3.7 So sánh hệ vật liệu tổng hợp TAB Tiến hành so sánh hệ vật liệu tổng hợp TAB với hệ TiO2, Ag3PO4, bentonite, TiO2-Bentonite, Ag3PO4-Bentonite, Ag3PO4-TiO2 điều kiện gồm: 0.1 g vật liệu 100 mL MB nồng độ 50 ppm pH = 7, đánh giá 60 phút h p phụ 130 phút chiếu sáng 42 2.3.8 Các yếu tố dung dịch MB ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu TAB 2.3.8.1 Ảnh hưởng nồng độ MB Để khảo sát ảnh hƣởng nồng độ MB, tiến hành thay đổi nồng độ MB từ 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm 100 ppm Trong điều kiện nhƣ gồm: 0.1 g vật liệu 100 mL dung dịch MB, pH = 2.3.8.2 Ảnh hưởng pH dung dịch MB Để khảo sát ảnh hƣởng pH MB, tiến hành thay đổi pH MB giá trị: 3, 5, 7, 8, 10 Trong điều kiện nhƣ gồm: 0.1 g vật liệu 100 mL dung dịch MB nồng độ 50 ppm 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm Hệ vật liệu sau đƣợc tổng hợp đƣợc bố trí thực nghiệm theo qui trình - Tìm hệ vật liệu tối ƣu - Khảo sát khả n ng phân hủy methylene blue yếu tố ảnh hƣởng đến khả n ng phân hủy mẫu tối ƣu 2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thành phần cấu trúc vật liệu Hệ vật liệu tổng đƣợc khảo sát thành phần c u trúc ằng - Kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Phƣơng pháp phổ tán xạ tia X (EDX) - Nhiễu xạ tia X (XRD) 2.4.3 Phương pháp đánh giá khả phân hủy methylene blue Để đánh giá khả n ng phân hủy MB vật liệu dùng phƣơng pháp phân tích quang phổ UV- Vis Xử lý kết thu đƣợc, hiệu su t phản ứng quang xúc tác đƣợc tính ởi cơng thức: 43 Trong đó: - H (%) hiệu su t trình quang xúc tác - C0(mg/l) nồng độ methylene blue ban đầu - Ct (mg/l) nồng độ methylene blue sau phân hủy - A0 giá trị mật độ quang đo đƣợc thời điểm an đầu - At giá trị mật độ quang đo đƣợc thời điểm t 2.4.4 Phản ứng quang xúc tác hệ thống đèn Osram 250 W Hình 2.11 Hệ thống phản ứng phân hủy quang xúc tác 2.4.5 Pha mẫu giả định Cân m g methylene blue rắn, sau cho thêm V mL nƣớc c t, lắc cho hỗn hợp hòa tan Sau mẫu đƣợc pha lỗng nồng độ cần khảo sát, hiệu chỉnh pH ởi HCl 0.1 N dung dịch NH3 0.1 N Các mẫu đƣợc ảo quản tối 44 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết đánh giá tính chất vật liệu tổng hợp phƣơng pháp phân tích hóa lý đại 3.1.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) (a) (b) (c) (d) Bentonite TiO2 Ag3PO4 Hình 3.1 SEM (a) Ag3PO4, (b) Bentonite (bent), (c) TiO2 P25, (d) TiO2/Ag3PO4 - bentonite (TAB) Hình 3.1 cho th y (a) ảnh SEM Ag3PO4 độ phóng đại 30000 lần có dạng hình cầu, ( ) ảnh SEM cho bentonite độ phóng đại 20000 lần cho th y lớp Bentonite, (c) SEM TiO2 P25 độ phóng đại 120000 lần dạng hạt kích thƣớc khoảng 20 – 25 nm, (d) SEM hệ vật liệu xúc tác đƣợc tổng hợp TiO2/Ag3PO4Bentonite với độ phóng đại 80000 lần; qua hình 3.1 (a) th y kích thƣớc hạt Ag3PO4 tổng hợp an đầu nhỏ nh t đạt khoảng 800 – 900 nm [37], sau tiếp tục tổng hợp hệ tổng TiO2 /Ag3PO4-Bentonite cho th y lƣợng Ag3PO4 đƣợc gắn với 45 ... phản ứng xúc tác quang hoá khác phản ứng xúc tác truyền thống cách hoạt hóa xúc tác Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác đƣợc hoạt hóa nhiệt cịn phản ứng xúc tác quang hóa, xúc tác đƣợc... 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Biến tính nano TiO2 ằng Ag3PO4 bentonite, ứng dụng xúc tác quang phân hủy methylene blue NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng hợp Ag3PO4, sau iến tính nano TiO2 ằng Ag3PO4 tổng hợp đƣợc... nghiên cứu đề tài:“Biến tính nano TiO2 Ag3PO4 bentonite, ứng dụng xúc tác quang phân hủy methylene blue? ?? CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu bán dẫn TiO2 TiO2 ch t xúc tác án dẫn tồn tự nhiên a dạng thù