Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano nền tio 2 nhằm quang khử co 2 thành khí nhiên liệu

i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Ngơ Thị Hồng Lê trực tiếp hướng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo điều kiện tốt giúp em suốt trình nghiên cứu thực luận văn Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo cán bộ, thầy cô giáo Viện Khoa học vật liệu - Viện hàn lâm KH&CN Việt Nam giảng dạy, giúp đỡ, hướng dẫn tác giả suốt q trình tìm tịi, nghiên cứu hồn thành luận văn tốt nghiệp thân Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn tới thầy khoa KTCN, Phòng Sau Đại học, Trường Đại Hồng Đức, Thanh Hóa Các thầy trang bị tri thức khoa học tạo điều kiện học tập thuận lợi cho em suốt thời gian qua Tôi xin cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi Trường Đại Học Hồng Đức, UBND Tỉnh Thanh Hóa, Sở Giáo Dục Đào Tạo Thanh Hóa, Trường THPT THPT Hậu Lộc - Thanh Hóa em trình thực luận văn Sau cùng, em xin cảm ơn thực quên giúp đỡ tận tình Thầy (Cơ), bạn bè, anh, em động viên, tạo điều kiện người thân gia đình suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn! Thanh Hóa, tháng năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Tài ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Các thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Ngƣời cam đoan Nguyễn Xuân Tài iii MỤC LỤC Trang Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan 1.1 Khí Cacbonic CO2 1.2 Vật liệu quang xúc tác 1.2.1 Cơ chế điều kiện phản ứng quang xúc tác 1.2.2 Cơ chế phản ứng quang khử CO2 thành khí nhiên liệu 1.3 Vật liệu TiO2 10 1.3.1 Cấu trúc tinh thể TiO2 10 1.3.2 Tính chất TiO2 11 1.3.3 Tổng hợp TiO2 cấu trúc nano phương pháp hóa vi 15 sóng Chƣơng 2: Thực nghiệm 18 Q trình thí nghiệm : 18 2.1 Hóa chất thiết bị thí nghiệm 18 2.1.1 Hóa chất 18 2.1.2 Thiết bị 18 2.2 Phương pháp thí nghiệm 18 2.3 Quy trình thí nghiệm 19 2.3.1 Chế tạo mẫu 19 2.3.2 Thực phản ứng quang xúc tác 24 2.3.3 Thực phản ứng quang khử CO2 25 2.4 Các phép đo đặc trưng 25 2.4.1 Phép đo nhiễu xạ tia X 25 2.4.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 27 2.4.3 Phép đo phổ hấp thụ UV-Vis 28 2.4.4 Phép đo sắc ký khí 29 Chƣơng 3: Kết thảo luận 31 iv 3.1 Nghiên cứu cấu trúc tinh thể, hình thái học TiO2 TiO2 32 pha tạp N (N, Ta) 3.2 Tính chất quang TiO2 TiO2 pha tạp N (N, Ta) 34 3.3 Đánh giá hoạt tính quang xúc tác quang khử CO2 TiO2 35 TiO2 pha tạp N (N, Ta) Kết luận 39 Tài liệu tham khảo 40 v DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Nội dung hình, đồ thị Trang Hình 1.1: Cơ chế quang xúc tác chất bán dẫn Hình 1.2: Vị trí bờ hấp thụ vật liệu bán dẫn quang xúc tác liên quan đến các cặp khử khác pH =7 Hình 1.3: Quá trình quang hợp nhân tạo tạo nhiên liệu bền vững từ CO2 H2O sử dụng lượng mặt trời Hình 1.4 Biểu đồ tinh thể ba dạng thù hình TiO2: 10 (A) anatase; (B) rutile; (C)brookite Hình 1.5: Cơ chế quang xúc tác TiO2 14 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu TiO2 phương hóa vi 20 sóng Hình 2.2: Lị vi sóng Uwave 23 Hình 2.3 Hệ đèn chiếu Xenon-thủy ngân phịng Quang Hóa 24 Điện Tử Hình 2.4 Thí nghiệm quang khử CO2 25 Hình 2.5 Mẫu khí thu sau phản ứng quang khử CO2 25 Hình 2.6 Thiết bị đo nhiễu xạ tia X 26 Hình 2.7 Thiết bị đo kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường 28 Hitachi S-4800 Hình 2.8 Thiết bị đo phổ UV-Vis 29 Hình 2.9 Thiết bị đo sắc ký khí 30 Hình 3.1.a Ảnh SEM mẫu đồng pha tạp TNT0V 32 Hình 3.1.b Ảnh SEM mẫu đồng pha tạp TNT1V 32 Hình 3.1.c Ảnh SEM mẫu đồng pha tạp TNT2V 32 vi Hình 3.1.d Ảnh SEM mẫu đồng pha tạp TNT3V 32 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu đồng pha tạp hệ vi 33 sóng ủ 300oC Hình 3.3 Phổ hấp thụ TNT0V, TNT1V, TNT2V, TNT3V 34 Hình 3.4 Hiệu suất phân hủy MB mẫu đồng pha tạp 36 Hình 3.5 Kết đo sắc kí khí mẫu TNT0V 37 Hình 3.6 Biểu đồ nồng độ khí metan thu sau trình quang 37 khử CO2 ánh sáng nhìn thấy mẫu đồng pha tạp vii DANH MỤC CÁC BẢNG Nội dung bảng Trang Bảng Các đặc tính cấu trúc dạng thù hình TiO2 11 Bảng Danh sách hệ mẫu TiO2 đồng pha tạp N Ta 22 Bảng Kích thước hạt, cấu trúc mạng tinh thể độ rộng vùng 33 cấm mẫu đồng pha tạp chế tạo phương pháp hóa vi sóng Bảng Độ rộng vùng cấm hệ mẫu đồng pha tạp 35 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu : hệ số hấp thụ d: chiều dày mẫu I0: cường độ chùm sáng tới IT: cường độ chùm sáng truyền qua R: hệ số phản xạ θ: góc nhiễu xạ λ: bước sóng chùm tia tới dhkl: khoảng cách hai mặt phẳng mạng có số Miller hkl n: số nguyên A: Hệ số hấp thụ K: số Boltzmann Ea: lượng kích hoạt T: nhiệt độ tuyệt đối Danh mục chữ viết tắt CCS: Carbon Capture and Storage (Thu hồi lưu trữ cacbon) Eg: Band Gap Energy (Năng lượng vùng cấm) SC: Semiconductor (Chất bán dẫn) SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) TEM: Transmission Electronic Microscopy(Kính hiển vi điện tử truyền qua) MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Hiện nay, tình trạng thiếu lượng, ô nhiễm môi trường gia tăng, thay đổi khí hậu tồn cầu coi thách thức lớn kỷ mà nhân loại phải đối mặt Trong phải kể đến khí CO2, thành phần khí chủ yếu gây hiệu ứng nhà kính nguyên nhân gây tượng ấm lên toàn cầu kéo theo biến đổi xấu hệ thống khí hậu Để giải vấn đề lượng giảm thiểu khí CO2 thải mơi trường, gần nhà khoa học đưa giải pháp có tính đột phá tạo khí nhiên liệu lượng mặt trời C2H5OH, CH4 từ CO2 ánh sáng mặt trời Ưu điểm giải pháp phát triển hệ thống quang hợp nhân tạo sản xuất khí nhiên liệu cách quang khử CO2 dựa chất quang xúc tác bán dẫn tác dụng lượng mặt trời nước [20] [22] Nhiên liệu lượng mặt trời nguồn nhiên liệu lượng mặt trời chuyển đổi thành lượng hóa học nhiên liệu coi nguồn lượng bền vững, có khả thay cho loại lượng khác tương lai [8], [28] Trong nhiều năm qua, nguồn lượng mặt trời sử dụng, chiếm tỷ phần nhỏ (chưa đến 1%) tổng lượng tiêu thụ giới Bên cạnh đó, để cắt giảm lượng khí thải CO2 tạo nguồn lượng bền vững thay nhiên liệu hóa thạch ngày dần cạn kiệt, nguyên tắc dùng giải pháp sau: (i) Khử trực tiếp khí CO2 phát thải: dùng cơng nghệ tổng hợp Fisher-Tropsch Hiệu suất trình tạo nhiên liệu lỏng khơng cao, hầu hết q trình cung cấp nguồn lượng hóa thạch (ii) Thu hồi lưu trữ CO2 (Carbon Capture and Storage CCS): quy mô lớn, giá thành cao, CO2 có khả lưu giữ hàng trăm năm, công nghệ không kinh tế (iii) Sử dụng CO2: sử dụng CO2 từ CCS đồng thời tạo nhiên liệu tái tạo bền vững sử dụng nguồn lượng phi cacbon (như mặt trời, gió, hay địa nhiệt)…[14], [27] Việc tìm kiếm cơng nghệ thích hợp để sử dụng hiệu lượng mặt trời nhằm quang khử CO2 thành hợp chất hữu có ích khí nhiên liệu dựa chất bán dẫn quang xúc tác thúc nhà khoa học công nghệ nhiều thập kỷ qua Một số kết đáng ý quang khử đioxit cacbon thành nhiên liệu có ích CH 4, C2H5OH … Về lâu dài, quang hợp nhân tạo, chuyển đổi quang CO2 tạo nhiên liệu sử dụng lượng mặt trời đường hấp dẫn nghiên cứu chuyển đổi CO2 Tuy nhiên, cần phải nói trình phức tạp với nhiều vấn đề chưa giải liên quan tới chế phản ứng, ảnh hưởng thành phần chất quang xúc tác… Cụ thể hiệu suất chuyển hóa CO2 thấp tượng sản phẩm thu thường hỗn hợp Thực vậy, đến nay, việc tìm kiếm vật liệu quang xúc tác bán dẫn để thu cách chọn lọc sản phẩm với độ cao khó thành cơng với kết cơng bố Cho đến nay, theo hướng nghiên cứu này, có nhiều vật liệu quang xúc tác bán dẫn khảo sát kể vật liệu WO 3, CdSe, ZnO, TiO2, ZrO2, Ga2O3 [17], [25] Trong số đó, vật liệu TiO2 sử dụng cho trình quang khử CO2 nghiên cứu nhiều chúng chất bền, khơng độc có giá thành thấp Tuy nhiên, TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn 3.2 eV TiO2 anatase 3,05 pha rutile, nên chủ yếu nhận kích thích vùng ánh sáng tử ngoại, chiếm 3-5% lượng mặt trời Trong luận văn này, để làm tăng hiệu suất phản ứng quang khử CO2 vùng tử ngoại khả kiến, chúng tơi biến tính TiO2, làm giảm độ rộng vùng cấm TiO2.Vì vậy, chúng tơi tiến hành lựa chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO2 nhằm quang khử CO2 thành khí nhiên liệu" Mục đích nghiên cứu: - Chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính 28 Hình 2.7 Thiết bị đo kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường Hitachi S-4800 2.2.3 Phép đo phổ hấp thụ UV-vis Phổ UV-VIS sử dụng ánh sáng đo có bước sóng nằm vùng tử ngoại khả kiến (thường máy đo đo từ 200 đến 1100 nm) Trong vùng ánh sáng lượng photon nằm vùng lượng chuyển tiếp điện tử orbitan nguyên tử hay phân tử Chính vậy, thơng qua phổ UV-VIS người ta thường xác định độ rộng vùng cấm vật liệu Thông qua số đỉnh, cường độ đỉnh, độ mở rộng đỉnh người ta suy số tính chất sau: kích thước hạt phân bố kích thướt hạt (đối với hạt nano ) Hệ số hấp thụ đặc trưng cho môi trường hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng theo biểu thức sau: Trong đó: : hệ số hấp thụ d:là chiều dày mẫu I0: cường độ chùm sáng tới IT: cường độ chùm sáng truyền qua R: hệ số phản xạ 29 Hình 2.8 Thiết bị đo phổ UV-vis Trong luận văn này, sử dụng thiết bị Jaco V – 530 để đo phổ hấp thụ UVvis 2.2.5 Phép đo sắc ký khí: Sắc kí kỹ thuật tách cấu tử cần tách hỗn hợp mẫu vận chuyển pha động qua pha tĩnh Mẫu vào tướng động mang theo dọc hệ thống sắc kí có chứa pha tĩnh phân bố khắp Pha động pha khí, pha tĩnh lớp phim phủ bề mặt chất mang trơ bề mặt rắn Sự tương tác xảy cấu tử với pha tĩnh nhờ cấu tử phân bố pha động pha tĩnh Sự lực khác chất pha tĩnh làm chúng di chuyển với vận tốc khác pha động hệ thống sắc kí Kết chúng tách thành dải pha động vào lúc cuối trình cấu tử theo trật tự tương tác với pha tĩnh Cấu tử di chuyển chậm (tương tác yếu) trước, cấu tử bị lưu giữ mạnh sau dạng đỉnh (pic) tách riêng rẽ (hoặc bậc thang) tùy thuộc vào cách tiến hành sắc kí hiển thị dạng sắc kí đồ 30 Hình 2.9 Thiết bị đo sắc ký khí Mẫu bơm vào theo dịng khí mang (khí mang thường N 2) đưa đến cột sắc ký (pha tĩnh) Mẫu qua cột hấp phụ lên pha tĩnh Sau đó, chất tách khỏi cột theo dịng khí ngồi ghi nhận đầu dị Từ tín hiệu nhận máy tính xử lý biểu kết sắc ký đồ Các chất xác định nhờ giá trị thời gian lưu sắc ký đồ Đầu dị dùng phát tín hiệu định lượng chất cần phân tích đầu dị ion hóa lửa (FID-Flame Ioniation Detetor) đầu dị đo độ dẫn nhiệt (Thermal conductivity detector) Thông qua phép đo sắc ký khí chúng tơi xác định nồng độ khí nhiên liệu sản phẩm q trình quang khử khí CO2 31 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Như kết trình bày chương I, ta thấy vật liệu TiO2 có dạng cấu trúc khác cơng thức hóa học dạng cấu trúc: anatase; rutile; brookite Chúng có cấu trúc khác tùy theo điều kiện kết tinh nhiệt độ, áp suất…mà TiO2 hình thành dạng thù khác Nó chuyển từ dạng cấu trúc sang dạng cấu trúc khác điều kiện kết tinh thay đổi Trong đó, cấu trúc anatase cấu trúc bền, ổn định Ở cấu trúc anatase có hoạt tính quang xúc tác cao pha khác Mặt khác ngồi hoạt tính quang xúc tác vật liệu cịn có tính chất quang khử khí CO2 thành khí nhiên liệu CH4, C2H5OH….Tuy nhiên, độ rộng vùng cấm TiO2 lớn cỡ 3.2 eV nên hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại Vì vậy, để ứng dụng hiệu rộng rãi vật liệu vào thực tiễn cần biến tính vật liệu TiO2 cách pha tạp kim loại phi kim vào TiO2 Khi pha tạp chất bước sóng hấp thụ dịch sang vùng khả kiến, thuận lợi cho việc sử dụng, vật liệu TiO2 ứng dụng điều kiện chiếu sáng tự nhiên từ đèn chiếu sáng nhà Trong luận văn nghiên cứu chế tạo vật liệu TiO2 biến tính nhằm quảng khử khí CO2 thành khí nhiên liệu Để chứng minh tạo thành TiO2 đồng thời khẳng định có mặt nguyên tố pha tạp vào TiO2 mẫu vật liệu sử dụng phép đo phân tích nhiễu xạ tia X kết hợp với phân tích ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu chế tạo Phép đo phổ hấp thụ dùng để đánh giá độ rộng vùng cấm mẫu Để quan sát hình thái học kích thước hạt, chúng tơi tiến hành chụp ảnh SEM mẫu chế tạo Ảnh hưởng nồng độ tiền chất Ti N, Ta lên tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2 đánh giá qua phân 32 hủy MB chiếu sáng Để đánh giá tính chất quảng khử CO2 vật liệu ta dùng phương pháp đo sắc kí khí Trong q trình nghiên cứu chúng tơi chế tạo loại mẫu ký hiệu TNT0V; TNT1V; TNT2V; TNT3V thu kết sau đây: 3.1 Nghiên cứu cấu trúc tinh thể, hình thái học TiO2 TiO2 pha tạp (N, Ta) : Quan sát ảnh SEM hệ mẫu đồng pha tạp chất TNT0V, TNT1V, TNT2V, TNT3V phương pháp hóa vi sóng hình 3.1(a,b,c,d) ta thấy, hạt mẫu tương đối đồng có dạng hình cầu Kích thước hạt nhỏ kết đám với thay tách rời Bề mặt hạt không mịn Cả mẫu chế tạo phương pháp vi sóng có kích thước hạt nhỏ từ 8-15 nm, nhiên mẫu TNT2V có kích thước hạt lớn so với mẫu cịn lại a B c d ình Ảnh SEM TNT0V (a), TNT1V (b), TNT2V (c), TNT3V (d) 33 ình Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu đồng pha tạp (N, Ta) Trong hình 3.2 giản đồ kết nhiễu xạ tia X hệ mẫu đồng pha tạp chế tạo phương pháp hóa vi sóng nói Kết cho thấy mẫu có cấu trúc đơn pha anatase Ta thấy so với đỉnh nhiễu xạ mẫu TNT0V đỉnh nhiễu xạ mẫu đồng pha tạp dịch nhẹ bên trái Điều chứng tỏ cấu trúc anatase bị biến đổi pha tạp N, Ta; tức N, Ta pha tạp vào mạng TiO2 Kích thước hạt thể tích mạng tinh thể, độ rộng vùng cấm hệ mẫu thay đổi pha tạp N, Ta thể kết bảng Bảng Kích thước hạt, cấu trúc mạng tinh thể độ rộng vùng cấm mẫu đồng pha tạp chế tạo phương pháp lò vi sóng Mẫu D (nm) a=b (Å) c (Å) V (Å3) Eg (eV) TNT0V 6,4 3,809 9,511 137,99 2,59 TNT1V 7,1 3,8077 9,511 137,89 2,80 TNT2V 8,3 3,806 9,505 137,69 2,88 TNT3V 5,9 3,8065 9,514 137,85 2,96 34 Như pha tạp N, Ta làm tăng thể tích ô mạng tinh thể Bán kính ion N3- 1,46Å lớn bán kính ion O2- 1,40Å, bán kính ion Ta4+ (0,68Å) > Ti4+ (0,65Å) nên thể tích ô mạng tăng pha tạp N, Ta vào mạng tinh thể TiO2 Hơn nữa, Ta4+ kết hợp N3- tạo liên kết N-Ta~1,82Å, liên kết N-Ti~2,2Å, O-Ti~1,9475Å nên mẫu TNT2V tích mạng bé Ta4+ N3- hợp thức Vì vậy, mẫu không tồn nhiều khuyết tật tự gây nên tình trạng cặp điện tử-lỗ trống tái hợp nhanh làm giảm hoạt tính quang xúc tác mẫu Ta dự đốn hiệu suất tạo khí tốt mẫu TNT2V tốt so với mẫu cịn lại Kích thước hạt mẫu đồng pha tạp chế tạo phương pháp vi sóng tính tốn hồn tồn tương đồng với kết ảnh SEM Mẫu TNT2V có kích thước hạt lớn biến dạng mạng lớn thay lớn ion N3- ion Ta4+ có bán kính ion lớn O2- Ti4+ Quá trình biến dạng trình thúc đẩy tạo thành phát triển hạt kích thước nanomet 3.2 Tính chất quang TiO2 pha tạp (N, Ta) ình 3.3 Phổ hấp thụ hệ mẫu đồng pha tạp chế tạo pp hóa vi sóng 35 Bờ hấp thụ hai hệ mẫu TiO2 đồng pha tạp chế tạo phương pháp hóa vi sóng dịch chuyển sang vùng ánh sáng nhìn thấy phù hợp với lý thuyết pha tạp kim loại, phi kim vào mạng tinh thể TiO2 làm hẹp vùng cấm vật liệu Pha tạp N vào mạng TiO2 tạo trạng thái donor với mức lượng đỉnh vùng hóa trị, dẫn đến làm hẹp vùng cấm đồng nghĩa với việc bước sóng hấp thụ tăng nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Hơn nữa, pha tạp N, Ta tạo nút khuyết oxi tạo trạng thái bẫy nông làm hẹp độ rộng vùng cấm Vì vậy, giảm nồng độ N pha tạp độ rộng vùng cấm tăng Kết cụ thể trình bày bảng ảng Độ rộng vùng cấm hệ mẫu đồng pha tạp Bƣớc sóng hấp thụ STT Mẫu TNT0V 479,60 2,59 TNT1V 443,60 2,80 TNT2V 431,00 2,88 TNT3V 420,00 2,96 (nm) Bề rộng vùng cấm (eV) 3.3 Đánh giá hoạt tính xúc tác quang khử TiO2 TiO2 pha tạp (N, Ta) : 3.3.1 Khảo sát khả quang xúc tác bột TNT0V, TNT1V, TNT2V, TNT3V Khả quang xúc tác hệ mẫu đồng pha tạp vùng ánh sáng nhìn thấy trình nghiên cứu phân hủy MB chiếu sáng ánh sáng đèn Xe - Hg qua lọc filter 39L, tức cho ánh sáng có bước sóng >390 nm qua Hình 3.4 hiệu suất phân hủy xanh metylen mẫu đồng pha tạp (N, Ta) sau chiếu sáng qua filter 1h Sau chiếu sáng 1h, hiệu suất phân hủy MB mẫu hệ đồng pha tạp (N, Ta) TVT0V, TVT1V, 36 TVT2V, TVT3V 62%, 75%, 100%, 81% Mẫu TVT2V có khả quang xúc tác tốt vùng ánh sáng khả kiến Kết hồn tồn phù hợp với dụ đốn rút từ phân tích kết nhiễu xạ tia X, SEM, phổ hấp thụ mẫu đồng pha tạp ình 3.4 Hiệu suất phân hủy MB mẫu đồng pha tạp 3.3.2 Đánh giá khả quang khử hệ mẫu đồng pha tạp theo tỉ lệ khối lƣợng N/TiO2 khác chiếu ánh sáng nhìn thấy: Tiến hành quang khử CO2 hệ mẫu đồng pha tạp chế tạo Các mẫu phân tích hệ sắc ký khí kết hợp hai dị FID TCD Từ kết sắc ký đồ đầu dị TCD, quan sát thấy khí CO2 cịn mẫu khí thu Trên sắc ký đồ đầu dị FID, quan sát thấy khí metan CH4 Kết khẳng định hệ mẫu TiO2 đồng pha tạp (N, Ta) quang khử CO2 cho sản phẩm khí nhiên liệu có tính chọn lọc cao Hình 3.5 trình bày sắc đồ ký mẫu TNT0V, kết cho thấy pic thời gian lưu 1,164 tương ứng với khí metan Từ phân tích kết đo sắc kí khí thu mẫu chúng tơi lập biểu đồ hình 3.6 Nhìn vào biểu đồ ta thấy, hiệu suất quang khử hệ vật liệu chế tạo phương pháp hóa vi sóng, nồng độ khí mê tan mẫu đạt hiệu suất cao, riêng mẫu TNT2V cho nồng độ khí metan lớn 37 hệ mẫu, 104mg CH4/m3 Kết khớp với phân tích phần 3.1 3.2 ình 3.5 Sắc ký đồ mẫu TNT0V ình 3.6 Biểu đồ nồng độ khí metan 1g chất xúc tác thu sau trình quang khử CO2 ánh sáng nhìn thấy mẫu đồng pha tạp 38 Nồng độ khí CH4 thu sau quang tăng giảm theo quy luật tăng giảm hoạt tính quang xúc tác mẫu cụ thể TNT0V, TNT1V, TNT2V, TNT3V tương ứng với nồng độ 55,38; 77,36; 104,27; 79,96 mg/m3 Quá trình quang khử CO2 trình cần nhiều điện tử, sản phẩm q trình CH4, CO, H2, CH3OH,…Tính chọn lọc sản phẩm định tương quan vị trí vùng lượng với khử Đồng thời, tính chọn lọc sản phẩm phụ thuộc vào mật độ điện tích cục Vì vậy, mẫu TiO2 TiO2 đồng pha tạp (N, Ta) chế tạo phương pháp phương pháp vi sóng trình bày có độ dẫn mật độ điện tích cục cao tương quan vị trí vùng với khử phù hợp sử dụng tám điện tử q trình quang khử CO2 tạo khí CH4 39 KẾT LUẬN - Chế tạo thành công TiO2 biến tính đồng pha tạp (N, Ta) pha anatase, dạng hình cầu có kích thước từ 8-15 nm phương pháp hóa vi sóng - Thu hẹp đáng kể độ rộng vùng cấm quang, bờ hấp thụ dịch chuyển sang vùng khả kiến vật liệu phương pháp đồng pha tạp (N,Ta) vào TiO2 - Quang khử CO2 mẫu chế tạo thu khí nhiên liệu metan (CH4) với hiệu suất cao Đặc biệt mẫu đồng pha tạp TNT2V (7,9% N + 0,5%Ta) cho hiệu suất quang khử vượt trội với nồng độ khí metan thu cỡ 104 mg/m3 Tính đề tài Chế tạo vật liệu theo quy trình chế tạo hệ mẫu vi sóng đề xuất đề tài tạo vật liệu TiO2 biến tính hoạt động tốt vùng ánh sáng nhìn thấy để quang khử CO2 thành khí nhiên liệu có tính chọn lọc hiệu suất cao Đây giải pháp tiềm để khai thác lượng Mặt trời Hƣớng phát triển - Nghiên cứu ảnh hưởng việc thay đổi nồng độ thành phần chất pha tạp đến tính quang khử vật liệu TiO2 biến tính - Khảo sát mối tương quan hiệu suất chuyển đổi lượng Mặt trời, chế phản ứng quang khử, tính chọn lọc sản phẩm với thông số cấu trúc, tính bề mặt, tách hạt, di chuyển truyền hạt tải - Đề xuất phương án để nâng cao hiệu suất quang khử hạt nano TiO2 biến tính - Xây dựng mơ hình thiết bị quang khử CO2 để khai thác lượng Mặt trời thực tiễn 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Hồng Nhâm(2005), Hóa vơ tập III, NXB GD Hà Nội [2] Lục Huy Hoàng, Một số phương pháp phổ nghiên cứu vật rắn, NXB Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [3] Nguyễn Thị Minh Thùy(2011), Luận văn tiến sĩ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [4] Nguyễn Văn Dũng, Phạm Thị Thúy Loan, Đào Văn Lượng, Cao Thế Hà(2006), Tạp chí phát triển Khoa Học Công Nghệ, tập 9, số 1, 2531 [5] Phùng Thị Thu(2015), Luận văn thạc sĩ khoa học vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà nội [6] Trần Thị Thu Trang(2011), Luận văn tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội [7] Vũ thị Hạnh Thu(2008), Luận án tiến sĩ vật lý, ĐHKHTN-ĐHQG Hồ Chí Minh 41 TIẾNG ANH [8] A D Handoko, K Li, J Tang(2013), Current Opinion in Chemical Engineering 2, 200–206 [9] A Fujishima, K Honda(1972), Nature, 238, 37 [10] A.P Rambu, V Nica, M Dobromir(2013), Superlattices and Microstructures 59, 87–96 [11] Behera AK, Mohapatra N, Chatterjee S(2014)., J Nanosci Nanotechnol.;14(5):3667-72 [12] Cam Loc Luu, Quoc Tuan Nguyen and Sy Thoang Ho(2010), Vietnam Academy of Science & Technology, 1, 1, [13] Choi J., Park H., Hoffmann M.R, J(2009) Mater Research 25, pp 149-158 [14] C.D Windle, R.N Perutz, Coord(2012) Chem Rev 256, 2562– 2570 [15] D Kong, J Z Y Tan, F Yang, J Zeng, X(2013) Zhang, Applied Surface Science 277, 105–110 [16] Di Li, Hajime Haneda, Shunichi Hishita, Naoki Ohashi(2005), Materials Science and Engineering B, 117 (1), pp 67-75 [17] Fan, W., Zhang, Q and Wang, Y Phys(2013) Chem Chem Phys.15: 2632−2649 [18] Hussain, A Mohammed; Neppolian, B.; Kim, Sun Hee; Kim, Jin Young; Choi, Hee-Chul; Lee, Kwanghee; Park, Seong-Ju; Heeger, Alan J(2009), AMER INST PHYSICS, Korea [19] Jimmy C Yua, Jiaguo Yua, Lizhi Zhanga, Wingkei Hoa(2001), Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, pp 263 - 271, [20] Kubacka, A., Fernandez-Garcia, M and Colon, G(2012) Chem Rev.112: 1555–1614 [21] Liqiang Jing, Guohui Jian, Yichun Qu, Yujie Feng, Xu Qin(2009), 42 Journal of Hazardous Materals 172: 1168 – 1174 [22] Lixin Zhang, Na Li, Hongfang Jiu, Guisheng Qi, Yunjie Huang(2015), Ceramics International 41, Part A, 6256–6262 [23] Maginn, E J J Phys(2010) Chem Lett , 3478 [24] M.D.Carvalho, A.L Castro, M.R.Numes, L.P.Ferreira, J.C.Jumas, F.M.Costa, M.H.Florena(2009), Journal of Solid State Chemistry 182: 1838 – 1845 [25] M Tahi , N S Amin, Applied Catalysis B(2015): Environmental 162, 98–109 [26] Shuang Song, Jinjun Tu, Zhiqiao He, Fangyue Hong, Weiping Liu, Jianmeng Chen(2010) Applied Catalysis A general 378: 169-174 [27] T.F Hurst, T.T Cockerilla, N.H Florin(2012), Energy Environ Sci 7132–7150 [28] Wei-Ning Wang, Johnathon Soulis, Y Jeffrey Yang, Pratim Biswas(2014), Aerosol and Air Quality Research, 14, 533–549 [29] Yan Zhang, Lindan Li, Hongyuan Liu, Tongshun Lu(2017), Chemical Engineering Journal 307, 860–867 [30] Zinlong Zhang, Baozhu tian, Xiaojun Shen(2011) Journal of Hazardous Materials 192: 651 – 657 [31] Zhu H., Tao J., Dong X J(2010) Phys Chem C 114, pp 2873– 2879