(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu feyo3

GI O TR V N D OT O Ọ QU N N Ứ L N N NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HO T TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA h VẬT LIỆU FeYO3 LUẬN V N T n S ịn – Năm 2019 HỌC GI O TR V N D OT O Ọ QU N N Ứ L N N NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HO T TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA h VẬT LIỆU FeYO3 Chuyên ngành: Mã số: N óa vơ 8440113 n d n: TS NGUYỄN V N T ẮNG M O N L Tơi xin cam đoan cơng trình kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu h L ẢM N Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy TS Nguyễn Văn Thắng – ngƣời tận tâm hƣớng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên em hoàn thành tốt luận văn Em xin chân thành cảm ơn Thầy, ô công tác Khoa Hóa - Trƣờng ại học Quy Nhơn tận tình dạy dỗ, bảo cho em suốt khóa học thời gian thực đề tài Em gửi lời cảm ơn đến bạn nghiên cứu giúp đỡ em trình thực đề tài uối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đặc biệt toàn thể học viên lớp ao học chuyên ngành Hóa Vơ K20 tạo điều kiện cho em suốt khóa học thời gian nghiên cứu ù cố gắng thời gian thực luận văn nhƣng cịn hạn h chế kiến thức, thời gian kinh nghiệm nghiên cứu nên luận văn em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc thông cảm ý kiến đóng góp q báu từ q Thầy, hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! ô để luận văn em đƣợc MỤC LỤC LỜI AM OAN LỜI CẢM ƠN M CL C DANH M C CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH M C CÁC BẢNG BIỂU DANH M C CÁC HÌNH ẢNH MỞ U HƢƠNG TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 1.1 Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc phƣơng pháp xử lí h 1.1.1 Sự ô nhiễm môi trường nước 1.1.2 Các phương pháp xử lí 1.2 Tổng quan trình quang xúc tác 1.2.1 Xúc tác quang phản ứng xúc tác quang hóa dị thể 1.2.2 Cơ chế phản ứng quang xúc tác 1.3 Tổng quan hệ vật liệu perovskite FeYO3 13 1.4 Giới thiệu methylene blue 16 HƢƠNG THỰC NGHIỆM V PHƢƠNG PH P NGHI N U 18 2.1 Hóa chất, dụng cụ 18 2.1.1 ch t 18 2.1.2 ng c 18 2.2 Tổng hợp vật liệu 18 2.2.1 Tổng hợp vật liệu FeYO3 theo phương pháp sol-gel 18 2.2.2 Tổng hợp vật liệu FeYO3 theo phương pháp đồng kết tủa 19 2.2.3 u ước t n m u 20 2.3 ác phƣơng pháp nghiên cứu vật liệu 20 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction, XRD) 20 2.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) 22 2.3.3 Phổ tán xạ lượng tia X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDX hay EDS) 23 2.3.4 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (Ultraviolet-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy, UV-Vis DRS) 24 h 2.3.5 Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy, IR) 26 2.4 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu 27 2.4.1 Xây dựng đường chuẩn cho methylene blue 28 2.4.2 Khảo sát thời gian cân h p ph giải h p ph 30 2.4.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu 30 2.4.4 Đánh giá động học trình quang xúc tác 32 HƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Ảnh hƣởng tỉ lệ số mol ion kim loại citric acid cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt, hiệu suất phân hủy methylene blue 34 3.1.1 Ảnh hưởng tỉ lệ số mol ion kim loại citric cid c u trúc tinh thể mạng 35 3.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ số mol ion kim loại citric cid hình thái bề mặt 37 3.1.3 Ảnh hưởng tỉ lệ số mol ion kim loại citric cid hiệu su t phân hủy methylene blue 39 3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lí mẫu cấu trúc tinh thể, lƣợng vùng cấm hiệu suất phân hủy methylene blue vật liệu thu đƣợc theo phƣơng pháp sol-gel 41 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lí m u c u trúc tinh thể 42 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lí m u đến lượng vùng c m 45 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lí m u hiệu su t phân hủy methylene blue 48 3.3 Ảnh hƣởng quy trình tổng hợp mẫu cấu trúc tinh thể h mạng nền, hình thái bề mặt hiệu suất phân hủy methylene blue vật liệu 50 3.3.1 Ảnh hưởng quy trình tổng hợp m u c u trúc tinh thể 50 3.3.2 Ảnh hưởng quy trình tổng hợp m u hình thái bề mặt thành phần hóa học 53 3.3.3 Ảnh hưởng quy trình tổng hợp m u hiệu su t xúc tác quang 55 3.4 ộng học trình quang xúc tác phân hủy methylene blue FeYO3 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 DANH M C TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Chú thích tiếng Việt Advance oxidation Q trình oxi hóa process nâng cao Conduction band Vùng dẫn Energy Dispersive X-Ray Phƣơng pháp phổ tán Spectroscopy xạ lƣợng tia X Eg Band gap energy Năng lƣợng vùng cấm IR Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại MB Methylene Blue Xanh Methylen PCBs Polychlorobiphenyls AOPs CB EDS hay EDX SEM UV-Vis DRS h Chú thích tiếng Anh Scanning Electron Kính hiển vi điện tử Microscopy quét Ultraviolet-visible diffuse reflectance spectra Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoạikhả kiến VB Valence band Vùng hóa trị XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X D N MỤ Á ẢN ỂU Bảng 1.1 Thế oxi hóa chất oxi hóa điển hình 10 Bảng 1.2 Một số perovskite tính chất tƣơng ứng 14 Bảng 2.1 anh mục hóa chất sử dụng luận văn 18 Bảng 2.2 ộ hấp thụ dung dịch MB có nồng độ từ 0,5 đến 10 mg/L 29 Bảng 3.1 Kích thƣớc tinh thể mẫu FeYO3.1.850(b:c) với tỉ lệ mol ion kim loại citric acid khác thiêu kết nhiệt độ 850 ºC 36 Bảng 3.2 Hiệu suất phân hủy M (%) mẫu trắng mẫu vật liệu FeYO3 tỉ lệ số mol ion kim loại citric acid khác sau chiếu sáng 41 Bảng 3.3 Kích thƣớc tinh thể mẫu FeYO3.1.a(1:2) thiêu kết h nhiệt độ khác 44 Bảng 3.4 Giá trị Eg mẫu vật liệu FeYO3.1.a(1:2) đƣợc thiêu kết nhiệt độ khác 48 Bảng 3.5 Hiệu suất phân hủy (%) methylene blue vật liệu FeYO3 thiêu kết nhiệt độ (ºC) khác sau chiếu sáng 49 Bảng 3.6 Kích thƣớc tinh thể mẫu FeYO3.n.900 theo quy trình tổng hợp mẫu khác thiêu kết nhiệt độ 900 ºC 52 Bảng 3.7 Thành phần hóa học nguyên tố sản phẩm FeYO3.n.900 theo quy trình khác 55 Bảng 3.8 Hiệu suất phân hủy (%) methylene blue vật liệu FeYO3.n.900 tổng hợp theo ba quy trình khác sau chiếu sáng 55 Bảng 3.9 Dữ liệu thu đƣợc từ các mẫu vật liệu FeYO3 khảo sát động học theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood 59 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 chế phản ứng xúc tác quang hóa dị thể Hình 1.2 Sơ đồ biểu diễn chế oxi hóa 11 Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn chế khử 12 Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể perovskite oxide BAO3 15 Hình 2.1 Sự phản xạ bề mặt tinh thể 21 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí phƣơng pháp kính hiển vi điện tử qu t 22 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí phổ E S 23 Hình 2.4 Phổ qu t UV-Vis dung dịch MB 28 Hình 2.5 thị đƣờng chuẩn M có nồng độ 0,5 – 10 mg/L 29 Hình 3.1 Màu sắc vật liệu FeYO3.1.850(b:c) theo tỉ lệ số mol ion kim loại citric acid khác 34 h Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu FeYO3.1.850(b:c) 35 Hình 3.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại mẫu vật liệu FeYO3.1.850(b:c) đƣợc tổng hợp theo tỉ lệ ion kim loại citric acid khác 37 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu vật liệu FeYO3.1.850(1:1) (a); FeYO3.1.850(1:2) (b); FeYO3.1.850(1:3) (c); FeYO3.1.850(1:4) (d) 38 Hình 3.5 thị biểu diễn thay đổi dung lƣợng hấp phụ theo thời gian (phút) mẫu vật liệu FeYO3 39 Hình 3.6 thị biểu diễn phụ thuộc C/C0 MB theo thời gian chiếu sáng mẫu trắng mẫu vật liệu FeYO3 với tỉ lệ số mol ion kim loại citric acid khác 40 Hình 3.7 Màu sắc vật liệu FeYO3.1.a(1:2) theo nhiệt độ khác 42 Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X đo nhiệt độ phòng mẫu vật liệu FeYO3.1.a(1:2) đƣợc thiêu kết nhiệt độ khác 43