luận văn công nghệ hóa học Khảo sát điều kiện tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu TiO2 biến tính bằng nitrogen ứng dụng trong xử lý môi trường

Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt MỞ ĐẦU Đất nước ngày phát triển, khoa học kỹ thuật tiên tiến thỡ mụi trường bị tàn phá nặng nề Khơng tình trạng nhiễm nguồn nước mà nhiễm khơng khí, nhiễm mơi trường đất vấn đề quan tâm cần giải Hiện nay, nhiễm khí vấn đề thời nóng bỏng giới riêng quốc gia Môi trường khí có nhiều biến đổi rõ rệt có ảnh hưởng xấu đến người sinh vật Hàng năm người khai thác sử dụng hàng tỉ than đá, dầu mỏ, khí đốt Đồng thời thải vào môi trường khối lượng lớn chất thải khác như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ nhà máy xí nghiệp làm cho hàm lượng loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng Trước tình hình nhiễm đó, cần có biện pháp hợp lí để giảm thiểu ô nhiễm môi trường Trong đó, xử lớ cỏc chất thải tồn môi trường vấn đề cần quan tâm Hiện nay, nhiều phương pháp nghiên cứu ứng dụng như: phương pháp sinh học, phương pháp vật lý, hóa lý, chí phương pháp hóa học áp dụng q trình oxi hóa để xử lớ cỏc chất ô nhiễm Tuy nhiên, lượng chất thải độc hại ngày nhiều, mới, khó xử lý nờn cỏc phương pháp chưa đáp ứng kịp Những công nghệ xử lý cao xuất thời gian gần như: công nghệ lọc màng, công nghệ khử trùng xạ tử ngoại, công nghệ khống húa chất nhiễm oxi hoỏ nõng cao… Trong đó, đáng ý cơng nghệ xử lý phương pháp oxi hóa nâng cao sử dụng tác nhân ánh sáng kết hợp với xúc tác bán dẫn Một số chất xúc tác bán dẫn phổ biến TiO 2, giá thành khơng cao Hơn lại bền mặt hóa học, coi độc hại loại xỳc tỏc loại khỏc, khụng sinh mùn bã thải trình xử lý…Do đặc tính ưu việt TiO nên người ta coi Khoa Cơng nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp loại xúc tác lý tưởng Tuy nhiên, bị hạn chế lượng vùng cấm (3.2 eV) nên cho khả xúc tác phản ứng điều kiện ánh sáng có bước sóng nhỏ 400 nm, Chính nên phạm vi ứng dụng loại vật liệu lý tưởng cịn hạn chế Vì TiO2 hoạt động hiệu ánh sáng tia UV mà nguồn UV nhân tạo có chi phí điện lớn, lắp đặt thiết bị phức tạp, giá thành cao, nguy hiểm với người Hơn xạ mặt trời có chứa dải UVA có bước sóng nhỏ hơn.Tuy nhiên phần xạ nằm vùng UV không lớn, chiếm khoảng 5% tổng số xạ ánh sáng mặt trời Bức xạ lượng mặt trời nói chung > 0,015mwcm -2, lượng đủ để kích thích phản ứng xúc tác quang hóa Chớnh người ta ln mong muốn tận dụng nguồn lượng tự nhiên để xử lý môi trường khắc phục hạn chế vật liệu quang hóa sử dụng đèn UV Do đú cỏc vật liệu xúc tác quang hóa đề xuất Giải pháp doping số kim loại, phi kim đặc biệt N vào mạng lưới TiO2 N2 từ nguồn NH3 nguồn nguyên liệu rẻ mà doping vào vật liệu cho hoạt tính cao nên ứng dụng vào thực tế phổ biến Khi TiO2 có xu hướng giảm lượng vùng cấm, tăng khả hấp thụ vùng ánh sáng khả kiến, tăng hoạt tính quang xúc tác sử dụng ánh sáng mặt trời giảm dược chi phí cho lắp đặt lượng điện chiếu xạ tia UV đèn cực tím Mặt khác việc chế tạo xúc tác nano TiO kích thước 5nm - 20 nm phương pháp sol-gel giá thành xúc tác cao vấn đề nghiên cứu biến tính Nitrogen phương pháp xử lý nhiệt sử dụng loại bột TiO thương mại có bán sẵn thị trường với kích thước 50nm- 150nm giá thành rẻ có ý nghĩa mặt khoa học úng dụng thực tiễn xử lý môi trường Metyl blue (MB) hợp chất hữu khó phân hủy gây ô nhiễm môi trường nước thường dùng để đánh giá hoạt tính xúc tác quang hóa dung dịch Khoa Cơng nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Với lý trên, chúng em chọn đề tài: “Khảo sát điều kiện tổng hợp nghiên cứu tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2 biến tính nitrogen ứng dụng xử lý môi trường” Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài gồm: - Khảo sỏt yếu tố ảnh hưởng tổng hợp vật liệu quang xúc tác bột TiO thương mại biến tính phương pháp xử lý nhiệt dũng khớ amoniac - Sử dụng phương pháp hóa lý đặc trưng vật liệu quang xúc tác tông hợp - Nghiên cứu tính chất quang xúc tác vật liệu TiO thương mại biến tính doping Nitơ phản ứng phân hủy Metyl Blue dung dịch nước Khoa Cơng nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 PHƯƠNG PHÁP OXI HểA NÂNG CAO NHỜ TÁC NHÂN ÁNH SÁNG 1.1.1 Những vấn đề chung tác nhân ánh sáng Tất trình oxy hoá nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng dựa vào lượng xạ tử ngoại hay xạ UV (ultraviolet radiation) Bức xạ UV xác định xạ điện từ có bước sóng nằm 100 400 nm Phổ xạ mặt trời phân chia thành phần đặc trưng sau: Hình 1.1.1: Đặc trưng phổ xạ điện từ ánh sáng Để xác định lượng xạ UV cần dựa vào lý thuyết lượng tử plank xạ Theo lý thuyết ánh sáng bị hấp thụ toả lượng e theo đơn vị rời rạc, gọi lượng tử ánh sáng photon (hν) chúng có quan hệ với tần số xạ (ν) theo phương trình sau: E = hν = hc λ Trong đó: e lượng hấp thụ, j h = 6,625.10-34 j, số plank λ bước sóng ánh sáng c = 3.108 m/s vận tốc ánh sáng Nguồn lượng sử dụng trình quang hố học lượng xạ UV Tuỳ theo bước sóng tia tử ngoại xác định Khoa Cơng nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp tương ứng mức lượng khác sử dụng cho trường hợp cụ thể trình oxy hố nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng Nguồn UV cho q trình oxy hố nâng cao thường lấy từ đèn UV nhân tạo với cường độ hệ số xạ khác từ phổ xạ ánh sáng mặt trời Tuy nhiên phần xạ nằm vùng UV không lớn, chiếm khoảng 5% tổng số xạ ánh sáng mặt trời Bức xạ lượng mặt trời nói chung > 0,015mwcm-2, lượng đủ để kích thích phản ứng xúc tác quang hóa 1.1.2 Nguồn sáng * Nguồn sáng UV nhân tạo: Nguồn sáng UV nhân tạo nguồn sáng dùng thiết bị đốn cú phát xạ UV Cỏc đốn UV dùng phản ứng oxi hóa nâng cao có phổ mà chất hấp phụ hấp thu nhiều tốt * Nguồn UV tự nhiên: Nguồn UV thiên nhiên lấy từ mặt trời Bức xạ mặt trời có dải sóng rộng từ miền tử ngoại đến hồng ngoại Đõy chớnh nguồn cung cấp lượng từ thiên nhiên vô tận Tuy nhiên, phần xạ nằm vùng UV không lớn, chiếm khoảng 5% tổng số xạ ánh sáng mặt trời Bức xạ lượng mặt trời nói chung >0,015mWcm -2, lượng đủ để kích thích phản ứng xúc tác quang hóa Đặc trưng phổ ánh nắng mặt trời ngày không mây thống kê bảng (1.1.2) sau: Bảng 1.1.2: Đặc trưng phổ xạ ánh nắng mặt trời (ngày không mây) Dải UVC UVB UVA UVA2 VIS IRA IRB IRC Tổng Khoa Công nghệ Hóa Cường độ(Wm-2) 27 36 580 329 143 Tỷ lệ(%) 2,4 2,4 3,2 54,8 29,4 12,7 1120 Bước sóng(nm) 3000 100 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt 1.2 XÚC TÁC BÁN DẪN Chất bán dẫn vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động chất dẫn điện nhiệt độ thấp, dẫn điện đáng kể nhiệt độ phòng chất dẫn diện Các chất bán dẫn thường có hoạt tính quang hóa với ánh sáng Quỏ trình quang xúc tác bán dẫn trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng (AOP) khoảng mười năm trở lại xem q trình có tầm quan trọng lĩnh vực xử lý chất nhiễm Quỏ trình quang xúc tác bán dẫn q trình oxy hóa dựa vào gốc hydroxyl *OH sinh nhờ chất xúc tác bán dẫn, hoạt động nhận xạ UV Có nhiều chất quang xúc tác ZnO, Fe 2O3, V2O5… TiO2 mang nhiều hứa hẹn sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm so với loại xúc tác khác Quỏ trình quang xúc tác có nhiều ưu điểm, thể ở: - Sự phân hủy chất hữu đạt đến mức vơ hóa hồn tồn (khoỏng húa hồn tồn) - Khơng sinh bùn bã thải - Chi phí đầu tư chi phí vận hành thấp - Thực điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường - Có thể sử dụng nguồn UV nhân tạo thiên nhiên - Chất xúc tác không độc hại rẻ tiền Cho đến nay, giới có nhiều cơng trình nghiên cứu phản ứng quang xúc tác chế phân hủy đơn chất hữu với có mặt chất quang xúc tác bán dẫn khác Mặt khác, nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng quy mơ phịng thí nghiệm quy mơ thử nghiệm phạm vi chương trình nghiên cứu quốc gia quốc Khoa Cơng nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp tế cho thấy triển vọng to lớn trình phân hủy quang xúc tác xử lý chất ô nhiễm 1.3.ĐẶC ĐIỂM CHẤT XÚC TÁC BÁN DẪN TiO2 1.3.1 Tính chất TiO2 TiO2 chất rắn màu trắng, có trọng lượng riêng từ 4,13 – 4,25 g/cm 2, nóng chảy nhiệt độ cao gần 1800oC, không tan nước,khụng tan axit H2SO4 axit HCl đun nóng 1.3.1.1 Tính chất vật lý Các tính chất TiO2 trình bày bảng sau: Bảng 1.3.1.1: Một số tính chất vật lý TiO2 dạng Anatase dạng Rutile TT Tính chất vật lý Cấu trúc tinh thể Tonc (oC) Khối lượng riêng(g/cm3) Độ cứng Mohs Chỉ số khúc xạ Hằng số điện môi Nhiệt dung riềng(Cal/moi.oC) Mức lượng vùng cấm(eV) Anatase Tứ phương 1800 3,84 5,5-6,0 2,54 31 12,96 3,25 Rutile Tứ phương 1850 4,20 6,0-7,0 2,75 114 13,2 3,05 1.3.1.2 Tính chất hóa học TiO2 dạng có kích thước micromet bền hóa học, khơng tan axit Tuy nhiên, đưa TiO dạng kích thước nanomet, TiO tham gia số phản ứng với axit kiềm mạnh Các dạng oxit, hydroxit hợp chất Ti(IV) có tính lưỡng tính Điều chế TiO2: TiCl4 + 2H2O → TiO2 + 4HCl Trong số trường hợp, TiCl ụxi húa trực tiếp với oxy : TiCl4 + O2 → TiO2 + 2Cl2 1.3.1.3.Tính xúc tác quang nano TiO2 Khoa Cơng nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Dưới tác dụng photon có lượng xấp xỉ 3,2 eV tương ứng với ánh sáng có bước sóng khoảng 387,5 nm (chính dải sóng UV-A) xẩy trình sau: TiO2 → e-cb +h+vb (hv>3,2 eV) Khi lỗ trống quang sinh mang điện tích dương (h +vb) xuất trờn vựng hóa trị, chúng di chuyển bề mặt hạt xúc tác Trong môi trường nước xẩy phản ứng tạo gốc hydroxyl *OH bề mặt hạt xúc tác phản ứng đây: h+vb + H2O → *OH + H+ h+vb + OH- → *OH (*) Ion OH - lại tác dụng với h+vb trờn vùng hóa trị tạo thêm gốc * OH theo phương trình (*) Mặt khác, e -cb có xu hướng tái kết hợp với h +vb kèm theo giải phóng nhiệt ánh sáng e-cb + h+vb → nhiệt, ánh sáng Hình 1.3.1.3: Mơ hình chế quang xúc tác hạt TiO2 nano 1.3.2 Cấu trúc TiO2 TiO2 chất bán dẫn, tồn ba dạng tinh thể rutile, anatase brookite.Trong hai cấu trúc rutile anatase phổ biến xúc tác quang Rutile có khuynh hướng bền nhiệt độ cao, anatas Khoa Công nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp có khuynh hướng bền nhiệt độ thấp brookit thường thấy dạng khống có cấu trúc thuộc hệ tinh thể hinh thoi Với anatase hoạt động xúc tác cao Cấu trúc rutile anatase mơ tả dạng chuỗi TiO6 octahedra (tám mặt) Mỗi ion Ti4+ bao quanh hình tám mặt tạo sáu ion O 2- nguyên tử O liên kết với ba nguyên tử Ti Hình 1.3.2-1 : Cấu trúc tinh thể rutile anatas Hình tám mặt rutile khơng đồng có biến dạng octhorhombic (hệ thoi) yếu Trong cấu trúc rutile octahedral gắn kết với mười octahedral lân cận ( hai octahedral chung cặp oxy cạnh tám octahedral khác nối qua nguyên tử oxy góc) cấu trúc anatase octahedral tiếp xúc với tám octahedral lân cận khác (bốn octahedral chung cạnh bốn octahedra chung oxy góc) Hình1.3.2-2: Tinh thể rutile Khoa Cơng nghệ Hóa Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Các octahedra anatase bị biến dạng mạnh mức đối xứng hệ thấp hệ thoi Khoảng cách Ti-Ti anatase lớn rutile (3,79 3,04ao; 3,57 và2,96ao) trái lại khoảng cách Ti-O anatase ngắn rutile (1,93 1,98Ao anatase; 1,94 1,98Ao rutile) Những khác cấu trúc mạng nguyên nhân dẫn tới khác mật độ cấu trúc điện tử hai dạng TiO2 Hình 1.3.2-3: Tinh thể anatas Tính chất vật lý dạng tinh thể so sánh bảng 1.1.2 Bảng 1.3.2: Tớnh chất vật lý dạng tinh thể TiO2 Thông số mạng tinh thể Cấu trúc tinh thể Hằng số mạng(Å) Brookite Tà phương a=9.184 c=9.515 b=5.447 p42/mnm 31.2160 4.13 1.949(4) i41/amd 34.061 3.79 1.937(4) c=5.145 pbca 32.172 3.99 1.87∼2.04 1.980(2) Khoa Cơng nghệ Hóa Rutil Tứ diện a=3.784 c=2.9587 Nhóm khơng gian Phân tử/tế bào Thể tích/phân tử(Å-3) Mật độ(g/cm-3) Độ dài liên kếtTi-O (Å) Anatase Tứ diện a=4.5936 1.965(2) 10 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC 3.4.1 Khảo sỏt điều kiện tối ưu * Khảo sát MB Cụng thỳc cấu tạo MB mơ tả hình 3.4.1-1 Hình 3.4.1-1: Cơng thức cấu tạo methyl blue Kết đo UV-vis lỏng MB thể hình 3.5.1-2 2.7 Abs 2.4 663.9 Dung dịch MB trước phản ứng 2.1 291.0 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 nm Hình 3.4.1-2: Phổ UV-VIS lỏng MB Khoa Cơng nghệ Hóa 41 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Qua phổ UV-vis lỏng MB ta nhận thấy MB có pic cực đại hấp thụ 291 nm 663,9 nm kết xử lý hoạt tính mẫu vật liệu sau khảo sát λ = 664 nm 3.4.2 Khảo sát độ chuyển hóa MB phụ thuộc vào nồng độ xúc tác Tiến hành khảo sát độ chuyển hóa MB phụ thuộc vào nồng độ xúc tác, kết đo quang biểu diễn hình 3.4.2-1 Hình 3.4.2-1: Độ chuyển hóa MB phụ thuộc nồng độ xúc tác Qua đồ thị ta nhận thấy thời điểm ban đầu dung dịch MB cần xử lý có nồng độ gần 90% sau 2h chiếu đèn UV nồng độ MB cịn lại 75% xúc tác có nồng độ 0,5mg/l, 70% xúc tác có nồng đọ 1mg/l, 57% xúc tác có nồng độ 2mg/l, 68% dối ới xúc tác có nồng độ 4mg/l Vậy nồng độ xúc tác phù hợp để xử lý MB 2mg/l Đối với xúc tác nồng độ 4mg/l, độ hấp thụ sau 2h vón cũn 68% điều giải thích tăng nồng độ xúc tác lượng chất hấp thụ lớn dung dịch bị đục nhiều điều dẫn đến giảm hiệu suất lượng tử dung dịch 3.4.3 Khảo sát hấp phụ Tiến hành khảo sát hấp phụ, kết đo máy đo quang biểu diễn hình 3.4.3 Khoa Cơng nghệ Hóa 42 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt Hình 3.4.3: Đường cong hấp phụ theo thời gian Qua đồ thị ta nhận thấy cân hấp phụ đạt nhanh sau 30 phút lượng hấp phụ cực đại đạt sau khoảng 10 phút khoảng 7,5% Dựa vào kết thí nghiệm tiến hành hấp thụ MB 30 phút bóng tối, sau chiếu đèn hút mẫu 3.4.4 Xây dựng đường chuẩn MB Cách xây dựng đường chuẩn: Pha dãy mẫu dung dịch khảo sát có MB với nồng độ giảm dần từ dung dịch chuẩn MB 100mg/l vào bình định mức Dùng nước cất hai lần định mức tới vạch định mức Tiến hành đo dung dịch với điều kiện tối ưu khảo sát máy đo quang với bước sóng 670 nm Kết dường chuẩn thể hình 3.4.4 Khoa Cơng nghệ Hóa 43 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt ` Độ hấp thụ (%) 90 80 y = 8.4245x - 8.5564 70 R = 0.9993 60 50 40 30 20 10 0 -10 10 Nồng độ mg/l Hình 3.4.4: Đường chuẩn MB theo nồng độ 3.4.5 Kết xử lý hoạt tính mẫu vật liệu với MB * Kết xử lý MB vật liệu biến tính theo thời gian thể hình 3.4.5-1 Khoa Cơng nghệ Hóa 44 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt Hình 3.4.5-1: Độ chuyển hóa MB trờn cỏc mẫu võt liệu Qua đồ thị ta nhân thấy khả xử lý hoạt tính mẫu vật liệu biến tính cao so với mẫu vật liệu khơng biến tính Trong mẫu vật liệu TiO2-N4 có khả xử lý tốt nhất, sau thời gian 4h lượng MB cịn lại gần 10% Điều phù hợp với kết phổ UV-vis rắn *Kết xử lý MB củacác mẫu vật liệu biến tính theo nhiệt độ mơ tả hình 3.4.5-2 Hình 3.4.5-2: Độ chuyển hóa MB trờn cỏc mẫu võt liệu biến tính nitơ theo nhiệt độ Qua đồ thị ta nhận thấy xử lý MB thỡ cỏc mẫu biến tính có khả xử lý cao vật liệu TiO khơng biến tính, khoảng thời gian từ 1h đến 2h không nhận khác biệt khả xử lý MB với vật liệu biến tính khơng biến tính Tuy nhiên, sau 2h thỡ cú khác rõ rệt vật liệu TiO2-N4-600 có khả xử lý cao 3.4.6 Kết xử lý hoạt tính mẫu vật liệu với MB diều kiện ánh sáng mặt trời Khoa Cơng nghệ Hóa 45 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Khảo sát phân hủy nồng độ MB ánh sáng mặt trời, kết thể hình 3.5.6 Hình 3.4.6: Phổ UV-vis TiO2-N4-6000C theo thời gian chiếu xạ ánh sáng mặt trời trời Qua phổ trờn ta nhận thấy nồng độ MB xúc tác TiO 2-N4-600oC giảm rõ rệt theo thời gian chiếu xạ ánh sáng mặt trời, nồng độ hấp thụ MB thời điểm 20 phỳt giảm nửa so với thời điểm ban đầu Sau thời điểm 40 phút nồng độ MB giảm hoàn toàn kết nồng độ MB sau thời gian 60 phút, 80 phút 100 phút chứng minh hoạt tính xúc tác tốt vật liệu TiO 2-N4-600oC điều kiện xử lý ánh sáng mặt trời Kết khảo sát phịng thí nghiệm nguồn UV nhân tạo xác định mẫu có hoạt tính quang hóa tốt N4-600 tiếp tục khảo sát điều kiện ánh sáng mặt trời Kết trình bày trờn hỡnh 3.2.6 Sau 20 phút xử lý dung dịch MB 30 mg/l ánh sáng mặt trời xác định phổ UV-vis bước sóng từ 200-800 nm, hàm lượng MB giảm nửa so với thời điểm ban đầu Sau thời điểm 40 phút nồng độ MB Khoa Cơng nghệ Hóa 46 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp giảm hoàn toàn Kết khả quan chứng minh xúc tác TiO hoạt động tốt ánh sáng mặt trời hoàn toàn phù hợp với kết đặc trưng thảo luận Từ đánh giá phương pháp xử lý nhiệt biến tính TiO2 thương mại Nitơ thành cơng KẾT LUẬN 1.Vật liệu nano TiO2 biến tính Nitơ theo phương pháp xử lý nhiệt tổng hợp thành công, đõy phương pháp đơn giản (thiết bị đơn giản), sử dụng nguồn nguyên liệu TiO2 (Hàn Quốc) chi phí thấp, chế tạo xúc tác nhanh chóng có khả áp dụng với quy mô công nghiệp Đã sử dụng phương pháp hóa lý đại XRD, UV-vis, SEM để đặc trưng vật liệu quang xúc tác TiO biến tính nitrogen Kết cho thấy vật liệu biến tính tổng hợp có cấu trúc anatase, kích thước hạt đặn (~50nm), có khả nắng hấp thụ ánh sáng vùng nhìn thấy với bước sóng > 400 nm Đã khảo sát điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính Nitơ cho hoạt tính quang xúc tác cao với vật liệu nano TiO2 không biến tính 4h, 600oC Các kết nghiên cứu đánh giá khả oxi hóa mạnh hạt nano TiO2 dạng anatase Với việc biến tính Nitơ làm tăng khả hấp thụ bước sóng vùng ánh sáng nhìn thấy Do áp dụng xử lý với ánh sáng mặt trời, tiết kiệm đáng kể chi phí sử dụng Hy vọng nghiên cứu chúng tơi góp phần vào phương pháp tiên tiến xử lý môi trường Việt Nam với chi phí thấp Khoa Cơng nghệ Hóa 47 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.A.Fujishima, K.Honda, Electronchemical photolysis of water at a 2.A.Fujishima, T N Rao, D A Tryk, "Titanium dioxide photocatalysis", J Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews , 1, 1-21, 2000 3.Akira Fujishima, Kazuhito Hashimoto, Toshiya Watanabe, TiO photocatalysis fundamentals and applications, CMC, Co., Ltd 1999 4.Yoichi Ishibai, Junya Sato, Takashi Nishikawa, Shigeyoshi Miyagishi, “Synthesis of visible-light active TiO substrate for high photocatalytic activity”, Applied Catalysis B: Environmental 79 , pp117-121, 2005 5.Nguyễn Hữu Phú, Hóa lý hóa keo, NXB Khoa học Kĩ thuật 2003 6.N T Anh, N D Tuyen, T D Toai, L T H Nam, “Photodegradation of the Herbicide 2,4 Dichlorophenoxyacetic acid on nanocrystalline mixed oxide CeO2-TiO2”, Proceeding AMSN-2008 Nha Trang, Vietnam – September 15-21, 2008, 727-732 7.znaidi et al., 2001 8.schinder et al., 1990; muter et al.2001 9.Hoffmann et al., 1995 10 Haarstrick et al, (1996) 11 [Rothenberger et al.,1985 12 Butterfield et al.,1997 13 Schinder et al., 1990; muter et al.2001 Khoa Công nghệ Hóa 48 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khoa Cơng nghệ Hóa Khóa Luận tốt 49 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin trân trọng cảm ơn TS Nguyễn Đình Tuyến tận tình hướng dẫn mặt khoa học đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho em thực tập phịng Xúc Tác Ứng Dụng Viện Hóa Học – Viện Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Phạm Thị Thu Giang tồn thể thầy giáo khoa Hóa trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội tạo điều kiện cho em học tập nghiên cứu trường Em xin cảm ơn ủng hộ nhiệt tình anh chị phũng Húa Xúc tác ứng dụng – Viện Hóa học – Viện Khoa học công nghệ Việt Nam dành cho em thời gian em nghiờn cứu hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội, khoa Hóa học; Viện Hóa học – Viện Khoa học công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi dìu dắt em suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc bố mẹ, gia đình, bạn bè ln giúp đỡ, động viên, góp ý ủng hộ em suốt thời gian thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Huyền An Khoa Công nghệ Hóa 50 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt CÁC DANH MỤC VIẾT TẮT MB UV-Vis XRD SEM HQ Khoa Cơng nghệ Hóa Methyl blue Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến Nhiễu xạ Rơnghen Hiển vi điện tử quét Hàn Quốc 51 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt MỤC LỤC Khoa Cơng nghệ Hóa 52 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.2: Đặc trưng phổ xạ ánh nắng mặt trời (ngày không mây) Error: Reference source not found Bảng 1.3.1.1: Một số tính chất vật lý TiO2 dạng Anatase dạng Rutile Error: Reference source not found Bảng 1.3.2: Tính chất vật lý dạng tinh thể TiO2 Error: Reference source not found Bảng 1.4.2: Thời gian xảy phản ứng trình oxi hóa quang xúc tác TiO2 Error: Reference source not found Bảng 3.3.1-1: Các ký hiệu mẫu vật liệu theo phương pháp xử lý nhiệt Error: Reference source not found Bảng 3.3.1-2: Màu sắc mẫu xúc tác sau tổng hợp Error: Reference source not found Bảng 3.3.1-3: Bước sóng hấp thụ lượng vùng cấm mẫu vật liệu xúc tác theo phương pháp xử lý nhiệt Error: Reference source not found Khoa Cơng nghệ Hóa 53 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội nghiệp Khóa Luận tốt DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1.1.1: Đặc trưng phổ xạ điện từ ánh sáng .Error: Reference source not found Hình 1.3.1.3: Mơ hình chế quang xúc tác hạt TiO2 nano Error: Reference source not found Hình 1.3.2-1 : Cấu trúc tinh thể rutile anatas Error: Reference source not found Hình1.3.2-2: Tinh thể rutile Error: Reference source not found Hình 1.3.2-3: Tinh thể anatas .Error: Reference source not found Hình 1.4.2: Mơ hình chế quang xúc tác chất bán dẫn TiO2 Error: Reference source not found Hình 1.6.1: biểu đồ cấu trúc điện tử TiO2 (a), TiO2 kích thích N với hàm lượng thấp (b), TiO kích thích N với hàm lượng cao (c) Error: Reference source not found Hình 3.1-1: Lị phản ứng biến tính Nitơ .Error: Reference source not found Hình 3.1-2 Sơ đồ khối biến tính Nitơ Error: Reference source not found Hình 3.3.1-1: Phổ UV-VIS rắn mẫu TiO2 biến tính nitơ theo thời gian Error: Reference source not found Hình 3.3.1-2: Phổ UV-VIS rắn mẫu TiO2 biến tính nitơ theo nhiệt độ Error: Reference source not found Hình 3.3.3: Ảnh SEM vật liệu TiO2 (P25) (a), TiO2(P25) biến tính nitơ 4h, 6000C (b) .Error: Reference source not found Hình 3.4.1-1: Cơng thức cấu tạo methyl blue Error: Reference source not found Hình 3.4.1-2: Phổ UV-VIS lỏng MB Error: Reference source not found Hình 3.4.2-1: Độ chuyển hóa MB phụ thuộc nồng độ xúc tác Error: Reference source not found Khoa Cơng nghệ Hóa 54 Nguyễn Thị Huyền An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Hình 3.4.3: Đường cong hấp phụ theo thời gian Error: Reference source not found Hình 3.4.4: Đường chuẩn MB theo nồng độ Error: Reference source not found Hình 3.4.5-1: Độ chuyển hóa MB mẫu vât liệu Error: Reference source not found Hình 3.4.5-2: Độ chuyển hóa MB mẫu vât liệu biến tính nitơ theo nhiệt độ Error: Reference source not found Khoa Công nghệ Hóa 55 Nguyễn Thị Huyền An ... An Trường ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Với lý trên, chúng em chọn đề tài: ? ?Khảo sát điều kiện tổng hợp nghiên cứu tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2 biến tính nitrogen ứng dụng xử lý môi. .. Xúc Tác Ứng Dụng Viện Hóa Học – Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam 3.2 phương pháp khảo sát hoạt tính xúc tác Trước xử xử lý hoạt tính mẫu vật liệu với methyl blue(MB) tiến hành khảo sát điều kiện. .. Đã khảo sát điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính Nitơ cho hoạt tính quang xúc tác cao với vật liệu nano TiO2 khơng biến tính 4h, 600oC Các kết nghiên cứu đánh giá khả oxi hóa