Nghiên cứu tổng hợp vật liệu titan dioxit có hoạt tính xúc tác quang trong vùng khả kiến và khả năng ứng dụng trong gốm sứ, thủy tinh

LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ giáo dục và Đào tạo, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Kỹ thuật Hóa học và Bộ môn Vô cơ & Đại cương đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và làm nghiên cứu sinh, đã quan tâm, động viên, hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt thời gian tôi làm nội dung luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trịnh Xuân Anh và PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên đã hết sức tận tình hướng dẫn tôi về mặt chuyên môn và giúp tôi định hướng giải quyết các vấn đề trong nghiên cứu khoa học để tôi thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Huỳnh Đăng Chính đã tạo điều kiện thuận lợi, hướng dẫn tôi các kiến thức khoa học và chuyên môn trong suốt quá trình tôi làm luận án. Xin chân thành cảm ơn Quý thầy, cô Bộ môn Vô cơ & Đại cương-Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn Quý thầy, cô Bộ môn Công nghệ Vật liệu Silicat-Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn động viên, quan tâm, giúp đỡ trong quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy, cô Viện Vật lý kỹ thuật- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trung tâm Khoa học Vật liệu-Khoa Vật lý-Trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội, Viện Khoa học Vật liệu-Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình tôi thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người thân, bạn bè - những người đã luôn động viên, giúp đỡ và khích lệ trong suốt quá trình tôi làm nghiên cứu và hoàn thành công trình này. Hà Nội, ngày 17 tháng 8 năm 2015 TÁC GIẢ Nguyễn Thị Tuyết Mai LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Xuân Anh và PGS. TS Hoàng Thị Kiều Nguyên (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội). Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. TÁC GIẢ Nguyễn Thị Tuyết Mai i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1 Chương 1 5 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO TiO 2 5 1.1. Cấu trúc, tính chất của vật liệu nano TiO 2 5 1.1.1. Cấu trúc tinh thể của TiO 2 5 1.1.2. Sự chuyển pha của tinh thể TiO 2 7 1.1.3. Giản đồ năng lượng của tinh thể TiO 2 7 1.2. Tính chất xúc tác quang của TiO 2 8 1.3. Hiệu ứng siêu ưa nước của màng TiO 2 10 1.4. Ứng dụng của vật liệu nano TiO 2 13 1.4.1. Những ứng dụng của vật liệu nano TiO 2 13 1.4.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu nano TiO 2 trên thế giới 13 1.4.3. Tình hình nghiên cứu vật liệu nano TiO 2 trong nước 14 1.4.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu nano TiO 2 trong lĩnh vực vật liệu xây dựng 15 1.5. Các phương pháp điều chế và biến tính vật liệu nano TiO 2 23 1.5.1. Các phương pháp điều chế vật liệu nano TiO 2 23 1.5.2. Một số phương pháp biến tính vật liệu nano TiO 2 28 1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất quang của TiO 2 biến tính 33 Chương 2 39 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 39 2.1. Hóa chất, vật liệu 39 2.2. Quy trình thực nghiệm 39 2.2.1. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 39 2.2.2. Mô tả thiết bị nhúng phủ và thiết bị phun phủ 39 2.2.3. Lựa chọn nhiệt độ nung 41 ii 2.2.4. Quy trình thực nghiệm chế tạo các mẫu vật liệu nghiên cứu 44 2.3. Phương pháp nghiên cứu đặc tính của vật liệu 53 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 53 2.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 55 2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 56 2.3.4. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng (EDS) 57 2.3.5. Phương pháp phổ tán xạ Micro-Raman 57 2.3.6. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis 58 2.3.7. Phương pháp hấp phụ và khử hấp phụ N 2 (BET) 59 2.4. Khảo sát tính chất xúc tác quang 62 2$.5. Khảo sát hiệu ứng siêu ưa nước trên bề mặt các màng chế tạo 64 2.6. Khảo sát tính chất diệt khuẩn trên bề mặt các màng chế tạo 64 2.7. Khảo sát sự thay đổi cấu trúc của vật liệu nano TiO 2 pha tạp các nguyên tố kim loại có số oxi hóa +3 và +4 65 2.7.1. Một số đặc điểm của các ion La 3+ , Fe 3+ , Sn 4+ và Ti 4+ 65 2.7.2. Sự khác nhau về thay đổi cấu trúc của vật liệu nano TiO 2 pha tạp các ion La 3+ , Fe 3+ và Sn 4+ 65 2.7.3. Kết luận 67 Chương 3 68 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 68 3.1 Kết quả nghiên cứu và thảo luận của vật liệu hệ TiO 2 -(La,Fe) và TiO 2 -Sn dạng bột và màng phủ trên nền kính 68 3.1.1 Khảo sát đặc tính của vật liệu dạng màng hệ TiO 2 -(La,Fe) trên nền kính 68 3.1.2 Khảo sát đặc tính của vật liệu dạng màng hệ TiO 2 -Sn trên nền kính 74 3.1.3 Khảo sát các đặc tính của vật liệu dạng bột TiO 2 pha tạp các nguyên tố La, Fe, Sn 81 3.1.4 Khảo sát tính chất xúc tác quang của vật liệu nano bột TiO 2 pha tạp các nguyên tố La, Fe, Sn phản ứng trong vùng ánh sáng khả kiến 88 3.1.5 Khảo sát tính chất siêu ưa nước của vật liệu màng hệ TiO 2 -(La,Fe) và TiO 2 -Sn trong vùng ánh sáng tử ngoại (UV) và khả kiến: 92 3.1.6. Khảo sát khả năng kháng khuẩn-diệt nấm trên bề mặt màng TiO 2 pha tạp các nguyên tố La, Fe, Sn: 94 iii 3.2 Kết quả nghiên cứu và thảo luận của vật liệu hệ TiO 2 -(Al,Si) dạng bột và màng phủ trên gạch men 96 3.2.1 Khảo sát các đặc tính của vật liệu bền pha anata ở nhiệt độ cao hệ TiO 2 -(Al,Si) dạng bột 96 3.2.2 Khảo sát đặc tính vật liệu hệ TiO 2 -(Al,Si) dạng màng phủ trên gạch men 102 3.2.3 Thực nghiệm chế tạo bề mặt siêu ưa nước-tự làm sạch trên vật liệu gạch men đi từ men phun được trộn với bột TiO 2 -(Al,Si) bền pha anata 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 PHỤ LỤC 134 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT CB vùng dẫn, (Conduction Band) VB vùng hóa trị, (Valence Band) UV tia cực tím, (Ultraviolet) e - điện tử quang sinh, (electron formed upon illumination of a semiconductor) E g năng lượng vùng cấm, (band gap energy) eV đơn vị năng lượng tính theo eV, (electron volts) hν năng lượng ánh sáng tới, (incident photon energy) h + lỗ trống quang sinh, (hole formed upon illumination of a semiconductor) λ bước sóng, (wavelength) M kim loại, (metal) M n+ ion kim loại ở trạng thái oxy hóa n, (metallic ion with oxidation state n) MB metylen xanh, (Metylene Blue) nm nanomet, (nanometer) 2 O  ion gốc siêu oxít, (superoxide ion radical) OH  gốc hydroxyl, (hydroxyl radical) PSH hiện tượng siêu ưa nước cảm ứng quang, (Photoinduced Super Hydrophilicity) TPOT tetraisopropyl orthotitanat SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscope) TEM Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmation Electron Microscope) EDS phổ tán xạ năng lượng tia X, (Energy Dispersive X-Ray Spectrormetry) XRD phương pháp nhiễu xạ tia X, (X-ray Diffraction) VIS thành phần nhìn thấy của ánh sáng, (Visible component of light) v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng1.1 Một số tính chất vật lý của anata và rutin 6 Bảng 1.2 Ảnh hưởng của số lượng xúc tác V 2 O 5 /TiO 2 tới hàm lượng phân hủy dung dịch thuốc nhuộm (%) khi có chiếu sáng tia tử ngoại (UV) (nồng độ TB=SO=80 μM, CV=40 μM, thời gian chiếu sáng 20 phút, pH=6.1) 35 Bảng 2.1 Một số đặc điểm của các ion La 3+ , Fe 3+ , Sn 4+ và Ti 4+ 65 Bảng 3.1 Kết quả tính kích thước hạt tinh thể trung bình của các mẫu màng chế tạoTiO 2 - (La,Fe) 69 Bảng 3.2 Kết quả tính kích thước hạt tinh thể trung bình và hàm lượng (%) pha anata, rutin của các mẫu màng chế tạoTiO 2 -xSn 76 Bảng 3.3 Kết quả tính kích toán thước hạt tinh thể trung bình và hàm lượng (%) pha anata, rutin của các mẫu vật liệu nano bột chế tạo TiO 2 ;TiO 2 -0,025Sn;TiO 2 -0,05La; TiO 2 -0,05Fe và TiO 2 -0,025(La,Fe) 81 Bảng 3.4 Kết quả các thông số vi cấu trúc của vật liệu nano bột TiO 2 ; TiO 2 -0,05La; TiO 2 - 0,05Fe; TiO 2 -0,025(La,Fe); TiO 2 -0,025Sn 87 Bảng 3.5 Kết quả tính toán năng lượng vùng cấm Eg của các mẫu nano bột TiO 2 , TiO 2 - 0,05La, TiO 2 -0,05Fe, TiO 2 -0,025(La,Fe) và TiO 2 -0,025Sn 87 Bảng 3.6. Hiệu suất xúc tác quang phân hủy metylen xanh phụ thuộc vào khối lượng của mẫu bột xúc tác (sau thời gian chiếu sáng 5 giờ) 88 Bảng 3.7 Hiệu suất xúc tác quang phân hủy metylen xanh phụ thuộc vào nồng độ chất màu metylen xanh trong dung dịch (sau thời gian chiếu sáng 5 giờ và khối lượng của mẫu bột xúc tác không đổi 0,1g). 89 Bảng 3.8 Hiệu suất xúc tác quang phân hủy metylen xanh phụ thuộc vào loại mẫu nano bột chế tạo và theo thời gian. 91 Bảng 3.9 Khảo sát hiệu ứng siêu ưa nước của mẫu màng TiO 2 chế tạo vào cường độ chiếu sáng: 92 Bảng 3.10 Khảo sát khả năng diệt nấm trên bề mặt các màng TiO 2 pha tạp các nguyên tố La,Fe,Sn dưới chiếu tia tử ngoại UV trong 1 giờ. 94 Bảng 3.11 Khảo sát khả năng diệt nấm trên bề mặt các màng TiO 2 pha tạp các nguyên tố La,Fe,Sn dưới chiếu ánh sáng mặt trời trong 3 giờ. 95 Bảng 3.12 Kết quả tính kích thước hạt tinh thể trung bình và thành phần pha của các mẫu vật liệu nano bột TiO 2 và TiO 2 -xAl-12,5Si (x=0,5%; 5%; 12,5%) ở nhiệt độ nung 550 o C, 1050 o C và 1200 o C 97 Bảng 3.13 Kết quả xác định độ rộng vùng cấm E g của các mẫu TiO 2 và TiO 2 -xAl-12,5Si (x=0,5;5;12,5%) 101 Bảng 3.14 Sự phụ thuộc của góc tiếp xúc θ của giọt nước trên bề mặt các màng sau những khoảng thời gian chiếu sáng và ngừng chiếu sáng UV 110 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô hình cấu trúc tinh thể TiO 2 pha anata (a), rutin (b) brookit (c) 6 và tinh thể khuyết tật mạng (d) 6 Hình 1.2 Giản đồ năng lượng của TiO 2 pha anata và rutin[23,26] 8 Hình 1.3 Sơ đồ mô tả các quá trình oxy hoá và khử trong tinh thể bán dẫn 9 Hình 1.4 Sơ đồ minh hoạ hiện tượng thấm ướt của giọt nước trên bề mặt rắn 11 phụ thuộc vào các lực tương tác [26,116] 11 Hình 1.5 Hình vẽ minh hoạ tính siêu ưa nước của màng TiO 2 anata 11 Hình 1.6 Cơ chế siêu ưa nước của màng TiO 2 anata 12 Hình 1.7 Những hướng ứng dụng của vật liệu nano TiO 2 13 Hình1.8 Gạch ceramic xúc tác quang (a) trong phòng tắm (b) so sánh giữa gạch ốp tường phủ lớp xúc tác quang/siêu ưa nước (A) với gạch ốp tường thông thường (B) 16 Hình1.9 So sánh hiệu ứng siêu ưa nước tự làm sạch của gạch ceramic thường (a) 17 và gạch ceramic xúc tác quang (b) 17 Hình 1.10 Chất bẩn không có lực hút bám trên bề mặt của gạch xúc tác quang và được trôi rửa dễ dàng bởi nước 18 Hình 1.11 Hoạt tính diệt khuẩn của gạch xúc tác quang 19 Hình1.12 Gạch Ceramic Oxygena sắp xếp từ dạng truyền thống tới hiện đại. 20 Hình1.13 Gạch Ceramic Dahlia sử dụng trong bếp và phòng tắm. 20 Hình 1.14 Gạch ốp mái ceramic xúc tác quang. 21 Hình1.15 Đường đi của ánh sáng và sự kích hoạt của TiO 2 22 trong một lớp bề mặt bê tông sử dụng thủy tinh nghiền 22 Hình 1.16 Ngôi nhà Eco-life-type sử dụng xúc tác quang tự làm sạch. 22 Hình 1.17 Hình ảnh ứng dụng vật liệu xúc tác quang trong lĩnh vực vật liệu xây dựng (Nhật Bản). 23 Hình 1.18 Sơ đồ tổng hợp oxit bằng phương pháp sol-gel. 25 Hình 1.19 Sơ đồ barie Schottky trên hệ bán dẫn- kim loại 29 Hình 1.20 Quá trình kích thích quang trên bán dẫn kép CdS-TiO 2 29 Hình 1.21 Sự kích thích và hồi phục trên bán dẫn phủ chất nhạy quang 30 Hình 1.22 Mức năng lượng vùng cấm của vật liệu nano TiO 2 được thu hẹp khi pha tạp các kim loại chuyển tiếp (V, Cr, Mn, Fe) hoặc các phi kim (N, C, S, F) [89]. 31 Hình 2.1 Hình ảnh chế tạo màng bằng nhúng phủ 40 vii Hình 2.2 Máy nén khí có bình chứa 40 Hình 2.3 Chế tạo màng phun phủ trên gạch men 41 Hình 2.4 Sự thiêu kết lớp TiO 2 bề mặt trên chất nền 42 Hình 2.5 Đường phân tích nhiệt TG-DTA của hệ vật liệu TiO 2 pha tạp La, Fe 43 Hình 2.6 Phổ hấp thụ UV-Vis của TiO 2 pha tạp theo nhiệt độ nung 43 Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng nano TiO 2 pha tạp các nguyên tố 47 La, Fe (TiO 2 -(La,Fe)) 47 Hình 2.8 Sơ đồ chế tạo màng nano TiO 2 pha tạp nguyên tố Sn (TiO 2 -Sn) 48 Hình 2.9 Sơ đồ chế tạo màng nano TiO 2 49 Hình 2.10 Sơ đồ chế tạo bột nano TiO 2 -(La,Fe) hoặc TiO 2 -Sn 51 Hình 2.11 Quy trình chế tạo màng TiO 2 pha tạp đồng thời Al, Si phun phủ trên gạch men 52 Hình 2.12 Định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tượng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể 53 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên tắc của kính hiển vi điện tử quét (SEM) 55 Hình 2.14 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 56 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý đo phổ Micro-Raman 58 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên tắc của máy quang phổ 59 Hình 2.17 Đồ thị các đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ theo phân loại IUPAC [39] 61 Hình 2.18 Buồng phản ứng khảo sát tính chất xúc tác quang 63 Hình2.19 Hình ảnh xác định góc thấm ướt θ của giọt nước trên bề mặt vật liệu 64 Hình 2.20 Cấu trúc của TiO 2 loại p (a) và mức acceptor tương ứng (b) 66 Hình 2.21 Cấu trúc của bán dẫn thường TiO 2 (a) và mức tạp tương ứng (b) 67 Hình 3.1 Giản đồ XRD của các mẫu màng TiO 2 ; TiO 2 -xLa; TiO 2 -yFe (x=0,01; 0,025; 0,05, y=0,01; 0,025; 0,05 mol so với Ti 4+ ) và TiO 2 -0,025(La,Fe) 68 Hình 3.2 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu TiO 2 ; TiO 2 -xLa; TiO 2 -yFe (x=0,01; 0,025; 0,05, y=0,01; 0,025; 0,05 mol so với Ti 4+ ) và TiO 2 -0,025(La,Fe) ở các độ phóng đại 200nm 70 Hình 3.3 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) của kính nền (không phủ màng TiO 2 ), kính có phủ màng TiO 2 ; TiO 2 -xLa; TiO 2 -yFe (x=0,01; 0,025; 0,05, y=0,01; 0,025; 0,05 mol so với Ti 4+ ) và TiO 2 -0,025(La,Fe) tương ứng 73 Hình 3.4 Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu màng TiO 2 (a);TiO 2 -0,025Fe(b); TiO 2 -0,025La(c); TiO 2 -0,05La(d); TiO 2 -0,05Fe(e); TiO 2 -0,025(La,Fe)(f) 74 Hình 3.5 Giản đồ XRD của các mẫu màng TiO 2 ; TiO 2 -xSn 75 viii (với x=0,005; 0,01; 0,025; 0,05; 0,1 mol so với Ti 4+ ) 75 Hình 3.6 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu màng TiO 2 -xSn (x=0,005; 0,01; 0,025; 0,05 và 0,1 mol so với Ti 4+ ) ở các độ phóng đại 75000 lần và 20000 lần 77 Hình 3.7 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) của các mẫu màng TiO 2 -xSn 78 (với x=0,005; 0,01; 0,025; 0,05 và 0,1 mol so với Ti 4+ ) 78 Hình 3.8 Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu màng TiO 2 (a); TiO 2 -0,005Sn(b); TiO 2 -0,01Sn(c); TiO 2 -0,025Sn(d); TiO 2 -0,05Sn(e) và TiO 2 -0,1Sn(f) 79 Hình 3.9 Phổ Raman của mẫu màng TiO 2 , TiO 2 , TiO 2 -0,05La, TiO 2 -0,05Fe 80 và TiO 2 -0,025(La,Fe), TiO 2 -0,025Sn 80 Hình 3.10 Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu nano bột chế tạo TiO 2 ; TiO 2 -0,025Sn; 81 TiO 2 -0,05La; TiO 2 -0,05Fe và TiO 2 -0,025(La,Fe) 81 Hình 3.11 Phổ Raman của mẫu nano bột TiO 2 , TiO 2 -0,05La, TiO 2 -0,05Fe 82 và TiO 2 -0,025(La,Fe), TiO 2 -0,025Sn 82 Hình 3.12 Ảnh chụp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của các mẫu nano bột chế tạo TiO 2 và bột TiO 2 -0,025(La,Fe) ở độ phân giải 20nm và 100nm 84 Hình 3.13 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) củacác mẫu vật liệu nano bột chế tạo 85 TiO 2 , TiO2-0,025(La,Fe) và TiO2-0,025Sn 85 Hình 3.14 Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N 2 của các mẫu vật liệu nano bột chế tạo TiO 2 (a); TiO 2 -0,05La(b); TiO 2 -0,05Fe(c); TiO 2 -0,025(La,Fe)(d); TiO 2 - 0,025Sn(e) 86 Hình 3.15 Đồ thị đường phân bố kích thước mao quản của các mẫu vật liệu nano bột chế tạo TiO 2 (a); TiO 2 -0,05La(b); TiO 2 -0,05Fe(c); TiO 2 -0,025(La,Fe)(d); TiO 2 -0,025Sn(e) 86 Hình 3.16 Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu vật liệu nano bột chế tạo TiO 2 (a);TiO 2 - 0,025Sn(b); TiO 2 -0,05La(c); TiO 2 -0,05Fe(d); TiO 2 -0,025(La,Fe)(e) 88 Hình 3.17. Sự phụ thuộc của hiệu suất xúc tác quang phân hủy metylen xanh vào khối lư ợng của mẫu bột chế tạo 89 Hình 3.18 Sự phụ thuộc của hiệu suất xúc tác quang phân hủy metylen xanh vào nồng độ của chất màu metylen xanh trong dung dịch. 90 Hình 3.19 Sự phụ thuộc của hiệu suất xúc tác quang phân hủy metylen xanh vào các loại mẫu nano bột chế tạo và thời gian chiếu sáng đèn compact 40W. 91 Hình 3.20 (a,a’ ; b,b’ ; c,c’, d,d’ ; e,e’; f,f’) Hình ảnh chụp giọt nước nhỏ trên bề mặt các mẫu màng TiO 2 ; TiO 2 -0,05La; TiO 2 -0,05Fe; TiO 2 -0,025(La,Fe); TiO 2 -0,025Sn và kính thường ở hai vị trí mặt chiếu thẳng đứng và mặt cắt ngang 93 Hình 3.21a Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nano bột TiO 2 (aa) 0,5Al-12,5Si-TiO 2 (a0); 5Al-12,5Si-TiO 2 (b0); 12,5Al-12,5Si-TiO 2 (c0) ở nhiệt độ nung 550 o C. 96 [...]... của vật liệu này làm bề mặt phủ thông minh có hiệu ứng siêu ưa nước tự làm sạch trên vật liệu xây dựng: kính, gạch men Đề tài đặt ra cho Luận án là: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu titan dioxit có hoạt 2 tính xúc tác quang trong vùng khả kiến và khả năng ứng dụng trong gốm sứ, thủy tinh được thực hiện với các mục tiêu nghiên cứu khả năng làm nâng cao tính chất quang của vật liệu nano TiO 2 trong vùng ánh... thành công trong việc chế tạo vật liệu và triển khai trong một số ứng dụng nhất định Tuy nhiên các nghiên cứu chưa có tính thống kê và các vật liệu chế tạo chưa thực sự có tính xúc tác quang cao, hiệu quả trong vùng ánh sáng nhìn thấy Một thách thức quan trọng nữa đối với nghiên cứu chất xúc tác quang trên cơ sở TiO2 là tính ổn định và có thể dự đoán hoạt tính quang hóa trong vùng tia cực tím và ánh sáng... gia vào nghiên cứu vật liệu xúc tác quang là làm tăng tính nhạy phổ của xúc tác quang dựa trên cơ sở TiO2 tới miền ánh sáng nhìn thấy, để có thể sử dụng được nguồn năng lượng tự nhiên sẵn có là ánh sáng mặt trời [20-142] Hướng nghiên cứu này đã được nhiều nhóm trên thế giới tập trung nghiên cứu để chế tạo những hệ vật liệu xúc tác quang có hoạt tính cao và bước sóng kích thích nằm trong vùng khả kiến. .. mái ceramic xúc tác quang[ 116] + Ứng dụng xúc tác quang TiO 2 đối với bê tông: Vật liệu xúc tác quang TiO 2 cũng được ứng dụng đối với vật liệu kết cấu bê tông xúc tác quang Có hai nhược điểm liên quan khi lắng đọng lớp (thông thường bề dày 0,3÷1,5cm) của bê tông xúc tác quang bao phủ chất nền, đó là: - Các phản ứng và sự khuếch tán của sản phẩm có thể đưa từ lớp này tới vật liệu nền mà có thể trải... hiệu ứng làm mát của hiện tượng đảo nhiệt và cho xử lý nước, đất Trong báo cáo RILEM TC 194-TDP nêu lên những phần chính trên nguyên tắc của xúc tác quang TiO 2 bao gồm: Ứng dụng xúc tác quang TiO 2 tác dụng kháng khuẩn và tự làm sạch tới vật liệu gạch ceramic, ứng dụng xúc tác quang TiO 2 trên vật liệu xi măng bê tông cho mục đích tự làm sạch, ứng dụng xúc tác quang TiO 2 cho làm sạch không khí và tiêu... cao tính chất xúc tác quang của vật liệu bán dẫn TiO 2 kích thích được ánh sáng trong vùng nhìn thấy 1.4.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu nano TiO2 trong nước Hướng nghiên cứu nhằm làm cải thiện tính chất của vật liệu nano TiO 2 sử dụng được ánh sáng kích thích trong vùng nhìn thấy, đã được một số nhóm nghiên cứu trong nước tiến hành nghiên cứu và đã đạt được một số kết quả nhất định Nhóm nghiên cứu. .. đèn UV trong 2h 116 x MỞ ĐẦU Vật liệu titan dioxit TiO 2 được biết tới là chất xúc tác quang và rất phát triển trong nhiều ứng dụng phản ứng quang Trong số các chất bán dẫn khác nhau được sử dụng thì TiO2 được nghiên cứu nhiều nhất là do hoạt tính phản ứng quang cao của nó, bền vững hóa học, không độc hại, giá thành thấp Hiệu suất xúc tác quang của titan dioxit phụ thuộc mạnh vào các... thiện được hiệu ứng siêu ưa nước của bề mặt vật liệu được kích thích trong vùng ánh sáng nhìn thấy Nội dung nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO 2 được làm nâng cao tính chất quang trong vùng ánh sáng nhìn thấy bằng phương pháp biến tính vật liệu bởi sự pha tạp các nguyên tố kim loại La, Fe, Sn Khảo sát tính chất xúc tác quang phân hủy metylen xanh vủa vật liệu trong vùng ánh sáng... độ tái kết hợp e-, h+ lớn Để TiO2 có hoạt tính xúc tác quang trong vùng ánh sáng nhìn thấy, cần phải làm giảm độ rộng vùng cấm của nó xuống tương ứng với bước sóng ánh sáng vùng nhìn thấy đồng thời hạn chế hiện tượng tái hợp và kéo dài thời gian tồn tại của cặp e-, h+ quang sinh [26,66] Với mục đích làm biến tính vật liệu xúc tác quang TiO 2 để đạt được hiệu quả xúc tác quang cao trong vùng ánh sáng... cao trong vùng ánh sáng nhìn thấy, để tận dụng được nguồn năng lượng có sẵn của mặt trời, các phương pháp biến tính bề mặt hoặc biến tính cấu trúc TiO 2 đã được áp dụng Hướng nghiên cứu này đã được nhiều nhóm trên thế giới đang tập trung nghiên cứu để chế tạo ra những hệ vật liệu xúc tác quang hóa có hoạt tính cao và bước sóng kích hoạt nằm trong vùng khả kiến Có nhiều phương pháp khác nhau như: giảm . khả kiến và khả năng ứng dụng trong gốm sứ, thủy tinh được thực hiện với các mục tiêu nghiên cứu khả năng làm nâng cao tính chất quang của vật liệu nano TiO 2 trong vùng ánh sáng khả kiến và. hiệu ứng siêu ưa nước tự làm sạch trên vật liệu xây dựng: kính, gạch men. Đề tài đặt ra cho Luận án là: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu titan dioxit có hoạt 3 tính xúc tác quang trong vùng khả. cơ sở tổng quan về việc làm cải thiện tính chất xúc tác quang của vật liệu TiO 2 kích thích trong vùng ánh sáng nhìn thấy và khả năng ứng dụng của vật liệu này làm bề mặt phủ thông minh có hiệu