Nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác trên cơ sở tio2 và vật liệu khung cơ kim đồng (II)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ====== KIỀU XUÂN HẬU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ TiO2 VÀ VẬT LIỆU KHUNG CƠ KIM ĐỒNG (II) BENZENE -1,3,5- TRICARBOXYLATE (CuBTC) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS NGÔ THỊ HỒNG LÊ HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS.Ngô Thị Hồng Lê – ngƣời định hƣớng, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Cô dạy cho em kiến thức kĩ việc nghiên cứu khoa học Em xin cảm ơn ThS Phùng Thị Thu tận tình hƣớng dẫn, bảo cho em kiến thức lý thuyết thực nghiệm quý giá, giúp đỡ, động viên để em hoàn thành khóa luận Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới TS Đỗ Hùng Mạnh,ThS Đào Thị Hòa, ThS Lê Thị Hồng Phong, CN Tạ Ngọc Bách toàn thể cán Phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn, Viện Khoa học Vật liệu, quan tâm, giúp đỡ em từ ngày đầu làm khóa luận, giúp em thực phép đo có nhiều ý kiến đóng góp vào kết khóa luận Cũng xin đƣợc cảm ơn Phòng Quang hóa điện tử, TS.Nguyễn Thanh Hƣờng, TS.Trần Thu Hƣơng giúp đỡ em nhiều việc hoàn thành khóa luận Em xin đƣợc cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, ân cần bảo nhiệt tình giảng dạy thầy cô khoa Hóa Học, trƣờng Đại học Sƣ Phạm Hà Nội Những kiến thức mà thầy cô truyền đạt tảng vững cho chúng em trình học tập nhƣ sau trƣờng Và cuối cùng, để có đƣợc kết nhƣ ngày hôm nay, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn lòng biết ơn đến ngƣời thân MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu TiO2 1.1.1 Cấu trúc vật liệu TiO2 [32] 1.1.2 Tính chất vật liệu TiO2 1.1.2.1 Tính chất vật lý TiO2 1.1.2.2 Tính chất hóa học 1.1.3 Cơ chế quang xúc tác TiO2 1.1.3.1 Khái niệm phản ứng quang xúc tác 1.1.3.2 Cơ chế điều kiện phản ứng quang xúc tác dị thể 1.1.3.3 Cơ chế quang xúc tác TiO2 1.1.4 Hạn chế ứng dụng tính quang xúc tác TiO2 10 1.1.5 Biện pháp làm tăng khả quang xúc tác 11 1.1.6 Ứng dụng chất xúc tác quang TiO2 12 1.2 Vật liệu khung kim 13 1.2.1 Giới thiệu 13 1.2.2 Đặc điểm vật liệu MOF 14 1.2.3 Tính chất vật liệu 15 1.2.4 Tiềm ứng dụng MOF 16 1.2.4.1 MOF làm vật liệu xúc tác 16 1.2.4.2 MOF làm vật liệu lƣu trữ, tách lọc khí 17 1.2.4.3 MOF làm vật liệu quang xúc tác 17 1.2.5 Vật liệu MOF CuBTC 18 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21 2.1 Hóa chất thiết bị thí nghiệm 21 2.1.1 Hóa chất 21 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 21 2.2 Phƣơng pháp thí nghiệm 21 2.3 Quy trình thí nghiệm 22 2.3.1 Chế tạo mẫu CuBTC 22 2.3.2 Chế tạo CuBTC@TiO2 23 2.3.3 Thực phản ứng quang xúc tác 24 2.4 Các phép đo 25 2.4.1 Phép đo nhiễu xạ tia X (X-Ray) 25 2.4.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.4.3 Phép đo phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA-thermal gravimetric analysis) 27 2.4.4 Phép đo diện tích bề mặt BET 28 2.4.5 Phép đo phổ hấp thụ UV-vis 29 2.4.6 Phép đo hoạt tính quang xúc tác 30 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Phân tích kết tổng hợp vật liệu CuBTC CuBTC@TiO2 31 3.1.1 Thiết kế quy trình tổng hợp vật liệu quang xúc tác 31 3.1.2 Cấu trúc hình thái học vật liệu 32 3.2 Hoạt tính quang xúc tác 40 3.2.1 Phƣơng pháp đo đạc hiệu ứng quang xúc tác 40 3.2.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ tổng hợp vật liệu lên hoạt tính quang xúc tác 41 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Hình 1.1 Các dạng thù hình khác TiO2: (A) anatase (B) rutile (C)brookite Hình 1.2: Cấu trúc hình khối bát diện TiO2 Hình 1.3: Cơ chế quang xúc tác TiO2 10 Hình 1.4: Biểu đồ thể số lƣợng báo liên quan đến MOF đƣợc 14 xuất hàng năm 14 Hình 1.5: Ví dụ đơn vị xây dựng thứ cấp SBUs 15 Hình 1.6: Đồ thị miêu tả diện tích bề mặt riêng vật liệu 16 H nh : Cấu trúc tinh thể MOF-5 hợp chất chứa lƣu hu nh (thioanisole) cần phân hủy chứa bên Cơ chế quang xúc tác đƣợc đề xuất cho MOF-5 nano, với S trạng thái khuyết tật defect state 18 Hình 1.8: Cấu trúc hai chiều (a) (b) mô hình cấu trúc lỗ trống CuBTC 19 Hình 2.1: Cấu tạo thiết bị quan sát nhiễu xạ tia X 26 Hình 3.1: Sơ đồ thiết kế tổng hợp vật liệu CuBTC@TiO2 31 Hình 3.2:Ảnh FE-SEM mẫu CuBTC-M0, CuBTC-M1, CuBTC-M2 đƣợc chế tạo phƣơng pháp không thủy nhiệt nhiệt độ lần lƣợt 60oC, 33oC 25oC (nhiệt độ phòng) 32 Hình 3.3:Ảnh FE-SEM CuBTC-M3 đƣợc chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt 110oC 33 Hình 3.4: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu CuBTC 34 Hình 3.5: Giản đồ nhiễu xạ Xray mẫu CuBTC-M2, CuBTC@TiO2 đƣợc chế tạo từ CuBTC không thủy nhiệt nhiệt độ khác 35 Hình 3.6:Ảnh FE-SEM CuBTC@TiO2-M1 đƣợc chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt 110oC 36 Hình 3.7:Ảnh FE-SEM CuBTC@TiO2-M2 đƣợc chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt 90oC 36 Hình 3.8: Giản đồ Xray mẫu CuBTC@TiO2 đƣợc chế tạo từ CuBTC thủy nhiệt nhiệt độ khác 37 Hình 3.9:Ảnh FE-SEM mẫu CuBTC@TiO2-M3, CuBTC@TiO2-M4, CuBTC@TiO2-M5 đƣợc chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt nhiệt độ lần lƣợt 110oC, 90oC 38 Hình 3.10: Giản đồ đo phân tích nhiệt TG CuBTC 39 Hình 3.11: Công thức cấu tạo xanh metylen 40 Hình 3.12: Phổ hấp thụ điển hình xanh metylen 40 Hình 3.13: Phổ truyền qua bình phản ứng quang xúc tác thủy tinh DURAN 41 Hình 3.14: Phổ hấp thụ xanh metylen sau thực phản ứng quang xúc tác mẫu CuBTC@TiO2-M1, CuBTC@TiO2-M2, P25 43 Hình 3.15: Phổ hấp thụ xanh metylen sau thực phản ứng quang xúc tác mẫu CuBTC@TiO2-M3, CuBTC@TiO2-M4, CuBTC@TiO2-M5, P25 44 Hình 3.16: Phổ hấp thụ xanh metylen với chất quang xúc tác CuBTC@TiO2 trƣờng hợp CuBTC chế tạo phƣơng pháp không thủy nhiệt thủy nhiệt 45 Bảng : Quy trình thu mẫu Cu TC@TiO2 24 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BET Brunauer, Emnet Teller DMF N,N-dimethylformamide H3BTC 1,3,5 – Benzene Tricarboxylic Acid H2BDC 1,4-Benzene Dicarboxylic Acid MB Methylene Blue MOF Metal-organic framework SBU Secondary uilding Units, đơn vị xây dựng thứ cấp SEM Scanning electron microcospy TGA Thermal gravimetric analysis MỞ ĐẦU Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng thách thức hàng đầu quốc gia giới Sự phát triển nghành công nghiệp, trình đô thị hóa làm cho môi trƣờng bị ô nhiễm nghiêm trọng Do vậy, việc xử lí ô nhiễm môi trƣờng vấn đề cấp bách đƣợc quốc gia quan tâm TiO2 vật liệu đƣợc nghiên cứu phổ biến ngày nhận đƣợc quan tâm nhiều nhà khoa học ứng dụng rộng rãi lĩnh vực: làm chất độn cao su, nhựa, giấy, sợi vải, làm chất màu cho sơn, men đồ gốm, sứ [11] Gần đây, bột TiO2 tinh thể kích thƣớc nano dạng thù hình rutile, anatase, brookite đƣợc nghiên cứu ứng dụng vào lĩnh vực quang xúc tác phân hủy chất hữu xử lí môi trƣờng, chế tạo sơn tự làm sạch, diệt vi khuẩn, virut [16,23] Với hoạt tính quang xúc tác cao, cấu trúc bền không độc vật liệu TiO2 đƣợc cho vật liệu triển vọng để giải nhiều vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng.Tuy nhiên, TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn 3.2 eV TiO2 anatase 3.05 pha rutile nên ánh sáng tử ngoại với bƣớc sóng < 380nm kích thích đƣợc điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn gây tƣợng quang xúc tác Điều làm hạn chế khả quang xúc tác titan đioxit, thu hẹp phạm vi ứng dụng vật liệu o đó, mục đích cải tiến hiệu suất trình quang xúc tác TiO2 làm tăng hoạt tính xúc tác cách dịch chuyển độ rộng vùng cấm từ UV tới vùng khả kiến Để làm đƣợc điều nhà khoa học tiến hành biến tính vật liệu TiO2 cách kết hợp với kim loại Cu, Fe, Ag, Au vào mạng lƣới tinh thể TiO2, giảm kích thƣớc hạt TiO2 nhỏ 15 nm ….Vật liệu khung lai kim loại hữu có hoạt tính xúc tác cao Một điểm đặc biệt vật liệu khung kim, xuất phát từ cấu trúc khung rỗng, tạo đƣợc phân tử TiO2 hình thành bên khung, kích thƣớc hạt TiO2 giảm xuống cỡ nanomét có tính chất quang xúc tác cao vùng ánh sáng khả kiến Vì vậy, đề xuất đề tài: “Nghiên cứuchế tạo vật liệu quang xúc tác sở TiO2 vật liệu khung kim đồng (II) benzene-1,3,5-tricarboxylate (CuBTC)” Mục đích nghiên cứu: - Chế tạo vật liệu quang xúc tác sở TiO2 vật liệu khung kim đồng (II) benzen-1,3,5-tricarboxylate (CuBTC) phƣơng pháp thủy nhiệt phƣơng pháp không thủy nhiệt - Nghiên cứu điều kiện công nghệ nhƣ nhiệt độ thời gian ủ lên cấu trúc hình thái học khả quang xúc tác vật liệu sở TiO2 vật liệu khung kim đồng (II) benzen-1,3,5-tricarboxylate (CuBTC) Phƣơng pháp nghiên cứu: Khóa luận đƣợc nghiên cứu phƣơng pháp thực nghiệm, kết hợp với phân tích số liệu dựa mô hình lý thuyết kết thực nghiệm đƣợc công bố Các mẫu sử dụng luận văn đƣợc chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt không thủy nhiệt Cấu trúc, hình thái học thành phần cấu tạo mẫu đƣợc kiểm tra phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét ( SEM) ), phân tích nhiệt TG , đo diện tích bề mặt riêng BET.Tính chất quang xúc tác đƣợc đƣợc đánh giá qua khả phân hủy Xanh metylen dƣới ánh sáng đèn Xe với mật độ công suất 100 mW/cm2 Bố cục khóa luận: Khóa luận đƣợc trình bày ba chƣơng:  Chƣơng : Tổng quan Giới thiệu phản ứng quang xúc tác, giới thiệu vật liệu TiO2 giới thiệu đặc điểm tính chất vật liệu khung lai kim loại – hữu  Chƣơng 2: Thực nghiệm Trình bày phƣơng pháp kỹ thuật dùng để chế tạo khảo sát đặc điểm, tính chất, cấu trúc hình học vật liệu quang xúc tác sở TiO2 vật liệu khung kim  Chƣơng 3: Kết thảo luận Phân tích, đánh giá kết thu đƣợc từ phép đo X-ray, SEM, UV-vis, đo diện tích bề mặt ET, đo phân tích nhiệt TGA Từ đó, rút kết luận đánh giá khả thành công việc chế tạo vật liệu quang xúc tác Cuối cùng, kết luận tài liệu tham khảo CuBTC@TiO2-M5 ạng hình học chúng không khối bát diện mà thay đổi nhiều Mẫu CuBTC@TiO2-M3 mẫu đƣợc làm thủy nhiệt 110oC đƣợc rửa phƣơng pháp ly tâm Hình dạng vật liệu khối nát vụn có rải rác cấu trúc dạng CuBTC@TiO2-M4 mẫu đƣợc làm thủy nhiệt 90oC đƣợc rửa phƣơng pháp lọc rửa, mẫu có dạng giống nhƣ dạng Hình dạng vật liệu khối nát vụn có rải rác cấu trúc dạng nhƣng không rõ nét CuBTC@TiO2-M5 mẫu thủy nhiệt 90oC đƣợc rửa phƣơng pháp ly tâm, tinh thể tách rời hình thành khối tinh thể tƣơng đối hoàn hảo.Từ phân tích ta thấy hình thái học mẫu phụ thuộc lớn vào phƣơng pháp rửa mẫu Hình 3.9:Ảnh FE-SEM mẫu CuBTC@TiO2-M3, CuBTC@TiO2-M4, CuBTC@TiO2-M chế tạo phương pháp thủy nhiệt nhiệt độ l n lượt 110oC, 90oC 38 Trong đó, từ giản đồ phân tích nhiệt TGA CuBTC cho thấy vật liệu bền đến nhiệt độ cỡ 340oC: khối lƣợng bị giảm giai đoạn đầu 0.987 mg tƣơng ứng với 30.892% lƣợng nƣớc dung môi bị hấp phụ bên khung, giai đoạn khối lƣợng giảm thêm 42% Nhƣ vậy, cấu trúc khung bị phá vỡ từ 344oC trở cấu trúc khung bị phá vỡ hoàn toàn Do vậy, khung không bị phá hủy 90oC, 110oC Việc phá vỡ cấu trúc trật tự khung MOF nhiệt độ điều kiện phản ứng thủy nhiệt) đƣợc giải thích hình thành TiO2 khung gia tăng mức độ lỏng lẻo cấu trúc khung theo nhiệt độ gây DrTGA mg/min TGA % DTA uV 0.00 58.29 x10 C 1400.00 W eight Loss 100.00 -0.987 x10 mg -30.892 x10 % 1200.00 333.47 x10 C 1000.00 -1.342 0x10 mg W eight Loss 800.00 -42.003 x10 % 50.00 W eight Loss -0.066 x10 mg 600.00 -2.066 0x10 % DTA TGA DrTGA 400.00 344.68 x10 C 0.00 200.00 -10.00 0.00 0.00 20.00 File Name: Detector: A cquisition Date S ample W eight: A nnotation: 40.00 Time [min] MOF Cu.tad DTG-60H 13/03/18 3.195[mg] 60.00 [Temp P rogram] Temp Rate Hold Temp [C/min ] [ C ] 10.00 25.0 10.00 800.0 80.00 Hold Time [ ] 45 Hình 3.10: Giản đồ đo ph n tích nhiệt TG Cu TC Nhằm xác định sơ độ xốp vật liệu, tiến hành đo diện tích bề mặt riêng phƣơng pháp runauer-Emmet-Teller (BET hấp phụ khí N2 77K Kết Cu TC-M3 chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt có diện tích bề mặt riêng lớn ~1350 m2/gam, với CuBTC@TiO2-M5 diện tích bề mặt riêng đạt 120 m2/gam Nhƣ có mặt TiO2 khung làm giảm đáng kể diện tích bề mặt riêng khung 39 3.2 Hoạt tính quang xúc tác 3.2 Phƣơng pháp đo đạc hiệu ứng quang xúc tác Trong khóa luận này, để đánh giá hoạt tính quang xúc tác vật liệu chế tạo đƣợc, sử dụng chất màu xanh metylen Xanh metylen (MBmethylene blue) hợp chất thơm dị vòng với công thức phân tử C16H18N3SCl Nó có nhiều công dụng loạt lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn nhƣ sinh học hóa học Cực đại hấp thụ xanh metylen quanh bƣớc sóng 665 nm Hình 3.11: Công thức cấu tạo xanh metylen Đây loại chất màu hay đƣợc sử dụng thực tế, bền vững khả phân hủy loại bỏ chúng làm môi trƣờng nƣớc tƣơng đối khó Trong thí nghiệm này, dƣới tác nhân quang xúc tác MB bị phân hủy, mức độ phân hủy (sự suy giảm nồng độ M đƣợc thể qua mầu MB đƣợc khảo sát phép đo phổ hấp thụ Hình 3.12: Phổ hấp thụ điển hình xanh metylen 40 Nhƣ trình bày chƣơng thực nghiệm, nguồn chiếu đèn đƣợc sử dụng loại đèn Xenon Oriel solaismulator 1A có phổ phát xạ giống phổ phát xạ ánh sáng mặt trời gồm vùng tử ngoại khả kiến Phản ứng quang xúc tác phá vỡ cấu trúc phân tử gây mầu chất mầu hữu Chúng sử dụng bình phản ứng thủy tinh Boro-Silicate suốt (hiệu DURAN) chứa dung dịch chất màu vật liệu quang xúc tác, thủy tinh loại đƣợc dùng nhằm mục đích loại bỏ bƣớc sóng UV ngắn hơm 300 nm Hình 3.13) kính lọc thích hợp đƣợc sử dụng nhằm loại bỏ hoàn toàn UV phép đo quang xúc tác vùng khả kiến Để đảm bảo đồng dung dịch chứa chất màu vật liệu quang xúc tác trình phản ứng, sử dụng hệ khuấy từ Hình 3.13: Phổ truyền qua bình phản ứng quang xúc tác thủy tinh DURAN 3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ tổng hợp vật liệu lên hoạt tính quang xúc tác Trƣớc kết hợp TiO2 với Cu TC, quan tâm đến hoạt tính quang xúc tác Cu TC Vì nhƣ nói phần vật khung có diện tích bề mặt riêng tƣơng đối lớn, thể tích lỗ trống cao với độ hấp phụ lớn 41 đƣợc chứng minh nhiều tài liệu công bố) nói tính chất hấp phụ lấn át tính chất quang xúc tác vật liệu Tuy nhiên, qua nhiều thí nghiệm, thấy rằng, điều kiện môi trƣờng bình thƣờng, cho CuBTC vào xanh metylen vật liệu gần nhƣ khả hấp phụ lỗ trống vật liệu chứa phân tử dung môi hấp phụ nƣớc môi trƣờng Nhƣng sấy nhiệt độ cao 100 lại hấp phụ nhanh xanh metylen o vậy, sử dụng Cu TC nhiệt độ thƣờng để đánh giá hoạt tính quang xúc tác vật liệu Tôi kết hợp CuBTCvới TiO2 (một vật liệu đƣợc sử dụng nhiều quang xúc tác Thông thƣờng, ngƣời ta thƣờng doping chất khác vào TiO2 để làm giảm độ rộng vùng cấm Ở đây, thay pha tạp CuBTC vào bên cấu trúc TiO2 sử dụng CuBTC làm TiO2 phát triển bên khung Kết thu đƣợc tốt, hoạt tính quang xúc tác tăng nhiều so với vật liệu quang xúc tác thƣơng mại TiO2 P25 Degusa Đối với vật liệu quang xúc tác CuBTC@TiO2 đƣợc chế tạo nhiệt độ 110oC, 90oC phƣơng pháp thủy nhiệt phƣơng pháp thu mẫu lọc rửa 42 Hình 3.14: Phổ hấp thụ xanh metylen sau thực phản ứng quang xúc tác mẫu CuBTC@TiO2-M1, CuBTC@TiO2-M2, P25 Từ hình 3.14, ta thấy rằng, khoảng thời gian ngắn 35 phút, mẫu CuBTC@TiO2-M1, CuBTC@TiO2-M2 có tỉ lệ chất màu xanh metylen bị phân hủy 70% Đặc biệt, phút đầu tốc độ chất màu bị phân hủy tƣơng đối nhiều lần lƣợt 71,78%, 71,73% Trong phút, 15 phút tốc độ phân hủy xanh metylen giảm so với phút đầu Điều thể qua giảm cƣờng độ đỉnh hấp thụ xanh metylen thời gian khác Sự giảm tốc độ phân hủy hao hụt lƣợng chất quang xúc tác trình chiều sáng tiến hành lấy dịch chu kì định Ta thấy thay đổi nhiệt độ chế tạo CuBTC 25oC 33oC không ảnh hƣởng đáng kể lên tính chất quang xúc tác sản phẩm cuối Từ hình 3.15 ta thấy rằng, phút đầu tốc độ chất màu bị phân hủy tƣơng đối nhiều với 41,5%, 61,5%, 46% tƣơng ứng với CuBTC@TiO2-M3, CuBTC@TiO2-M4, CuBTC@TiO2-M5 Trong phút, 15 phút tốc độ phân hủy xanh metylen giảm so với phút đầu Điều thể qua giảm cƣờng độ đỉnh hấp thụ xanh metylen thời gian khác 43 Hình 3.15: Phổ hấp thụ xanh metylen sau thực phản ứng quang xúc tác mẫu CuBTC@TiO2-M3, CuBTC@TiO2-M4, CuBTC@TiO2-M5, P25 Vậy mẫu CuBTC@TiO2-M4 đƣợc rửa phƣơng pháp lọc rửa có hoạt tính quang xúc tác cao mẫu rửa phƣơng pháp ly tâm Điều chứng tỏ trình sấy sau lọc rửa quan trọng cần phải khảo sát thêm Để đánh giá độ mạnh yếu hoạt tính quang xúc tác vật liệu so với vật liệu truyền thống, tiến hành thí nghiệm so sánh với loại vật liệu điển hình P25-Degussa (hình 3.14, 3.15) Kết đo đạc cho thấy P25 vật liệu quang xúc tác tƣơng đối mạnh, phân hủy đến 90% xanh metylen khoảng thời gian 35 phút.Tuy nhiên, khoảng 10 phút đầu tiên, P25 phân hủy đƣợc 28,7% chất màu trong phút CuBTC@TiO2 có khả phân hủy 44 đến từ 41,5%-71,78% lƣợng chất màu Một điều đáng quan tâm lƣợng TiO2 có CuBTC@TiO2 chắn so với P25 sử dụng khối lƣợng nhƣ 0.075 gam cho phản ứng quang xúc tác Nhƣ phân tích trên, giữ nguyên nồng độ, tỉ lệ hóa chất tham gia phản ứng khác công nghệ chế tạo CuBTC, mẫu CuBTC@TiO2M1, CuBTC@TiO2-M2 chế tạo CuBTC không thủy nhiệt có hoạt tính cao hẳn sovới mẫu CuBTC@TiO2-M3,CuBTC@TiO2-M4, CuBTC@TiO2-M5 đƣợc chế tạo CuBTC thủy nhiệt Bên cạnh mẫu CuBTC@TiO2 chế tạo CuBTC thủy nhiệt bị hấp phụ chất màu bóng tối nhiều so với CuBTC@TiO2 chế tạo CuBTC không thủy nhiệt Đây nguyên nhân làm giảm hoạt tính quang xúc tác vật liệu CuBTC@TiO2 chế tạo CuBTC thủy nhiệt Ví dụ, ta so sánh hai mẫu CuBTC@TiO2-M2, CuBTC@TiO2M5, hiệu suất quang xúc tác giảm dần theo thời gian Tuy nhiên, phút đầu CuBTC@TiO2-M2 giảm 71,73%, phút thứ phân hủy xanh metylen giảm 15% so với phút thứ 2, mẫu CuBTC@TiO2-M5 giảm 46% phút giảm 47% so với phút đầu, từ phút 15-35p tốc độ phân hủy xanh metylengiảm không đáng kể Hình 3.16: Phổ hấp thụ xanh metylen v i chất quang xúc tác CuBTC@TiO2 trường hợp CuBTC chế tạo phương pháp hông thủy nhiệt thủy nhiệt 45 Nhƣ vậy, hiệu ứng quang phân hủy MB mạnh CuBTC@TiO2 nhƣ đƣợc giải thích yếu tố sau: (i) Một phần TiO2 vật liệu có kích thƣớc nhỏ khoảng [...]... loại vật liệu này thậm chí còn cao hơn cả vật liệu thƣơng mại nổi tiếng TiO2 egussa P25 Một số các nghiên cứu khác cũng đã cho thấy, khả năng quang xúc tác mạnh ở vật liệu MOF-5, là vật liệu khung cơ- kim điển hình hình 1.7) Vật liệu quang xúc 17 tác còn đƣợc chế tạo bằng cách sử dụng MOF làm mạng chủ host matrix chứa các nano kim loại, oxide kim loại nhƣ: Au, ZnO, TiO2 có hoạt tính quang xúc tác (Au@MOF-5,... và hữu cơ đƣợc hình thành và đƣợc biết đến là vật liệu khung cơ – kim Nhƣ vậy, đây là một loại vật liệu mới, với nhiều đặc tính hấp dẫn nhƣ: diện tích bề mặt riêng lớn, bền, khả năng hấp phụ lớn và có cấu trúc trật tự cao [26] 13 Về vật liệu quang xúc tác đang đƣợc nhiều quốc gia trên thế giới đầu tƣ nghiên cứu) , nhiều nghiên cứu cho thấy vật liệu MOF có hoạt tính quang xúc tác cao hơn vật liệu truyền... tiến trên thế giới 1.2.4.3 MOF làm vật liệu quang xúc tác Các chất quang xúc tác rắn truyền thống thƣờng là các chất bán dẫn dạng nano oxide hoặc sulfide kim loại nhƣ TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS và Fe2O3, tuy nhiên xu hƣớng hiện nay là tìm kiếm các vật liệu quang xúc tác mới có tính năng vƣợt trội nhƣ các vật liệu lai với các ligand hữu cơ carboxylic Một số nghiên cứu đã cho thấy hoạt tính quang xúc tác. .. nano TiO2 hấp thụ ánh sáng và nhƣ vậy chúng đƣợc làm sạch khỏi màng sơn 1.2 Vật liệu khung cơ kim 1.2 Giới thiệu Trong nhiều thập kỉ qua các nghiên cứu đã chỉ ra, vật liệu xốp đƣợc ứng dụng rộng rãi trong quá trình lƣu giữ khí, hấp phụ, tách, xúc tác, dự trữ và phân phối thuốc và làm khuôn để chế tạo các loại vật liệu thấp chiều Các vật liệu xốp truyền thống thƣờng đƣợc nghiên cứu hoặc là vô cơ hoặc... Sr TiO2 phản ứng với oxit kim loại 1200 C1300 C TiO2  MO   MTiO3 o o Với M: Pb, Mn, Fe, Co 1.1.3 .Cơ chế quang xúc tác của TiO2 1.1.3.1 Khái niệm phản ứng quang xúc tác Quang xúc tác là thuật ngữ chung để chỉ hai giai đoạn quang hóa học và xúc tác bao gồm những quá trình tận dụng ánh sáng và xúc tác để khơi màu phản ứng Ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy... của MOF trong xúc tác đang đƣợc đề xuất hiện nay nhƣ: gói các chất xúc tác trong khung phân tử; kết hợp quá trình xúc tác và phân chia hóa học, đƣa các tâm kim loại xúc tác vào khung bằng quá trình sau tổng hợp (postsynthesis), xúc tác với độ chọn lọc sàng phân tử Hƣớng nghiên cứu 16 về ứng dụng xúc tác của MOF hiện nay và trong tƣơng lai đang tập trung vào việc làm sáng tỏ liệu các tâm kim loại, các... Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng Tại giai đoạn 3, phản ứng xúc tác quang hoá khác phản ứng xúc tác truyền thống ở cách hoạt hoá xúc tác Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác đƣợc hoạt hoá bởi năng lƣợng nhiệt còn trong phản ứng xúc tác quang hoá, xúc tác đƣợc hoạt hoá bởi sự hấp thụ quang năng ánh sáng 8 Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang - Có hoạt tính quang hoá - Có năng... Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể Quá trình xúc tác quang dị thể có thể đƣợc tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng Cũng giống nhƣ các quá trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang dị thể đƣợc chia thành 6 giai đoạn nhƣ sau [1, 7]: (1)- Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt xúc tác (2)- Các chất tham gia phản ứng đƣợc hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác (3)- Vật liệu. .. hữu cơ. Trong đó, vật liệu hữu cơ xốp phổ biến là các bon hoạt tính, chúng có diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp thụ cao, tuy nhiên chúng lại không có cấu trúc trật tự.Trong khi đó, các vật liệu vô cơ xốp lại có cấu trúc trật tự cao nhƣ zeolites , nhƣng khung của chúng lại dễ dàng bị sụp đổ và không đa dạng Vì vậy, để kết hợp các tính chất tốt của vật liệu xốp hữu cơ và vô cơ, vật liệu lai vô cơ và. .. sẽ tạo ra 7 cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao đổi electron giữa các chất bị hấp thụ thông qua cầu nối là chất bán dẫn Nhƣ vậy, chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng quang hóa Một trong những chất xúc tác đƣợc nghiên cứu nhiều nhất là titan oxide, chất đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các hệ thống xúc tác quang hóa trong nhà và ngoài trời [1,7] 1.1.3.2 Cơ chế và điều kiện của phản ứng quang xúc tác ... tài: Nghiên cứuchế tạo vật liệu quang xúc tác sở TiO2 vật liệu khung kim đồng (II) benzene-1,3,5-tricarboxylate (CuBTC)” Mục đích nghiên cứu: - Chế tạo vật liệu quang xúc tác sở TiO2 vật liệu khung. .. niệm phản ứng quang xúc tác 1.1.3.2 Cơ chế điều kiện phản ứng quang xúc tác dị thể 1.1.3.3 Cơ chế quang xúc tác TiO2 1.1.4 Hạn chế ứng dụng tính quang xúc tác TiO2 10 1.1.5... tiếng TiO2 egussa P25 Một số nghiên cứu khác cho thấy, khả quang xúc tác mạnh vật liệu MOF-5, vật liệu khung cơ- kim điển hình hình 1.7) Vật liệu quang xúc 17 tác đƣợc chế tạo cách sử dụng MOF làm