Nghiên cứu hoạt tính quang hóa của xúc tác mới không trên cơ sở nano tio2 (bạc photphat và vanađat)

Một trong những phương pháp triển vọng gần đây thường được áp dụng để xử lý nước thải là quá trình xúc tác quang hóa sử dụng chất xúc tác bán dẫn TiO2, ZnO… như là chất oxi hóa khử để ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

HÀ NỘI – 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ ANH TUẤN

HÀ NỘI – 2013

2 LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Anh Tuấn đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành khóa luận

Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo ThS Nguyễn Văn Quang và các thầy cô giáo trong Tổ Vô Cơ – Đại cương đã giúp đỡ em hoàn thành tốt khóa luận

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô, anh chị trong phòng Hóa lý bề mặt – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành khóa luận

Cuối cùng em xin trân trọng cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này

Vì kiến thức có hạn và một số điều kiện kiện khách quan khóa luận tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được

sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô và các bạn để em hoàn thiện hơn đề tài của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20/05/2013

Sinh viên

Kiều Thị Hải

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Bảng tổng hợp các mẫu bạc vanađat ở các điều kiện khác

nhau (pH, tỷ lệ nguyên tử Ag/V, phương pháp tổng hợp)

Bảng 2 Thành phần nguyên tố của các mẫu nano Ag3PO4

Hình 1.2 Thiết bị siêu âm

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp Ag3PO4

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát tổng hợp bạc vanađat

Hình 2.3 Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể

Hình 2.4 Các bước chuyển dịch năng lượng

Hình 2.5 Sơ đồ phương pháp FE- SEM

Hình 3.1 Phổ XRD của Ag3PO4

Hình 3.2 Phổ XRD của AgVO3 các mẫu 1, 5, 6

Hình 3.3 Phổ XRD của AgVO3 các mẫu 2, 3, 4

Hình 3.4 Ảnh FE – SEM (A) và TEM (B) của Ag3PO4

Hình 3.5 Ảnh TEM của các mẫu S2 (A) và mẫu S1 (B)

Hình 3.6 Ảnh TEM của các mẫu S5 (C) và mẫu S6 (D)

Hình 3.7 Phổ UV – Vis của các mẫu hạt nano TiO2 và Ag3PO4

Hình 3.8 Phổ UV – Vis của các mẫu hạt nano TiO2 và các mẫu S2, S3, S5, S6 của nano bạc vanađat

Hình 3.9 Sự biến đổi của MB trên các nano TiO2 và hạt nano

Ag3PO4 theo thời gian và tỷ lệ C/C0

Hình 3.10 Phổ UV – Vis của sự biến đổi MB với hạt nano Ag3PO4

Hình 3.11 Sự biến đổi của MB trên các mẫu bạc vanađat tổng hợp ở

các điều kiện khác nhau theo thời gian và tỷ lệ C/C0

Hình 3.12 Sự bến đổi của MB trên các mẫu bạc vanađat tổng hợp

tại các giá trị pH khác nhau (S2: pH = 7, S3: pH = 6 và S4: pH = 9) theo thời gian và tỷ lệ C/C0

Hình 3.13 Sự biến đổi của MB trên các mẫu bạc vanađat tổng hợp ở

các tỷ lệ nguyên tử Ag/V khác nhau (S2: Ag/V 1:1, S5: Ag/V 2:1 và S6: Ag/V 3:1) theo thời gian và tỷ lệ C/C0

Hình 3.14 Sự biến đổi của MB trên nano TiO2 và mẫu S6 theo thời gian và tỷ lệ C/C0

Hình 3.15 Phổ UV – Vis của sự biến đổi MB với nano bạc vanađat

(S6)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Nội dung đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 GIỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC QUANG HÓA 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Cơ chế hoạt động của xúc tác quang dị thể 4

1.1.3 Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang hóa 4

1.2 Phân loại chất xúc tác quang hóa 6

1.2.1 Xúc tác quang hóa trên cơ sở nano TiO2 6

1.2.2 Xúc tác quang hóa mới không trên cơ sở nano TiO2 (gồm bạc photphat và bạc vanađat) 7

1.3 Phương pháp tổng hợp 8

1.3.1 Giới thiệu về thiết bị và công dụng trong việc tổng hợp xúc tác 8

1.3.2 Phương pháp tổng hợp 10

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc của chất xúc tác quang không dựa trên nền nano TiO2 trong quá trình tổng hợp 11

1.4.1 Ảnh hưởng của pH 11

1.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên tử Ag/V 11

1.4.3 Ảnh hưởng của điều kiện tiến hành 12

1.5 Ứng dụng của chất xúc tác quang hóa mới không trên cơ sở nano TiO 2 12

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 14

2.1 CÁC QUY TRÌNH TỔNG HỢP CHẤT XÚC TÁC QUANG MỚI 14

2.1.1 Cách tổng hợp Ag3PO4 14

2.1.2 Tổng hợp bạc vanađat 14

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (Powder X – ray Diffraction – XRD) 16

2.2.2 Phương pháp phổ khếch tán phản xạ ánh sáng nhìn thấy (Utraviolet – Visible spectro UV – Vis) 18

2.2.3 Phương pháp hiển vị điện tử quét FE – SEM 20

2.2.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) 20

2.2.5 Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy TEM) 21

2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH QUANG 22

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC 23

3.1.1 Phổ EDX của mẫu Ag3PO4 23

3.1.2 Phổ EDX của các mẫu bạc vanađat 24

3.2 ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC 25

3.2.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 25

3.2.2 Phương pháp FE – SEM 29

3.2.3 Phương pháp TEM 29

3.2.4 Phổ UV – Vis 31

3.3 KHẢ NĂNG QUANG HÓA 32

3.3.1 Khả năng quang hóa của Ag3PO4 32

3.3.2 Khả năng quang hóa của các mẫu bạc vanađat 33

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

MỞ ĐẦU

Xã hội nước ta ngày nay đang trên đà phát triển rất mạnh mẽ, cùng với đó là sự phát triển về kinh tế, khoa học kĩ thuật Sự phát triển của công nghiệp đã tạo ra nhiều của cải cho xã hội, song lại thải ra một lượng lớn các chất gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là các chất thải hữu cơ khó phân hủy sinh học từ các nhà máy lọc hóa dầu, dệt nhuộm, sơn, chế biến thực phẩm

… Các chất này gây ô nhiễm nặng môi trường nước và môi trường không khí mà hiện nay chúng ta đang phải đối mặt Việc xử lý chúng thường tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứ cấp Vì vậy, nghiên cứu chế tạo vật liệu cho việc xử lý các chất gây ô nhiễm môi trường trong nước thải công nghiệp là rất cần thiết và cấp bách

Một trong những phương pháp triển vọng gần đây thường được áp dụng để xử lý nước thải là quá trình xúc tác quang hóa sử dụng chất xúc tác bán dẫn TiO2, ZnO… như là chất oxi hóa khử để phân hủy các chất hữu cơ bền vững và loại bỏ các kim loại độc hại Đặc điểm của những chất này là dưới tác động của ánh sáng, sẽ sinh ra cặp electron (e-) và lỗ trống (h+) có khả năng phân hủy chất hữu cơ hoặc chuyển hóa các kim loại độc hại thành những chất “sạch” với môi trường Trong số các chất bán dẫn, TiO2 đã và đang là một trong những chất được nghiên cứu, sử dụng khá rộng rãi bởi tính chất quang xúc tác mạnh, tính bền hóa học và thân thiện với môi trường Tính chất quang hóa của xúc tác nano – TiO2 phụ thuộc rất nhiều các yếu tố như thành phần pha, độ tinh thể, kích thước hạt… Tuy nhiên có một điểm hạn chế của xúc tác quang hóa TiO2 là phải sử dụng ánh sáng vùng tử ngoại (UV) nên khó có khả năng ứng dụng rộng rãi, ít hiệu quả về mặt sử dụng năng lượng và làm tăng giá thành sử dụng

Để khắc phục các nhược điểm của xúc tác quang hóa TiO2, mới đây

đã công bố những hệ xúc tác quang hóa mới không trên cơ sở nano TiO2

(gồm bạc photphat và bạc vanađat) có khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy

Trên thế giới, các nhà nghiên cứu đang sử dụng các phương pháp khác nhau để tổng hợp bạc photphat và bạc vanađat có kích thước nano như: phương pháp kết tủa, phương pháp thủy nhiệt… Trong các phương pháp trên thì phương pháp thủy nhiệt đi từ nguồn nguyên liệu bạc nitrat và amoni vanađat là phương pháp hiệu quả và kinh tế Việc tổng hợp thành công xúc tác quang hóa mới này sẽ rất có ý nghĩa trong cải thiện và bảo vệ môi trường Thật vậy, xúc tác này đã mở ra một hướng đi mới cho việc ứng dụng xúc tác trong công nghệ sơn, nhuộm, mạ… và khử trùng trong các bệnh viện

Với những lí do trên tôi đã lựa chọn và tiến hành thực hiện đồ án tốt

nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu hoạt tínhquang hóa của xúc tác quang hóa mới không trên cơ sở nano TiO 2 (bạc photphat và vanađat)

Nội dung đề tài

 Phần mở đầu

 Phần nội dung:

Chương 1: Tổng quan lí thuyết

Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC QUANG HÓA

1.1.1 Khái niệm

Chất xúc tác là chất tham gia vào các quá trình trung gian và làm thay đổi năng lượng hoạt hóa của các quá trình, dẫn đến làm thay đổi tốc độ phản ứng Trong thực tế, người ta dùng nhiều loại xúc tác khác nhau như: xúc tác axit – bazơ, xúc tác oxi hóa khử, xúc tác enzim… Trong đó xúc tác quang là một loại xúc tác đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu

- Thuật ngữ xúc tác quang đã được dùng từ những 1920 để mô tả các phản ứng được thúc đẩy bởi sự tham gia đồng thời của ánh sáng và chất xúc tác Vào giữa những năm 1920, chất bán dẫn ZnO được sử dụng làm chất nhậy sáng trong phản ứng quang hóa để phân hủy các hợp chất hữu cơ

và vô cơ Ngay sau đó TiO2 cũng đã được nghiên cứu về đặc điểm phân hủy quang Hầu hết là các nghiên cứu trong lĩnh vực hóa quang dẫn

- Trong những năm gần đây, mối quan tâm được tập trung vào việc

sử dụng các vật liệu bán dẫn làm xúc tác quang cho quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vô cơ độc hại và được đề nghị áp dụng vào trong xử lý môi trường vì nó có khả năng oxi hóa gần như hoàn toàn các chất gây ô nhiễm Trong xúc tác quang hóa thì có hai hay nhiều pha được sử dụng trong phản ứng xúc tác quang Bản thân các chất xúc tác không bị biến đổi trong suốt quá trình và không cần cung cấp nhiên liệu khác cho hệ phản ứng Ngoài

ra, phương pháp này còn có các ưu điểm như: có thể thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường có thể sử dụng nguồn UV nhân tạo hoặc thiên nhiên, chất xúc tác rẻ tiền và không độc

1.1.2 Cơ chế hoạt động của xúc tác quang dị thể

Quá trình xúc tác quang dị thể có thể tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng Cũng giống như các quá trình xúc tác dị thể khác quá trình xúc tác

quang dị thể được chia thành 6 giai đoạn như sau:

- Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt xúc tác

- Hấp thụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác

- Hấp thụ photon ánh sáng, phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích electron

- Phản ứng quang hóa được chia thành hai giai đoạn nhỏ:

 Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử bị kích thích tham gia trực tiếp và phản ứng với chất bị hấp thụ

 Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn

sơ cấp

- Nhả hấp thụ các sản phẩm

- Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng

Tại giai đoạn 3, phản ứng xúc tác quang hóa khác phản ứng xúc tác truyền thống ở cách hoạt hóa xúc tác Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác được hoạt hóa bởi nhiệt còn trong phản ứng xúc tác quang hóa, xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp thụ ánh sáng

1.1.3 Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang hóa

- Có hoạt tính quang hóa

- Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng tử ngoại và ánh sáng nhìn thấy

- Qúa trình đầu tiên của quá trình xúc tác quang dị thể phân hủy các chất hữu cơ và vô cơ bằng chất bán dẫn là sự sinh ra cặp điện tử – lỗ trống

trong chất bán dẫn Có rất nhiều chất bán dẫn khác nhau được sử dụng làm chất xúc tác quang hóa như: TiO2, ZnO, ZnS, CdS, AgNPs… Khi được chiếu sáng có năng lượng photon (hυ) thích hợp, bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Egb (hυ ≥ Egb), thì sẽ tạo ra các cặp electron (e-) và lỗ trống (h+) Các e được dịch chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ trống ở lại vùng hóa trị

- Các phân tử của chất tham gia phản ứng hấp thụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại:

 Các phân tử có khả năng nhận e

 Các phân tử có khả năng cho e

- Qúa trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn nếu các phân tử chất hữu

cơ bị hấp phụ trước trên bề mặt xúc tác bán dẫn (SC) Khi đó, các electron

ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận electron (A)

và quá trình khử xảy ra Còn các lỗ trống sẽ chuyển đến nới có các phân tử

có khả năng cho electron (D) để thực hiện phản ứng oxy hóa:

hυ + (SC) → e- + h+

A (ads) + e- → A- (ads)

D (ads) + h+ → D+ (ads) Các ion A- (ads) sau khi được hình thành sẽ phản ứng với nhau qua một chuỗi các phản ứng trung gian và sau đó cho ra các sản phẩm cuối cùng

Như vậy quá trình hấp thụ photon của chất xúc tác là giai đoạn khởi đầu cho toàn bộ chuỗi phản ứng Trong quá trình xúc tác quang, hiệu suất lượng tử có thể bị giảm bởi sự tái kết hợp của các electron và lỗ trống

e- + h+ → (SC) + E Trong đó (SC) là tâm bán dẫn trung hòa và E là năng lượng được giải phóng ra dưới dạng bức xạ điện tử (hυ’ ≤ hυ) hoặc nhiệt

Hình 1.1 Cơ chế xúc tác của chất bán dẫn

1.2 Phân loại chất xúc tác quang hóa

1.2.1 Xúc tác quang hóa trên cơ sở nano TiO 2

- Kim loại Titan tồn tại rất nhiều trạng thái hóa trị (từ +1 đến +6) Trạng thái oxy hóa bền nhất là +4, mà hợp chất điển hình trong tự nhiên là titan đioxit (TiO2) TiO2 là chất rắn màu trắng, trở nên vàng khi đun nóng, khi làm lạnh thì lại mất màu trở lại Titan đioxit cứng, nóng chảy ở hơn

18000C

- TiO2 tồn tại chủ yếu dưới dạng tinh thể, có 3 cấu trúc tinh thể chính là

dạng rutile, anatase và brookite Các dạng tinh thể này đều được mô tả bằng

các chuỗi mà tế bào cơ bản là bát diện biến dạng TiO6 Ở bát diện biến dạng TiO6 thì mỗi nguyên tử Ti được bao quanh bởi 6 nguyên tử O có thể nhiều hoặc ít hơn trong bát diện

-Trong cả ba dạng tinh thể của TiO2, các bát diện biến dạng TiO6 liên kết với nhau nhờ liên kết ba qua nguyên tử O Các hình thức sắp xếp và

liên kết khác nhau của các bát diện biến dạng TiO6 tạo nên các dạng tinh thể của TiO2 Dưới đây là cấu trúc các dạng tinh thể của TiO2.

- Phương pháp tổng hợp: Để tổng hợp nano TiO2, người ta thường áp dụng một số phương pháp như thủy nhiệt, sol – gel, vi nhũ

- Ngoài ra để nâng cao khả năng ứng dụng thì xu hướng mới đó là biến tính nano TiO2 (trộn thêm kim loại hoặc á kim) nhằm tăng đặc tính quang hóa

- Tuy nhiên xúc tác nano TiO2 chỉ thể hiện hoạt tính quang hóa trong vùng UV, nên khó có khả năng ứng dụng rộng rãi, ít hiệu quả về mặt

sử dụng năng lượng và làm tăng giá thành sử dụng

1.2.2 Xúc tác quang hóa mới không trên cơ sở nano TiO 2 (gồm bạc photphat và bạc vanađat)

- Từ xưa cho đến nay, bạc vốn được coi là chất có tính ứng dụng cao

cả về mặt giá trị cũng như chữa bệnh Chính vì vậy mà các sản phẩm nano liên quan đến bạc cũng được nghiên cứu Một trong những số đó là bạc photphat và bạc vanađat

- Đặc biệt là xúc tác bạc vanađat được nghiên cứu quan tâm Bởi thành phần của nó có chứa nguyên tố Vanađi Vanađi là nguyên tố đặc biệt

trong bảng tuần hoàn có độ bền trong môi trường axit và kiềm Đặc điểm hóa học của vanađi đáng chú ý là 4 trạng thái oxy hóa Các trạng thái oxy hóa phổ biến là +2, +3, +4, +5 Trong đó các hợp chất vanađi (II) là các chất khử, và vanađi (V) là các chất oxy hóa Chính vì vậy việc tổng hợp bạc vanađat từ amoni vanađat (NH4VO3) đã chứng minh được khả năng làm sạch môi trường, oxy hóa hầu hết các chất ô nhiễm của chất xúc tác mới

- Chính vì vậy xúc tác này đang được nghiên cứu rất nhiều để đáp ứng nhu cầu xử lý môi trường

1.3 Phương pháp tổng hợp

1.3.1 Giới thiệu về thiết bị và công dụng trong việc tổng hợp xúc tác

- Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn tần số âm nghe thấy (trên 20 kHz) Siêu âm có thể tạo nhiệt độ cao như nhiệt độ của bề mặt mặt trời và áp suất lớn như áp suất dưới lòng đại dương Trong một vài trường hợp sóng siêu âm có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên gần một triệu lần

- Chiếu xạ siêu âm có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên gấp nhiều lần Ảnh hưởng hóa học của sóng siêu âm được được chia thành ba hướng:

âm hóa học đồng pha sử dụng trong dung dịch lỏng, âm hóa học dị pha sử dụng trong hệ lỏng – lỏng hay lỏng – rắn và âm học xúc tác

- Sóng siêu âm có chiều dài sóng khoảng vài micromet, với chiều dài sóng này thì không tạo đủ năng lượng để tương tác trực tiếp lên liên kết hóa học (không thể làm đứt liên kết hóa học)

- Thông thường sự tạo - vỡ bọt là một quá trình tạo mầm, bắt nguồn

từ những chỗ yếu trong chất lỏng như một lỗ hổng chứa khí phân tán lơ lửng trong hệ hoặc là những vi bọt tồn tại thời gian ngắn trước khi sự vỡ bọt xảy ra Hầu hết các chất lỏng đều có đủ những chỗ yếu này để hình

thành nên sự tạo – vỡ bọt Những vi bọt này qua sự chiếu xạ của siêu âm thì sẽ hấp thu dần năng lượng từ sóng và sẽ phát triển Sự phát triển của bọt phụ thuộc vào cường độ của sóng Ở cường độ sóng cao, những bọt này sẽ phát triển nhanh thông qua tương tác quán tính Nếu chu kỳ giãn nở của sóng đủ nhanh, bọt khí được giãn ra ở nửa chu kỳ đầu và nửa chu kỳ còn lại

là nén bọt, nhưng bọt chưa kịp nén thì lại được giãn tiếp, cứ thế bọt lớn dần lên và vỡ Ở cường độ âm thấp hơn bọt khí cũng hình thành theo quá trình chậm hơn

- Sử dụng siêu âm trong xúc tác: Phản ứng sử dụng xúc tác rất quan trọng trong cả phòng thí nghiệm và ứng dụng trong công nghiệp Xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng mà không cần phải tăng nồng độ tác chất Phản ứng xúc tác thường chia làm hai loại: xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể Cả hai loại phản ứng xúc tác đều có chung một vấn đề khó khăn là hoạt tính của xúc tác cao hay thấp và việc giữ hoạt tính xúc tác trong thời gian bao lâu

- Vai trò và cấu tạo của máy siêu âm

 Nguyên lí hoạt động:

- Sóng siêu âm có bước sóng nhỏ, năng lượng rất lớn tác động vào các phân tử trong hỗn hợp làm bẻ gãy liên kết các phân tử thành các hạt phân tán tự do, đồng thời xuất hiện các lỗ trống trong dung dịch Các hạt riêng biệt được tập hợp lại bởi lực Van der Waals và sức căng bề mặt chất lỏng Do hiệu ứng lỗ trống mà các hạt tạo ra có kích thước đồng đều và nhỏ

kích cỡ nano mét

1.3.2 Phương pháp tổng hợp

- Phương pháp đạt hiệu quả cao nhất và được áp dụng để điều chế xúc tác bạc vanađat đó là phương pháp thủy nhiệt

 Phương pháp này bao gồm các phương pháp đòi hỏi sử dụng nước ở

áp suất cao (từ 1atm đến hàng nghìn atm) và nhiệt độ cao (từ 100oC –

1000oC) Đặc trưng cả việc nghiên cứu thủy nhiệt cần một dụng cụ cho

Hình 1.2 Thiết bị siêu âm

phép thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao, áp suất cao gọi là “autoclave” Hiện tại, có nhiều loại autoclauve để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các khoảng áp suất – nhiệt độ khác nhau

 Thuỷ nhiệt là một trong những phương pháp tốt để điều chế bạc vanađat với kích thước nhỏ cỡ nano Phương pháp thủy nhiệt có ưu điểm so với các phương pháp khác ở chỗ:

 Là phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ tương đối thấp, không gây hại với môi trường vì phản ứng được tiến hành trong một hệ kín

 Bột sản phẩm được hình thành trực tiếp từ dung dịch, sản phẩm có thể thu theo từng mẻ hoặc trong các quá trình liên tục

 Có thể điều chỉnh được kích thước, hình dạng, thành phần hóa học cả hạt bằng điều chỉnh nhiệt độ, hóa chất ban đầu, cách thức thực hiện phản ứng

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc của chất xúc tác quang không dựa trên nền nano TiO 2 trong quá trình tổng hợp

1.4.1 Ảnh hưởng của pH

pH có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành hệ gel trong sản phẩm Khi có sự thay đổi pH thì thành phần pha trong sản phẩm sẽ quyết định được pha nào chiếm ưu thế

1.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên tử Ag/V

- Tỷ lệ nguyên tử Ag/V có ảnh hưởng nhất định đến thành phần nguyên tử trong sản phẩm (chất rắn) Nó cũng sẽ quyết định thành phần pha chiếm ưu thế trong sản phẩm

1.4.3 Ảnh hưởng của điều kiện tiến hành

- Điều kiện tiến hành sẽ ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước của sản phẩm Khi các mẫu sản phẩm được tiến hành ở các điều kiện thủy nhiệt như nhau thì hình dạng về cấu trúc không có sự khác biệt Tuy nhiên khi ta tiến hành thêm các điều kiện xử lý thủy nhiệt khác như: siêu âm hay vi sóng thì hình dạng cấu trúc, kích thước của mẫu sản phẩm sẽ có sự thay đổi

1.5 Ứng dụng của chất xúc tác quang hóa mới không trên cơ sở nano TiO 2

Tương tự như chất xúc tác trên cơ sở nano TiO2 thì xúc tác quang hóa mới này cũng có những ứng dụng quan trọng trong đời sống Chất xúc tác mới này được ứng dụng trong xử lý các hợp chất độc hại trong pha khí (xử lý NOx, CO-, xử lý các dung môi hữu cơ dễ bay hơi độc hại như toluen, xylen,… trong các nhà máy sản xuất và sử dụng sơn), pha lỏng (các hợp chất hữu cơ độc trong nước thải từ công nghệ dệt nhộm, giấy, mạ, in,…) và trong pha rắn (các chất bảo quản thực vật, chất diệt sâu bọ như DDT trong đất) Ngoài ra nó còn được áp dụng để đưa vào sơn tạo sản phẩm sơn cao cấp, có khả năng chống mốc, diệt khuẩn

Mặt khác hiện nay trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải vùng du lịch, khu chăn nuôi… nhiễm nhiều

vi sinh vật có sẵn trong phân người và phân súc vật Trong đó có thể có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là các bệnh về đường tiêu hóa như

tả, lị, thương hàn, các vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm Tuy nhiên xúc tác quang hóa mới không trên cơ sở nano TiO2 đã mở ra một hướng ứng dụng mới đó là được sử dụng để khử trùng trong bệnh viện để diệt các chủng vi

khuẩn gây bệnh như: E.coli, Bacterium paracoli, Aerobacter, Enterobacter, Khelsilla, Streptococccus faecalis…

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 CÁC QUY TRÌNH TỔNG HỢP CHẤT XÚC TÁC QUANG MỚI

2.1.1 Cách tổng hợp Ag 3 PO 4

Muối bạc nitrat AgNO3 + oleylamine (được phân phối trong Toluen) được hòa tan trong dung dịch axit H3PO4 (được phân phối trong C2H5OH) được khuấy trong 30 phút cho đến khi xuất hiện màu vàng Rửa mẫu với hỗn hợp của toluen và ethanol Sau đó tiến hành làm khô mẫu ở nhiệt độ phòng, rồi sấy qua đêm ở 800C, sản phẩm thu được là Ag3PO4 Sơ đồ quy trình tổng hợp như sau:

(phân phối trong Toluen)

H3PO4 (phân phối trong

C2H5OH)

Khuấy trong 30 phút (cho đến khi xuất hiện màu vàng nhạt)

Rửa mẫu với hỗn hợp của Toluen và ethanol

Làm khô mẫu ở nhiệt độ phòng trước khi sấy qua đêm ở 80oC

Thu được sản phẩm Ag3PO4

dụng các chất tiền thân của bạc và vanađi như AgNO3, NH4VO3 Dưới đây

là quy trình tổng hợp bạc vanađat:

- Muối bạc nitrat AgNO3 và muối amoni vanađat NH4VO3 được hòa tan trong nước, có gia nhiệt khoảng 80oC (khi xuất hiện màu hơi vàng) Trộn 2 dung dịch 2 muối trên rồi khuấy trong 30 phút, tiếp theo tiến hành

xử lý siêu âm Điều chỉnh pH của dung dịch bằng NH4OH Sau khi điều chỉnh pH tiến hành thủy nhiệt dung dịch đó tại 140oC trong 6h hoặc thủy nhiệt kết hợp vi sóng tại 120oC trong 30 phút Kết tủa tạo ra được lọc rửa sạch nhiều lần, sấy khô qua đêm ở 80oC Sản phẩm cuối cùng là bạc vanađat Sơ đồ quy trình tổng hợp như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát tổng hợp bạc vanađat

AgNO3 hòa tan trong nước NH4VO3 hòa tan trong nước

Khuấy trong 30 phút, tiến hành xử lý siêu âm

Điều chỉnh pH bằng NH4OH

Thủy nhiệt kết hợp vi sóng tại 120oC trong 30 phút Thủy nhiệt tại 140oC trong 6h

Rửa, lọc sạch, sấy ở 80oC, qua

đêm Sản phẩm AgVO3 – nano

Ngoài ra, để tiến hành khảo sát đặc tính của AgVO3 ta tiến hành làm thêm một số mẫu khác Khi thay đổi các điều kiện khác nhau như pH, tỷ lệ Ag/V thì tổng hợp được các mẫu bạc vanađat mới Dưới đây là bảng tổng hợp với các điều kiện khác nhau (thay đổi pH, tỷ lệ Ag/V):

tử Ag/V của gel S1 Xử lý thủy nhiệt với sự hỗ trợ siêu âm

Bảng 1 Bảng tổng hợp các mẫu bạc vanađat ở các điều kiện khác nhau

(pH, tỷ lệ nguyên tử Ag/V, phương pháp tổng hợp)

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (Powder X – ray Diffraction – XRD)

Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy tắc xác