NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘT TiO2 KÍCH THƯỚC NANOMET VÀ ỨNG DỤNG

Khi đọc qua tài liệu này, phát sai sót nội dung chất lượng xin thông báo để sửa chữa thay tài liệu chủ đề tác giả khác Bạn tham khảo nguồn tài liệu dịch từ tiếng Anh đây: http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html Thông tin liên hệ: Yahoo mail: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com Mục lục LỜI MỞ ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI PHẦN MỘT: ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT TiO2 NANO VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG A.Các phương pháp chế tạo TiO2 dạng hạt I.Khoáng vật nhu cầu sử dụng Titan giới I.1 Tài nguyên Titan giới I.2 Tình hình khai thác sử dụng Titan giới I.3 Tài nguyên khoáng sản Titan-Tình hình khai thác sử dụng Việt Nam 1.4 Nano TiO2 , tính chất ứng dụng 12 I.5 Các phương pháp chế tạo TiO2 nano 21 I.5.1 Phương pháp sol-gel 21 I.5.2 Phương pháp Micelle Micelle ngược 25 I.5.3 Phương pháp Sol 26 I.5.4 Phương pháp thủy nhiệt 27 I.5.5 Phương pháp Solvothermal 28 I.5.6 Phương pháp Oxi hóa trực tiếp 28 I.5.7 Lắng đọng hóa học (CVD) 29 I.5.8 Lắng đọng vật lý (PVD) 29 I.5.9 Sự kết tủa nhiệt 29 I.5.10 Phương pháp Sonochemical 29 I.5.11 Phương pháp vi sóng 30 I.5.12 Phương pháp sulphat 31 I.5.13 Phương pháp Clo ( Phương pháp hơi) 31 I.5.14 Phương pháp Alkoxit 32 I.5.15 Các quy trình cụ thể 32 I.5.16 Hoạt hóa xúc tác quang TiO2 38 B Phủ màng TiO2 nano bề mặt vật rắn ứng dụng 42 I.6 Vật liệu phủ lớp màng mỏng TiO2 42 I.7 Chế tạo màng mỏng TiO2 xúc tác quang 45 a.Phương pháp sol-gel 45 b.Phương pháp khác 47 c.Đặc tính màng mỏng TiO2 xúc tác quang chế tạo từ hạt TiO2 HyCOM 48 C Khả phân hủy chất hữu diệt khuẩn vật liệu sở TiO triển vọng ứng dụng để xử lý khí thải, nước thải 50 I Khả phân hủy chất hữu 50 I.9 Khả kháng khuẩn vật liệu sở TiO 53 PHẦN HAI: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 57 II.1 Phương pháp tạo hạt TiO2 xác định tính chất sản phẩm 57 II.1.1 Phương pháp tạo hạt TiO2 57 II.1.2 Phương pháp thu sản phẩm 57 II.1.3 Xác định tính chất hạt 57 II.2 Phương pháp tạo màng TiO2 nano bề mặt thủy tinh, gốm sứ 64 II.2.1 Tạo màng TiO2 nano bề mặt vật rắn gốm sứ thủy tinh 64 II.2.2 Xác định khả thấm ướt màng 68 II.2.3 Xác định độ bền học màng 68 II.3 Phương pháp tạo vật liệu đệm chứa TiO2 nano II.3.1 Phủ TiO2 nano bề mặt chất dẻo nóng chảy 71 71 II.3.2 Tạo vật liệu SiO2 – TiO2 nano phủ bề mặt chất dẻo 71 II.3.3 Hệ thống xử lý khí thải 72 II.3.4 Đánh giá khả xử lý nấm mốc để khử trùng không khí 75 II.3.5 Đánh giá khả kháng khuẩn vật liệu phủ TiO2 nano 76 II.3.6 Đánh giá khả xử lý COD xử lý nước thải ao nuôi thủy sản PHẦN BA: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 77 79 A NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHẾ TẠO HẠT TiO2 KÍCH THƯỚC NANO VÀ CÓ DẠNG THÙ HÌNH ANATASE HOẶC RUTIL 79 III.1 Quy trình chế tạo hạt TiO2 nano Anatase 79 III.1.1 Khảo sát chế độ công nghệ 79 a Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến tính chất sản phẩm79 b Ảnh hưởng nồng độ TiCl4 79 c Ảnh hưởng tỉ lệ mol H2O/TiCl4 80 d Thời gian lưu kết tụ 80 e Phương pháp đánh gia kết 81 f Cấu tạo phận hệ thống 81 III.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 82 III.1.3 Quy trình chế tạo 84 III.2 Kết 95 III.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ chuẩn bị phản ứng 96 III.2.2 Tỉ lệ mol H2O/TiCl4 100 III.2.3 Nồng độ TiCl4 101 III.2.4 Thời gian lưu kết tụ (agglomeration /aggregation) 101 III.3 Chế tạo rutil phương pháp oxy hóa: 102 III.3.1 Sơ đồ hệ thống phản ứng 102 III.3.2 Cách thức tiến hành 104 III.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên tính chất sản phẩm khả khảo sát yếu tố 104 a Các yếu tố ảnh hưởng lên tính chất rutil 104 b Khả khảo sát 105 III.3.4 Kết thảo luận 107 a.Thiết bị phản ứng lựa chọn yếu tố cho thiết bị phản ứng 107 b Ảnh hưởng nhiệt độ 110 c Ảnh hưởng tỷ lệ TiCl4 /Oxy (khi nhiệt độ đầu dò khoảng 800 oC) 112 d Nhận xét chung kết 113 e kết luận 113 B NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHỦ TiO LÊN BỀ MẶT GỐM SỨ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG 114 III.4 THỰC NGHIỆM 114 III.4.1Tổng hợp TiO2 nano cố định lên bề mặt gốm sứ 114 III.4.2 Tạo Màng Bằng Phương Pháp Nhúng 115 III.4.3 Đánh giá độ bám dính lớp màng 117 III.4.4 Kiểm tra khả diệt khuẩn 117 III.4.5 Đánh giá khả phân hủy Metyl da cam 117 III.5 Kết Thảo luận 120 III.5.1 Lựa chọn Vật liệu 120 III.5.2 Kết xử lý Vi sinh 122 a Ảnh hưởng nhiệt độ 122 b Ảnh hưởng thời gian 124 c Ảnh hưởng tỉ lệ mol 125 III.5.3 Khảo sát khả quang hóa màng TiO2 127 a Khảo sát ảnh hưởng trình tổng hợp đến hoạt tính 127 b Nhiệt độ nung 128 c Thời gian nung 128 d Ảnh hưởng Tỉ lệ mol 129 III.5.4 Ảnh hưởng điều kiện ứng dụng đến hiệu suất 130 III.5.5 Kết luận 132 C NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHỦ TiO2 LÊN BỀ MẶT THỦY TINH VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG 133 III.6 Các nghiên cứu thực nghiệm 133 III.6.1 Khảo sát độ bám dính 133 III.6.2 Khảo sát hoạt tính quang hóa màng TiO2 thông qua làm màu metyl orange (MO) III Kết thảo luận 133 134 III.7.1 Khảo sát độ bám dính màng: Màng chế tạo theo quy trình III.1 134 III.7.2 Ứng dụng để diệt khuẩn 136 III.7.3 Kết phân hủy Metyl Orange ( MO) 140 III.7.4 Kết đo nhiễu xạ tia X 141 III.7.5 Đánh giá độ suốt 150 III.7.6 Đánh giá tính siêu thấm ướt 150 III.8 KẾT LUẬN 153 D NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG TiO2 ĐỂ XỬ LÝ KHÍ THẢI III.9 thực nghiệm 154 III.9.1 Xử lý chất hữu dễ bay 154 III.9.2 Kết thảo luận 156 a Xử lý khí 156 b Xử lý nấm mốc 164 III.9.3 Khảo sát khả giữ hoạt tính TiO2 theo thời gian 168 III.9.4 Kết luận 169 E NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG TiO2 ĐỂ XỬ LÝ N ƯỚC THẢI NUÔI TRỒNG THỦY SẢN III.10 Hệ xúc tác quang TiO2/SiO2 170 III.10.1 Ưu điểm hệ xác tác TiO2/SiO2 170 III.10.2 Các phương pháp tẩm TiO lên SiO2 171 III.10.3 Kết thảo luận 173 III.11 Kết luận 178 PHẦN BỐN: KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 180 IV.1 Kết luận chung 180 IV.2 Kiến nghị 181 LỜI CẢM ƠN 182 TÀI LIỆU THAM KHẢO 183 LỜI MỞ ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Vật liệu nano TiO2 giới khoa học nghiên cứu từ khoảng vài chục năm trở lại Việt Nam Tất nghiên cứu đề tiến hành quy mô phòng thí nghiệm, khối lượng sản phẩm đạt vài gam Trước tình hình thực tế trên, đề tài mang tính đột phá công nghệ quy mô Việc chế tạo bột nano TiO2 với khối lượng lớn có ý nghĩa mặt thực tế mà có ý nghĩa mặt khoa học Đề tài cần xây dựng hệ thống thiết bị quy mô pilot có khả sản xuất lượng lớn TiO2 nano phục vụ cho nghiên cứu ứng dụng Với ứng dụng khác nhau, chất lượng TiO2 nano (thể tiêu kích thước hạt, hình dạng hạt, phân bố hạt, dạng thù hình tính chất hóa lý hạt) khác Do đó, công nghệ sản xuất phải đáp ứng yêu cầu ứng dụng loại sản phẩm TiO2 khác số lượng chất lượng Một hệ thống thiết bị với quy trình sản xuất ổn định vừa phục vụ nghiên cứu tiếp theo, vừa tiền đề cho việc xây dựng xưởng sản xuất quy mô lớn sau Trong thực tế, bề mặt vật liệu sứ, kính thủy tinh vệ sinh hay cửa kính, trình sử dụng để làm chúng, ta cần lượng lớn hóa chất tẩy rửa gặp nhiều khó khăn Tiêu tốn hóa chất tẩy rửa, làm hại cho môi trường sống tính độc hại chúng Để giải vấn đề này, cần tạo bề mặt kị nước hay có tính xúc tác quang hóa cho vật liệu cần làm Những kết nghiên cứu nhà khoa học nước việc chế tạo sơn/màng nano sở TiO2 quan trọng Những nghiên cứu cần hoàn thiện mặt khoa học phát triển thành ứng dụng cụ thể, có khả áp dụng thực tế đời sống công nghiệp Đề tài này, việc thực nghiên cứu việc chế tạo màng mỏng bền cơ, bền nhiệt, bền hóa học, có khả chịu tác động yếu tố thời tiết, khí hậu, phải thực nghiên cứu phương pháp xử lý bề mặt phương pháp tạo màng bề mặt vật liệu trình sản xuất bề mặt vật liệu công trình hoàn thiện Những nghiên cứu thành công mở hướng ứng dụng rộng rãi vật liệu TiO2 nano đời sống công nghiệp Nhứng nghiên cứu sử dụng tính chất xúc tác quang TiO2 nhận quan tâm thực nhiều nhà khoa học Tuy nhiên nghiên cứu hầu hết dừng lại nghiên cứu lý thuyết, chưa có ứng dụng thực tế có hiệu Vì vậy, việc sử dụng tính chất TiO2 thực tế nhiều hạn chế Đề tài đặt mục tiêu chế tạo màng mỏng sở TiO2 nano đưa lên vật liệu rắn dạng sứ, thủy tinh, polymer, vật liệu hấp phụ để ứng dụng chế tạo dụng cụ/thiết bị khử trùng không khí, khử trùng môi trường lỏng điều kiện ánh sáng thường, không độc hại người tiêu tốn lượng Nhiều môi trường làm việc điều hòa nhiệt độ thông gió, đặc biệt công sở, bệnh viện Yêu cầu khử trùng với điều kiện ánh sáng thường, không độc hại lượng đòi hỏi phải sử dụng vật liệu xúc tác quang vùng ánh sáng tử ngoại vùng ánh sáng khả kiến Đồng thời, cấu thiết bị phải gọn nhẹ, phù hợp với kết cấu thiết bị có Nghiên cứu nhằm ứng dụng TiO2 nano việc chế tạo màng mỏng lên vật liệu rắn có khả kết hợp với điều hòa không khí hệ thống thông gió nhằm mục đích khử khuẩn cho môi trường với chi phí vận hành thấp Việc ứng dụng TiO2 xử lý nước nước thải quan tâm nghiên cứu Các kết đạt khẳng định chế hiệu TiO2 cho mục đích Tuy nhiên, đưa vật liệu chứa TiO2 vào môi trường, sau thời gian dài sử dụng, thân vật liệu trở thành chất thải, gây ô nhiễm Những nội dung nghiên cứu phạm vi đề tài nhằm hướng đến việc chế tạo dụng cụ, vật liệu có khả ứng dụng khử trùng môi trường nước tách dễ dàng sau sử dụng, không cần cung cấp lượng, góp phần giúp người nông dân tiếp cận với tiến khoa học công nghệ dễ dàng ứng dụng vào thực tế sản xuất Với yêu cầu thị trường vật liệu nano ngày lớn mạnh, nhiều nghiên cứu tiến hành nhằm xây dựng hoàn chỉnh hệ thống tổng hợp bột nano TiO2 cách thủy phân TiCl4 pha Bước đầu cho thành công định: sản phẩm bột tạo có kích thước nano mét, điều chỉnh xác định điều kiện tối ưu trình phản ứng Đây cở sở đầy tính thuyết phục đến xây dựng hệ thống tổng hợp bột nano TiO2 với số lượng lớn ứng dụng công nghiệp Việt Nam Trên tinh thần đó, đề tài có nhiệm vụ thực nội dung sau đây: Nội dung 1: Nghiên cứu công nghệ thiết bị sản xuất TiO2 nano quy mô phòng thí nghiệm, tối ưu hóa trình công nghệ nghiên cứu ảnh hưởng tác nhân phản ứng, tỷ lệ dòng tác nhân tham gia phản ứng, nhiệt độ, thời gian lưu, kết cấu/cấu trúc dòng thiết bị đến kích thước hạt TiO2 nano, hình dạng hạt phổ phân bố kích thước hạt, dạng thù hình tính chất hóa lý sản phẩm; Nghiên cứu xác định vật liệu chế tạo thiết bị thủy phân quy mô pilot có khả chịu ăn mòn clo môi trường nhiệt độ cao, bền học, chịu sốc nhiệt, không ảnh hưởng đến độ tính chất sản phẩm Nội dung 2: Xây dựng hoàn thiện hệ thống thiết bị pilot công nghệ chế tạo bột TiO2 nano quy mô pilot Chế tạo bột TiO2 nano với kích  Hiệu suất xử lý TiO2 không đổi lưu lượng khí lôi không đổi đèn UV chiếu liên tục, cường độ đèn ổn định  Benzen, Toluen, Xylen bị hấp phụ nhựa PE, theo thứ tự Xylen bị hấp phụ mạnh nhất, đến Toluen Benzen  Hiệu suất xử lý phụ thuộc vào lưu lượng khí lôi cuốn: Lưu lượng nhỏ hiệu suất xử lý cao hơn, lưu lượng lớn hiệu suất xử lý thấp Trong đó, Benzen lôi nhiều nhất, đến Toluen Xylen  TiO2 nano hoạt hóa tia UV xử lý chất Benzen, Toluen, Xylen độc lập XỬ LÝ NẤM MỐC  TiO2 nano có khả diệt nấm mốc hoạt hóa đèn UV  Năng lượng tử ngoại có khả tiêu diệt phần nấm mốc thời gian chiếu 40 Phút  TiO2 có khả diệt hết lượng nấm mốc nồng độ nấm đủ nhỏ với lượng định TiO2 nano hoạt hóa hoàn toàn  Sau 30 phút, TiO2 phủ nhựa hoạt hóa hoàn toàn  Sau hoạt hóa, TiO2 có khả giữ hoạt tính diệt khuẩn Hiệu suất xử lý TiO2 tăng lên tỉ lệ nghịch với nồng độ nấm E NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG TiO2 ĐỂ XỬ LÝ N ƯỚC THẢI NUÔI TRỒNG THỦY SẢN III.10 HỆ XÚC TÁC QUANG TiO2/SiO2 III.10.1 Ưu điểm hệ xúc tác TiO2/SiO2 : Hệ xúc tác TiO2/SiO2 có nhiều ưu điểm so với xúc tác quang TiO2 Khi tổng hợp TiO2 lên chất mang silicagel , hoạt tính tăng lên đáng kể ưu điểm sau : 172 Tăng bề mặt tiếp xúc chất xúc tác : Silicagel loại vật liệu mao quản có diện tích bề mặt riêng lớn Do đó, TiO2 tổng hợp chất mang SiO2 có bề mặt riêng lớn TiO2 đứng riêng lẻ, nano TiO2 Đó ưu điểm có khả làm tăng hoạt tính chất xúc tác Vì diện tích bề mặt riêng lớn, diện tích tiếp xúc chất xúc tác chất phản ứng tăng lên, làm hoạt tính chất xúc tác tăng Tăng khả hấp phụ chất xúc tác : Trong xúc tác dị thể, tốc độ hấp phụ định tốc độ toàn phản ứng Silicagel vật liệu mao quản có độ xốp cao, khả hấp phụ silicagel lớn, đồng thời làm tăng khả hấp phụ hệ xúc tác TiO2/SiO2 Có khả đưa kích thước hạt TiO2 kích thước nano : SiO2 vật liệu mao quản có bề mặt riêng lớn, lỗ xốp có kích thước nhỏ từ 3-10nm tùy theo phương pháp tổng hợp Do tinh thể TiO2 hình thành mao quản SiO2 có kích thước nhỏ, làm tăng hoạt tính quang hóa chất xúc tác III.10.2 Các phương pháp tẩm TiO2 lên SiO2 : Có nhiều phương pháp tổng hợp TiO2 vật liệu mao quản, lựa chọn phương pháp tùy vào tiền chất titan, dung môi mục đích điều chế vật liệu (dạng bột hay dạng màng mỏng) Thủy phân dung dịch muối vật liệu mao quản : Các dung dịch muối thường sử dụng để tẩm lên chất mang dạng vật liệu mao quản TiCl4 Ti(SO4)2 Phương pháp người ta thường sử dụng để tẩm dung dịch muối phương pháp thủy phân dung dịch muối vật liệu mao quản Quá trình thủy phân trình tương tác ion muối với ion H+ OH- nước Những yếu tố khống chế trình thủy phân chất lượng 173 mầm tinh thể, tỉ lệ mầm tinh thể, nồng độ dung dịch muối, số acid chế độ nhiệt Có nhiều chế thủy phân giới thiệu , chưa xác định chế tổng quát hạt tinh thể lớn dần đến đạt trạng thái keo, cuối xuất kết tủa Khi cân thủy phân bị phá vỡ, lượng muối dung dịch bị thủy phân ngày nhiều, tạo thành keo titandioxit, sau keo đông tụ lại Ưu điểm phương pháp tiền chất titan tiền chất thông dụng Nhưng điều kiện trình thủy phân phải kiểm soát nghiêm ngặt Ngoài ra, tổng hợp từ dung dịch muối thường để lại vết tạp chất sản phẩm xúc tác Tẩm dung dịch TiTIP/EtOH : TiTIP/EtOH (Titanium tetraisopropoxide (Ti(OPr)4 dung môi ethanol) tiền chất có độ cao Quá trình tẩm dung dịch TiTIP thực sau: Cho lượng dung dịch HCl (36,5%) vào bình phản ứng có chứa sẵn ethanol khuấy mạnh, sau cho thêm nước cất với tỉ lệ gấp đôi dung dịch có sẵn bình phản ứng Dung môi ethanol sử dụng để kiềm hãm thủy phân titanium alkoxide Xúc tác HCl có tác dụng kiểm tra tốc độ hóa đặc đông tụ sol Nhỏ từ từ dung dịch TiTIP vào hỗn hợp khuấy, bình phản ứng bắt đầu diễn thủy phân Để tổng hợp vật liệu mao quản ta cho vật liệu mao quản vào hỗn hợp ethanol/HCl từ đầu Quá trình thủy phân xảy 12h tùy theo tốc độ đông tụ sol, sol đông tụ nhanh ta nên giảm thời gian khuấy Bột TiO2 phân tán vật liệu mao quản sóng siêu âm hỗn hợp có độ nhớt ổn định Sau hỗn hợp để khô tụ 174 nhiên nhiệt độ phòng vài ngày đến tuần Công đoạn cuối nung hỗn hợp từ 100-900 0C Ưu điểm phương pháp tiền chất tiền chất lẫn tạp chất Tuy nhiên kích thước hạt lớn, chưa đưa tinh thể kích thước nano Tẩm dung dịch keo PTA : Sử dụng keo PTA để tổng hợp TiO2 phương pháp Các nhà nghiên cứu có nhiều kết khả quan nghiên cứu tổng hợp TiO2 dạng màng mỏng từ keo PTA Keo PTA khuấy với vật liệu mao quản khoảng thời gian định Sau đem hỗn hợp sấy khô Đem hỗn hợp sau sấy nghiền nhẹ đem nung chế độ nhiệt độ thích hợp Ưu điểm phương pháp dễ thực hiện, TiO2 tổng hợp từ PTA có dạng màng mỏng, PTA tồn dạng sol nên khả bám dính tốt dung dịch muối titan thông thường, có báo cáo hoạt tính cao TiO2 tổng hợp từ PTA Tuy nhiên sản phẩm có vết tạp anion Dựa tiền đề nhà khoa học nghiên cứu ưu điểm dung dịch PTA, phạm vi đề tài này, chọn dung dịch PTA làm tiền chất để tổng hợp xúc tác quang TiO2/SiO2 II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Khảo sát yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến trình xử lý : Hạt nhựa nguyên sinh PP cho vào khay, sau cho vào tủ sấy, điều chỉnh nhiệt độ 160 0C Sau hạt nhựa nóng chảy đều, đưa khay ngoài, cân xác lượng TiO2 nano cho vào sàng 45 µm, sàng thật nhanh lên nhựa nóng chảy 175 Nhựa phủ TiO2 sử dụng làm vật liệu đệm hệ thống xử lý nước thải - Ảnh hưởng nồng độ nước thải : Ảnh hưởng nồng độ nước thải trình bày hình 3.64 (Sử dụng đèn UV, thời gian chiếu sáng khoảng cách từ đèn tới mực nước 30cm) Ảnh hưởng nồng độ nước thải 40 Hiệu suất quang hóa H% 35 30 25 20 15 10 99.8 206 301 408 505 Nồng độ nước thải Hình 3.64 Ảnh hưởng nồng độ nước thải đến hiệu xử lý vật liệu đệm chứa TiO2 Nồng độ nước thải ban đầu đưa vào xử lý có ảnh hưởng đến hiệu suất quang hóa Nồng độ ban đầu cao hay thấp có hiệu suất thấp Chọn khoảng nồng độ thích hợp cho nước thải đầu vào có COD khoảng 300 mg/l 176 Ảnh hưởng cường độ chiếu sáng : Ảnh hưởng cường độ chiếu sáng trình bày hình 3.65 (Nồng độ nước thải ban đầu 300 mg/L, thời gian chiếu UV giờ, khoảng cách từ đèn tới mực nước 30 cm, số đèn chiếu đèn , đèn , đèn) Hiệu xử lý COD tỷ lệ thuận với cường độ chiếu tia UV trình xử lý Ảnh hưởng cường độ chiều sáng 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 Hình 3.65 Ảnh hưởng cường độ chiếu sáng đến hiệu xử lý vật liệu đệm chứa TiO2 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng : Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng trình bày hình 3.66 (Nồng độ nước thải ban đầu 300 mg/L, sử dụng đền chiếu, khoảng cách từ đèn tới mực nước 30cm) Sau thời gian 2,5h, hiệu xử lý COD gần không đổi Như vậy, thời gian lưu cần thiết cho hệ thống xử lý COD khoảng 2,5h tốt nhất, đảm bảo hiệu cao tiết kiệm chi phí 177 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng 45 40 35 30 25 20 15 10 0 Hình 3.66 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến hiệu xử lý vật liệu đệm chứa TiO2 Khảo sát hoạt tính quang hóa chất xúc tác: Ảnh hưởng yếu tố tỉ lệ TiO2/ SiO2 Ảnh hưởng tỷ lệ TiO2/ SiO2 trình bày hình 3.67 (Nồng độ nước thải ban đầu 300 mg/L, sử dụng đèn chiếu, khoảng cách từ đèn tới mực nước 30cm nhiệt độ nung 6000C, tỷ lệ TiO2/ SiO2 từ 5% đến 20%, thời gian 4h) Hiệu xử lý COD tốt loại vật liệu chứa khoảng 10% TiO2 SiO2 H iệ u s u ất H % Ảnh hưởng tỉ lệ TiO2 40 30 20 10 0 10 15 20 25 Tỉ lệ TiO2 Hình 3.67 Ảnh hưởng tỷ lệ TiO2/ SiO2 đến hiệu xử lý vật liệu đệm chứa TiO2 178 Ảnh hưởng nhiệt độ nung Ảnh hưởng nhiệt độ nung trình bày hình 3.68 (Nồng độ nước thải ban đầu 300mg/L, sử dụng đèn chiếu, khoảng cách từ đèn tới mực nước 30cm., tỷ lệ TiO2/ SiO2 10%, thời gian h) Hiệu phân hủy COD tốt loại vật liệu xử lý 8000C Ảnh hưởng nhiệt độ nung Hiệu suất 50 40 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 30 20 10 0 500 1000 Nhiệt độ nung Hình 3.68 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hiệu xử lý vật liệu đệm chứa TiO2 Ảnh hưởng thời gian nung lên hoạt tính xúc tác: Ảnh hưởng thời gian nung trình bày hình 3.69 (Nồng độ nước thải ban đầu 300mg/L, sử dụng đèn chiếu, khoảng cách từ đèn tới mực nước 30cm, tỷ lệ TiO2/ SiO2 10%) Thời gian nung vật liệu ảnh hưởng không rõ rệt đến hiệu phân hủy COD Thời gian nung lựa chọn làm công nghệ chế tạo loại vật liệu 3h 179 Ảnh hưởng thời gian nung H iệ u s u ấ t H % 60 40 20 0 10 Thời gian nung (h) Hình 3.69 Ảnh hưởng thời gian nung đến hiệu xử lý vật liệu đệm chứa TiO2 III KẾT LUẬN - Chúng điều chế thành công silicagel dựa thông số công bố, tổng hợp dung dịch keo PTA , nghiên cứu tổng hợp TiO2 vật liệu silicagel phương pháp tẩm từ dung dịch keo PTA, thực trình phủ sản phẩm xúc tác TiO2/SiO2 lên bề mặt nhựa polypropylen dạng phẳng - Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thải nồng độ nước thải ban đầu, cường độ chiếu sáng , thời gian chiếu sáng Các thông số tối ưu thu sau: Nồng độ nước thải ban đầu: COD khoảng 300mg/l Cường độ chiếu sáng : đèn Thời gian chiếu sáng : 180 - Đã chọn thông số tối ưu nêu để xử lý nước thải ao nuôi thủy sản với việc khảo sát yếu tố ảnh hưởng trình tổng hợp xúc tác lên hiệu suất quang hoá: tỉ lệ TiO2 / SiO2, thời gian nung, nhiệt độ nung Các thông số tối ưu thu : Tỉ lệ TiO2 / SiO2 : 10% Nhiệt độ nung : 800oC Thời gian nung : - Sản phẩm xúc tác TiO2/SiO2 có diện tích bề mặt riêng 379 m2/g, có hiệu suất quang hoá cao so với sản phẩm nhập ngoại, sử dụng làm vật liệu đệm xử lý môi trường ao nuôi thủy sản 181 PHẦN BỐN KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN CHUNG Trên sở nghiên cứu tổng hợp hạt TiO2 nano phủ lớp màng TiO2 nano bề mặt thủy tinh, gốm sứ, bề mặt chất dẻo cao su xốp làm chất xúc tác quang xử lý khí thải nước thải ao nuôi thủy sản, rút số kết luận sau: Công nghệ thủy phân TiCl4 pha có ưu việt định việc tạo sản phẩm có kích thước nano, phổ phân bố hạt nằm khoảng 2080nm, thích hợp cho việc sử dụng làm chất xúc tác quang Thành phần pha sản phẩm bao gồm rutil Anatase, tùy thuộc vào chế độ nhiệt độ điều khiển tự động thiết bị phản ứng Dây chuyền công nghệ quy mô pilot có công suất 200 gr/h chứng tỏ hoạt động ổn định Khi thực quy mô lớn hơn, cần đặc biệt ý vần đề vật liệu thiết bị môi trường làm việc áp suất âm, tránh tượng rò khí tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu hồi sản phẩm Công nghệ phủ màng TiO2 nano lên bề mặt gốm, sứ, thủy tinh thực tương đối ổn định Chất lượng (chiều dày, độ đồng đều) phụ thuộc vào việc xử lý bề mặt tốc độ kéo vật rắn khỏi dung dịch Màng TiO2 thu có đặc tính kháng khuẩn cao, tăng khả thấm ướt, tạo cho bề mặt có khả dễ làm Khi thực quy mô lớn vật thể có độ dày thay đổi, hình dạng bất kỳ, tốc độ nung để hình thành ổn định màng yếu tố công nghệ quan trọng định chất lượng màng chống nứt sản phẩm 182 Hạt TiO2 phủ bề mặt hạt nhựa có khả tạo nên loại vật liệu có khả xúc tác quang thu hồi Với lớp vật liệu hạt này, thiết kế chế tạo cột xử lý khí thải (VOC) khí có nấm mốc công nghiệp đời sống Điều cần lưu ý cần thiết kế thiết bị cho tia UV phát huy tác dụng chất xúc tác quang TiO2 Hạt TiO2 pha SiO2 phủ nhựa có khả tạo nên vật liệu xốp làm lớp lọc xử lý COD vi khuẩn môi trường ao nuôi thủy sản bị ô nhiễm Hiệu vật liệu xúc tác quang tương đối cao, xử lý tốt môi trường ao nuôi có COD đến 300 mg/l thời gian 4h II KIẾN NGHỊ Các kết đề tài khẳng định làm chủ công nghệ tạoTiO2 nano ứng dụng công nghiệp, đời sống Tuy nhiên nghiên cứu nêu quy mô phòng thí nghiệm mở rộng Để khẳng định hiệu kinh tế xã hội công nghệ phát triển, đề tài kính đề nghị Ban Chủ Nhiệm Chương trình KC02, Văn phòng Chương trình KHCN trọng điểm cấp nhà nước Bộ Khoa học Công nghệ cho phép triển khai nghiên cứu tiếp tục sở nguyên liệu Titan nước, nhằm chủ động hoàn toàn công nghệ sử dụng tổng hợp tài nguyên khoáng sản Việt Nam Nguyên liệu cho nghiên cứu TiCl4 Hiện sản lượng tinh quặng xỉ titan lớn chưa có phương pháp chế biến hữu hiệu Vấn đề TiCl4 cần triển khai nghiên cứu để vừa tận dung tài nguyên khoáng sản nước, vừa tạo tiền đề cho công nghiệp titan - vật liệu kim loại tương lai, phát triển 183 LỜI CẢM ƠN Đề tài xin trân trọng cảm ơn quan cá nhân tích cự hợp tác, góp phần vào việc thực thành công nghiên cứu Đề tài: Bộ Khoa học Công nghệ, Văn phòng Chương trình KHCN trọng điểm cấp nhà nước Chương trình KC02 cung cấp kinh phí cho việc thực đề tài Việc Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, PTN nano Viện Môi trường Tài nguyên (ĐHQG HCM), Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia vật liệu Polymer Composit, Viện Công nghệ Hóa học (Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam), Viện Pasteur (TP HCM) tận tình hỗ trợ việc tiến hành phép phân tích mẫu, xác định đặc tính hóa lý vật liệu Khoa Kỹ thuật Hóa học, Khoa Môi trường, Trung Tâm NC CN Lọc Hóa Dầu, em sinh viên, học viên cao học tham gia vào nghiên cứu thực khối lượng lớn phép phân tích, thực nghiệm, dẫn đến việc thực thành công mục tiêu đề tài đặt Các chuyên gia từ Trường ĐHKT Toyohashi, Trường Đại học Tokyo (Nhật bản), Tổ hợp Sản xuất Thương maị Cơ khí Hóa chất Kunming (Trung Quốc) có ý kiến đóng góp quý báu cho việc thực đề tài 184 TÀI LIỆU THAM KHẢO Xiaobo Chen, Samuel S Mao, ‘Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications’, Chem Rev 2007, 107, 2891−2959) Luciana Pitta Bauermann and partners, Synthesis and characterization of TiO2 nanopowders from peroxotitanium solution, ,Materials Chemistry and Physics 115 (2009) 142–146 A.H Sun and partners, Low temperature synthesis of Anatase and Rutil titania nanopowders by hydrolysis of TiCl4 using ammonia gas, Journal of Alloys and Compounds 481 (2009) 605–609) Jinyuan Chen, Lian Gao, Junghua Huang, Dongsheng Yan, “Preparation of nanosized titania powder via the controlled hydrolysis of titanium alkoxide”, Journal Of Materials Science 31 (1996) 3497 -3500 Masao Kaneko, Ichiro Okura, “ Photocatalysis”, Science and Technology , Japan, 2000 HungMin Chein and Yu-Du Hsu ,”Cyclone Technology for Nanopowder Collection”, European Aerosol Conference 2007, Salzburg, Abstract T09A058 H Samari Jahromi, H Taghdisian, S Afshar, S Tasharrofi, ‘Effects of pH and polyethylene glycol on surface morphology of TiO2 thin film’ Surface & Coatings Technology 203 (2009) 1991–1996 Natarajan Sasirekha, Baskaran Rajesh, Yu-Wen Chen, “Synthesis of TiO2 sol in a neutral solution using TiCl4 as a precursor and H2O2 as an oxidizing agent”, Thin Solid Films 518 (2009) 43–48, Đài loan Satoshi Takeda and partners, “Photocatalytic TiO thin film deposited onto glass by DC magnetron sputtering”, Thin Solid Films 392 2001 338-344, Japan 185 10 H Cui and partners, “Photocatalytic Properties Of Titanium (Iv) Oxide Thin Films Prepared By Spin Coating And Spray Pyrolysis”, Mat Res Bull., Vol 28, pp 195-201, 199, USA 11 Commission on Engineering and Technical Systems (CETS) (1983), Titanium – Past, Present and Furture The National Academies Press 12 Ling Zan, Zhen_Hepeng, Yoi-LAn Xia, Ling Huang, Journal of Materials Science 39(2004) 761-763 13 Abhijit V.Jadhav, Synthesis of TiO2 nanoparticle mesoporous films from reserve micelles and application of TiO2 nanoparticles as photocatalysts, department of Materials Science and Engineering, University of Cincinnati, 2005 14 Ani K John, S Savithri, K R Prasad and G D Surender, Characteristics of TiO2 nanoparticles synthesized through low temperature aerosol process, India, 2005 15 B Xia, W Li, B Zang, Y Xie: Low Temperature vapor – phrase preparation of TiO2 nanopowders J Materials Science, 1999 16 Hans Bach, Die ter Krause, Thin film on glass Springer, 1997 17 M.R Hoffmann, S T Martin, W Choi, D W Bahnemann, Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis Chem.Rew, Vol.95, pp 69 – 96, 1995 18 Nguyễn Lê Hùng, Nguyễn Đức Chiến, Phạm Thành Huy, Tổng hợp nano tinh thể TiO2 dạng Anatase số tính chất đặc trưng chúng, Tạp chí khoa học công nghệ trường đại học kỹ thuật, số 48, năm 2004 19 Suela Kellici, Jawwad Darr, Ihtesham Rehman, Nanoparticles Using Clean Technology, Queen Mary – University of London, 2002 186 [...]... 4: Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thử nghiệm lớp phủ TiO2 nano không /hoặc có kết hợp với nano kim loại trên vật liệu rắn ứng dụng trong hệ thống điều hòa không khí Nội dung 5: Nghiên cứu công nghệ sử dụng TiO2 nano chế tạo lớp vật liệu dạng màng mỏng trên vật liệu polymer ứng dụng khử trùng môi trường nuôi trồng thủy sản 4 PHẦN MỘT ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT TiO2 NANO VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG... được ứng dụng để chế tạo hạt TiO2 nano Yang và cộng sự đã tạo thành TiO2 nano dạng hạt , nano rod bằng cách xử lý thủy nhiệt các kết tủa được phân tán thành hệ keo của tiền chất Titan với nước Wei và cộng sự chế tạo thành công các dạng TiO2 nano dạng rod, nanowire Kasuga và cộng sự đạt được TiO2 dạng nanotube Trong các nghiên cứu này, các cơ chế hình thành TiO2 nano dạng hạt, nanowire, nanorod và nanotube... nghị Trong các nghiên cứu 27 này, nhiệt độ trong quá trình xử lý và phản ứng nhỏ hơn 250 0C, kích thước các dạng nano đạt được tương đối nhỏ và đồng đều Hiện nay, Nhiều nhóm nghiên cứu đi sâu theo hướng này nhằm tạo ra TiO2 nano với hình dạng, pha tinh thể và kích thước khác nhau A.L.Castro và cộng sự sử dụng phương pháp thủy nhiệt trong điều kiện êm dịu để sản xuất TiO2 Anatase kích thước nano ổn định.. .thước nano mét với khối lượng lớn, năng suất đạt 0,2kg/giờ (pha Anatase có kích thước