Biến tính titan đioxit được điều chế từ quặng inmenit Bình Định và ứng dụng xử lý các chất hữu cơ khó sinh hủy

LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu trường Đại học Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa Học, thầy cô khoa, trường dìu dắt, giúp đỡ em suốt năm học vừa qua Em xin bày tỏ kính trọng lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Diệu Cẩm tận tình bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt khóa luận Em xin chân thành cảm ơn chị Lê Thu Hà lớp Cao học K17 giúp đỡ em nhiệt tình suốt trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn thầy cô Trung tâm thí nghiệm thực hành nhiệt tình giúp đỡ em suốt trình thực nghiệm Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ em suốt trình thực khóa luận Bên cạnh việc nỗ lực, cố gắng thân để hoàn thành tốt khóa luận em hạn chế thời gian kinh nghiệm nên không tránh khỏi việc vấp phải số thiếu sót Em mong nhận cảm thông góp ý quý thầy cô để khóa luận hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Quy Nhơn, tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Thu Sen DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT SEM : Scanning Electron Microscope (phương pháp hiển vi điện tử quét) XRD : X-ray diffraction (phương pháp nhiễu xạ tia X) UV-VIS : Ultraviolet - visible (phương pháp phổ kích thích electron) EDX : Energy-dispersive X-ray spectroscopy (phương pháp phổ tán xạ lượng tia X) DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang bảng 1.1 Thông số vật lý dạng anatas rutil 2.1 Kết xây dựng đường chuẩn 34 3.1 Thành phần hóa học quặng inmenit Bình Định 36 3.2 Thành phần hóa học nguyên tố mẫu 39 3.3 K2TiF6 Độ chuyển hóa xanh metylen vật liệu F-TiO2 40 phụ thuộc vào nồng độ dung dịch NH3 dùng để thủy 3.4 phân K2TiF6 Độ chuyển hóa xanh metylen xúc tác F-TiO2 41 phụ thuộc vào nồng độ dung dịch KF chế hóa huyền 3.5 phù Độ chuyển hóa xanh metylen vật liệu F-TiO2 43 phụ thuộc vào thời gian chế hóa huyền phù với dung dịch KF 3.6 Độ chuyển hóa xanh metylen xúc tác F-TiO2 45 phụ thuộc vào nhiệt độ nung TiO2.nH2O biến tính 3.7 Dung lượng hấp phụ vật liệu TiO2 theo thời 50 3.8 gian Độ chuyển hóa xanh metylen với xúc tác sau 52 thời gian xử lý 3.9 Độ chuyển hóa xanh metylen mẫu vật liệu TiO2550 F-TiO2550 với nguồn sáng khác 53 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 1.1 Các dạng cấu trúc tinh thể vật liệu TiO2 1.2 (a) anatas, (b) rutil, (c) brookit Cơ chế trình quang xúc tác vật liệu bán dẫn 14 1.3 Giản đồ vùng lượng anatas rutil 15 1.4 Cơ chế xử lí chất hữu chất xúc tác quang 16 1.5 Nguyên tắc phân chia nước sử dụng chất 22 quang xúc tác TiO2 2.1 2.2 Sơ đồ điều chế TiO2 biến tính với flo từ quặng inmenit phương pháp sol – gel Sự phản xạ bề mặt tinh thể 27 31 2.3 Đường chuẩn xanh metylen 34 3.1 Quặng inmenit Bình Định 36 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X quặng inmenit Bình Định 37 3.3 Mẫu K2TiF6 điều chế từ quặng inmenit Bình 37 Định 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X K2TiF6 38 3.5 Phổ tán xạ lượng tia X K2TiF6 38 3.6 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NH3 dùng để thủy 40 phân K2TiF6 đến độ chuyển hóa xanh metylen vật 3.7 liệu F-TiO2 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch KF đến độ chuyển hóa xanh metylen vật liệu F-TiO2 42 3.8 Ảnh hưởng thời gian chế hóa huyền phù đến độ 44 chuyển hóa xanh metylen vật liệu F-TiO2 3.9 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến độ chuyển hóa xanh metylen vật liệu F-TiO2 Ảnh SEM F-TiO2550 45 46 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu TiO2550 47 3.12 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu F-TiO2550 47 3.13 Giản đồ phổ tán xạ lượng tia X TiO2550 48 3.14 Giản đồ phổ tán xạ lượng tia X F-TiO2550 48 3.15 Ảnh UV-VIS rắn TiO2550 F-TiO2550 49 3.16 Sự thay đổi dung lượng hấp phụ theo thời gian 51 3.17 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến khả 52 quang xúc tác vật liệu F-TiO2550 3.18 Độ chuyển hóa xanh metylen vật liệu TiO2550 F-TiO2550 54 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI CẢM ƠN Thành phần hóa học nguyên tố mẫu MỤC LỤC K2TiF6 Trang .1 MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Lý chọn đề tài Mục đích, nội dung nghiên cứu .3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Các nguồn khoáng vật chứa titan 1.1.1 Quặng titan giới 1.1.2 Quặng titan Việt Nam 1.2.2 Tính chất hóa học titan đioxit [1, 17, 18, 20] 1.2.3 Các phương pháp điều chế TiO2 từ quặng inmenit 10 1.3 Tổng quan khả quang xúc tác TiO2 12 1.4.6 Các ứng dụng khác vật liệu TiO2 vật liệu TiO2 biến tính .21 1.5 Động học trình quang xúc tác TiO2 22 1.6.1 Các phương pháp biến tính chung 22 1.6.2 Vật liệu TiO2 biến tính nguyên tố kim loại 23 1.6.3 Vật liệu TiO2 biến tính nguyên tố phi kim .23 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 25 2.1 Hóa chất dụng cụ 25 2.1.1 Hóa chất 25 2.1.2 Dụng cụ .25 2.2 Điều chế vật liệu TiO2 biến tính Flo .25 2.2.1 Chuẩn bị mẫu .25 2.2.2 Qui trình điều chế vật liệu TiO2 biến tính flo từ quặng inmenit Bình Định phương pháp sol – gel 26 2.3 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế vật liệu TiO2 biến tính flo 28 2.3.1 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NH3 trình thủy phân K2TiF6 để tạo TiO2 biến tính với flo 28 2.3.2 Ảnh hưởng nồng độ KF đến khả quang xúc tác sản phẩm 28 2.3.3 Ảnh hưởng thời gian chế hóa huyền phù TiO2.nH2O với dung dịch KF 28 2.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến trình tổng hợp vật liệu TiO2 biến tính flo .29 2.4 Các phương pháp đặc trưng vật liệu 29 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 29 2.4.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét 30 2.4.3 Phổ tán xạ lượng tia X 30 2.4.4 Phương pháp phổ kích thích electron 31 2.5 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu TiO2 biến tính 32 2.5.1 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 32 2.5.2 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ .34 2.5.3 Độ chuyển hóa quang xúc tác 34 3.1 Đặc trưng vật liệu 35 3.1.1 Đặc trưng quặng inmenit Bình Định 35 3.1.2 Đặc trưng vật liệu K2TiF6 điều chế từ quặng inmenit Bình Định .36 Bảng 3.2 Thành phần hóa học nguyên tố mẫu K2TiF6 38 3.1.3 Đặc trưng vật liệu TiO2 biến tính flo điều chế từ K2TiF6 38 3.1.3.1 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế F-TiO2 38 a) Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NH3 trình thủy phân K2TiF6 đến hoạt tính quang xúc tác F-TiO2 38 b) Ảnh hưởng nồng độ dung dịch KF đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu F-TiO2 40 c) Ảnh hưởng thời gian chế hóa huyền phù TiO2.nH2O với dung dịch KF đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu F-TiO2 41 d) Ảnh hưởng nhiệt độ nung TiO2.nH2O biến tính đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu F-TiO2 43 3.1.3.2 Đặc trưng vật liệu F-TiO2550 44 3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu F-TiO2550 49 3.2.1 Xác định thời gian đạt cân hấp phụ 49 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa xanh metylen 50 3.2.3 Tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2550 vật liệu F-TiO2550 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Những năm trở lại đây, tượng biến đổi khí hậu toàn cầu ô nhiễm môi trường vấn đề đặt hàng đầu cho toàn giới Theo số liệu thống kê tạp chí kinh tế 2015, Việt Nam nước chịu ảnh hưởng thiệt hại nặng nề biến đổi khí hậu toàn cầu Việc gia tăng dân số phát triển công nghiệp dẫn đến việc ngày nhiều chất độc hại thải vào môi trường Trong số chất độc hại thải môi trường, đáng ý chất hữu độc hại, nhóm chất tương đối bền vững, khó bị phân hủy sinh học, lan truyền tồn lưu thời gian dài môi trường Do vậy, việc nghiên cứu xử lý triệt để hợp chất hữu độc hại môi trường bị ô nhiễm mối quan tâm hàng đầu quốc gia đặc biệt có ý nghĩa quan trọng sống tương lai người Hiện có nhiều phương pháp để xử lý hợp chất ô nhiễm Một phương pháp hấp dẫn nhà khoa học phương pháp oxi hóa hợp chất hữu độc hại nước cách sử dụng phản ứng phân hủy xúc tác quang điều kiện ánh sáng khả kiến Xúc tác quang phương pháp đầy hứa hẹn có tiềm lớn cho việc chuyển đổi lượng photon thành lượng hóa học phân hủy chất ô nhiễm không khí nước Trong số chất xúc tác, TiO chứng minh chất xúc tác quang có hiệu cao việc xử lí môi trường Bên cạnh đó, việc ứng dụng công nghệ nano điều chế vật liệu điển titan đioxit thu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học nước Nhờ kích thước siêu nhỏ, vật liệu với nhiều tính chất đặc biệt, ưu việt nhiều so với loại vật liệu thông thường vấn đề quan trọng tính thân thiện vật liệu với môi trường Việc nhà nghiên cứu điều chế ứng dụng vật liệu nano titan đioxit làm chất xúc tác quang hóa hiệu việc xử lý nguồn nước thải bị ô nhiễm chất hữu khó bị sinh hủy, mở hy vọng cho nhân loại hướng giải vấn đề ô nhiễm môi trường [3, 4] Lý chọn đề tài Ở khoảng nửa kỷ trước, đời công nghệ nano việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất, thực vấn đề mang nhiều hoài nghi tính khả thi, thời đại ngày ta thấy ứng dụng công nghệ nano trở thành vấn đề thời nhận quan tâm nhiều nhà khoa học Các nước giới bước vào chạy đua phát triển ứng dụng công nghệ nano Một loại vật liệu nhà khoa học đặc biệt ý nghiên cứu gần vật liệu nano TiO2 Vật liệu TiO2 kích thước nano có nhiều tính ưu việt độ bền học cao, tính bán dẫn, tính chất điện quang trội, hoạt tính xúc tác cao Bên cạnh khả ứng dụng TiO2 xúc tác quang hóa triển vọng, chất bán dẫn tồn số hạn chế Quá trình tái kết hợp tiểu phân mang điện làm giảm đáng kể hiệu xúc tác Đồng thời, TiO thực hoạt động xạ UV, có lượng lớn lượng vùng cấm, xạ UV chiếm từ – 5% lượng mặt trời Vì vậy, biến tính TiO2 trở thành hướng nghiên cứu quan trọng nhằm nâng cao hiệu xúc tác ứng dụng lượng mặt trời vào hệ thống xúc tác quang hóa TiO2 Việt Nam quốc gia thiên nhiên ưu đãi với nguồn tài nguyên khoáng sản dồi phong phú Trong đó, có mỏ quặng chứa 45 Ngoài ra, để có so sánh, tổng hợp mẫu TiO cách thủy phân K2TiF6 với dung dịch NH3 3,5M, sấy 12 80ºC sau nung nhiệt độ 550ºC vật liệu kí hiệu TiO2550 Để đặc trưng cho cấu trúc bề mặt vật liệu, F-TiO 2550 đặc trưng phương pháp hiển vi điện tử quét, kết trình bày hình 3.10 Hình 3.10 Ảnh SEM vật liệu F-TiO2550 Từ ảnh SEM hình 3.10 cho thấy, vật liệu F-TiO2550 có hình thái cấu trúc rõ ràng, hạt đồng kích thước hạt trung bình khoảng 20 nm Thành phần pha vật liệu TiO2550 F-TiO2550 xác định phương pháp nhiễu xạ tia X, kết trình bày hình 3.11 hình 3.12 46 HUT – PCM – Bruker D sAdvance – TiO2 Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu TiO2550 HUT – PCM – Bruker D sAdvance – F-TiO2 Hình 3.12 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu F-TiO2550 Kết từ giản đồ nhiễu xạ tia X hình 3.11 3.12 cho thấy, nung vật liệu F-TiO2550 TiO2550 550ºC hình thành TiO2 dạng anatas với pic có cường độ mạnh sắc nét vị trí 2θ = 25,28o; 37,39o; 47,9o; 53,7º; 55,13o; 62,79o Tuy nhiên, mẫu F-TiO2550 có pic pha anatas với cường độ mạnh mẫu TiO2550 Điều chứng tỏ vật liệu F-TiO2550 47 tổng hợp từ quặng inmenit Bình Định hình thành pha anatas xử lý mẫu 5500C Thành phần hóa học vật liệu TiO 2550 F-TiO2550 xác định phương pháp tán xạ lượng tia X Kết trình bày hình 3.13 hình 3.14 Hình 3.13 Giản đồ phổ tán xạ lượng tia X TiO2550 Hình 3.14 Giản đồ phổ tán xạ lượng tia X F-TiO2550 Kết đo phổ EDX hình 3.13 3.14 vật liệu TiO 2550 FTiO2550 cho thấy, pic titan (Ti) oxi (O) đặc trưng cho thành phần vật liệu TiO2 (hình 3.13) , vật liệu F-TiO2550 có xuất pic nguyên tố flo (F) (hình 3.14) Điều chứng tỏ có mặt flo 48 mẫu F-TiO2550 Tuy với hàm lượng không nhiều cải thiện đáng kể hoạt tính xúc tác so với vật liệu chưa biến tính Như vậy, F-TiO 2550 điều chế thành công Để đặc trưng cho khả hấp thụ xạ vật liệu tổng hợp; TiO2550 F-TiO2550 đặc trưng phương pháp phổ kích thích electron (UV – VIS rắn) Giản đồ phổ UV-VIS rắn vật liệu ttrình bày hình 3.15 ʎmax= 317 nm ʎmax= 339 nm ʎ (nm) Hình 3.15 Ảnh UV-VIS rắn TiO2550 F-TiO2550 Kết phổ hấp thụ UV-Vis mẫu rắn TiO2550 F-TiO2550 thể hình 3.15 cho thấy, khả hấp thụ ánh sáng mẫu thể mạnh vùng ánh sáng kích thích từ 200-800 nm, mẫu TiO2 có cực đại hấp thụ ánh sáng kích thích bước sóng 317 nm, với giá trị lượng vùng cấm tính toán theo kết đo UV-vis trạng thái rắn thông qua hàm Kubelka–Munk 3,246 eV Trong vật liệu pha tạp flo (FTiO2550) xuất cực đại hấp thụ bước sóng lớn (339 nm) mở rộng vùng ánh sáng khả kiến, với giá trị lượng vùng cấm tương ứng 3,09 eV Cực đại hấp thụ dịch chuyển bước sóng lớn 49 tượng giảm lượng vùng cấm có mặt flo vật liệu biến tính Đây thuận lợi cho việc sử dụng sản phẩm biến tính làm xúc tác quang điều kiện ánh sáng khả kiến 3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu F-TiO2550 3.2.1 Xác định thời gian đạt cân hấp phụ Tiến hành thí nghiệm mục 2.5.2, kết trình bày bảng 3.7 hình 3.16 Bảng 3.7 Dung lượng hấp phụ vật liệu TiO2 theo thời gian Thời gian (giờ) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 C (mg/l) Co (mg/l) 6,77 6,35 6,20 6,15 6,13 6,12 6,11 7,57 7,57 7,57 7,57 7,57 7,57 7,57 q (mg/g) 2,4.10-3 3,66.10-3 4,11.10-3 4,26.10-3 4,32.10-3 4,35.10-3 4,38.10-3 Kết bảng 3.7 trình bày hình 3.16 50 Hình 3.16 Sự thay đổi dung lượng hấp phụ theo thời gian Từ kết bảng 3.7 hình 3.16 nhận thấy, dung lượng hấp phụ tăng tăng thời gian phản ứng đầu Sau giờ, dung lượng hấp phụ không thay đổi Như coi thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu Do trình khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu F-TiO2550, chọn nồng độ dung dịch xanh metylen thời điểm Co 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa xanh metylen Tiến hành thí nghiệm: cho vào cốc thủy tinh 100 ml lần lượt: 20mg FTiO2550 40 ml dung dịch xanh metylen 10 mg/l Dùng giấy bạc bọc kín cốc sau khuấy cốc máy khuấy từ vòng giờ, sau lấy ml đem ly tâm, kí hiệu mẫu C0 Sau đó, thời gian tương ứng t = giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, dùng pipet hút ml đem ly tâm máy ly tâm EBA 20 (tốc độ 6000 vòng/phút 15 phút) Nồng độ dung dịch xanh metylen mẫu dung dịch xác định máy đo mật độ quang SPECTRO UV-VIS RS Kết thí nghiệm đưa bảng 3.8 hình 3.17 Bảng 3.8 Độ chuyển hóa dung dịch xanh metylen xúc tác FTiO2550 theo thời gian xử lý Thời gian (giờ) Độ chuyển hóa (%) 29, 92 37,80 50,55 64,42 66,52 67,37 51 Kết ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa xanh metylen trình bày hình 3.17 Hình 3.17 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến khả quang xúc tác vật liệu F-TiO2550 Từ số liệu bảng 3.8 hình 3.17 cho thấy, sau thời gian giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, chiếu xạ, độ chuyển hóa 29,92%, 37,80%, 50,55%, 64,42%, 66,55%, 67,37% Sau thời gian độ chuyển hóa đạt 29,92%, tiếp tục xử lý đến thời gian đạt độ chuyển hóa 64,42% Đến thời gian giờ, độ chuyển hóa gần không thay đổi nhiều so với Từ đó, thấy rằng: phần trăm xanh metylen phân hủy tăng thời gian phản ứng tăng Sau phần trăm xanh metylen phân hủy đạt 67,37% Như vậy, chứng tỏ thời gian chiếu sáng dài xanh metylen xử lý triệt để hơn, làm tăng khả tạo gốc tự có khả oxi hóa mạnh dẫn đến việc xanh metylen bị phân hủy nhiều đến thời điểm định độ chuyển hóa gần không đổi 52 3.2.3 Tính chất quang xúc tác vật liệu TiO2550 vật liệu F-TiO2550 Trong nghiên cứu này, để đánh giá hoạt tính quang xúc tác vật liệu TiO2550 F-TiO2550 điều chế từ quặng inmenit Bình Định, tiến hành khảo sát khả quang xúc tác vật liệu thông qua phản ứng phân hủy dung dịch xanh metylen tác dụng xạ đèn sợi đốt 60W ánh sáng mặt trời Kết độ chuyển hóa xanh metylen trình bày bảng 3.9 Bảng 3.9 Độ chuyển hóa xanh metylen mẫu vật liệu TiO2550 F-TiO2550 với nguồn sáng khác (40 ml dung dịch xanh metylen 10 mg/l; 20 mg xúc tác; thời gian phản ứng: giờ) Xúc tác Độ chuyển hóa (%) Đèn sợi đốt TiO2550 34,25 Mặt trời 75,32 F-TiO2550 70,15 97,11 Kết độ chuyển hóa bảng 3.9 biểu diễn hình 3.18 53 TiO2550 F-TiO2550 Hình 3.18 Độ chuyển hóa xanh metylen vật liệu TiO2550 F-TiO2550 Từ kết bảng 3.9 đồ thị hình 3.18 cho thấy, sau thời gian phân hủy độ chuyển hóa xanh metylen vât liệu F-TiO 2550 cao so với vật liệu TiO2550 sử dụng nguồn sáng (đèn sợi đốt, xạ mặt trời) Cụ thể, tác dụng xạ đèn sợi đốt 60W, vật liệu FTiO2550 đạt độ chuyển hóa xanh metylen 70,15% cao gấp đôi so với vật liệu TiO2 (độ chuyển hóa xanh metylen đạt 34,25%); Dưới tác dụng xạ mặt trời, vật liệu F-TiO2550 đạt độ chuyển hóa xanh metylen 97,11% cao hẳn so với vật liệu TiO (độ chuyển hóa xanh metylen đạt 75,32%) Điều chứng tỏ có mặt F cải thiện hoạt tính xúc tác TiO2 Từ kết bảng 3.9 đồ thị hình 3.18 rằng, sau thời gian phân hủy độ chuyển hóa xanh metylen xúc tác TiO 2550 F-TiO2550 sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời cao dùng nguồn sáng bóng 54 đèn sợi đốt Cụ thể, vật liệu TiO 2550, độ chuyển hóa xanh metylen ánh sáng mặt trời đạt 75,32% cao so với độ chuyển hóa xanh metylen tác dụng xạ đèn sợi đốt 60W (độ chuyển hóa đạt 34,25%); Vật liệu F-TiO2550, độ chuyển hóa xanh metylen ánh sáng mặt trời đạt 97,11% cao so với tác dụng xạ đèn sợi đốt 60W (độ chuyển hóa xanh metylen đạt 70,15%); Các kết cho thấy, chất xúc tác thời gian phản ứng xử lí nhau, độ chuyển hóa xanh metylen ánh sáng mặt trời cao đáng kể so với tác dụng xạ đèn sợi đốt Điều giải thích đèn sợi đốt có nguồn ánh sáng đơn sắc vàng, ánh sáng mặt trời tự nhiên có khoảng 3-5 % tia tử ngoại nên kích thích hỗ trợ thêm cho hoạt tính quang xúc tác vật liệu 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu đề tài, thu số kết sau: (1) Đã điều chế thành công vật liệu TiO biến tính flo từ nguồn nguyên liệu ban đầu quặng inmenit Bình Định (2) Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu TiO2 biến tính F nồng độ dung dịch NH3 thủy phân muối K2TiF6, nồng độ dung dịch KF dùng để chế hóa huyền phù, thời gian chế hóa huyền phù ảnh hưởng nhiệt độ nung Kết khảo sát cho thấy điều kiện thích hợp để tổng hợp vật liệu TiO biến tính F: thủy phân K2TiF6 dung dịch NH3 3,5 M, thời gian chế hóa huyền phù 45 phút, nồng độ dung dịch KF M, nung mẫu nhiệt độ 550ºC (3) Đã đặc trưng vật liệu TiO2, vật liệu TiO2 biến tính phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX), phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp phổ UV-VIS mẫu rắn (4) Hoạt tính quang xúc tác TiO2 biến tính F khảo sát phản ứng chuyển hóa xanh metylen với nồng độ 10mg/l đèn sợi đốt ánh sáng mặt trời Độ chuyển hóa xanh metylen vật liệu TiO2 biến tính F đèn sợi đốt 70,15%; ánh sáng mặt trời đạt 97,11% Kiến nghị Qua kết nghiên cứu này, nhận thấy: Cần mở rộng hướng nghiên cứu sang việc biến tính TiO đồng thời flo kim loại, phi kim khác Nhằm tăng cường khả 56 giữ electron vật liệu, làm giảm lượng cấm, hạn chế tái kết hợp electron lỗ trống 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Sỹ Lương, Ảnh hưởng yếu tố trình điều chế đến kích thước hạt cấu trúc tinh thể TiO 2, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2005, 21(2), 16-22 [2] Ngô Sỹ Lương, Khảo sát trình điều chế titan đioxit dạng bột kích thước nano phương pháp thuỷ phân titan tetraclorua, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2006, 22(3CAP), 113-118 [3] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung, Các trình oxi hóa cao xử lý nước nước thải, 2006, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Đặng Thanh Lê, Mai Đăng Khoa, Ngô Sỹ Lương, Khảo sát hoạt tính xúc tác quang bột TiO kích thước nano mét trình khử màu thuốc nhuộm, Hóa học, 2008, 46(2A), 139-143 [5] Ngô Sĩ Lương, Ảnh hưởng yếu tố trình điều chế đến kích thước hạt cấu trúc tinh thể TiO 2, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2005, 21(2), 16-22 [6] Ngô Sĩ Lương , Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng, Nghiên cứu quy trình điều chế Titan đioxit kích thước nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh axit sunfuric, Hóa Học, 2009, 47(2A), 145-149 [7] Ngô Sĩ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng, Thân Văn Liên, Trần Minh Ngọc, Nghiên cứu quy trình điều chế Titan đioxit kích thước nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh axit sunfuric, Hóa học, 2009, 47(2A), 150-154 [8] Đặng Thanh Lê, Mai Đăng Khoa, Ngô Sỹ Lương, Khảo sát hoạt tính xúc tác quang bột TiO2 kích thước nano mét trình khử màu thuốc nhuộm, Hóa học, 2008, 46(2A), 139-143 [9] Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ, tập ba, nhà xuất giáo dục, 2000 58 [10] Lê Kim Long, Ứng dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ nghiên cứu cấu trúc, tính chất hoạt tính xúc tác quang bề mặt TiO rutil, bề mặt khuyết tật bề mặt biến tính, Tạp chí Hóa học, 2012, 50(2), 163-167 [11] Nguyễn Thị Lan, Chế tạo màng nano TiO dạng anatas khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân hủy metylen xanh, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2004 [12] Nguyễn Thị Hiền, Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc tính chất TiO2 khích thước nano mét biến tính lưu huỳnh, Luận văn thạc sỹ khoa học, ĐHKHTN, Hà Nội, 2011 [13] Nguyễn Thị Kim Giang, Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO biến tính kích thước nano mét khảo sát khả quang xúc tác chúng, Luận văn thạc sỹ khoa học, ĐHKHTN, Hà Nội, 2013 [14] H Langhuan, S Zongxin, L Yingliang, N-doped TiO nanotubes with visible light activity for degradation of metyl orange in water, Journal of ceramic society of Japan, 2007, 115(1), 28-31 [15] X Z Ding, X H Liu, Y Z He, Grain size dependence of anatas to rutil structural transformation in gel–derived nanocrytalline titania powders, Journal of Materials Science Letters, 1996,15, 1789-1791 [16] R R Bacsa, J Kiwi, Effect of rutil phase on the photocatalytic properties of nanocrystalline titania during the degradation of p-coumaric acid, Applied Catalysis B: Environmental, 1998, 16, 19-29 [17] R A Liđin, V A Molosco, L L Anđreeva, , người dịch: Lê Kim Long, Hoàng Nhâm, Tính chất lí hóa học chất vô cơ, 2001, NXB KH&KT, Hà Nội [18] P V Kamat, Photophysical, photochemical and photocatalytic aspects of metal nanoparticles, Journal of Physical Chemistry B, 2002, 106(32), 7729–7744 59 [19] Slamet, H W Nasution, E Purnama, S Kosela, J Gunlazuardi, Photocatalytic reduction of CO2 on copperdoped titania catalysts prepared by improved-impregnation method, Catalysis Communications, 2005, 6(5), 313– 319 [20] N Laptash, I Maslennikowa, Fluoride Processing of TitaniumContaining Minerals, Advances in Meterials Physiscs and Chemistry, 2009, 2, 21-24 [21] C Li, B Liang, H Song, J Q Xu, X Q Wang, Preparation of porous rutil titania from ilmenite by mechanical activation and subsequent sulfuric acid leaching, Microporous Mesoporous Mater, (2008), 115, 293-300 [22] Wang Haizeng, Deng Peichang, Hu Jiezhen, and Sun Baowei, Hydrothermal Preparation and Comparative Study of Halogen-doping TiO Photocatalysts, College of Ocean and Meteorology, Ocean University of Guangdong, 2010, 200-203 [...]... quan trọng và cần thiết Từ những nền tảng cơ sở lý luận và thực tiễn được phân tích ở trên, chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài: Biến tính titan đioxit được điều chế từ quặng inmenit Bình Định và ứng dụng xử lý các chất hữu cơ khó sinh hủy 3 Mục đích, nội dung nghiên cứu - Biến tính vật liệu TiO2 được điều chế từ quặng inmenit Bình Định bằng flo để làm chất xúc tác quang phân hủy các chất hữu cơ độc hại... tính xúc tác quang của vật liệu TiO2 biến tính được thông qua phản ứng phân hủy xanh metylen 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu - Quặng inmenit Bình Định - Phản ứng phân hủy xanh metylen trên vật liệu xúc TiO2 biến tính 4.2 Phạm vi nghiên cứu - Biến tính vật liệu TiO 2 được điều chế từ quặng inmenit Bình Định bằng flo 4 - Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu TiO 2 biến. .. chất hữu cơ mang tính bazơ Và ngược lại chất xúc tác có bề mặt mang tính bazơ sẽ hấp phụ tốt các chất hữu cơ mang tính axit Nguyên nhân là do hiệu ứng tĩnh điện Tính chất ưa nước và kị nước của hợp chất hữu cơ: Các chất xúc tác TiO2, Al2O3 hấp phụ rất kém các hợp chất hữu cơ kị nước như clorophenol • Các đặc tính quang học [41] Sự hấp thụ photon là bước đầu tiên của quá trình quang xúc tác của chất bán... trữ lượng titan sa khoáng khá lớn, lại nằm trong vùng nhiệt đới với thời lượng chiếu sáng hàng năm của mặt trời khá cao nên tiềm năng ứng dụng vật liệu xúc tác quang là rất lớn Dựa vào nguồn nguyên liệu inmenit của nước ta nói chung và ở Bình Định nói riêng, việc nghiên cứu điều chế, biến tính TiO2 và ứng dụng vào thực tiễn để làm chất quang xúc tác phân hủy các chất hữu cơ độc hại, khó sinh hủy trong... các chất trên bề mặt xúc tác Độ hấp phụ cao làm gia tăng sự tiếp xúc của chất xúc tác với hợp chất hữu cơ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phản ứng và phụ thuộc vào các yếu tố sau: Diện tích bề mặt chất xúc tác: Chất xúc tác có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao sẽ dễ dàng hấp phụ các hợp chất hữu cơ trong nước Tính chất axit bazơ: Chất xúc tác có bề mặt mang tính axit sẽ hấp phụ tốt các chất hữu. .. khô huyền phù trong 12 giờ và nung ở nhiệt độ xác định trong 5 giờ Nghiền sản phẩm trong cối mã não 2.2.2 Qui trình điều chế vật liệu TiO2 biến tính bởi flo từ quặng inmenit Bình Định bằng phương pháp sol – gel Hình 2.1 Sơ đồ điều chế TiO2 biến tính với flo từ quặng inmenit bằng phương pháp sol – gel 27 Quá trình điều chế F-TiO2 từ quặng inmenit theo sơ đồ quy trình (hình 2.1) được tiến hành qua 5 giai... hợp chất phenol,… [14, 18, 23-25] đã được thực hiện và có nhiều hệ thống xử lý đã được áp dụng trong thực tế 19 • Cơ chế phân huỷ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm [7, 16] Vật liệu nano TiO2 hấp thụ năng lượng photon ánh sáng kích thích và hình thành các gốc, sản phẩm trung gian như •OH, •O2-, H2O2, O2 sau đó nó sẽ oxi hoá các thành phần hữu cơ tạo ra sản phẩm cuối cùng là H2O, CO2 và các chất vô cơ. .. TiO2 đã kích hoạt bởi hỗn hợp đã tìm thấy phụ thuộc vào nồng độ chất biến tính và các vị trí hoạt động của hỗn hợp chất biến tính đối với chất xúc tác quang dưới ánh sáng nhìn thấy 25 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và dụng cụ 2.1.1 Hóa chất - Quặng inmenit Bình Định (Khu mỏ cụm công nghiệp xã Mỹ Thạnh - Phù Mỹ - Bình Định) - HF 40% (Trung Quốc) - KCl (Trung Quốc) - NH4OH... chế xử lí các chất hữu cơ của chất xúc tác quang • Bức xạ UV kích thích các electron từ vùng hoá trị lên vùng dẫn, tạo lỗ trống quang sinh trên vùng hoá trị và electron quang sinh trên vùng dẫn • Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh di chuyển ra bề mặt hạt xúc tác • Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh tái kết hợp bên trong và trên bề mặt xúc tác • Các lỗ trống quang sinh trên bề... Vùng hoá trị của anatas và rutil được chỉ ra trên giản đồ là xấp xỉ bằng nhau và cũng rất dương, điều này chứng tỏ chúng có tính oxi hoá rất mạnh Khi vật liệu nano TiO2 được kích thích bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp sẽ sinh ra các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh sinh ra sẽ di chuyển đến bề mặt và tương tác với các hoá chất hấp phụ lên bề mặt