Nghiên cứu điều chế, khảo sát hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thước nano được biến tính bằng photpho

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐỖ THỊ TUYÊN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANO ĐƯỢC BIẾN TÍNH BẰNG PHOTPHO Chuyên ngành: Hóa vô Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐỖ THỊ TUYÊN NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANO ĐƯỢC BIẾN TÍNH BẰNG PHOTPHO Chuyên ngành: Hóa vô Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Ngô Sỹ Lương Hà Nội - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hoàn thành kết nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS TS Ngô Sỹ Lương – Khoa Hóa Học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực, chưa công bố công LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu hướng dẫn PGS TS Ngô Sỹ Lương, đề tài “Nghiên cứu điều chế, khảo sát hoạt tính quang xúc tác bột titan đioxit kích thước nano biến tính photpho” hoàn thành Khoa Hóa học Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS TS Ngô Sỹ Lương, người tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian học tập làm việc phòng thí nghiệm Em xin chân thành cảm ơn thầy,các cô môn Hóa Vô cơ, anh chị nghiên cứu sinh học viên cao học khoa Hóa học tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ em nhiều từ ngày đầu em tiếp cận nghiên cứu đề tài Cuối em xin chân thành cảm ơn đến người thân gia đình, thầy cô và bạn bè dành cho em động viên, khích lệ suốt thời gian học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2013 Học Viên Đỗ Thị Tuyên MỤC LỤC Tôi xin cam đoan luận văn hoàn thành kết nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS TS Ngô Sỹ Lương – Khoa Hóa Học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực, chưa công bố công LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.2 Giản đồ miền lượng anata rutin 1.1.3 Tính chất hóa học titan đioxit 1.1.4 Các ứng dụng vật liệu TiO2 kích thước nm .7 DANH MỤC BẢNG Tôi xin cam đoan luận văn hoàn thành kết nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS TS Ngô Sỹ Lương – Khoa Hóa Học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực, chưa công bố công .4 LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tôi xin cam đoan luận văn hoàn thành kết nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS TS Ngô Sỹ Lương – Khoa Hóa Học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực, chưa công bố công .4 LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.2 Giản đồ miền lượng anata rutin 1.1.3 Tính chất hóa học titan đioxit 1.1.4 Các ứng dụng vật liệu TiO2 kích thước nm DANH MỤC CÁC HÌNH Tôi xin cam đoan luận văn hoàn thành kết nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS TS Ngô Sỹ Lương – Khoa Hóa Học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực, chưa công bố công .4 LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.2 Giản đồ miền lượng anata rutin 1.1.3 Tính chất hóa học titan đioxit 1.1.4 Các ứng dụng vật liệu TiO2 kích thước nm DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BET Phương pháp xác định bề mặt riêng Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh BET Phương pháp xác định bề mặt riêng BET Brunauer-Emmett-Teller CB Dải dẫn Conduction band DSC Nhiệt lượng vi sai quet Differential ScanningCalorimetry Spectrormetry DTA Phân tích nhiệt vi sai Differential thermal analysis EDS Phổ tán xạ lượng tia X Energy disiersive X-Ray Spectrormetry e Điện tử quang sinh electron formed upon illumination of a semiconductor Eg Năng lượng dải trống Band gap energy eV Đơn vị lượng tính theo eV Electron volts IR Phương pháp phổ hồng ngoại Infrared hυ Năng lượng ánh sang tới Incident photon energy + h Lỗ trống quang sinh Hole formed upon illumination of a semiconductor λ Bước sóng Wavelength IPA Ancol Iso propylic Isopropyl ancol M Kim loại Metal Mn+ Ion kim loại số oxi hóa n Metallic ion with oxidation of state n MB Xanh metylen Methylene Blue nm Nano met Nanometer •O2 Ion gốc siêu oxit Superoxide ion radical • OH Gốc hydroxyl Hydroxyl radical PD Paraquat Paraquat SN1 Thế nhân đơn phân tử Unimolecular nucleophilic substitution SN2 Thế nhân nhị phân tử Bimolecular nucleophilic substitution TBOT Tetra-n-butyl octotitanat Tetra-n-butyl orthotitanat TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Transmation Elestronic TGA TTIP UV VB VIS XRD Phân tích nhiệt trọng lượng Titan tetraisopropoxit Tia cực tím Dải hóa trị Thành phần nhìn thấy ánh sáng Phương pháp nhiễu xạ tia X Microscopy Thermal Gravimetric Analysis Titanium TetraIsopropoxit Ultraviolet Valence Band Visible component of light X-ray photoelectron Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt (QCVN 08: 2008/BTNMT) hàm lượng paraquat có mặt nước không phép vượt 0,9 mg/l Như vậy, với lượng chất quang xúc tác 0,3 g, nồng độ paraquat 19 mg/l (lớn quy chuẩn cho phép khoảng 21 lần) sau 3-4,5 chiếu sáng hàm lượng paraquat nước sau quang phân hủy mẫu P-TiO thấp ngưỡng cho phép Tóm lại, từ kết thực nghiệm trên, xác định điều kiện thích hợp cho trình quang phân hủy độc chất paraquat có thuốc trừ cỏ Nimaxon 20SL bột TiO biến tính P điều chế phương pháp sol-gel xạ đèn Compact sau: - Nồng độ paraquat dung dịch nước 19 mg/l - Tỷ lệ chất quang xúc tác/dung dịch paraquat 0,30 g/ 200 ml - pH dung dịch paraquat phân hủy khoảng 7-10 - Thời gian đạt cân hấp phụ-giải hấp paraquat bột TiO biến tính 60 phút Ở điều kiện trên, số tốc độ phân hủy paraquat P-TiO TiO2 không biến tính tương ứng 0,812 0,196 giờ-1 Như vậy, khả phân hủy độc chất paraquat ánh sáng đèn Compact P-TiO2 cao nhiều so với TiO2 không biến tính Với nồng độ độc chất paraquat dung dịch nước ban đầu lớn ngưỡng cho phép khoảng 21 lần, sau khoảng thời gian phân hủy đến 4,5 giờ, hàm lượng paraquat thuốc trừ cỏ đạt thấp ngưỡng cho phép 68 KẾT LUẬN Đã khảo sát số yếu tố trình điều chế bột TiO biến tính photpho (P-TiO2) theo phương pháp sol-gel ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác sản phẩm Đã xác định rằng, điều kiện thích hợp cho trình điều chế là: - Nồng độ TBOT IPA: 0,292M - Tỷ lệ mol H3PO4/TiO2: 5% - Thời gian già hóa gel: 24h - Nhiệt độ sấy: 100oC thời gian 12h tủ sấy chân không - Nhiệt độ thời gian nung: 650oC 5h Bằng phương pháp EDX xác định có mặt P thành phần mấu sản phẩm Phương pháp hồng ngoại xác định hình thành liên kết Ti-P, Phương pháp ABS xác nhận rằng, mẫu sản phẩm điều chế có lượng vùng cấm giảm có chuyển dịch rìa ánh sáng kích thích vùng nhìn thấy Đã xây dựng quy trình điều chế P-TiO phòng thí nghiệm theo phương pháp sol-gel Mẫu sản phẩm điều chế có hoạt tính quang xúc tác cao xạ đền compact (đạt 95% sau 2h chiếu sáng), điều xác nhận có mặt P mẫu sản phẩm làm dịch chuyển rìa xạ hấp thụ vật liệu vùng ánh sáng nhìn thấy làm tăng hoạt tính quang xúc tác Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác sản phẩm PTiO2, điều chế phương pháp sol-gel trình phân hủy paraquat có thuốc trừ cỏ Nimaxon 20SL Kết cho thấy, vật liệu P-TiO 2, với nồng độ paraquat ban đầu lớn ngưỡng cho phép khoảng 21 lần, sau thời gian phân hủy đến 4,5 hàm lượng paraquat thuốc trừ cỏ thấp ngưỡng cho phép Kết cho thấy khả sử dụng thực tế phân hủy độc chất hữu môi trường nước loại vật liệu P-TiO2 điều chế 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Kim Giang (2009), Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét khảo sát khả quang xúc tác chúng, Luận văn thạc sỹ, Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội Ngô Sỹ Lương (2005),“Ảnh hưởng yếu tố trình điều chế đến kích thước hạt cấu trúc tinh thể TiO 2” Tạp chí Khoa học, Khoa học tự nhiên công nghệ, ĐHQG HN, T.XXI, N.2, tr 16-22 Nguyễn Thị Lan (2004), Chế tạo màng nano TiO2 dạng anata khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân hủy metylen xanh, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội Ngô Sỹ Lương (2006), “Khảo sát trình điều chế titan đioxit dạng bột kích thước nano phương pháp thuỷ phân tetra n-butyl octotitanat dung môi hỗn hợp etanol-nước”, Tạp chí Phân tích Hoá, Lý Sinh học, T 11, No 3B Tr 52-56 Ngô Sỹ Lương, Lê Diên Thân (2012), “Điều chế khảo sát hoạt tính quang xúc tác ánh sáng nhìn thấy bột TiO2 kích thước nano pha tạp Fe, N” Tạp chí Phân tích Hóa, Lý sinh học, Tr- , tr Đặng Thanh Lê, Mai Đăng Khoa, Ngô sỹ Lương (2008), “Khảo sát hoạt tính xúc tác quang bột TiO2 kích thước nano mét trình khử màu thuốc nhuộm”, Tạp chí hóa học T.46 (2A), Tr.139-143 Ngô Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê (2008), “Ảnh hưởng thành phần nhiệt độ dung dịch, nhiệt động nung đến kích thước hạt cấu trúc tinh thể TiO điều chế phương pháp thủy phân TiCl 4”, Tạp chí hóa học, T.46 (2A), Tr.169-177 Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng (2009), “Nghiên cứu quy trình điều chế titan đioxit kích thước nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh phương pháp axit sunfuric, khảo sát quy trình nghiền phân hủy tinh quặng inmenit Hà Tĩnh phương pháp axit sunfuric quy mô phòng thí nghiệm” Tạp chí hóa học, T.47 (2A), Tr.145-149 70 Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng, Thân Văn Liên, Trần Minh Ngọc (2009) “Nghiên cứu quy trình điều chế titan đioxit kích thước nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh phương pháp axit sunfuric, khảo sát trình thủy phân đồng thể dung dịch titanyt sunfat có mặt ure để điều chế titan đioxit kích thước nanomet” , Tạp chí hóa học, T.47 (2A), Tr.150-154 10 Hoàng Nhâm (2005), Hóa vô tập III, NXB GD, Hà Nội 11 Nguyễn Hoàng Nghị (2002), Lý thuyết nhiễu xạ tia X, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 12 Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2002), “Khử amoni nước nước thải phương pháp quang hóa với xúc tác TiO 2”, Tạp chí Khoa học công nghệ, , Vol 40(3), tr 20-29 13 Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Thị Hoài Nam (2004), “Nghiên cứu xử lý nước rác Nam Sơn màng xúc tác TiO lượng mặt trời”, Tạp chí Hóa học ứng dụng (8) 14 Lê Diên Thân (2011), “Nghiên cứu trình điều chế, khảo sát cấu trúc tính chất bột TiO2 kích thước nano biến tính số kim loại chuyển tiếp”, Luận án tiến sĩ khoa học, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội 15 Dương Thị Khánh Toàn (2006), “Khảo sát trình điều chế ứng dụng TiO2 kích thước nanomet”, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh 16 A Hazra, S Das, J Kanungo, C.K Sarkar, S Basu (2013), “Studies on a resistive gas sensor based on sol–gel grown nanocrystalline p-TiO thin film for fast hydrogen detection” Sensors and Actuators B 183, p 87–95 17 Céline J Bodson, Stéphanie D Lambert, Christelle Alié, Xavier Cattoën, JeanPaul Pirard, Catherine Bied, Michel Wong Chi Man, Benoît Heinrichs (2010) “Effects of additives and solvents on the gel formation rate and on 71 the texture of P- and Si-doped TiO materials” Microporous and Mesoporous Materials 134, p 157–164 18 G.Em Romanosa, C.P Athanasekoua, F.K Katsarosa, N.K.Kanellopoulosa, D.D Dionysioub, V Likodimosa, P Falarasa (2012) “Double-side active TiO2-modified nanofiltration membranes in continuous flow photocatalytic reactors for effective water purification” Journal of Hazardous Materials 211–212, p 304–316 19 Hui Feng, ThanhThuy Tran T, Lan Chen, Lijuan Yuan, Qingyun Cai (2013) “Visible light-induced efficiently oxidative decomposition of p-Nitrophenol by CdTe/TiO2 nanotube arrays” Chemical Engineering Journal 215–216, p 591–599 20 J.choi, H Park, M R Hoffmann (2010), “effects of single Metals-Ion Doping on the Visible-Light Photoreactivity of TiO2”, J Phys, Chem C, 114, p 783-792 21 K Lee and et (2006), “Hydrothermal synthesis and photocatalytic characterizations of transition metals doped nano TiO sols”, Materials science and Engineering B, 129, p 109-115 22 K.Yang Y.Dai, B.Huang, J.Phys.Chem C111 (2007) 18985 23 Kais Elghniji, Olfa Hentati, Najwa Mlaik, Ayman Mahfoudh, Mohamed Ksibi (2012) “Photocatalytic degradation of 4-chlorophenol under P-modified TiO2/UV system: Kinetics, intermediates, phytotoxicity and acute toxicity” Journal of Environmental Sciences, 24(3), p 479–487 24 Li - Heng Kao, Tzu - Chien Hsu, Hong - Yang Lu (2007), “Sol - gel synthesis and morphological control of nanocrystalline TiO2 via urea treatment”, Journal of Colloid and Interface Science, Vol 316, pp 160 - 167 25 Ling Xu, Chao-Qun Tang, Jun Qian, Zong-Bin Huang (2010) “Theoretical and experimental study on the electronic structure and optical absorption properties of P-doped TiO2” Applied Surface Science 256, p 2668–2671 72 26 Ling-Jung Hsu, Li-Ting Lee, Chia-Chang Lin (2011), Adsorption and photocatalytic degradation of polyvinyl alcohol in aqueous solutions using P-25 TiO2 Chemical Engineering Journal 173, p 698–705 27 Ludivine Tasseroul, Sophie L Pirard, Stéphanie D Lambert, Carlos A Páeza, Dirk Poelman, Jean-Paul Pirard, Benoît Heinrichs (2012) “Kinetic study of p-nitrophenol photodegradation with modified TiO2 xerogels” Chemical Engineering Journal 191, p 441–450 28 Mihai Anastasescu, Adelina Ianculescu, Ines Niţoi, Virgil Emanuel Marinescu, Silvia Maria Hodorogea (2008), “Sol–gel S-doped TiO2 materials for environmental protection”, Journal of Non-Crystalline Solids, Volume 354, Issues 2-9, p 705-711 29 O Carp, C.L.Huisman, A.Reller (2004), “Photoinduced reactivity of titanium dioxide”, (32), p.33-177 30 P Raja, V Nadtochenko, U Klehmc, J Kiwi (2008) “Structure and performance of a novel TiO2-phosphonate composite photocatalyst” Applied Catalysis B: Environmental 81, p 258–266 31 Qi Zhao, Chen Liu, Xueju Su, Shuai Zhang, Wei Song, Su Wang, Guiling Ning, Junwei Ye, Yuan Lin, Weitao Gong (2013) “Antibacterial characteristics of electroless plating Ni–P–TiO2 coatings” Applied Surface Science 274, p 101–104 32 Qing Shi, Dong Yang, Zhongyi Jiang, Jian Li (2006) “Visible-light photocatalytic regeneration of NADH using P-doped TiO nanoparticles” Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 43, p 44–48 33 R Asahi, T Morikawa, T Ohwaki, K Aoki, Y Taga (2001), “Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides”, Sience, 293, p 269-271 34 S Ranganatha, T.V Venkatesha, K Vathsala (2010) “Development of electroless Ni–Zn–P/nano-TiO2 composite coatings and their properties” Applied Surface Science 256, p 7377-7383 73 35 ShaohuaWang, Shaoqi Zhou (2011) “Photodegradation of methyl orange by photocatalyst of CNTs/P-TiO2 under UV and visible-light irradiation” Journal of Hazardous Materials 185, p 77–85 36 Soumen Dasa, Dae-Young Kima, Han-Seok Choi, Yoon-Bong Hahna (2011) “Studying trivalent/bivalent metal ion doped TiO as p-TiO2 in bipolar heterojunction devices” Materials Chemistry and Physics 129, p 887–891 37 Ting Han, Tongxiang Fan, Suk-Kwun Chow, Di Zhang (2010) “Biogenic N–Pcodoped TiO2: Synthesis, characterization and photocatalytic properties” Bioresource Technology 101, p 6829–6835 38 X Chen and S.S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, properties, Modification, and Applications”, Chem Rev 107 p 2891-2959 39 Zhizhong Han, Jiejie Wang, Lan Liao, Haibo Pan, Shuifa Shen, Jianzhong Chen (2013) “Phosphorus doped TiO2 as oxygen sensor with low operating temperature and sensing mechanism” Applied Surface Science 273, p 349-356 74 PHỤ LỤC Giản độ nhiệt 1.1 Giản đồ nhiệt mẫu TiO2 tinh khiết TG (mg) -2 -4 Δm (mg) -8.93 Δm (%) -29.765 -6 -8 Δm (mg) -2.282 Δm (%) -7.605 -10 -12 -0.5 -1 HeatFlow (mW) T: 253.93 (°C) Exo 150 -1.5 T: 261.3 (°C) dTG (mg/min) T: 452.89 (°C) -2 100 50 T: 461.65 (°C) T: 491.85 (°C) -50 50 1.2 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Sample Temperature (°C) 550 600 650 700 750 800 Giản đồ nhiệt mẫu P-TiO2 với tỉ lệ % mol P/TiO2 = 5% -4 Δm (mg) -9.05 Δm (%) -29.968 -6 -8 Δm (mg) -2.964 Δm (%) -9.816 -10 -12 -0.5 -1 HeatFlow (mW) T: 502.45 (°C) -1.5 T: 245.16 (°C) 150 Exo dTG (mg/min) TG (mg) -2 T: 252.6 (°C) 100 50 T: 517.81 (°C) T: 565.96 (°C) -50 100 200 300 400 500 Sample Temperature (°C) 600 700 800 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 2.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X hai mấu sản phẩm ứng với tỷ lệ P/TiO2 = 5% mol (giản đồ trên) 0% mol TiO2 (giản đồ dưới) nung nhiệt độ 650oC 75 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample 650C-5h 300 290 d=3.517 280 270 260 250 240 230 220 200 190 180 170 160 150 90 80 70 60 50 40 d=1.362 100 d=1.696 d=2.370 110 d=2.327 120 d=1.480 130 d=1.666 140 d=1.890 Lin (Cps) 210 30 20 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Tuyen K22 mau 650C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch 1) Left Angle: 23.810 ° - Right Angle: 26.450 ° - Left Int.: 29.3 Cps - Right Int.: 35.7 Cps - Obs Max: 25.311 ° - d (Obs Max): 3.516 - Max Int.: 236 Cps - Net Height: 203 Cps - FWHM: 0.552 ° - Chord Mid.: 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 97.43 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample TiO2 d=3.510 600 500 d=1.362 d=1.697 d=1.665 d=1.480 100 d=2.328 d=2.375 200 d=1.890 300 d=2.431 Lin (Cps) 400 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Tuyen K22 mau TiO2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 1) Left Angle: 24.167 ° - Right Angle: 26.627 ° - Left Int.: 37.4 Cps - Right Int.: 35.2 Cps - Obs Max: 25.349 ° - d (Obs Max): 3.511 - Max Int.: 477 Cps - Net Height: 441 Cps - FWHM: 0.356 ° - Chord Mid.: 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 84.69 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 76 70 2.2 Giản đồ XRD mẫu P-TiO2 phụ thuộc vào nhiệt độ nung mẫu P-TiO2 với tỉ lệ P/Ti = 5% 1200 1100 1000 900 800 Lin (Cps) 700 600 500 400 300 200 100 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Tuyen K22 mau 250C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch File: Tuyen K22 mau 500C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch File: Tuyen K22 mau 550C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch File: Tuyen K22 mau 600C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch File: Tuyen K22 mau 650C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch File: Tuyen K22 mau 700C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch File: Tuyen K22 mau 800C-5h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 14.13 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 77 70 Phổ UV-Vis 3.1 Phổ UV-Vis mẫu P-TiO2(tỉ lệ P-TiO2= 5%, nhiệt độ nung 650oC, thời gian nung 5h) 3.2 Phổ UV-Vis mẫu TiO2 tinh khiết, nung nhiệt độ 650oC, thời gian nung 5h 78 Phổ EDS Phổ EDS thành phần hóa học sản phẩm P-TiO2 Được điều chế với tỉ lệ P/TiO2 = 5% ‘ Element Weight % Atomic % Error % Net Int K Ratio Z O K 47.52 72.66 10.71 155.79 0.063 1.1168 0.9441 0.1187 1.0002 P K 1.95 1.54 6.63 62.73 0.0151 0.9808 1.0028 0.772 1.6 1040.7 0.4464 0.8765 1.0426 1.0087 Ti K 50.53 25.8 79 R A F 1.0217 Ảnh TEM Ảnh TEM bột P-TiO2 với tỉ lệ % mol P/TiO2 = 5% 80 Phổ FT-IR 6.1 Phổ hồng ngoại mẫu P-TiO2(tỉ lệ mol P/TiO2 = 5%, nhiệt độ nung 650oC, thời gian nung 5h) BO MON HOA VAT LIEU -KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: G X-Perk inElmer- USA Resolution: cm-1 Date: 12/26/2013 Ten mau: TGn-5h N g uoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:09768984 72 97.0 90 85 80 75 3377 1619 70 65 60 55 50 %T 45 601 40 35 30 1088 25 20 15 10 0.0 40 00 360 3200 2800 2400 2000 1800 1600 14 00 200 1000 800 600 400.0 cm-1 6.2 Phổ hồng ngoại mẫu TiO2 tinh khiết, nung nhiệt độ 650oC, thời gian nung 5h BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-Perk inElmer-USA Resol ution: cm-1 Date: 12/26/2013 Ng uoi do: Phan Thi Tuyet Mai Mau O DT:0976898472 100.0 95 90 2919 1641 85 1170 80 1381 75 1311 70 3423 526 1277 65 962 620 60 55 845 %T 769 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0 4000.0 3600 3200 800 2400 2000 1800 1600 cm-1 81 1400 1200 1000 800 600 400.0 Tính diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET 82 [...]... nhiều và vì vậy nhiều vấn đề trong quá trình điều chế cần phải làm rõ Vì vậy tôi đặt vấn đề nghiên cứu xây dựng quy trình: Nghiên cứu điều chế, khảo sát hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thước nano được biến tính bằng photpho 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu titan đioxit kích thước nano mét 1.1.1 Cấu trúc và tính chất vật lý của TiO2 Titan đioxit là chất rắn màu trắng, khi đun nóng... người ta nghiên cứu điều chế, ứng dụng 4 loại vật liệu quang xúc tác trên cơ sở TiO2: TiO2 tinh khiết, TiO2 được biến tính bằng phi kim, TiO 2 được biến tính bằng kim loại và TiO2 được biến tính bằng hỗn hợp kim loại và phi kim 1 Cho đến nay, số công trình nghiên cứu biến tính TiO2 kích thước nm khá lớn, tuy nhiên tập trung mới chỉ có một số ít công trình nghiên cứu biến tính TiO 2 kích thước nm bằng các... thước nm bằng các hợp chất chứa photpho Sở dĩ biến tính TiO 2 kích thước nm bằng các hợp chất photpho chưa được nghiên cứu nhiều vì các hợp chất chứa photpho ít được sử dụng trong các quá trình điều chế như N, S, Tuy nhiên, đã có một số công trình nghiên cứu cho thấy các hợp chất photpho có khả năng làm thay đổi cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu bột TiO 2 kích thước nm Tuy nhiên do số công... thụ quang và hiệu suất quang xúc tác so với mẫu không biến tính [21] Một số các nghiên cứu khác về TiO2 biến tính bởi vanadi, coban, nhôm, sắt, crom cũng cho thấy, sản phẩm thu được có hoạt tính quang xúc tác kém hơn so với TiO 2 không biến tính Bên cạnh sự pha sự biến tính TiO 2 bởi các ion của các nguyên tố kim loại trên, các ion của kim loại kiềm như Li, Na, K cũng đã được đưa vào TiO 2 để điều. .. đang được các nhà nghiên cứu quan tâm nhiều 1.3.1 Biến tính cấu trúc TiO2 bởi kim loại 13 Vật liệu TiO2 kích thước nano mét biến tính kim loại được coi là thế hệ quang bán dẫn thứ hai Có nhiều phương pháp điều chế vật liệu TiO 2 biến tính bởi kim loại đã được công bố trong các tài liệu W.Choi và các cộng sự đã thực hiện nhiều nghiên cứu một cách hệ thống về quá trình biến tính TiO 2 kích thước nano. .. vào bản chất của nguyên tố được biến tính Nó còn cho thấy, quá trình quang xúc tác trên TiO2 biến tính kim loai là vấn đề phức và chưa được hiểu biết một cách toàn diện 1.3.2 Biến tính cấu trúc TiO2 bởi phi kim loại Vật liệu TiO2 kích thước nano met biến tính phi kim được coi là thế hệ quang bán dẫn thứ ba Nhiều công trình nghiên cứu đã điều chế thành công vật liệu TiO 2 biến tính bởi các nguyên tố phi... cấu trúc mao quản và tăng hoạt tính quang xúc tác Ví dụ Yu và các cộng sự đã phát hiện ra rằng sự sát nhập trực tiếp của P vào khung vô cơ của TiO 2 cấu trúc mao quản có thể làm ức chế sự tăng trưởng của hạt và ổn định cấu trúc mao quản của TiO 2 Nghiên cứu bởi Cai và các cộng sự [26] đã chỉ ra rằng, bột TiO 2 được biến tính bởi tác nhân NH4H2PO4 có hoạt tính quang xúc tác được tăng lên khi phân hủy... này chúng tôi đặt vấn đề nghiên cứu điều chế P-TiO2 theo phương pháp sol-gel và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác của nó - TiO2 là chất bán dẫn nên nhạy cảm với tạp chất và điều kiện điều chế Vì vậy khi sử dụng các chất đầu khác nhau, các điều kiện điều chế khác nhau có thể gây ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Từ các tài liệu tham khảo 25 có thể thấy, việc... làm tăng tính chất quang xúc tác của P-TiO2 theo hướng này [25] Cho đến nay, đã có một số công trình thông báo kết quả nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2 biến tính photpho theo nhiều phương pháp khác nhau Sau đây là một số công trình đã công bố về điều chế vật liệu TiO2 dạng bột kích thước nm biến tính photpho theo các phương pháp khác nhau: • Các tác giả công trình [23] đã điều chế TiO2 biến tính P và... biến tính P và không biến tính theo phương pháp sol-gel từ các chất đầu titan( IV) isopropoxit, rượu isopropylic và H3PO4 Để so sánh, TiO2 không biến tính cũng đã được điều chế bởi quy trình tương tự mà không có mặt H3PO4 Gel thu được được làm muồi qua đêm ở nhiệt độ phòng sau đó sấy khô, nung trong không khí Bột TiO2 biến tính P kích thước nm điều chế được có hoạt tính quang xúc tác cao đối với 4-clorophenol