nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến tio2 pha tạp ag ứng dụng để xử lý nước ô nhiễm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ PHƯƠNG THẢO “NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG HÓA KHẢ KIẾN TiO2 PHA TẠP Ag ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG Hà Nội – Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Em chân thành cảm ơn TS Nguyễn Xuân Trường tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Em cảm ơn thầy cô Bộ môn Hóa phân tích Bộ môn Công nghệ Điện hóa&BVKL – Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè gia đình ủng hộ, động viên hoàn thành khóa học cao học 2012 – 2014 Hà Nội, tháng 12 năm 2013 Học viên ĐỖ PHƯƠNG THẢO LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hoàn thành kết nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Nguyễn Xuân Trường – Viện Kỹ thuật hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình ĐỖ PHƯƠNG THẢO MỤC LỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 10 Chương TỔNG QUAN 13 1.1 CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU TiO2 13 1.2 TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TiO2 15 1.2.1 Vật liệu TiO2 truyền thống 15 1.2.2 Vật liệu TiO2 biến tính 18 1.2.3 Cơ chế quang xúc tác vật liệu TiO2 pha tạp Ag 19 1.3 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 20 1.3.1 Cơ sở trình anot hóa nhôm 20 1.3.2 Khái quát phương pháp tổng hợp TiO2 23 1.3.3 Phương pháp sol - gel 25 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG TiO2 BIẾN TÍNH TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 35 1.5 GIỚI THIỆU VỀ METYL DA CAM VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM 37 1.5.1 Giới thiệu metyl da cam 37 1.5.2 Định hướng ứng dụng xử lý nước ô nhiễm 37 Chương THỰC NGHIỆM 39 2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 39 2.1.1 Hóa chất 39 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 39 2.2 TỔNG HỢP VẬT LIỆU Al/Al2O3/TiO2-Ag 40 2.2.1 Tổng hợp vật liệu mang Al/Al2O3 phương pháp điện hóa 40 2.2.2 Tổng hợp vật liệu Al/Al2O3 /TiO2 -Ag phương pháp nhúng phủ sol – gel 41 2.3 TÁI SỬ DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP VÀ TÁI SỬ DỤNG DUNG DỊCH SOL 43 2.4 ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA VẬT LIỆU 43 2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU Al/Al2O3/TiO2 -Ag 45 2.5.1 Phép đo nhiễu xạ tia X - XRD 45 2.5.2 Kỹ thuật hiển vi điện tử quét SEM – EDS 46 2.5.3 Phổ tán xạ - phản xạ DRS 47 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 GIẢN ĐỒ NHIỄU XẠ TIA X – XRD 49 3.2 PHỔ TÁN XẠ NĂNG LƯỢNG TIA X – EDS 50 3.3 ẢNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT PHÁT XẠ TRƯỜNG - FESEM 51 3.4 PHỔ TÁN XẠ PHẢN XẠ - DRS 53 3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG Ag PHA TẠP ĐẾN HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC 54 3.6 ẢNH HƯỞNG CỦA H2O2 ĐẾN HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC 57 3.6.1 Ảnh hưởng lượng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag 57 3.6.2 Bản chất tác động kết hợp quang xúc tác H2O2 vật liệu Al/Al2O3/TiO2 – Ag 60 3.7 ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC 63 3.8 TÁI SỬ DỤNG XÚC TÁC 68 3.9 TÁI SỬ DỤNG DUNG DỊCH SOL 69 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 4.1 KẾT LUẬN 70 4.2 KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT POP Chất hữu khó phân hủy XRD Nhiễu xạ tia X SEM Hiển vi điện tử quét FESEM Hiển vi điện tử quét phát xạ trường EDS Phổ tán xạ lượng tia X DRS Phổ tán xạ - phản xạ UV – Vis Tử ngoại – khả kiến  Bước sóng HVĐTQ Hiển vi điện tử quét MO Metyl da cam N/P Tỷ lệ H2O/Precursor A Độ hấp thụ quang H Hiệu suất R Độ phản xạ DANH MỤC BẢNG Bảng Ảnh hưởng hàm lượng Ag pha tạp đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu 55 Bảng Ảnh hưởng lượng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu 58 Bảng Ảnh hưởng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2 61 Bảng Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác 1ml H2O2 9% 63 Bảng Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2–Ag 65 Bảng Hiệu suất phân hủy metyl da cam vật liệu qua lần tái sử dụng môi trường pH khác 68 Bảng Hoạt tính quang xúc tác phân hủy metyl da cam vật liệu tổng hợp từ dung dịch sol sau bảo quản 69 DANH MỤC HÌNH Hình Khối bát diện TiO2 13 Hình Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 14 Hình Cơ chế phản ứng quang xúc tác TiO2 17 Hình 4: Cơ chế chuyển dịch điện tử vật liệu TiO2 pha tạp Ag 20 Hình 5: Sơ đồ màng oxit nhôm 23 Hình 6: Sơ đồ tổng hợp oxit phương pháp sol – gel 26 Hình 7: Minh họa phản ứng thủy phân alkoxit trình sol - gel 28 Hình 8: Minh họa phản ứng ngưng tụ trình sol – gel 29 Hình 9: Minh họa phương pháp phủ quay 32 Hình 10: Minh họa phương pháp phủ nhúng 33 Hình 11: Sơ đồ khối mô hình xử lý nước thải sử dụng vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag 38 Hình 12 Minh họa tổng hợp vật liệu mang Al/Al2O3 phương pháp điện hóa 41 Hình 13: Sơ đồ tổng hợp vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag theo phương pháp nhúng phủ sol - gel 42 Hình 14 Sơ đồ khối thiết bị quang phổ hấp thụ UV - Vis 44 Hình 15 Minh họa thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác vật liệu môi trường pH khác 45 Hình 16: Minh họa phản xạ bề mặt tinh thể 46 Hình 17 Sơ đồ cấu tạo thiết bị HVĐTQ 47 Hình 18 Nguyên lý máy ghi phổ DRS 48 Hình 19 Giản đồ nhiễu xạ XRD vật liệu Al/Al2O3/TiO2 (hình 19a) Al/Al2O3/TiO2-Ag (hình 19b) 49 Hình 20 Ảnh EDS mẫu Al/Al2O3/TiO2 - Ag 51 Hình 21 Ảnh FESEM bề mặt Al/Al2O3 độ phóng đại khác 52 Hình 22 Ảnh FESEM bề mặt Al/Al2O3/TiO2-Ag độ phóng đại khác 52 Hình 23: Phổ tán xạ phản xạ DRS vật liệu Al/Al2O3/TiO2 Al/Al2O3/TiO2-Ag54 Hình 24 Phổ hấp thụ UV – Vis dung dịch MO 75mg/l với xúc tác Al/Al2O3/TiO2-1,5% Ag 55 Hình 25 Ảnh hưởng hàm lượng Ag pha tạp đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu 56 Hình 26 Ảnh hưởng lượng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Hình 26a: 0,3ml H2O2 9%; hình 26b:1ml H2O2 9%; hình 26c: 2ml H2O2 9% 59 Hình 27 Ảnh hưởng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2 61 Hình 28 Ảnh hưởng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu 62 Hình 29 Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác 1ml H2O2 9% 64 Hình 30 Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu 65 Hình 31 Thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác quang vật liệu Al/Al2O3 /TiO2-Ag môi trường pH 2: hình 31a, t =0; hình 31b, t =10h 67 Bảng Ảnh hưởng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2 Thời gian Độ hấp thụ (A) Hiệu suất phân hủy (H, %) M1 M2 M3 M1 M2 M3 0h 0,609 0,620 0,624 - - - 2h 0,590 0,575 0,563 3,1 7,3 9,8 4h 0,585 0,560 0,551 3,9 9,7 11,7 6h 0,588 0,554 0,544 3,4 10,6 12,8 8h 0,594 0,549 0,535 2,5 11,5 14,3 10h 0,595 0,548 0,532 2,3 11,6 14,7 M1: Al/Al2O3/TiO2; M2:1ml H2O2 9%, M3: M1 + M2 M3 M2 M1 14 12 10 H, % 0 10 t, h Hình 27 Ảnh hưởng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2 M1: Al/Al2O3/TiO2; M2:1ml H2O2 9%, M3: M1+M2 61 50 M3 M2 M1 40 H, % 30 20 10 0 10 t, h Hình 28 Ảnh hưởng H2O2 đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu M1: Al/Al2O3/TiO2-Ag; M2:1ml H2O2 9%, M3:M1+M2 Bảng hình 27 trình bày kết khảo sát hiệu suất phản ứng quang phân hủy MO tác dụng ánh sáng mặt trời với mẫu Mẫu M1 có vật liệu Al/Al2O3/TiO2, M2 thêm H2O2 M3 gồm M1 M2 Với mẫu M2, H đạt ~12% sau 10h Với mẫu M1, hiệu suất phản ứng phân hủy thấp, H đạt ~2% sau 10h Trong đó, với mẫu M3 sử dụng tổ hợp vật liệu xúc tác Al/Al2O3/TiO2 H2O2 cho hiệu tăng nhẹ, H đạt ~15% sau 10h Điều chứng tỏ tác dụng kết hợp xúc tác H2O2 Al/Al2O3/TiO2, nhiên hiệu trường hợp không đáng kể Bảng hình 28, trình bày kết khảo sát hiệu suất phản ứng quang phân hủy MO tác dụng ánh sáng mặt trời với mẫu Mẫu M1 có vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag, M2 thêm H2O2 M3 gồm M1 M2 Với mẫu M1, H đạt ~22% sau 10h Với mẫu M2, hiệu suất phản ứng phân hủy thấp hơn, H đạt ~14% sau 10h Trong đó, với mẫu M3 sử dụng tổ hợp vật liệu xúc tác Al/Al2O3/TiO2-Ag H2O2 cho hiệu cao đáng kể, H đạt tới ~42% sau 10h 62 Đối với vật liệu Al/Al2O3/TiO2 – Ag, có Ag biến tính cấu trúc TiO2, điện tử lỗ trống tăng lên nhiều lần, số lượng gốc tự ●O2- theo lớn nhiều so với vật liệu Al/Al2O3/TiO2 không pha tạp Ag Kết kết hợp H2O2 vật liệu Al/Al2O3/TiO2 – Ag cho hiệu phân hủy MO tăng mạnh rõ rệt Hiệu suất quang phân hủy mẫu chứa 3mg MO tối ưu kết hợp vật liệu Al/Al2O3/TiO2–Ag 24cm2 ml H2O2 9% Tuy nhiên thêm lượng H2O2 lớn hơn, không thấy hiệu cao Do vậy, nghiên cứu đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag , tiến hành điều kiện kết hợp 24 cm2 vật liệu 1ml H2O2 9% 3.7 ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC Bản thân H2O2 chất xúc tác quang hóa, nghĩa H2O2 phân hủy phần MO tác dụng ánh sáng mặt trời [3,4,18] Các kết nghiên cứu cho thấy pH không ảnh hưởng đáng kể tới hoạt tính quang xúc tác H2O2, ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2–Ag Bảng Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác 1ml H2O2 9% Thời gian Độ hấp thụ (A) Hiệu suất phân hủy (H, %) pH pH pH pH pH pH 0h 0,531 0,604 0,634 - - - 2h 0,469 0,548 0,582 11,7 9,3 8,2 4h 0,460 0,534 0,593 13,4 11,6 6,5 6h 0,450 0,529 0,602 15,3 12,4 5,1 8h 0,451 0,528 0,612 15,1 12,6 3,5 10h 0,452 0,521 0,621 14,9 13,7 2,1 63 pH pH pH 15 12 H, % 0 10 t, h Hình 29 Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác 1ml H2O2 9% Kết bảng hình 29 rằng, thêm ml H2O2 9%, môi trường pH thời điểm sau 10h chiếu sáng, ~15 % metyl da cam bị phân hủy; môi trường pH ~14%; với pH 8, ban đầu hiệu suất phân hủy tăng sau giảm dần tới ~2,0% Nguyên nhân nồng độ OH- lớn, gốc tự sinh bị giảm dần kết hợp với OH- Môi trường dung dịch với pH thay đổi yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính quang xúc tác vật liệu [12] 64 Bảng Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3/TiO2–Ag Thời gian Độ hấp thụ (A) Hiệu suất phân hủy (H, %) M1 M2 M3 M1 M2 M3 0h 0,531 0,604 0,634 - - - 2h 0,344 0,499 0,523 35,2 17,4 17,5 4h 0,208 0,431 0,477 60,8 28,6 24,8 6h 0,096 0,403 0,438 81,9 33,3 30,9 8h 0,089 0,387 0,350 83,2 35,9 44,8 10h 0,075 0,351 0,306 85,9 41,9 51,7 M1: pH ; M2: pH 7; M3 : pH 100 M3 M2 M1 80 H, % 60 40 20 0 10 t, h Hình 30 Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3 /TiO2–Ag (M1: pH 2; M2: pH 7;M3: pH 8) Bảng hình 30 trình bày kết nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất quang phân hủy MO vật liệu Al/Al2O3/TiO2–Ag với có mặt H2O2 65 tác dụng ánh sáng mặt trời Kết cho thấy tốc độ hiệu suất phân hủy MO vật liệu môi trường axit pH cao hẳn so với môi trường trung tính pH môi trường kiềm pH Trong môi trường pH 2, sau 6h, tác dụng quang xúc tác vật liệu có kết hợp H2O2, metyl da cam bị phân hủy tới ~86% Trong với pH 8, sau 10h phân hủy >50 % pH phân hủy ~ 42 % MO Tốc độ phân hủy cao môi trường axit tăng cường độ hấp phụ MO lên bề mặt TiO2 mang điện dương Thêm vào đó, kết hợp electron–lỗ trống giảm thiểu môi trường axit nhân tố quan trọng tăng cường phân hủy Trong môi trường kiềm trung tính, metyl da cam bề mặt TiO2 mang điện tích âm tốc độ phân hủy giảm so với môi trường axit [12] Trong môi trường pH 7, có khả cao tạo thành hợp chất Al(OH)3 trơ mặt quang học bề mặt xúc tác nên dẫn tới thụ động hóa giảm hoạt tính xúc tác quang [18] Trong môi trường kiềm nhẹ pH 8, giai đoạn đầu tốc độ tạo thành nhôm hidroxit lớn môi trường pH nên 6h đầu, tốc độ xúc tác quang thấp Sau Al(OH)3 hòa tan kiềm bề mặt xúc tác lại trở nên hoạt tính Kết sau 10h, với pH dung dịch ban đầu 8, có ~ 52 % MO bị phân hủy, với pH hiệu suất phân hủy 42 % Quan sát hình 31 thấy, sau 10h chiếu sáng thường, dung dịch MO gần màu hoàn toàn (MO phân hủy gần hoàn toàn) môi trường pH 2, vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag ml H2O2 9% 66 Hình 31a Hình 31 b Hình 31 Thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác quang vật liệu Al/Al2O3 /TiO2-Ag môi trường pH 2: hình 31a, t =0; hình 31b, t =10h M0: mẫu đối chứng, M1: ml H2O2 9%, M2: vật liệu +1 ml H2O2 9% 67 3.8 TÁI SỬ DỤNG XÚC TÁC Trong nghiên cứu tái sử dụng xúc tác, dung dịch H2SO4 0,02 M lựa chọn để loại bỏ lớp hấp phụ Al(OH)3 Ag2O trơ quang học sinh trình quang phân hủy MO, nhằm giải phóng bề mặt xúc tác Việc nung bổ trợ sau nhằm khôi phục lại cấu trúc vật liệu biến tính Al/Al2O3/TiO2-Ag Các thử nghiệm tái sử dụng vật liệu xúc tác sau phản ứng quang phân hủy môi trường pH 2, pH pH tiến hành Bảng trình bày hiệu tái sử dụng xúc tác Bảng Hiệu suất phân hủy metyl da cam vật liệu qua lần tái sử dụng môi trường pH khác Thử nghiệm Hiệu suất phân hủy (H, %) pH pH pH Xúc tác 85,8 42,0 51,6 Tái sử dụng lần 82,2 39,3 42,7 Tái sử dụng lần 72,8 35,9 - Tái sử dụng lần - 33,6 - Kết cho thấy, môi trường pH 2, tái sử dụng xúc tác lần, pH=8 lần pH=7 lần mà hiệu suất trì 80% so với xúc tác Tuy nhiên với môi trường axit kiềm thời điểm cuối lần tái sử dụng sau có bong tróc xúc tác Nguyên nhân Al/Al2O3 lưỡng tính bị hòa tan phần môi trường axit môi trường kiềm Với pH hiệu suất phân hủy lần thấp lại có khả tái sử dụng xúc tác tới lần thứ mà tượng bong tróc xúc tác Sự giảm hoạt tính xúc tác qua lần sử dụng kìm hãm trung tâm xúc tác hoạt động hạt TiO2 [16,17,18] 68 3.9 TÁI SỬ DỤNG DUNG DỊCH SOL Dung dịch sol bảo quản 00C Mục đích việc bảo quản giảm thiểu bay dung môi gồm rượu butylic rượu etylic Thực nghiệm cho thấy sau ngày bảo quản, dung dịch sol trì trạng thái đồng vừa tổng hợp Kết tái sử dụng dung dịch sol sau bảo quản trình bày bảng Bảng Hoạt tính quang xúc tác phân hủy metyl da cam vật liệu tổng hợp từ dung dịch sol sau bảo quản Thời gian bảo quản (ngày) Hiệu suất phân hủy (%) 42,0 39,5 37,7 Kết bảng ra, hiệu xúc tác tổng hợp dung dịch sol sau ngày bảo quản trì ~94% so với vật liệu tổng hợp từ dung dịch mới, sau ngày đạt ~90% Tuy nhiên sau ngày, thực nghiệm cho thấy có tượng bong tróc xúc tác sau 6h thử hoạt tính quang xúc tác Nguyên nhân giảm hiệu suất bong tróc xúc tác sau thời gian dài bảo quản trình thủy phân, ngưng tụ dung dịch sol Gel tạo thành có hiệu thấm ướt bám dính bề mặt kém, nên không hiệu cao sol tổng hợp 69 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN - Đã tổng hợp thành công vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến Al/Al2O3/TiO2-Ag Chất mang Al/Al2O3 tổng hợp phương pháp điện hóa có cấu trúc lỗ xốp đồng đều, độ trật tự cao Màng TiO2-Ag tổng hợp phương pháp sol-gel có cấu trúc pha tinh thể dạng anatase Với lượng pha tạp tối ưu 1,5% Ag, hấp thụ quang vật liệu dịch chuyển từ vùng ánh sáng tử ngoại sang vùng ánh sáng khả kiến - Vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến Al/Al2O3/TiO2-Ag có hiệu suất quang phân hủy mẫu chứa 3mg MO cao tới 86% điều kiện: môi trường axit pH 2, diện tích bề mặt xúc tác 24 cm2, thêm ml H2O2 9%, sau 6h ánh sáng tự nhiên - Vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến Al/Al2O3/TiO2-Ag phù hợp dùng để xử lý chất hữu ô nhiễm khó phân hủy, hứa hẹn để triển khai ứng dụng thực tế cho hiệu kinh tế cao - Vật liệu hoàn toàn tái sử dụng Dung dịch sol bảo quản điều kiện 0oC sử dụng ngày mà trì khoảng 90% hiệu suất so với dung dịch tổng hợp 4.2 KIẾN NGHỊ Để tiếp tục phát triển nghiên cứu đề tài này, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp sau: - Khảo sát ảnh hưởng thời gian điện phân tạo lớp Al2O3 tới hoạt tính vật liệu - Khảo sát điều khiển tốc độ nhúng phủ sol-gel cho vật liệu mang - Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian nung tới hoạt tính quang xúc tác vật liệu - Khảo sát nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến hiệu quang xúc tác vật liệu 70 - Nghiên cứu phương pháp bền hóa vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag để tái sử dụng nhiều lần môi trường khác - Thử nghiệm hiệu quang xúc tác vật liệu nhiều loại mẫu nước ô nhiễm khác - Nghiên cứu thiết kế phát triển mô hình xử lý nước thải vật liệu Al/Al2O3/TiO2-Ag ứng dụng thực tế 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cao Xuân Thắng (2012), Nghiên cứu trình chế tạo nano tinh thể TiO2 nhiệt độ thấp, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Quá trình thiết bị công nghệ hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngô Thị Hồng Lê (2011), Nghiên cứu chế tạo tính chất bán dẫn pha từ loãng TiO2 anatase pha tạp Co phương pháp sol- gel phún xạ catot, Luận án tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Nguyễn Thị Lan (2004) Chế tạo màng nano TiO2 dạng anatase khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân hủy metylen xanh, Luận văn Thạc sĩ Khoa học ngành Hóa vô cơ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Bùi Thị Mai Lâm (2012), Nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp trực tiếp ứng dụng xử lý hợp chất hữu ô nhiễm vật liệu xúc tác quang TiO2 /SBA-15, Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành hóa hữu cơ, Đại học Đà Nẵng Trần Minh Hoàng (2001), Thí nghiệm chuyên ngành điện hóa, Nhà xuất Đại học Bách Khoa Hà Nội Trần Minh Hoàng (2003), Bài giảng điện hóa học bề mặt , Nhà xuất Đại học Bách Khoa Hà Nội Trương Ngọc Liên (2000), Lý thuyết điện hóa, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hoàng Trọng Yêm (2002), Hóa học hữu cơ, tập 3, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano, Nhà xuất tự nhiên công nghệ Hà Nội 10 Gaoling Zhao, Hiromitsu Kozuka, Toshinobu Yoko (1995), “Sol-gel preparation and photoelectrochemical properties of TiO2 films containing Au and Ag metalparticles”, Thin solid Films, 277, pp.147- 154 72 11 Gaoling Zhao, Hiromitsu Kozuka and Toshinobu Yoko (1996), “Photoelectrochemical Properties of Dye-Sensitized TiO2 Films Containing Dispersed Gold Metal Particle Prepare by Sol-Gel Method”, Journal of the Ceramic Society of Japan, 103 (3), pp164-168 12 N.Venkatachalam, M.Palanichamy, V.Murugesan (2007), “Sol-gel preparation and characterization of alkaline earth metal doped nano TiO2: Efficient photocatalytic degradation of 4-chlorophenol”, Journal of molecular catalysis A: Chemical, 273, pp.177- 185 13 Kumaresan Loganathan, Palanisamy Bommusamy, Palanichamy Muthaiahpillai, Murugesan Velayutham (2011), “The syntheses, characterization, and photocatalytic activities of silver, platium and gold doped TiO2 nanoparticles”, Environment Engineering research, 16(2), pp.81-90 14 Juan Xu, Yi Sun, Yaomin Zhao, Junjie Huang, Chunmei Chen, and Zhiyu Jiang (2007), “Photocatalytic Inactivation effect of gold-doped TiO2 (Au/TiO2) nanocomposites on human colon carcinoma Lovo cells”, International Journal of Photoenergy, 2007, pp 1-6 15 Jing Bu, Jun Fang, Fu-cheng Shi, Zh'i-quan Jiang, Wei-xin Huang (2010), “Photocatalytic activity of N-doped TiO2 photocatalysts prepared from the molecular precursor (NH4)2TiO(C2O4)2”, Chinese journal of chemical physics, 23(1), pp 95 – 101 16 Yoshie Ishikawa, Yasumichi Matsumoto (2001), “Electrodeposition of TiO2 photocatalyst into nano-pores of hard alumite”, Electrochimica Acta, 46, pp 2819 – 2824 17 Yoshie Ishikawa, Yasumichi Matsumoto (2002), “Electrodeposition of TiO2 photocatalyst into porous alumite prepared in phosphoric acid”, Solid State ionics, 151, pp 213-218 73 18 Rusmidah Ali, Wan Azelee Wan Abu Bakar & Lee Kin Teck (2010), “Zn/ZnO/TiO2 and Al/Al2O3/TiO2 Photocatalysts for the Degradation of cypermethrin”, Modern Applied Science, 4(1), pp 59 – 67 19 M Hamadanian, A Reisi-Vanani and A Majedi (2010), “Sol-Gel Preparation and Characterization of Co/TiO2 Nanoparticles: Application to the Degradation of Methyl Orange”, I R Iran Chem.Soc, 7, pp 52-58 20 Hiromitsu Kozuka (2004), Handbook of sol-gel science and technology, Volume 1, Kluwer Acedamic Publishers, NewYork, Boston, Dordrecht, London, Moscow 21 G.B.Sergeev (2006), Nanochemistry, Elsevier 22 C.Jeffrey Brinker, Geogre W.Scherer (1990), Sol gel science, The physics and chemistry of sol – gel processing, United States of America Publisher 23 Xingyan Wang, Xianyou Wang, Weiguo Huang, P.J Sebastian, Sergio Gamboa (2005), “Sol–gel template synthesis of highly ordered MnO2 nanowire arrays”, Journal of Power Sources, 140, pp 211-215 24 Bert M Weckhuysen (2004), Ultraviolet-Visible Spectroscopy, American Scientific Publishers 25 Soumit S Mandal and Aninda J Bhattacharyya (2012), “Electrochemical sensing and photocatalysis using Ag–TiO2 microwires”, J Chem Sci., 124(5), pp 969–978 26 Haoyue Zhang, Nikica Maljkovic, Brian S Mitchell (2002), “Structure and interfacial properties of nanocrystalline Aluminum/mullite composites”, Materials Science and Engineering, A326, pp 317- 323 27 H.H Nersisyan, H.I Won, C.W Won, A.Jo, J.H Kim (2014), “Direct magnesiothermic reduction of titanium dioxide to titanium powder through combustion synthesis” Chemical Engineering Journal, 235, pp 67 - 74 74 28 Xiaobo Chen and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications”, Chemical Reviews, 107, 2891−2959 29 John C.Vickerman, Ian S.Gilmore (2009), Surface Analysis –The Principal Techniques, 2nd Edition, Wiley Ltd Publication 75 [...]... trưng hóa cấu trúc và thuộc tính của vật liệu Al/Al2O3 /TiO2 Ag - Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu Al/Al2O3 /TiO2 Ag nhằm ứng dụng xử lý nước ô nhiễm thông qua phản ứng quang phân hủy metyl da cam 11 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến Al/Al2O3 /TiO2- Ag 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến Al/Al2O3 /TiO2 Ag. .. (Au, Ag, Pt) hoặc các nguyên tố phi kim (N, P, C, S) nhằm biến tính cấu trúc TiO2 là một giải pháp đang mở ra triển vọng rất lớn cho khẳ năng ứng dụng thực tế của chất xúc tác quang hóa này Trên cơ sở đó, chúng tôi lựa chọn đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến TiO2 pha tạp Ag ứng dụng để xử lý nước ô nhiễm Đề tài hình thành với mong muốn tổng hợp được vật liệu xúc tác quang. .. kiến Al/Al2O3 /TiO2 Ag - Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và cơ chế quang xúc tác của vật liệu - Khảo sát điều kiện và hiệu quả quang xúc tác của vật liệu Từ đó làm cơ sở cho việc thử nghiệm ứng dụng chúng trong xử lý các hợp chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy trong nước 4 Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu Al/Al2O3 /TiO2 Ag bằng phương pháp điện hóa tạo chất mang Al/Al2O3, sau đó tổng hợp TiO2 biến tính... hợp được vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến thực hiện quá trình oxi hóa bậc cao tận dụng sự kích thích của ánh sáng mặt trời mang lại hiệu quả kinh tế cao Nhằm ứng dụng xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy trong môi trường nước 2 Mục tiêu nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa khả kiến tổ hợp TiO2 pha tạp Ag trên cơ sở chất mang Al/Al2O3: Al/Al2O3 /TiO2- Ag theo hướng tối ưu và dễ triển... trội như giá thành thấp, hiệu năng quang xúc tác cao, bền hóa học và không gây độc Tuy nhiên, nhược điểm của vật liệu TiO2 điều chế theo phương pháp thông thường là có diện tích bề mặt không lớn, độ phân tán của xúc tác trong hệ phản ứng dị thể không tốt, khó thu hồi xúc 10 tác sau phản ứng Nhược điểm lớn nhất của vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 là hoạt tính quang xúc tác chỉ thể hiện khi bị kích thích... vùng bức xạ UV sang vùng khả kiến Có nhiều phương pháp để đạt được mục đích này Cho đến nay trên thế giới đã nghiên cứu và sử dụng các loại vật liệu quang xúc tác trên cơ sở TiO2 như sau: - Vật liệu TiO2 sạch - Vật liệu TiO2 được biến tính bởi nguyên tố kim loại - Vật liệu TiO2 được biến tính bởi nguyên tố phi kim - Vật liệu TiO2 được biến tính bởi các oxit bán dẫn khác Việc pha tạp các nguyên tố phi... trình sử dụng xúc tác Do đó nhiều nghiên ứng dụng TiO2 trên các cơ sở các chất mang với mục đích cải thiện độ bền, khả năng tách và hoàn nguyên xúc tác, độ phân tán của các tâm xúc tác, khả năng hấp phụ Bên cạnh đó, có nhiều nghiên cứu tìm cách mở rộng vùng bước sóng hấp thụ của xúc tác TiO2 sang vùng khả kiến (thu hẹp năng lượng vùng cấm) để có thể tận dụng nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời Pha tạp các... những tâm tái hợp Như vậy, tồn tại giá trị nồng độ tối ưu của ion kim loại Ag pha tạp, trên mức đó, quá trình quang xúc tác bị giảm do sự tái hợp được tăng cường [13] Hình 4: Cơ chế chuyển dịch điện tử trong vật liệu TiO2 pha tạp Ag (VB: vùng hóa trị; CB: vùng bão hòa; A: nguyên tử Ag) 1.3 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 1.3.1 Cơ sở của quá trình anot hóa nhôm Mục đích của anot hóa nhôm là tạo vật liệu cơ sở (chất... phân các alkoxit Với điều kiện hóa chất và dụng cụ phù hợp, đơn giản, chúng tôi sử dụng cách thủy phân alkoxit để tổng hợp vật liệu Al/Al2O3 /TiO2- Ag của đề tài 1.3.3.2 Tạo dung dịch sol Precursor là những phần tử chính ban đầu được sử dụng, trong dung dịch có dung môi, nước, chất xúc tác qua sự kết hợp của hai phản ứng thủy phân – ngưng tụ để tạo dung dịch sol Hai phản ứng này có thể nói là giai đoạn... nghiên cứu pha tạp vào TiO2 thì Ag được xem là kim loại có nhiều triển vọng nhất Vì ion Ag có nhiều ưu điểm độc đáo như: không có hại cho con người với liều lượng tương đối cao, có khả năng phân tán ổn định trong các dung môi khác nhau (nước, rượu, benzen, toluen), bền với tác nhân oxi hóa khử và nhiệt độ thông thường, chi phí sản xuất thấp Do đó chúng tôi tập trung nghiên cứu phát triển ứng dụng vật