Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano titandioxit pha bạc; ứng dụng sử lý thuốc nhộm rhodamin b và diệt khuẩn

Luận văn thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình riêng dƣới hƣớng dẫn TS Nguyễn Văn Xá Các kết nêu luận án trung thực chƣa công bố công trình Tác giả Luận văn Vũ Thái Đức Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn Tôi xin cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Xá cô Nguyễn Thị Hồng Phƣợng tận tâm hƣớng dẫn, giúp đỡ, dạy dỗ cho nhiều điều suốt trình làm luận văn Tôi muốn gửi lời cám ơn đến thầy, cô Viện giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình học Xin dành lời cảm ơn cho gia đình ngƣời thân tôi, ngƣời khuyến khích tạo điều kiện cho trình học tập Tuy có nỗ lực cố gắng định nhƣng luận văn không tránh khỏi sai sót, khuyết điểm thực Mong đƣợc đóng góp quý thầy cô Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Lời cảm ơn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu vật liệu TiO2 10 Bảng 1.1 Các đặc tính cấu trúc dạng tinh thể 11 1.1.1 Một số dạng tinh thể TiO2 11 1.1.1.1 Tinh thể Rutile 11 1.1.1.2 Tinh thể Anatase 11 1.1.1.3 Tinh thể Brookite 12 1.1.2 Tính chất vật liệu TiO2 12 1.1.3Vật liệu nano TiO2 biến tính 16 1.1.3.1 Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính kim loại 17 1.1.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu TiO2 nƣớc[3] 19 1.1.3 Phƣơng pháp tổng hợp 19 1.1.4.1 Phƣơng pháp sol-gel 19 1.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng vật liệu 22 1.2.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ Rơn-ghen(XRD) 22 1.2.2 Phƣơng pháp quét hiển vi điện tử (SEM) 24 1.2.3 Phƣơng pháp phổ hấp thụ UV-Vis 26 1.2.4 Khảo sát trình lọc 28 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 29 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu nano TiO2 TiO2 pha bạc phƣơng pháp sol-gel (hình 2.1) 29 2.1.1 Hóa chất sử dụng 29 2.1.2 Thiết bị dụng cụ sử dụng 29 2.1.3 Chế tạo bột nano TiO2 pha tạp Ag 30 2.2 Ứng dụng xử lý thuốc nhuộm phản ứng quang hóa sử dụng xúc tác quang 30 2.2.1 Hóa chất thí ngiệm 30 Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ 2.2.2 Dụng cụ thí nghiệm 30 2.2.3 Quy trình xử lý thuốc nhuộm phản ứng quang hóa sử dụng xúc tác quang (hình 2.2) 31 2.2.4 Quy trình thử nghiệm khả diệt khuẩn màng nano TiO2 32 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình nghiên cứu khả diệt khuẩn 33 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Nghiên cứu chế tạo nano TiO2 pha Ag từ TTIP theo phƣơng pháp sol-gel 35 3.1.2 Kết đo nhiễu xạ tia X 36 3.1.3 Kết đo SEM 39 Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu bột độ phóng đại 200nm 39 3.1.4 Kết phổ hấp thụ UV- Vis (hình 3.6) 39 3.2 Khảo sát số ứng dụng vật liệu 40 3.2.1 Khảo sát tính chất quang xúc tác vật liệu 40 3.2.1.1 Khảo sát trình lọc 40 3.2.2 Khảo sát trình lọc huyền phù TiO2 dung dịch thuốc nhuộm 42 3.2.3 Xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ dung dịch RB 44 3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng Bạc đến hiệu suất xử lý 45 3.3 Nghiên cứu khả diệt khuẩn màng nano TiO2 phòng thí nghiệm 49 3.3.1 Chuẩn bị mẫu ceramic phủ sol nano TiO2 49 3.3 Nghiên cứu khả diệt khuẩn vật liệu chế tạo 50 KẾT LUẬN 53 PHỤ LỤC 56 Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO2 10 Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể Rutile 11 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể dạng anatase 12 Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể dạng Brookite 12 Hình 1.5 Cơ chế phản ứng quang xúc tác vật liệu TiO2 đƣợc chiếu sáng 13 Hình 1.6 Dạng gel keo gel polymer 20 Hình 1.7 Quá trình thủy phân 21 Hình 1.8 Quá trình ngƣng tụ 21 Hình 1.9 : Sơ đồ làm việc máy nhiễu xạ tia X 23 Hình 1.10 Kính hiển vi điện tử quét SEM 26 Hình 1.11 Độ hấp thụ quang 27 Hình 1.12 Phổ hấp thụ chất ánh sáng 28 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp TiO2 TiO2 pha bạc phƣơng pháp sol – gel 29 Hình 2.2 Quy trình xử lý thuốc nhuộm xúc tác quang 31 Hình 2.3Thiết bị phản ứng quang xúc tác 31 Hình 2.4 Phổ hấp thụ dung dịch thuốc nhuộm 32 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình nghiên cứu khả diệt khuẩn 33 Hình 3.1 Ảnh chụp mẫu bột 36 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X chuẩn mẫu bột nano TiO2 36 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột nano TiO2 với nồng độAg khác nung 450oC 37 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M3 nung nhiệt độ khác 38 Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu bột độ phóng đại 200nm 39 Hình 3.6 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu bột 40 Hình 3.7 Phổ hấp thụ mẫu trƣớc lọc 41 Hình 3.8 Phổ hấp thụ mẫu sau lọc 42 Hình 3.9 Phổ hấp thụ mẫu huyền phù TiO2 + Thuốc nhuộm trƣớc lọ c 43 Hình 3.10 Phổ hấp thụ mẫu dung dịch sau lọc 43 Hình 3.11 Mẫu dung dịch thuốc nhuộm 44 Hình 3.12 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm 45 Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ Hình 3.13 Ảnh hƣởng Ag đến trình xử lý 46 Hình 3.14 Dung dịch thuốc nhuộm trƣớc xử lý sau xử lý 47 Hình 3.15 Biểu đồ thể hiệu xử lý thuốc nhuộm mẫu M0 M3 49 Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các đặc tính cấu trúc hai dạng tinh thể 11 Bảng 1.2 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp sol - gel 22 Bảng 3.1 Kích thƣớc hạt tính theo công thức Scherrer 37 Bảng 3.2 Kích thƣớc hạt tính theo công thức Scherrer mẫu M3 39 Bảng 3.3 Bảng số liệu đƣờng chuẩn 45 Bảng 3.4 Hiệu xử lý sau mẫu 46 Bảng 3.5 Kết xử lý RB mẫu 3% Bạc 48 Bảng 3.6 Kết xử lý RB mẫu 0% Bạc 48 Bảng 3.7 Trình tự điều kiện chuẩn bị mẫu .49 Bảng 3.8 Số lƣợng vi khuẩn mẫu theo thời gian chiếu sáng 51 Bảng 3.9 Tỷ lệ vi khuẩn bị chết mẫu theo thời gian nghiên cứu 51 Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ MỞ ĐẦU Công nghệ nano hƣớng công nghệ mũi nhọn giới Nhiều vấn đề then chốt nhƣ: An toàn lƣợng, an ninh lƣơng thực, môi trƣờng sinh thái, sức khoẻ…sẽ đƣợc giải thuận lợi dựa phát triển công nghệ nano Trong số đó, có hai mối đe dọa hàng đầu loài ngƣời mà giới khoa học kỳ vọng vào khả giải công nghệ nano vấn đề môi trƣờng lƣợng Sự phát triển mạnh thiếu kiểm soát nhiều ngành kinh tế gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng: khí thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên, mực nƣớc biển dâng cao, bão lũ ngày mạnh với sức tàn phá khủng khiếp đe dọa trực tiếp đến sống cƣ dân ven biển phát triển kinh tế quy mô toàn cầu Nhiều ngành công nghiệp hàng tiêu dùng, sản xuất chế biến thực phẩm… thải vào không khí, nguồn nƣớc chất độc huỷ hoại môi sinh gây bệnh hiểm nghèo cho ngƣời Việc sử dụng tràn lan chất bảo vệ thực vật sản xuất nông nghiệp làm cho mức độ ô nhiễm nguồn nƣớc ngày nghiêm trọng, gây bệnh cho ngƣời ảnh hƣởng không nhỏ đến ngành nghề khác Mối quan hệ trái ngƣợc phát triển kinh tế ô nhiễm môi trƣờng sống giải đƣợc dựa phát triển công nghệ nano với loại vật liệu điển hình nano TiO2 Về an ninh lƣợng, theo dự báo nhà khoa học, vòng 50 năm tới, nhu cầu lƣợng cho loài ngƣời tăng gấp đôi Trong đó, nguồn nhiên liệu hoá thạch chủ yếu ngày cạn kiệt Thêm vào đó, việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch làm trái đất nóng lên hiệu ứng nhà kính nhiệt lƣợng nhà máy điện thải (ô nhiễm nhiệt) Ngay phát triển điện hạt nhân giải đƣợc vấn đề khí nhà kính không tránh đƣợc gây ô nhiễm nhiệt Trong trái đất nhận đƣợc nguồn lƣợng từ mặt trời khoảng 3.1024J/năm, nhiều khoảng 10.000 lần nhu cầu lƣợng ngƣời Theo ƣớc tính nhà khoa học, cần sử dụng 0,1% diện tích bề mặt trái đất với pin mặt trời hiệu suất chuyển đổi 10% đáp ứng đủ nhu cầu lƣợng loài ngƣời Đây nguồn lƣợng siêu sạch, không gây ô nhiễm làm cân sinh thái nên đƣợc coi giải pháp cho phát triển bền vững lâu dài ngƣời Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ Sự phát triển khoa học kỹ thuật với tiến không ngừng ngành công nghệ nano tác động mạnh tới phát triển mặt đời sống ngƣời Sự giảm kích thƣớc hạt loại vật liệu tới cỡ nanomet (từ tới 100 nm) liên quan đến thay đổi tính chất chúng, có nhiều tính chất đặc biệt Ngoài hạt nano, màng mỏng với độ dày cỡ nanomet đƣợc ý Do đƣợc ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực nhƣ vi mạch điện tử, dụng cụ quang học màng mỏng trở lên quan trọng Do vậy, ngành công nghệ màng mỏng phát triển mạnh mẽ với nhiều ứng dụng khác đời sống Trong công nghệ màng mỏng nano, vấn đề chế tạo đƣợc màng mỏng có độ dày tính chất phù hợp với yêu cầu cho trƣớc Hiệu ứng quang xúc tác vật liệu nano, đặc biệt nano TiO2 đƣợc coi sở khoa học đầy triển vọng cho giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí Nano TiO2 phủ lên chất mang (gạch men, thiết bị vệ sinh, kính cửa sổ ) công nghệ sol-gel hay số công nghệ khác có khả tự làm sạch, diệt vi khuẩn, nẩm mốc, khử mùi hôi phân hủy khí độc hại Với lý Luận văn Thạc sỹ đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano Titandioxit pha bạc; ứng dụng sử lý thuốc nhộm Rhodamin B diệt khuẩn” đƣợc lựa chọn Vũ Thái Đức Page Luận văn thạc sĩ CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu TiO2 TiO2 chất bột màu trắng tuyết, có trọng lƣợng riêng từ 4,13 – 4,25 g/cm3 nóng chảy nhiệt độ cao gần 18000C TiO2 không tan nƣớc, không tan axit nhƣ axit sunfuaric axit chlohidric, đun nóng TiO2 có ba dạng tinh thể: Rutile, Anatase Brookite.Trong anatase rutile dạng phổ biến Ở nhiệt độ từ 600 – 11000C brookite chuyển thành rutile Khả quang xúc tác tồn nhiều dạng anatase rutile Cấu trúc mạng lƣới tinh thể rutile, anatase brookite đƣợc xây dựng từ đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với qua cạnh qua đỉnh oxy chung Mỗi ion Ti+4 đƣợc bao quanh tám mặt tạo sáu ion O2- Hình 1.1 Đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO2 Các mạng lƣới tinh thể rutile, anatase brookite khác biến dạng hình tám mặt cách gắn kết octahedra Rutile anatase có cấu trúc tetragonal nhƣng gắn kết khác đa diện phối trí mà tính chất rutile anatase có khác Trong hai dạng thù hình này, anatase đƣợc biết có hoạt tính quang hóa tốt Một số nghiên cứu gần xúc tác chứa tỉ lệ định pha rutile cấu trúc pha anatase làm tăng khả phân chia cặp điện tử - lỗ trống không cho chúng kết hợp lại với dẫn đến hoạt tính quang xúc tác tốt [18] Vũ Thái Đức Page 10 Luận văn thạc sĩ mẫu M3 Đối với mẫu M0, hiệu suất xử lý đạt 78% sau 5h không xử lý hết màu (bảng 3.5, 3.6) (hình 3.15) Bảng 3.5 Kết xử lý RB mẫu 3% Bạc Nồng độ thuốc nhuộm, mg/l Hiệu suất xử lý, % Thời gian, phút 16 68 120 12 76 150 84 180 90 210 96 240 0.5 99 270 100 300 Bảng 3.6 Kết xử lý RB mẫu 0% Bạc Nồng độ thuốc nhuộm, mg/l Hiệu suất xử lý, % Thời gian, phút 23 54 120 19 62 150 17 66 180 15 70 210 13 74 240 12 76 270 11 78 300 Vũ Thái Đức Page 48 Luận văn thạc sĩ Hình 3.15 Biểu đồ thể hiệu xử lý thuốc nhuộm mẫu M0 M3 Nhƣ vậy, mẫu M3 cho hiệu xử lý cao Sở dĩ nhƣ do, lƣợng bạc thêm vào TiO2 cao dẫn đến: 1) hạn chế việc hấp thụ ánh sáng TiO2; 2) vùngđiện tích âm bạc trở thành tâm tái kết hợp electron – lỗ trống; 3) kết tụ kim loại xảy vùng hoạt tính bề mặt TiO2 làm giảm hoạt tính TiO2; 4) lƣợng bạc tăng làm gia tăng khả bắt giữ electron, nhƣng làm giảm khả phản ứng lỗ trống với chất hấp phụ bề mặt 3.3 Nghiên cứu khả diệt khuẩn màng nano TiO2 phòng thí nghiệm 3.3.1 Chuẩn bị mẫu ceramic phủ sol nano TiO2 Bảng 3.7 Trình tự điều kiện chuẩn bị mẫu TT Ký hiệu Điều kiện thí nghiệm mẫu Đặt Chiếu sáng bóng tối K0 Mẫu sứ vệ sinh ban đầu K0-T K0-S K1 Mẫu sứ vệ sinh đƣợc làm + phủ K1-T K1-S K2-T K2-S sol nano TiO2 – 0%Ag K2 Mẫu sứ vệ sinh đƣợc làm + phủ sol nano TiO2 – 3%Ag - Mẫu K0 mẫu sứ vệ sinh ban đầu không phủ màng nano TiO2 - Mẫu đối chứng - Mẫu K1 mẫu sứ vệ sinh đƣợc phủ sol nano TiO2 - 0%Ag Vũ Thái Đức Page 49 Luận văn thạc sĩ - Mẫu K2 mẫu sứ vệ sinh đƣợc phủ sol nano TiO2 - 3%Ag - Các mẫu đƣợc chia thành nhóm: Nhóm thứ đƣợc chiếu sáng liên tục đèn xenon (Philips 18W, λ=356 nm) với cƣờng độ chiếu sáng khoảng 1,0 mW.cm2 đƣợc ký hiệu K0S, K1S K2S cho mẫu K0, K1 K2 tƣơng ứng Nhóm thứ hai đƣợc đặt điều kiện bóng tối đƣợc ký hiệu K0T, K1T K2T cho mẫu M0, M1 M2 tƣơng ứng 3.3 Nghiên cứu khả diệt khuẩn vật liệu chế tạo Hiệu khử trùng thực tế màng phủ nano TiO2 đƣợc đánh giá theo tỷ lệ phần trăm (%) theo công thức: H ( A  B) x100% A Trong đó: H: hiệu suất khử trùng thực tế (%) A: số lƣợng VSV mẫu không phủ màng đƣợc chiếu sáng (M0S) B: số lƣợng VSV mẫu phủ màng đƣợc chiếu sáng (M1S M2S) Trong thí nghiệm này, có loại vi sinh vật đƣợc đƣa vào thử nghiệm E.coli, S.aureus, B.subtilis, P.aeruginosa S.pneumoniae (chủng lấy từ Viện vệ sinh an toàn thực phẩm Quốc gia) Vi khuẩn đƣợc cấy lên môi trƣờng thạch NA, BA Nồng độ vi sinh vật đƣa lên gạch đƣợc lựa chọn 106 CFU/ml (số lƣợng khuẩn lạc đƣợc nhân với hệ số 20 lấy 1/20 thể tích sau quét mẫu để cấy tính số lƣợng vi sinh vật sống sót bề mặt mẫu) Mỗi điều kiện thí nghiệm đƣợc lặp lại mẫu lấy giá trị trung bình Khoảng cách chiếu sáng từ nguồn sáng đến mẫu 30 cm Thời gian thời điểm lấy mẫu giờ, Dựa vào kết đếm số khuẩn lạc loại thạch, số lƣợng vi sinh vật mẫu đƣợc tính toán cho kết cụ thể bảng (3.8, 3.9) Vũ Thái Đức Page 50 Luận văn thạc sĩ Bảng 3.8 Số lƣợng vi khuẩn mẫu theo thời gian chiếu sáng K0 Thời gian K0 –T 0h 106 1h K1 K0 – S K2 K 1- T K1 - S K2 - T K2 - S 106 106 106 106 106 106 106 106 850000 106 200000 3h 106 106 106 800000 106 10000 6h 106 106 106 790000 106 12h 106 106 106 780000 106 24h 106 106 106 775000 106 ngày 106 106 106 774800 106 Ta thấy có giảm dần số lƣợng vi khuẩn tỷ lệ vi khuẩn bị tiêu diệt tăng theo thời gian khảo sát Các kết đƣợc tính dựa theo số lƣợng khuẩn lạc thạch NA Bảng 3.9 Tỷ lệ vi khuẩn bị chết mẫu theo thời gian nghiên cứu Mẫu K0 Thời gian Mẫu K1 Mẫu K2 (giờ) K0-T(%) K0-S(%) K1-T(%) K1-S(%) K2-T(%) K2-S(%) 0 0 0 15 80 14 20 99 19 21 100 từ bảng số liệu 3.8 cho thấy: Mẫu K0-T, K0-S, K1-T K2-T vi khuẩn không bị tiêu diệt mẫu 6h Ở mẫu K1-S vi khuẩn bị tiêu diệt không đáng kể so với mẫu K2-S, tỷ lệ tƣơng ứng 15% 80%, lƣợng mẫu vi khuẩn bị tiêu diệt mẫu K2-S gấp 5,33 lần so với mẫu K1-S Nhƣng sau chiếu sáng, tỷ lệ vi khuẩn chết mẫu K1-S 20% mẫu K2-S gần nhƣ tuyệt đối 99% Sau chiếu sáng, số lƣợng vi khuẩn mẫu Vũ Thái Đức Page 51 Luận văn thạc sĩ K1-S 21% K2-S chết hoàn toàn Nhƣ vậy, hầu hết số vi khuẩn sau thời gian chiếu sáng từ đến bị tiêu diệt hoàn toàn mẫu K2-S Vũ Thái Đức Page 52 Luận văn thạc sĩ KẾT LUẬN Thực thành công quy trình công nghệ tổng hợp sol nano TiO2 đơn pha anatase pha Ag có kích thƣớc khoảng 18-20 nm theo phƣơng pháp sol-gel từ iso propoxie (TTIP) nƣớc dung môi ethanol có axit HNO3 xúc tác Sol dạng ổn định, suốt ứng dụng làm màng phủ bề mặt gốm sứ Tổng hợp thành công mẫu bột nano TiO2 pha Ag Các mẫu mịn đẹp, màu sắc xám dần tăng tỷ lệ bạc pha tạp Các mẫu thu đƣợc đơn pha anatase nung nhiệt độ 4500C có kích thƣớc tinh thể nhỏ 19 – 20 nm, kích thƣớc tinh thể giảm dần tăng tỷ lệ bạc pha tạp Kích thƣớc tinh thể tăng dần nung nhiệt độ cao Nung nhiệt độ 500oC trở lên xuất tinh thể rutile Độ hấp thụ mẫu nano TiO2 có pha Ag chuyển dần sang vùng ánh sáng khả kiến (400-500 nm) Độ hấp thụ tăng dần hàm lƣợng Ag tăng từ 0-5% Đánh giá khả phân hủy thuốc nhuộm RB, mẫu nano TiO2 pha Ag đạt hiệu cao Sau hiệu suất xử lý đạt 100% với mẫu M3 hiệu 20% so với mẫu không pha Ag Đánh giá khả diệt khuẩn màng nano TiO2 pha Ag không pha Ag ceramic phòng thí nghiệm Sau thời gian 6h 100% vi khuẩn bị tiêu diệt mẫu nano TiO2 – 3% mol Ag Vũ Thái Đức Page 53 Luận văn thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Diệu Cẩm, Nghiên cứu biến tính bentonit ứng dụng để hấp phụ, xúc tác phân hủy hợp chất Phenol nƣớc bị ô nhiễm , Trƣờng Đại học khoa học tự nhiên , Luận án Tiến Sĩ (2011) [2] Nguyễn Đức Nghĩa, Hóa học nano, NXB tự nhiên công nghệ, Hà Nội ,(2007) [3] Nguyễn Thị Hồng Phƣợng, Nghiên cứu chế tạo nano TiO2 ứng dụng phủ vật liệu gốm sứ, luận án tiến sĩ, (2014) [4] Anpo, M (2000), “Utilization of TiO2 photocatalysts in green chemistry”, Pure Appl Chem, 72(7), pp 1265 – 1270 [5] Anpo, M, Tekeuchi, M (2001), “Design and developpment of second – generation titanium oxide photocatalysts to better our environment approaches in realizing the use of visible light”, International Journal of Photoenergy, 3(2), pp 89 – 94 [6] Anpo, M, Tekeuchi, M (2003), “The design and developpment of highly reactive titanium oxide photocatalysts operrating u"nder visible light irradiation”, J Catal, 216, pp.505 [7] Bessekhouad, Y., Robert, D., Weber, J., V., Chaoui, N (2004), “Effect of alkaline – doped TiO2 on photocatalytic efficiency”, Journal of Photochemistry end Photobiology A: Chemistry, 187 (1), pp 49 [8] Cao, Y., Yang, W., Zhang, W., Liu, G., Yue, P (2004), “Improved , "photocatalytic activity of Sn4+ doped TiO2 nanoparticulate films prepared by plasma – enhance chemical vapor deposition”, New Chem, 28, pp.218 – 222 [9] Coleman, H.M., Chiang, K and Amal R (2005), “Effects of Ag and Pt on photocataltic degradation of endocrine disrupting chemicals in water”, J.Chem Eng, 113, pp 65 – 72 [10] Choi W, Termin A, Hoffmann M R (1994), “The role of metal ion dopants in quantum – sized TiO2: correlation between photoreactivity and charge carrier recombination dynamics”, J Phys Chem, 98, 13669 [11]; Corma A (1997), “From Microporous to Mesoporous Molecular Sieves Materials and Their Use in Catalysis”, Chem Rev, 97, pp 2373 – 2419 [12] Cusker Mc L.B (1998), “Product charactezization by X – Ray powder diffraction”, Micropor Mesopor Mater, 22, pp 495 – 466 Vũ Thái Đức Page 54 Luận văn thạc sĩ [13] Fujshima, A., Honda, K (1972), “Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode”, Nature, 238, pp 37 – 38 [14] Gracia, F., Holgado, J P., Caballero, A., Gonzalez – Elipe, A.R (2004), “Structure, optical and photoelectronchemical properties of Mn+ - TiO2 model thin film photocatalysts”, J.Phus Chem B, 108, pp 17466 [15] Li, F.B., X.Z., Hou, M.F (2004), “Photocatalytic degradation of mercaptobenzothiazole in aqueous La3+ - TiO2 suspension for odor control” ,Appl Catal B Environ , 48, pp 185 – 194 [16] Lopez A., Kessler H., Guth J.I., Tuilier M.H., Popa L.M (1990), “Proc 6th Int Conf X – Ray absorption and fine structure”, Elsevier Science, Amsterdam, pp 548 – 550 [17] Michael K Seery, Reenamole George, Patrick Floris, Suresh C Pillaib (2007), “Silver doped titanium dioxide nanomaterials for enhanced visible light photocatalysis”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 189, pp 258 – 263 [18] nagaveni, K., Hegde, M.S., madras, G (2004), “Structure and Photocatalytic Activity of Ti1-xMxO2±δ (M = W, V, Ce, Zr, Fe, Cu) Synthesized by Solution Combustion Method”, J Phys Chem B, 108 (52), pp 20204 – 20212 [19] Slamet, H W., Nasution, E., Purnama, S., Kosela, and GunlaZuardi J (2005), “Photocatalytic reduction of CO2 on copperdoped titania catallysts prepared by improved – impregantion method”, catalysis Communications, 6(5), pp 313 – 319 [20] Weber, T.W and Chakkraorti, P (1974), “Pore and Diffusion Models for Fixed – bed Adsorbers”, AICHE J, 20, pp 228 [21] Xiaobo Chen, Samuel S Mao (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications and application”, Chem Rev, 107, pp, 2891 – 2959 [22] Zhang, Q., Wang, J., yin, S., Sato, T., Saito, F (2004), “Synthesis of a visible – light active TiO2-xSx photocatalyst by means of mechanochemical doping”, J Am Ceram Soc, 87, pp 1161 – 1163 Vũ Thái Đức Page 55 Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC Vũ Thái Đức Page 56 Luận văn thạc sĩ Vũ Thái Đức Page 57 Luận văn thạc sĩ Vũ Thái Đức Page 58 Luận văn thạc sĩ Vũ Thái Đức Page 59 Luận văn thạc sĩ Vũ Thái Đức Page 60 Luận văn thạc sĩ Vũ Thái Đức Page 61 Luận văn thạc sĩ Vũ Thái Đức Page 62 [...]... nhiều ngiên cứu cũng nhƣ ứng dụng của vật liệu TiO2 pha b c nhƣ: màng mỏng TiO2/Ag có khả năng diệt khuẩn, tự làm sạch, chống b m dính Ở Việt Nam đã có nhiều b i nghiên cứu vật liệu nano TiO2/Ag để đánh giá hiệu quả diệt khuẩn, quang xúc tác Nổi b t nhất TS Trƣơng Văn Chƣơng và ThS Lê Quang Tiến Dũng - B môn Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học, Đại học Huế đã nghiên cứu, làm chủ... nhất đối với K-TiO2 Cao và cộng sự [8] đã điều chế vật liệu màng TiO2 biến tính b ng ion Sn4+ cũng đƣợc tổng hợp thành công b i phƣơng pháp lắng đọng pha hơi hóa học (CVD) Sau khi vật liệu đƣợc biến tính, trên b mặt của vật liệu đã xuất hiện nhiều khuyết tật Gracia và cộng sự [14] đã tổng hợp vật liệu TiO2 biến tính b i các kim loại nhƣ Cr, V, Fe, Co b ng phƣơng pháp b c bay nhiệt và nhận thấy TiO2 kết... nhƣ b n hóa học, không độc và tính chất xúc tác quang hóa mạnh mà vật liệu TiO2 đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trƣờng Hạn chế chính của vật liệu này là sự đòi hỏi chiếu b c xạ UV và sự tái kết hợp nhanh chóng của các cặp điện tử và lỗ trống Sự biến đổi b mặt TiO2 với kim loại Ag đƣợc chứng minh là một kỹ thuật hiệu quả để giảm sự kết hợp này và tăng cƣờng hoạt tính diệt khuẩn. .. phần lớn dựa vào việc pha tạp các nguyên tố kim loại và phi kim vào vật liệu nano TiO2 [2] 1.1.3.1 Vật liệu TiO2 đƣợc biến tính b i các kim loại Các phƣơng pháp điều chế vật liệu TiO2 biến tính b i kim loại có thể đƣợc chia thành 3 loại chính: phƣơng pháp ƣớt, xử lý nhiệt độ cao, và cấy ghép ion vào trong vật liệu TiO2 Phƣơng pháp ƣớt thƣờng bao gồm: thủy phân chất đầu chứa Ti trong hỗn hợp của nƣớc... phân tích nồng độ theo thời gian trong quá trình nghiên khả năng xử lý RB của TiO2 Vũ Thái Đức Page 28 Luận văn thạc sĩ CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu nano TiO2 và TiO2 pha b c b ng phƣơng pháp sol-gel (hình 2.1) Hình 2.1 Quy trình tổng hợp TiO2 và TiO2 pha b c b ng phƣơng pháp sol – gel 2.1.1 Hóa chất sử dụng Các hóa chất đƣợc sử dụng đều thuộc loại hóa chất tinh khiết (PA) - Tetra... 3,2 eV nên khả năng ứng dụng của TiO2 dƣới tác dụng của b c xạ mặt trời b hạn chế , do ánh sáng mặt trời phần lớn là ánh sáng nhìn thấy và chỉ có 35% b c xạ UV Vì vậy, những nghiên cứu để gia tăng hiệu quả xúc tác trong vùng khả kiến là khá quan trọng và để ứng dụng vật liệu nano TiO2 trong thực tiễn Nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện để phát triển hoạt tính xúc tác của vật liệu nano TiO2 trong vùng... nhiệt là 10o/phút 2.2 Ứng dụng xử lý thuốc nhuộm b ng phản ứng quang hóa sử dụng xúc tác quang 2.2.1 Hóa chất thí ngiệm - TiO2 và pha b c đã đƣợc tổng hợp - Thuốc nhuộm Rhodamine B (RB), Trung quốc - Nƣớc cất 2 lần 2.2.2 Dụng cụ thí nghiệm - Cân phân tích XT220A max 220g, min: 0.01g, d=0,0001g - Cốc thủy tinh 100 ml, 200ml, 500ml - Ống đong 50 ml, 100ml, 250ml - Pipet 5ml, 10ml - B nh định mức 10 ml... lọc - Đèn UV-C b ớc sóng 254 nm, công suất 60W 2.2.3 Quy trình xử lý thuốc nhuộm b ng phản ứng quang hóa sử dụng xúc tác quang (hình 2.2) Để kiểm chứng khả năng xúc tác quang cho phản ứng phân hủy chất thải hữu cơ của vật liệu, ta tiến hành thực nghiệm kiểm tra khả năng phân hủy RB nhƣ sau: Hình 2.2 Quy trình xử lý thuốc nhuộm b ng xúc tác quang Cân 0,0500 g RB b ng cân phân tích cho vào b nh định mức... dành cho vật liệu TiO2, những nghiên cứu này cho thấy khả năng ứng dụng to lớn của TiO2 trong nhiều lĩnh vực nhƣ làm chất xúc tác quang, cảm biến, tế b o quang điện… Các ứng dụng này chủ yếu xuất phát từ vấn đề năng lƣợng và môi trƣờng Trong thời gian gần đây vật liệu nano TiO2 đƣợc quan tâm nghiên cứu rất nhiều để nâng cao tính năng ứng dụng trong lĩnh vực xử lý các hợp chất hữu cơ ô nhiễm Mặc dù... diệt khuẩn của nó B c đƣợc biết đến là một nguyên tố có tính năng kháng khuẩn, có khả năng hạn chế và tiêu diệt sự phát triển của nấm mốc, vi khuẩn và thậm chí cả vi rút Khả năng sát khuẩn của b c nano cao hơn 20 ÷ 50 ngàn lần so với b c ion và có khả năng tiêu diệt đến 650 loài vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, vi nấm kể cả virus Trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu ảnh hƣởng của

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	2,23 MB