Chế tạo chất xúc tác quang tio2 graphen bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính của chúng trong phản ứng phân hủy orange 52

- vi - MỤC LỤC Trang Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cần thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tƣợng nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Những đóng góp đề tài Chƣơng 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 2.1.1 Phân loại nước thải 2.1.2 Các chất hữu độc hại 2.2 Thuốc nhuộm nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm 2.2.1 Sơ lược phẩm nhuộm azo 2.2.2 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm 2.3 Quá trình oxi hoá nâng cao xử lí nƣớc nƣớc thải 2.3.1 Hạn chế trình oxi hoá hoá học sử dụng tác nhân oxi hoá thông thường 2.3.2 Ưu việt trình phân huỷ oxi hoá gốc tự hiđroxyl OH 2.3.3 Các trình tạo gốc tự hiđroxyl OH 2.4 Cấu trúc tính chất graphen, graphen oxit graphen đƣợc khử từ graphen oxit 2.4.1 Graphen 2.4.2 Graphen oxit graphen khử từ graphen oxit 13 2.5 TiO2 hoạt tính xúc tác quang 16 2.5.1 Chất xúc tác bán dẫn TiO2 16 2.5.1.1 Giới thiệu TiO2 16 2.5.1.2 Cơ chế hình thành gốc tự hiđroxyl OH trình xúc tác quang sử dụng TiO2 19 2.5.1.3 Cơ chế hình thành gốc tự hiđroxyl OH trình xúc tác quang xử lí thuốc nhuộm 20 2.5.2 Động học trình phân huỷ 21 2.5.3 Biện pháp nâng cao hiệu trình xúc tác quang 22 2.6 Vật liệu xúc tác TiO2 P25 – graphen 23 2.6.1 Cách chế tạo xúc tác TiO2 P25 – graphen dạng huyền phù 23 2.6.2 TiO2 P25 – graphen với trình xúc tác quang xử lí thuốc nhuộm 26 - vii - Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 3.1 Hoá chất, dụng cụ thiết bị 27 3.1.1 Hoá chất 27 3.1.2 Dụng cụ 27 3.1.3 Thiết bị 27 3.2 Các phƣơng pháp phân tích chất xúc tác 27 3.2.1 Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến 27 3.2.2 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua 29 3.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét 29 3.2.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X 30 3.2.5 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán UV–Vis 31 3.2.6 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 32 3.3 Phƣơng pháp chế tạo chất xúc tác tổ hợp TiO2 P25 – graphen 32 3.3.1 Chế tạo graphen oxit (GO) 32 3.3.2 Chế tạo graphen (rGO) 33 3.3.3 Chế tạo TiO2 P25 – graphen 35 3.4 Phƣơng pháp khảo sát hoạt tính xúc tác 38 3.4.1 Lựa chọn chất phản ứng điển hình cho chất ô nhiễm hữu khó phân hủy sinh học 38 3.4.2 Nguồn sáng 38 3.4.3 Hệ thiết bị phản ứng 38 3.4.4 Lập đường chuẩn 39 3.4.5 Khảo sát hoạt tính xúc tác TiO2 P25 – graphen 40 3.5 Các phƣơng pháp tính toán 42 3.5.1 Hiệu suất phân huỷ orange 52 42 3.5.2 Năng lượng vùng cấm (Eg) 43 3.5 Hằng số tốc độ biểu kiến 43 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 4.1 Chế tạo graphen oxit graphen đƣợc khử từ graphen oxit 44 4.1.1 Chế tạo graphen oxit 44 4.1.2 Chế tạo graphen 45 4.1.3 Các đặc trưng vật lý vật liệu graphen 48 4.2 Chế tạo chất xúc tác quang TiO2 P25 – graphen 51 4.2.1 Chế tạo TiO2 P25 – graphen 51 4.2.2 Các đặc trưng vật lý TiO2 P25 – graphen 51 - viii - 4.3 Hoạt tính xúc tác quang chất xúc tác đƣợc chế tạo phƣơng pháp khác 56 4.3.1 Phương pháp khử hoá học với hàm lượng rGO khác 56 4.3.2 Phương pháp khử nhiệt nhiệt độ khác 65 4.3.3 So sánh phương pháp khử hoá học khử nhiệt 69 4.4 Khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác quang TiO2 P25 – graphen phản ứng phân hủy orange 52 73 4.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu orange 52 73 4.4.2 Ảnh hưởng pH 76 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 80 5.1 Kết luận 80 5.2 Khuyến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 85 - ix - DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Khả oxi hóa số tác nhân oxi hóa Bảng 2.2: Hằng số tốc độ phản ứng (M-1s-1) gốc hiđroxyl • OH so với ozon Bảng 2.3: Một số trình oxi hóa nâng cao dựa vào gốc hiđroxyl • OH Bảng 2.4: Một số thông số cấu trúc tinh thể anatas rutil 18 Bảng 3.1: Quan hệ tia bị hấp thụ màu chất hấp thụ 28 Bảng 3.2: Các giai đoạn chế tạo GO 33 Bảng 3.3: Các giai đoạn chế tạo rGO phương pháp khử hóa học 34 Bảng 3.4: Các giai đoạn chế tạo rGO phương pháp khử nhiệt 35 Bảng 3.5: Các giai đoạn chế tạo TiO2 P25 – graphen phương pháp khử hóa học có sử dụng sóng siêu âm 36 Bảng 3.6: Các giai đoạn chế tạo TiO2 P25 – graphen phương pháp khử hóa học không sử dụng sóng siêu âm 36 Bảng 3.7: Các giai đoạn chế tạo TiO2 P25 – graphen phương pháp khử nhiệt không sử dụng sóng siêu âm 37 Bảng 3.8: Số liệu lập đường chuẩn 40 Bảng 4.1: Giá trị Eg chất xúc tác TiO2 P25 – XrGO 55 Bảng 4.2: Hiệu suất phản ứng quang phân hủy MeOr chất xúc tác rGO, TiO2 P25 TiO2 P25 – XrGO theo thời gian (CMeOr = 0,05 mM, mxúc tác = 0,5g/l, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 57 Bảng 4.3: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 60 Bảng 4.4: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 0,1rGO 60 Bảng 4.5: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO 60 Bảng 4.6: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 1rGO 60 Bảng 4.7: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 5rGO 61 Bảng 4.8: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 10rGO 61 Bảng 4.9: Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến phản ứng tương ứng với chất xúc tác có hàm lượng rGO khác 61 Bảng 4.10: Hiệu suất phản ứng quang phân hủy MeOr chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử nhiệt nhiệt độ khác theo thời gian (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 65 Bảng 4.11: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO chế tạo phương pháp khử nhiệt nhiệt độ 1200C 67 -x- Bảng 4.12: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO chế tạo phương pháp khử nhiệt nhiệt độ 1500C 68 Bảng 4.13: Biến thiên nồng độ MeOr theo thời gian phản ứng phân huỷ MeOr với chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO chế tạo phương pháp khử nhiệt nhiệt độ 1800C 68 Bảng 4.14: Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến phản ứng tương ứng với chất xúc tác khử nhiệt nhiệt độ khác 68 Bảng 4.15: Hiệu suất phản ứng quang phân hủy MeOr chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử phương pháp khác theo thời gian (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 69 Bảng 4.16: Hiệu suất phản ứng quang phân hủy MeOr nồng độ đầu khác theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 73 Bảng 4.17: Hiệu suất phản ứng quang phân hủy MeOr pH khác (CMeOr = 0,1mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 76 - xi - DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Mô tả dạng vật liệu cacbon khác với cấu trúc khởi đầu graphen 10 Hình 2.2: Sơ đồ thu graphen phương pháp hóa học từ graphit 12 Hình 2.3: Mô hình GO Lerf – Klinowski 14 Hình 2.4: Mô tả cấu trúc graphen oxit theo Gao 14 Hình 2.5: Thế Zeta dung dịch huyền phù graphen oxit (GO), graphen oxit khử phương pháp hóa học (GHR) graphen oxit khử phương pháp nhiệt (GTR) 15 Hình 2.6: Cấu trúc pha tinh thể rutil 16 Hình 2.7: Cấu trúc pha tinh thể anatas 17 Hình 2.8: Cấu trúc pha tinh thể brookit 17 Hình 2.9: Chế tạo TiO2 nano tinh thể bề mặt GO phương pháp giai đoạn 25 Hình 2.10: Mô tả chế tạo mầm phần tử nano vàng bề mặt GO phương pháp giai đoạn 25 Hình 3.1: Sơ đồ tia tới tia phản xạ tinh thể 31 Hình 3.2: Các giai đoạn chế tạo graphen 34 Hình 3.3: Sơ đồ hệ phản ứng mẻ 39 Hình 3.4: Đường chuẩn y = 0,0714x + 0,0066 40 Hình 4.1: Mẫu graphen oxit sau chế tạo 45 Hình 4.2: Mô hình khử nhiệt GO thành rGO 47 Hình 4.3: Phản ứng khử nhiệt nhóm hiđroxyl 47 Hình 4.4: Phản ứng khử nhiệt nhóm cacboxyl 48 Hình 4.5: Mẫu graphen sau chế tạo 48 Hình 4.6: Hình FESEM graphen thu phương pháp khử hóa học 48 Hình 4.7: Hình TEM graphen (rGO) 49 Hình 4.8: Phổ XRD graphen (rGO) 49 Hình 4.9: Phổ FTIR graphen (rGO) 50 Hình 4.10: Hình FESEM chất xúc tác tổ hợp TiO2 P25 – rGO 51 Hình 4.11: Hình TEM TiO2 P25 – rGO 52 Hình 4.12: Phổ XRD chất xúc tác quang bán dẫn TiO2 P25 53 Hình 4.13: Phổ XRD chất xúc tác: TiO2 P25 (a), TiO2 P25 – 0,1rGO (b), TiO2 P25 – 0,5rGO (c), TiO2 P25 – 5rGO (d), TiO2 P25 – 10rGO (e), rGO (f) 54 Hình 4.14: Phổ DR chất xúc tác: TiO2 P25 TiO2 P25 – XrGO 55 Hình 4.15: Cách xác định ngưỡng hấp thụ ánh sáng phương pháp tiếp tuyến với mẫu xúc tác điển hình TiO2 P25 56 Hình 4.16: Độ chuyển hóa MeOr phản ứng quang phân hủy chất xúc tác theo thời gian (CMeOr = 0,05 mM, mxúc tác = 0,5g/l, chất xúc tác rGO, TiO2 P25 TiO2 P25 – XrGO, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 57 - xii - Hình 4.17: Hiệu suất quang phân hủy MeOr chất xúc tác sau 60 phút phản ứng (CMeOr = 0,05 mM, mxúc tác = 0,5g/l, chất xúc tác rGO, TiO2 P25 TiO2 P25 – XrGO, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 58 Hình 4.18: Phổ UV – Vis dung dịch sau 90 phút phản ứng phân hủy MeOr (CMeOr = 0,05 mM, mxúc tác = 0,5g/l, chất xúc tác rGO, TiO2 P25 TiO2 P25 – XrGO, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 59 Hình 4.19: Minh họa chế hình thành gốc tự • OH TiO2 P25 – rGO phản ứng phân hủy MeOr 63 Hình 4.20: Sự hấp phụ MeOr bề mặt graphen chất xúc tác tổ hợp TiO2 P25 – rGO 64 Hình 4.21: Độ chuyển hóa MeOr phản ứng quang phân hủy chất xúc tác theo thời gian (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO 1200C, 1500C, 1800C với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 65 Hình 4.22: Hiệu suất quang phân hủy MeOr chất xúc tác sau 180 phút phản ứng (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO 1200C, 1500C, 1800C với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 66 Hình 4.23: Phổ UV – Vis dung dịch sau 150 phút phản ứng phân hủy MeOr (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO 1200C, 1500C, 1800C với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 67 Hình 4.24: Độ chuyển hóa MeOr phản ứng quang phân hủy chất xúc tác theo thời gian (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học khử nhiệt với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 70 Hình 4.25: Hiệu suất quang phân hủy MeOr chất xúc tác sau 120 phút 180 phút phản ứng (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học khử nhiệt với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 70 Hình 4.26: Phổ UV – Vis dung dịch sau 150 phút phản ứng phân hủy MeOr (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học khử nhiệt với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 71 Hình 4.27: Phổ FTIR rGO khử tác nhân hoá học 72 Hình 4.28: Phổ FTIR rGO khử nhiệt 73 Hình 4.29: Độ chuyển hóa MeOr nồng độ đầu khác theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 74 Hình 4.30: Hiệu suất phản ứng quang phân hủy MeOr nồng độ khác sau 120 phút phản ứng (mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 74 Hình 4.31: Phổ UV – Vis dung dịch sau 120 phút phản ứng phân hủy MeOr nồng độ khác (mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 75 Hình 4.32: Độ chuyển hóa MeOr pH khác theo thời gian (CMeOr = 0,1mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 77 - xiii - Hình 4.33: Hiệu suất phản ứng quang phân hủy MeOr pH khác sau 120 phút phản ứng (CMeOr = 0,1mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 77 Hình 4.34: Phổ UV – Vis dung dịch sau 120 phút phản ứng phân hủy MeOr pH khác (CMeOr = 0,1mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 78 - xiv - DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT UV – Vis Ultraviolet and Visible light Ánh sáng tử ngoại – khả kiến POPs Persistant Organic Pollutants Các chất ô nhiễm hữu bền GO Graphene Oxide Graphen oxit rGO Reduced Graphene Oxide Graphen khử từ graphen oxit TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua FESEM Field Emission Scanning Electron Hiển vi điện tử quét phát xạ trường Microscope XRD X – Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X DRS Diffuse Reflectance Spectroscopy Phổ phản xạ khuếch tán FTIR Fourier Transform Infrared Phương pháp phổ hồng ngoại Spectroscopy biến đổi Fourier Methyl Orange Metyl da cam MeOr HOMO Highest Occupied Molecular Orbital Obitan phân tử đầy có mức lượng cao LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital Obitan phân tử trống có mức lượng thấp ZPC Zero Point Charge Điện tích điểm không CHƢƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Vấn đề ô nhiễm môi trường nước ngày trở nên nghiêm trọng Việc nghiên cứu phương pháp hiệu để xử lý môi trường nước mối quan tâm hàng đầu để giải ba thách thức kỷ 21: thiếu hụt lượng; ô nhiễm môi trường; biến đổi khí hậu Quá trình xúc tác quang bán dẫn trình oxi hóa nâng cao có khả xử lí tốt chất hữu gây ô nhiễm Với hoạt tính quang xúc tác cao, cấu trúc bền không độc, TiO2 cho vật liệu triển vọng để xử lí vấn đề ô nhiễm Tuy nhiên, trình quang phân hủy chất ô nhiễm sở TiO2 số hạn chế Thứ nhất, phản ứng tái kết hợp electron lỗ trống quang sinh ( e CB h VB ) sau hình thành tác động photon ánh sáng xảy nhanh từ pico giây đến nano giây làm giảm đáng kể hoạt tính xúc tác Thứ hai, TiO2 có lượng vùng cấm lớn (3,2 eV dạng anatas) nên có ánh sáng tử ngoại với bước sóng 377nm kích thích electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn (chiếm phần nhỏ ~3 – 5% dãy phổ mặt trời) để thực trình xúc tác quang Để sử dụng ánh sáng khả kiến chiếm phần lớn dãy phổ ánh sáng mặt trời vào trình xúc tác quang TiO2, cần thu hẹp lượng vùng cấm TiO2 Sự xuất graphen với tính chất đặc biệt tín hiệu tốt cho việc khắc phục hạn chế TiO2 (Trần Mạnh Trí, 2012) Với mong muốn chế tạo khảo sát hoạt tính vật liệu xúc tác TiO2 P25 – graphen góp phần cho việc giải vấn đề ô nhiễm môi trường nước phát triển ngành vật liệu mới, đề tài thực mang tên: “CHẾ TẠO CHẤT XÚC TÁC QUANG TiO2 – GRAPHEN BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP KHÁC NHAU VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH CỦA CHÚNG TRONG PHẢN ỨNG PHÂN HỦY ORANGE 52” 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Khảo sát ảnh hưởng graphen đến hoạt tính xúc tác quang TiO2 phản ứng phân huỷ orange 52 có mặt ánh sáng UV – Vis dựa sở thực phản ứng thực nghiệm Khảo sát hoạt tính xúc tác quang TiO2 P25 – graphen yếu tố ảnh hưởng phản ứng phân hủy orange 52 ánh sáng UV – Vis Lập bảng số liệu nồng độ, hiệu suất phân hủy orange 52,… để so sánh, thống kê kết thu nhằm chứng minh vai trò graphen hoạt tính xúc tác TiO2 phản ứng phân hủy orange 52 Hình 11: Dung dịch MeOr 0,1mM sau phân hủy TiO2 P25 – 0,5rGO pH = theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l) Hình 12: Dung dịch MeOr 0,1mM sau phân hủy TiO2 P25 – 0,5rGO pH = theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l) 97 Hình 13: Dung dịch MeOr 0,1mM sau phân hủy TiO2 P25 – 0,5rGO pH = 10 theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l) Hình 14: Dung dịch MeOr 0,1mM sau phân hủy TiO2 P25 – 0,5rGO khử nhiệt 1200C theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l) 98 Hình 15: Dung dịch MeOr 0,1mM sau phân hủy TiO2 P25 – 0,5rGO khử nhiệt 1500C theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l) Hình 16: Dung dịch MeOr 0,1mM sau phân hủy TiO2 P25 – 0,5rGO khử nhiệt 1800C theo thời gian (mxúc tác = 0,25g/l) 99 PHỤ LỤC – HÌNH TEM CỦA CÁC CHẤT XÚC TÁC Hình 1: Hình TEM graphen (rGO) Hình 2: Hình TEM TiO2 P25 – rGO 100 PHỤ LỤC – HÌNH FESEM CỦA CÁC CHẤT XÚC TÁC Hình 1: Hình FESEM rGO thu đƣợc phƣơng pháp khử hóa học 101 Hình 2: Hình FESEM chất xúc tác tổ hợp TiO2 P25 – rGO 102 PHỤ LỤC – PHỔ XRD CỦA CÁC CHẤT XÚC TÁC Hình 1: Phổ XRD rGO Hình 2: Phổ XRD chất xúc tác TiO2 P25 103 Hình 3: Phổ XRD chất xúc tác TiO2 P25 – 0,1rGO Hình 4: Phổ XRD chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO 104 Hình 5: Phổ XRD chất xúc tác TiO2 P25 – 5rGO Hình 6: Phổ XRD chất xúc tác TiO2 P25 – 10rGO 105 PHỤ LỤC – PHỔ DR CỦA CÁC CHẤT XÚC TÁC 100 80 %R 60 40 20 220 270 320 370 420 470 520 570 Bước sóng (nm) 620 670 720 770 TiO2-P25 Hình 1: Phổ DR TiO2 P25 Hình 2: Phổ DR chất xúc tác TiO2 P25 – XrGO (X = 0,1; 0,5; 5% rGO) 106 Hình 3: Phổ DR chất xúc tác TiO2 P25 – 10rGO 107 PHỤ LỤC – PHỔ FTIR CỦA CÁC MẪU rGO Hình 1: Phổ FTIR rGO khử tác nhân hoá học Hình 2: Phổ FTIR rGO khử nhiệt 108 PHỤ LỤC 10 – PHỔ UV – VIS CỦA DUNG DỊCH HỆ THÍ NGHIỆM Hình 1: Phổ UV – Vis dung dịch sau 90 phút phản ứng phân hủy MeOr (CMeOr = 0,05 mM, mxúc tác = 0,5g/l, chất xúc tác rGO, TiO2 P25 TiO2 P25 – XrGO, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) Hình 2: Phổ UV – Vis dung dịch sau 150 phút phản ứng phân hủy MeOr (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO 1200C, 1500C, 1800C với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 109 Hình 3: Phổ UV – Vis dung dịch sau 150 phút phản ứng phân hủy MeOr (CMeOr = 0,1 mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học khử nhiệt với hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) Hình 4: Phổ UV – Vis dung dịch sau 120 phút phản ứng phân hủy MeOr nồng độ khác (mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 110 Hình 5: Phổ UV – Vis dung dịch sau 120 phút phản ứng phân hủy MeOr pH khác (CMeOr = 0,1mM, mxúc tác = 0,25g/l, chất xúc tác TiO2 P25 – 0,5rGO khử hoá học, hệ phản ứng mẻ, đèn halogen 150W) 111 [...]... chất xúc tác quang TiO2 và vật liệu xúc tác quang TiO2 P25 – graphen Trong đó bao gồm: - Chế tạo graphen và xúc tác quang TiO2 trên nền graphen - Khảo sát sự ảnh hưởng của graphen đến hoạt tính xúc tác quang của TiO2 trong phản ứng phân huỷ orange 52 có mặt ánh sáng UV – Vis 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của TiO2 P25 – graphen và các yếu tố ảnh hưởng trong phản ứng phân hủy. .. hủy orange 52 dưới ánh sáng UV – Vis, gồm: - Chế tạo graphen - Định vị chất xúc tác quang TiO2 P25 Degussa trên nền graphen - Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ TiO2 : graphen đến hoạt tính xúc tác trong phản ứng phân huỷ orange 52 - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng khác (nồng độ, pH, phương pháp chế tạo TiO2 P25 – graphen) đến hoạt tính xúc tác trong phản ứng phân huỷ orange 52 1.5 NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA... động trong miền ánh sáng khả kiến, vừa có khả năng ngăn chặn sự tái kết hợp e CB h VB đã góp phần cải thiện đáng kể hoạt tính xúc tác quang của các mẫu chất xúc tác TiO2 – N – Mg và khảo sát hoạt tính của chúng trong phản ứng phân hủy phenol dưới ánh sáng UV – Vis sau 180 phút phản ứng [4,7] Biến tính trên bề mặt chất xúc tác quang bán dẫn TiO2: - Gắn một số cluster kim loại quý như Ag, Au, Pt – chất. .. thực tế Do đó trong nhiều năm gần đây đã xuất hiện các phương pháp khác nhau để chế tạo graphen Có hai nhóm phương pháp cơ bản như sau: - Nhóm phương pháp đi từ dưới lên: thực hiện tổng hợp graphen đi từ nguyên tử hoặc phân tử nhờ các phản ứng hóa học, các phương pháp này có thể thu graphen có tính chất gần giống graphen nguyên gốc Điển hình nhất của nhóm phương pháp này là phương pháp phản ứng hóa học... một chất săn bắt electron (electron scavenger) hữu hiệu làm giảm sự 23 kết hợp e CB h VB Đây được xem như là một bước đột phá mới cho lĩnh vực xúc tác Nghiên cứu đã thực hiện biến tính TiO2 bằng graphen nhằm khắc phục những hạn chế của TiO2 để nâng cao hoạt tính xúc tác của TiO2 trong phản ứng phân huỷ chất ô nhiễm hữu cơ 2.6 VẬT LIỆU XÚC TÁC TiO2 P25 – GRAPHEN 2.6.1 CÁCH CHẾ TẠO XÚC TÁC TiO2 P25 – GRAPHEN. .. hợp graphen và chất xúc tác, những đặc tính của graphen sẽ giúp cải thiện hoạt tính chất xúc tác, từ đó giúp nâng cao hiệu suất chung của quá trình Mạng cacbon 2D của graphen là một vật liệu nền lý tưởng để gắn các phần tử xúc tác nano kim loại và oxit kim loại dưới dạng phân tán cao vào graphen tạo thành các nanocomposit kim loại/oxit kim loại – graphen nhờ vào bề mặt chứa các nhóm chức hoạt động của. .. nanomet, TiO2 được ứng dụng trong các lĩnh vực chế tạo pin mặt trời, làm chất xúc tác quang xử lý môi trường, chế tạo vật liệu tự làm sạch… Đặc biệt TiO2 được quan tâm trong lĩnh vực làm xúc tác quang phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy và xử lý môi trường 18 2.5.1.2 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH GỐC TỰ DO HIĐROXYL OH TRONG QUÁ TRÌNH XÚC TÁC QUANG SỬ DỤNG TiO2 Đặc trưng cấu trúc của chất bán dẫn gồm có hai vùng năng... hiđro để tạo ra các vật liệu tổ hợp sử dụng trong công nghệ sinh học, công nghệ y sinh hoặc chế tạo các cảm biến hóa học, linh kiện điện tử Graphen gắn được vào các vật liệu polime, kim loại hoặc oxit kim loại tạo nên những tổ hợp có các tính chất mới chính là nhờ các gốc chứa oxi hoạt động trong GO 2.5 TiO2 VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG 2.5.1 CHẤT XÚC TÁC BÁN DẪN TiO2 2.5.1.1 GIỚI THIỆU VỀ TiO2 Trong hai... tinh thể khác nhau nên hoạt tính đối với từng chất phản ứng cũng khác nhau Vì thế quá trình quang xúc tác trên nền TiO2 có độ chọn lọc kém Để tăng độ chọn lọc của chất xúc tác trong từng quá trình cụ thể cần phải tạo mặt hoạt động với tỉ lệ cao hơn so với các mặt còn lại ứng với từng quá trình cụ thể Những công nghệ mới hiện nay được ứng dụng nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình xúc tác quang Trong đó... graphen từ graphit bằng phương pháp hóa học thay cho phương pháp cơ học vì có hai ưu thế là giá thành thấp và có khả năng sản xuất với quy mô lớn so với tất cả các phương pháp hiện hữu Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp tách graphen từ graphit bằng phương pháp hóa học so với phương pháp tổng hợp là khó có thể kiểm tra được số lớp graphen một cách tuyệt đối và chất lượng của graphen thu được không bằng ... tên: “CHẾ TẠO CHẤT XÚC TÁC QUANG TiO2 – GRAPHEN BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP KHÁC NHAU VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH CỦA CHÚNG TRONG PHẢN ỨNG PHÂN HỦY ORANGE 52 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Khảo sát ảnh hưởng graphen. .. đến hoạt tính xúc tác quang TiO2 phản ứng phân huỷ orange 52 có mặt ánh sáng UV – Vis dựa sở thực phản ứng thực nghiệm Khảo sát hoạt tính xúc tác quang TiO2 P25 – graphen yếu tố ảnh hưởng phản ứng. .. phân hủy orange 52 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực chất xúc tác quang TiO2 vật liệu xúc tác quang TiO2 P25 – graphen Trong bao gồm: - Chế tạo graphen xúc tác quang TiO2 graphen - Khảo sát