Slide báo cáo đề tài: VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT BIẾN TÍNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Tổng hợp vật liệu TiO2 graphen oxit biến tính dạng khử Có hoạt tính xúc tác quang cao trong ánh sáng khả kiến Phản ứng phân hủy methylene xanh (MB) Có nhiều phương pháp biến tính GO nhưng chúng tôi chọn lựa tác nhân biến tính vừa hỗ trợ khả năng phân tán trong dung môi vừa không tạo liên kết với các nhóm chức trên bề mặt GO.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

………… …………

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT BIẾN TÍNH: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG

TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

NỘI DUNG BÁO CÁO

Mở đầu

Lý do chọn đề tài

Giới thiệu graphen

TiO 2 –

GO tổng hợp

Mở rộng vùng hoạt động quang

Khó phân tách sau hấp phụ

Hoạt tính thể hiện ở vùng ánh sáng tử ngoại

TiO2

M ụ

c t

i ê

u

T ổ n

g h

ợ

p v

ậ

t li

ệ

u T

i O

Đối tượng

và phạm vi nghiên cứu

khử

methylene xanh (MB)

• Tổng

hợp

tính GO

• Tổng hợp TiO2/graphen oxit biến tính dạng khử • Đặc

trưng vật liệu

giá hoạt tính xúc tácPhuo

Phương pháp thực nghiệm

Nội dung nghiên cứu

Tổng hợp vật liệu xúc tác

Khảo sát khả năng xúc tác quang vật liệu trong phản ứng phân hủy

MB

Đặc trưng

vật liệu

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể của graphit (3D)

Liên kết C-C tương đối bền, liên kết σ với 3 nguyên tử cacbon xung quanh và liên kết π không định vị với các nguyên tử xung quanh tạo ra một hệ thống liên hợp dạng (-C=C-C=C-C=C-)

Vật liệu graphit oxit

Graphit oxit là sản phẩm của quá trình oxi hóa graphit bằng các hợp chất có tính oxi hóa mạnh

Hình 1.2.Sơ đồ oxi hóa graphit thành graphit oxit

Graphen oxit (GO) và graphen oxit biến tính

Sau khi oxi hoá graphit, người ta siêu âm để tách lớp graphit tạo ra các vảy

graphen oxit

Hình 1.3 Cấu trúc của một lớp vảy graphen oxit

Cấu trúc quan trọng nhất của sản phẩm này là luôn có mặt các nhóm chức chứa oxi hoạt động

Tính chất cơ

và điện kì lạ

Electron chuyển động rất nhanh

Vật liệu titan dioxit ( TiO2)

Các dạng

cấu trúc

TiO2

Tính

chất xúc tác quang

Tổng hợp

Cơ chế phân hủy chất hữu

cơ ô nhiễm

Các yêu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác quang

Phản ứng

xúc tác

quang trong

chất bán dẫn

Vật liệu tổ hợp TiO2/graphen oxit biến tính dạng khử

Chất hoạt động bề mặt và ứng dụng

Qúa trình bóc tách lớp trong pha lỏng với sự hỗ trợ của chất HĐBM SDS (Sodium Dodecyl Sunfate)

Giới thiệu methylene xanh (MB)

Hình 1.13 Công thức của

3,7-bis(Dimethylamino)-phenothiazin-5-ium chloride (hay methylene xanh)

Các phương pháp thực nghiệm

Hỗn hơp 1

1 Nâng 15 0 C khuấy 2h

2 Cho từ từ KMnO 4

3 Nâng 40 0 C khuấy 1h

Hỗn hơp 2

1 Thêm nước cất

và nâng lên 98 0 C.

2 Thêm H 2 O 2 5% khuấy trong 1h.

Hỗn hơp 3

Tổng hợp vật liệu

Tổng hợp graphen oxit biến tính SGO-S

46(mg) axit sulfanilic 300 mg Na 2 CO 3

trong 10 ml nước cất Gia nhiệt

Dung dịch đồng nhất NaNO 2 trong 5 ml nước cất Dung dịch HCl 1N

Dung dịch muối diazoni

( Dung Dịch 2)

Làm lạnh (0-5 0 C), khuấy

Dung dịch muối diazoni

của axit sulfanilic

(Dung dịch 2)

Khuấy 2h (0-5 0 C )

Hỗn hợp 2

Cho 20 ml TiCl 4 mà không khuấy

Cho vào autocle thủy nhiệt 180 o C 12 giờ

Hỗn hợp 3

Lọc rửa bằng etanol Sấy 80 0 C trong 3 giờ

TiO2/rSGO-S

Các phương pháp đặc trưng vật liệu

Nhiễu xạ tia X: xác định cấu trúc

IR: xác định các liên kết

TEM: xác định hình dạng và kích thước hạt

SEM: xác định hình thái bề mặt ngoài

Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng phân hủy MB

3 KẾT QUẢ VÀ

THẢO LUẬN

(d) (c) (b) (a)

Hình 3.1 Giản đồ XRD của graphit (hình nhỏ phía trên góc phải);

GO-S0.0625 (a), GO-S0.125 (b), GO-S0.1875 (c) và GO-S0,25(d)

pic đặc trưng của graphit ở 2θ tại 26,3o đã mất đi và thay vào

đó là sự xuất hiện của pic ở góc 2θ nhỏ hơn ở các hình a, b,

c, d (chuyển về góc 2θ gần 11°, đặc trưng cho GO)

% nguyên tử % mol

Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của GO-S (a), rSGO-S (b), SGO-S (c)

Mẫu GO-S thì các pic đặc trưng của các nhóm chức chứa oxi tại bước sóng 3343 cm-1 (dao động của nhóm –OH), 1717 cm-1 và

1628 cm-1 (dao động của -C=O ),

1101 cm-1 (dao động của C-O) Mẫu graphen oxit biến tính, SGO-S (c) xuất hiện các pic đặc trưng của nhóm -SO3H như

O=S=O ở 1179 cm-1 và liên kết C-S ở 642,3 cm-1 Mẫu rSGO-S (b), các pic đặc trưng của các nhóm chức chứa oxi tại bước sóng 3343 cm-1 (dao động của nhóm –OH), 1717 cm-1 và 1628

cm-1 (dao động của -C=O ), 1101

cm-1 (dao động của C-O) đã giảm

rõ rệt

3.1 Đặc trưng vật liệu

3.1.1 Graphen oxit và graphen oxit biến tính

Hình 3.3 Ảnh HR-TEM của GO-S (a) và rSGO-S (b)

Hình thái học của các mẫu SGO-S và rSGO-S được xác định bởi

kỹ thuật HR-TEM

56,5 o; 62,5 o tương

ứng các mặt (101),

(004), (105), (211), (204) Điều này

chứng tỏ đã có sự hình thành TiO2trong vật liệu Bên cạnh đó có xuất hiện các pha rutile (theo thẻ chuẩn JCPDS 65-0190) ở góc 2theta 27,5 o; 41,2o ứng với các

mặt (110), (111)

3.1 Đặc trưng vật liệu

3.1.2 Vật liệu tổ hợp TiO2/ rSGO-S

Bảng 3.2 Hàm lượng các nguyên tố trong mẫu TiO2/ rSGO-S

Thành phần và hàm lượng các nguyên tố trong các mẫu GO-S và TiO2/rSGO-S

có sự khác biệt Lượng C trong mẫu giảm đáng kể từ 10,42% trong GO-S

xuống còn 0,31% (TiO2/rSGO-S) trong khi đó lượng oxi trong mẫu lại tăng khác cao, từ 39,48% tăng lên 65,59%

3.1 Đặc trưng vật liệu

3.1.2 Vật liệu tổ hợp TiO2/ rSGO-S

Hình 3.5 Ảnh SEM của TiO2/rSGO-S

Ảnh SEM của TiO2/rSGO-S chỉ ra đặc trưng kiểu lớp của vật liệu Các khối

có xu hướng xếp lại gần nhau hơn Ngoài ra cũng có thể thấy các hạt TiO2 phân bố đều đặn trên bề mặt của SGO-S

3.1 Đặc trưng vật liệu

3.1.2 Vật liệu tổ hợp TiO2/ rSGO-S

100nm HV=80.0kV Direct Mag: 20000x

100nm HV=80.0kV Direct Mag: 40000x

b

Hình 3.6 Ảnh TEM của rSGO-S (a) và TiO2/rSGO-S (b)

Khi quan sát ảnh TEM của vật liệu TiO2/rSGO-S, hình 3.6 (b) có thể thấy rất rõ

sự phân tán đều đặn các hạt nano TiO2 trên graphen oxit biến tính dạng khử, trong khi đó rSGO-S (a) chỉ là tấm mỏng trong suốt

3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng

phân hủy MB

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng phân hủy MB

3.2.4 Đánh giá hoạt tính quang xúc

tác trong phản ứng phân hủy MB

0 50 100 150 200 250 300 0.70

Hình 3.8 Đồ thị phân hủy MB (C/C0) theo thời gian của

SGO-S, TiO2 và TiO2/rSGO-S

Khi so sánh hoạt tính xúc tác quang của 3 mẫu SGO-S, TiO2, TiO2/rSGO-S,

ta nhận thấy mẫu TiO2/rSGO-S có hoạt tính xúc tác tốt cao hơn SGO-S, TiO2 Sau 300 phút phản ứng, với vật liệu TiO2/rSGO-S, nồng độ MB giảm 26,8%, tiếp đến là SGO-S, 22, 1% và cuối cùng là TiO2, 20,6%

3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng

phân hủy MB

0 50 100 150 200 250 300 0.65

Thời gian (phút)

/C 0

Hình 3.8 Đồ thị phân hủy MB (C/C0) theo thời gian bởi

TiO2/rSGO-S (0,1), TiO2/rSGO-S (0,05) và TiO2/rSGO-S (0,015)

Với mẫu TiO2

/rSGO-S (0,015), sau 300 phút phản ứng nồng

độ MB giảm 26,8%,

sự giảm nồng độ MB tăng lên khi tăng

SGO-S, mẫu TiO2/rSGO-S (0,05) giảm 33,2% Nhưng nếu tiếp tục tăng SGO-S thì hoạt tính xúc tác quang của vật liệu tổ hợp TiO2 vớiSGO-S lại giảm, mẫu TiO2/rSGO-S (0,1) nồng độ MB giảm 14,7%

KẾT LUẬN

1 Đã tổng hợp thành công GO bằng phương pháp hóa học đi từ graphit theo phương pháp Hummers biến tính có sử dụng chất hoạt động bề mặt SDS

2 Biến tính thành công GO bằng muối diazonium của axit

sulfanilic Vật liệu sau khi biến tính vẫn giữa được cấu trúc lớp của GO với sự có mặt của nhiều nhóm chức chứa oxi hoạt động

và có mặt của chất biến tính.

pháp thủy nhiệt với lượng SGO-S thay đổi trong khoảng từ

0,015 – 0,1 gam Trong chất xúc tác tổ hợp TiO2/ rSGO-S, TiO2

có thành phần tinh thể và kích thước hạt xác định, khoảng 20-25

nm Chúng phân tán đồng đều trên bề mặt SGO-S

KẾT LUẬN

4 Đánh giá hoạt tính xúc tác quang của vật liệu tổ hợp TiO2/

rSGO-S trong phản ứng phân hủy MB dưới ánh sáng khả kiến Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu TiO2/ rSGO-S thể hiện khả năng quang xúc tác cao khi lượng SGO-S tổ hợp tăng từ 0,015 – 0,05 gam Sự có mặt của SGO-S đã làm giảm nằn lượng vùng

cấm, mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng ánh sáng khả kiến

CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ

ĐÃ LẮNG NGHE