Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí tổng hợp xúc tác quang hóa fetio2 nanotubes ứng dụng trong lớp phủ tự làm sạch

Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp đúc kết lại trình học tập, nghiên cứu tự tìm hiểu sinh viên hướng dẫn thầy cô Năm năm học trôi qua có hơm khơng kiến thức chuyên ngành mà kinh nghiệm ứng xử sống mà thây cô truyền đạt, dạy bảo, hành trang quan trọng cho sống sau Lời đầu tiên, cho phép bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Cô giáo trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung Thầy Cơ giáo Khoa Hóa, mơn Kỹ thuật Dầu Khí nói riêng Cảm ơn Thầy Cơ tận tình dạy dỗ bảo suốt năm học vừa qua Đặc biệt, chúng tơi xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Diệu Hằng - người định hướng, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian hồn thành khóa luận tốt nghiệp Chúng xin cảm ơn đến Thầy Cô làm việc phòng Thí nghiệm thuộc Đại học Bách Khoa Đà Nẵng quan tâm, tận tình giúp đỡ chúng tơi q trình hồn thành nghiên cứu Và cuối cùng, để có kết ngày hôm nay, xin gửi lời cảm ơn lòng biết ơn đến người thân, bạn bè Do điều kiện thực tế với vốn kiến thức hạn chế nên q trình hồn thành, báo cáo trình bày khơng thể tránh khỏi sai sót Kính mong quan tâm đóng góp ý kiến q thầy để đề tài chúng tơi hồn thiện Cuối cùng, chúng em xin chúc Thầy Cô sức khỏe hạnh phúc ĐàNẵng,ngày30tháng05năm2015 Nhómsinhviênthựchiện Trần Văn Hiếu GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng Trần Danh Phong SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí TÓM TẮT ĐỀ TÀI Titan dioxide TiO2 loại vật liệu phổ biến TiO ứng dụng nhiều lĩnh vực khác chế tạo màu sơn, màu men, mỹ phẩm, thực phẩm…Trong năm gần đây, hướng nghiên cứu TiO sử dụng xúc tác quang hóa để xử lý nhiễm mơi trường Bột TiO2 tinh khiết kích thước nano dạng thù hình rutile, anatase brookite nhiều nhà nghiên cứu quan tâm tiến hành tổng hợp TiO tinh khiết kích thước nano có lượng vùng cấm lớn (3.05eV pha anatase 3.25eV pha rutile), hoạt động vùng ánh sáng tử ngoại Điều hạn chế khả quang xúc tác TiO 2, thu hẹp khả ứng dụng loại vật liệu Một xu hướng nhà nghiên cứu quan tâm cho tận dụng ánh sáng mặt trời cho mục đích quang xúc tác TiO Để thực mục đích này, nhiều ion kim loại khơng kim loại sử dụng để biến tính dạng thù hình TiO2 Ion Sắt kim loại chuyển tiếp nghiên cứu nhiều để biến tính TiO2 Dựa vào ưu điểm giá thành rẻ, không độc, bền khả quang hóa TiO2 nên chúng tơi sử dụngnguồn TiO2 bột thương mại rẻ tiền để tổ hợp với Fe(NO3)3 nhằm tăng sản xuất xúc tác quang hóa rẻ tiền, có khả hoạt động vùng ánh sáng khả kiến mặt trời, làm chất độn sơn tạo lớp phủ bảo vệ có khả tự làm Với đề tài “Tổng hợp xúc tác quang hóa Fe/TiO2 nanotubes& ứng dụng lớp phủ tự làm ” tổng hợp chế tạo thành cơng xúc tác quang hóa Fe/TiO2 nanotube & ứng dụng lớp phủ tự làm Đánh giá kết thông qua khả tự làm chế quang hóa khả chống ăn mòn vật liệu GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa Nhiệm vụ đờ án GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí DANG MỤC BẢNG BIỂU GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí DANH MỤC HÌNH ẢNH DANG MỤC TỪ VIẾT TẮT FT-IR Fourier Transform Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier) SEM Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) TEM Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua) XRD X-ray diffraction (Nhiễu xạ tia X) BET Lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Brunauer – Emmett – Teller MB Methyl Blue (Methyl xanh) TCVNTiêu chuẩn Việt Nam UV-Vis Ultraviolet –Visible spectroscopy (Phổ hấp phụ tử ngoại – khả kiến) TiO2 TM Titanium dioxide thương mại TNTs Titanium dioxide Nanotubes (Titanium dioxide dạng ống nano) Fe/TNTs Fe-doped Titanium dioxide Nanotubes (Titanium dioxide dạng ống nano chứa Fe) VOC Volatile Organic Compounds (Hợp chất hữu dễ bay hơi) GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí CHƯƠNG 1: TỞNG QUAN VỀ TITANIUM DIOXIDEVÀ LỚP PHU TỰ LÀM SẠCH 1.1 Tổng quan về Titanium dioxideTiO2 1.1.1 Các tính chất lý hóa và cấu trúc vật liệu 1.1.1.1 Tính chất vật lý TiO2 oxide kim loại bán dẫn thông dụng, chất bột màu trắng, có khối lượng riêng từ 4.13 ÷ 4.25g/cm3; nóng chảy nhiệt độ cao gần 1800oC [1] Bảng 1: Mợt số tính chất vật lý của TiO2 [1] TT Tính chất vật lý Anatase Rutile Cấu trúc tinh thể Tứ phương Tứ phương Nhiệt độ nóng chảy (oC) 1800 1850 Khối lượng riêng (g/cm3) 3.84 4.2 Độ cứng Mohs 5.5 ÷ 6.0 6.0 ÷ 7.0 Chỉ số khúc xạ 2.54 2.75 Hằng số điện môi 31 114 Nhiệt dung riêng (cal/mol.oC) 12.96 13.2 Mức lượng vùng cấm (eV) 3.25 3.05 GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí 1.1.1.2 Tính chất hóa học TiO2 trơ mặt hóa học, có tính chất lưỡng tính, khơng tác dụng với nước,dung dịch acide loãng (trừ HF) kiềm, tác dụng chậm với axit đun nóng lâu tác dụng với kiềm nóng chảy TiO2 bị H2SO4 đặc nóng, HCl, kiềm đặc nóng phân hủy 1.1.1.3 Cấu trúc vật liệu TiO2 chất bán dẫn có lượng vùng cấm cao, tồn nhiều hình dạng cấu trúc khác TiO2 có ba dạng tinh thể: Rutile, Anatase Brookite Trong đó, Anatase Rutile hai dạng phổ biến Ở nhiệt độ cao từ 600 ÷ 1100oC pha anatase brookite chuyển thành Rutile Khả quang xúc tác tồn nhiều dạng anatase rutile Rutile: trạng thái tinh thể bền TiO 2, pha rutile có lượng vùng cấm 3,02 eV Rutile pha có độ xếp chặt cao so với pha lại, khối lượng riêng 4,2 g/cm3 Rutile có kiểu mạng Bravais tứ phương với hình bát diện xếp tiếp xúc đỉnh Hình 1: Cấu trúc của tinh thể Rutile [2] Anatase: pha có hoạt tính quang hoá mạnh dạng tồn TiO Anatase có lượng lượng vùng cấm 3,23 eV khối lượng riêng 3,9 g/cm Anatase có kiểu mạng Bravais tứ phương rutile hình bát diện xếp tiếp xúc cạnh với trục tinh thể bị kéo dài Hình 2:Cấu trúc của tinh thể Anatase [2] GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Brookite:là mạng lưới cation hình thoi với cấu trúc phức tạp hơn, thường gặp có hoạt tính xúc tác quang Brookite có lượng vùng cấm 3.4eV, khối lượng riêng 4.1 g/cm3.[2] Hình 3: Cấu trúc tinh thể Brookite [2] Tất dạng tinh thể TiO tồn tự nhiên khống, có rutile anatase dạng đơn tinh thể tổng hợp nhiệt độ thấp Hai pha thực tế sử dụng làm chất độn, chất màu, chất xúc tác… Các mẫu TiO2 phân tích nghiên cứu bắt đầu tổng hợp từ pha anatase trải qua trình nung để tạo thành pha rutile bền Brookite có nhiều ứng dụng quan trọng, nhiên để điều chế không lẫn rutile hoặc anatase điều khó khăn 1.1.2 Tính chất quang hóa 1.1.2.1 Định nghĩa chất xúc tác quang Chất xúc tác quang chất làm tăng tốc độ phản ứng quang hoá Khi chiếu ánh sáng với cường độ thích hợp chất xúc tác quang đẩy nhanh tốc độ phản ứng quang hoá cách tương tác với chất trạng thái ổn định hay trạngthái bị kích thích hoặc với sản phẩm phản ứng quang hoá tuỳ thuộc vào chế phản ứng Chất xúc tác quang chiếu ánh sáng thích hợp tạo loạt qui trình giống phản ứng oxy hoá-khử phân tử dạng chuyển tiếp có khả oxy hố-khử mạnh 1.1.2.2 Cơ chế xúc tác quang hóa dị thê Cấu trúc điện tử kim loại có vùng gồm orbitan phân tử liên kết xếp đủ electron, gọi vùng hóa trị vùng khác gồm orbitan phân tử phản liên kết trống electron, gọi vùng dẫn Hai vùng chia cách hố lượng gọi vùng cấm, đặc trưng lượng vùng cấm Ebg (band gap energy), độ chênh lệch mặt lượng hai vùng nói Sự khác vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện vật liệu bán dẫn khác vị trí lượng vùng cấm Đối với vật liệu dẫn điện, vùng hóa trị vùng dẫn nằm che phủ khơng có vùng cấm, nhờ electron chiếm đầy orbitan liên kết vùng hóa trị GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí dễ dàng di chuyển sang orbitan phản liên kết trống vùng dẫn vật liệu đặt điện áp Ngược lại, vật liệu cách điện, hai vùng hóa trị vùng cấm nằm cách xa, lượng vùng cấm lớn, electron vùng hóa trị khơng thể vượt qua vùng cấm để di chuyển vào vùng dẫn mặc dù đặt điện áp cao Vật liệu bán dẫn vật liệu có tính chất trung gian hai loại trên, electron orbitan vùng hóa trị bị kích thích vượt qua vùng cấm chuyển sangvùng dẫn điện Nói chung, chất có lượng vùng cấm Ebg lớn 3.5eV chất cách điện, ngược lại Ebg thấp 3.5eV chất bán dẫn Những chất bán dẫn có Ebg thấp 3.5eV làm chất xúc tác quang hóa (photocatalyst) kích thích photon ánh sáng, electron vùng hóa trị chất bán dẫn bị kích thích di chuyển lên vùng dẫn với điều kiện lượng photon phải lớn lượng vùng cấm E bg Kết vùng dẫn có electron (e -CB) mang điện tích âm trình xạ photon tạo ra, gọi electron quang sinh vùng hóa trị có lỗ trống mang điện tích dương (h+VB), gọi lỗ trống quang sinh Chính lỗ trống quang sinh electron quang sinh nguyên nhân dẫn đến q trình hóa học xảy ra, bao gồm q trình oxy hóa với lỗ trống quang sinh mang điện tích dương q trình khử với electron quang sinh mang điện tích âm Khả khử khả oxy hóa electron quang sinh lỗ trống quang sinh nói chung cao [1] Các electron quang sinh lỗ trống quang sinh di chuyển bề mặt hạt xúc tác tác dụng trực tiếp với chất hấp phụ bề mặt (Hình 1.4) Nếu chất hấp phụ bề mặt chất xúc tác bán dẫn chất cho electron D (Electron Donor), lỗ trống quang sinh tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp tạo sản phẩm oxy hóa D+ Tương tự, chất hấp phụ bề mặt chất xúc tác bán dẫn chất nhận electron A (Electron Acceptor), electron quang sinh tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp tạo sản phẩm khử A- Phản ứng quang xúc tác với chất bán dẫn có dạng tổng quát sau: photocatalyst A + D → A- + D+ GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 10 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Hình 4:Q trình quang hóa xúc tác của chất bán dẫn [3] Các ion A- D+ sau hình thành phản ứng với qua chuỗi phản ứng trung gian sau cho sản phẩm cuối Như trình hấp thụ photon chất xúc tác giai đoạn khởi đầu cho tồn chuỗi phản ứng Q trình xúc tác quang dị thể tiến hành pha khí hoặc pha lỏng Cũng giống q trình xúc tác dị thể khác, trình xúc tác quang dị thể chia thành giai đoạn sau: Khuếch tán chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt chất xúc tác Hấp phụ chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác Hấp thụ photon ánh sáng, sinh cặp điện tử - lỗ trống chất xúc tác, khuếch tán đến bề mặt vật liệu Phản ứng quang hóa, chia làm hai giai đoạn nhỏ: - Phản ứng quang hóa sơ cấp, phân tử chất xúc tác bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với chất hấp phụ lên bề mặt - Phản ứng quang hóa thứ cấp, gọi giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt, giai đoạn phản ứng sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp Nhả hấp phụ sản phẩm Khuếch tán sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng Tại giai đoạn (3), phản ứng xúc tác quang hoá khác phản ứng xúc tác truyền thống cách hoạt hoá xúc tác Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 42 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí 3.4.3 Thực hiện phản ứng phân hủy MB Để khẳng định chất quang hóa xúc tác, trước tiến hành quang hóa, chiếu đèn trực tiếp lên cốc chứa 200ml dung dịch MB nồng độ 2.10 -5M (khơng có xúc tác) liên tục Kết cho thấy hiệu suất quang phân trực tiếp MB đèn 3% Như bỏ qua trực tiếp phần quang phân MB trình khảo sát hoạt tính xúc tác Thực phản ứng quang hóa hai loại ánh sáng khác nhau, thu kết Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 13:Khả quang hóa của loại xúc tác ánh sáng đèn cao áp thủy ngân 250W Qua Hình 3.12 nhận thấy làm việc ánh sáng đèn cao áp thủy ngân xúc tác TNTs có khả quang hóa tốt (58.62%) Điều mức lượng vùng cấm xúc tác TNTs phù hợp với lượng ánh sáng đèn cao áp thủy ngân nên khả làm việc xúc tác điều kiện ánh sáng tốt Khi tiến hành đưa Fe vào TNTs, mức lượng vùng cấm xúc tác thay đổi nên khả làm việc khơng thích hợp với lượng ánhsáng từ đèn cao áp thủy ngân Ngoài việc đưa Fe vào TNTs nhiều làm giảm diện tích bề mặt riêng xúc tác nên hoạt tính xúc tác giảm Hình 14:Khả quang hóa của loại xúc tácdưới ánh sáng đèn tròn 60W Khi làm việc điều kiện ánh sáng đèn tròn 60W (ánh sáng khả kiến) khả làm việc xúc tác có Fe tăng lên TNTs khơng biến tính giảm xuống rõ rệt Độ phân hủy MB sau 120 phút đạt 36.55% TNTs Trong với xúc tác 0.4Fe/TNTs đạt 48.11% Đặc biệt hơn, tăng lượng Fe ban đầu lên 0.7% độ phân hủy MB đạt đến 72.04% Như vậy, rõ ràng việc đưa Fe vào làm biến đổi lượng vùng cấm xúc tác vùng ánh sáng khả kiến hiển nhiên hoạt tính quang hóa xúc tác có Fe vùng ánh cải thiện tốt 3.5 Đánh giá khả chống ăn mòn Để tiến hành đánh giá đánh giá khả chống ăn mòn, chúng tơi chuẩn bị mẫu thép trình bày phần thực nghiệm, gồm có mẫu: sơn thương mại,sơn + 5%TNTs, sơn + 5%(Fe/TNTs) Sau chuẩn bị xong, dùng dao nhọn rạch đường thẳng bề mặt mẫu chạm bề mặt thép, đem đặt trời Sau thời gian phơi trời ta thu kết sau: GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 43 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Hình 15:Mẫu thép sau phơi trời: Thép tấm phủ sơn (1); sơn+5% TNTs (2); sơn+5% 0.4Fe/TNTs (3); sơn+5% 0.7Fe/TNTs (4) Từ hình ảnh ta thấy hai tầm thép phủ sơn + 5% 0.4Fe/TNTs sơn+5% 0.7Fe/TNTs bị ăn mòn hai thép phủ sơn phủ sơn +5% TNTs, đặc biệt sơn+5% 0.7Fe/TNTs bị ăn mòn Như vậy, thép phủ sơn có chứa xúc tác Fe/TNTs có khả chống ăn mòn tốt Nhưng để đánh giá rõ khả chống ăn mòn mẫu cần thiết phải đánh giá theo phương pháp phân cực tuyến dựa vào đường cong Tafel xác định rõ giá trị ăn mòn Ecorr mẫu 3.6 Đánh giá khả tự làm sạch Mục đích việc đánh giá khả tự làm đánh giá hiệu xúc tác Fe/TNTs pha vào sơn phủ lên thép so với việc dùng sơn hoặc dùng TNTs phủ lên thép 3.6.1 Kết Sau tạo lớp phủ lên thép để khô, bắt đầu khảo sát khả tự làm thép cách nhỏ MB với nồng độ 0.35g/100ml lên GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 44 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí thép phun sơn có pha loại xúc tác thép phủ sơn không chiếu đèn 60W, 250W đem phơi trời a Chiếu đèn 60W Sau 24h chiếu sáng liên tục ta thu kết sau: A B Hình 166:Mẫu0.4Fe/TNTstrước (A) sau (B) quang hóa A B Hình 17:Mẫu0.7Fe/TNTstrước (A) sau (B) quang hóa GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp A 45 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí B Hình 18:Mẫu sơn khơngtrước (A) sau (B) quang hóa A B Hình 19: Mẫu TNTstrước (A) sau (B) quang hóa Từ hình ta thấy khả thép sau phủ sơn có pha xúc tác Fe/TNTs có khả phân hủy MB chiếu sáng liên tục ánh sáng GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 46 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí đèn sợi đốt 60W Và thép phủ sơn chứa xúc tác 0.7Fe/TNTs làm màu MB tốt b Chiếu đèn 250W Sau 24h chiếu sáng liên tục ta thu kết sau: A B Hình 20: Mẫu0.4Fe/TNTstrước (A) sau (B) quang hóa A B Hình 21: Mẫu0.7Fe/TNTstrước (A) sau (B) quang hóa GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp A 47 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí B Hình 22: Mẫu sơn khơngtrước (A) sau (B) quang hóa A B Hình 23:Mẫu TNTstrước (A) sau (B) quang hóa Từ hình ảnh cho ta thấy, dùng đèn 250W chiếu lên mẫu mẫu TNTs cho kết màu tốt Do mức lượng vùng cấm xúc tác phù hợp với đèn 250W Các mẫu tẩm Fe không cho hiệu cao chiếu đèn 250W việc tẩm sắt lên TNTs làm thay đổi lượng vùng cấm TNTs Ngoài mẫusơnthương mại cho hiệu thấp c Phơi trời Sau 48h phơi trời, khả tự làm lớp phủthể kết sau: GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp A 48 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí B Hình 24:Mẫu0.4Fe/TNTs trước (A) sau (B) quang hóa A B Hình 25:Mẫu0.7Fe/TNTs trước (A) sau (B) quang hóa A B Hình 26:Mẫu sơn khôngtrước (A) sau (B) quang hóa GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp A 49 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí B Hình 27: Mẫu TNTstrước (A) sau (B) quang hóa Các thép phủ sơn có chứa xúc tác Fe/TNTs có khả phân hủy MB tốt, đặc biệt thép phủ sơn + 0.7Fe/TNTs gần màu hoàn toàn Dù chiếu sáng liên tục đèn sợi đốt 60W phơi ngồi trời khả phẩn hủy MB thép phủ sơn + 0.7Fe/TNTs vẩn tốt Như việc doping Sắt lên TNTs làm thu hẹp lượng vùng cấm TiO cho phép chế tạo lớp phủ tự làm 3.6.2 So sánh khả tự làm sạch của Fe/TNTs và Cr/TNTs Xúc tác Cr/TNTs sản phẩm nghiên cứu trước Trong phạm vi đề tài, sử dụng sản phẩm để so sánh với hoạt tính quang hóa Fe/TNTs Để tiến hành so sánh khả tự làm loại xúc tác ta dùng thép phủ sơn + 5% (0.7Cr/TNTs) nhỏ MB nồng độ 0.35g/100ml lên sau đem chiếu đèn 60W đem phơi ngồi trời cuối so sánh với mẫu phủ 0.7Fe/TNTs Kết thu sau: a Chiếu đèn 60W Sau 24h chiếu sáng liên tục thu kết sau: GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp A 50 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí B Hình 28: Mẫu Cr/TNTstrước (A) sau (B)khi chiếu đèn 60W A B Hình 29: So sánh hai mẫu Cr/TNTs (A) Fe/TNTs (B) sau quang hóa Từ Hình 2.28 cho thấy Cr/TNTs pha vào sơn cho phủ lên thép có khả làm tốt Việc đưa xúc tác vào sơn phủ lên thép khơng làm thay đổi hoạt tính quang hóa xúc tác Hình 2.29cho thấy khả làm Cr/TNTs Fe/TNTs b Phơi trời Sau 48h phơi trời thu kết sau: GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp A 51 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí B Hình 30: Mẫu Cr/TNTs trước (A) sau (B) 48h phơi trời Hình 31: So sánh hai mẫu Cr/TNTs(A) Fe/TNTs (B)sau quang hóa ngồi trời Từ Hình 3.31 cho thấy khả làm màu MB gần làm việc ánh sáng mặt trời 3.6.3 Kết luận Sau tiến hành đánh giá khả tự làm so sánh khả tự làm loại xúc tác rút kết luận sau: GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 52 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí - Khả tự làm xúc tác phụ thuộc vào khả phân tán xúc tác vào sơn - Khả tự làm xúc tác phụ thuộc vào cường độ ánh sáng - Việc doping Fe hay Cr lên TNTs thu hẹp lượng vùng cấm TNTs ánh sáng khả kiến cho phép chúng chế tạo lớp phủ tự làm GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 53 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Trong nghiên cứu này, chế tạo thành công lớp phủ bảo vệ tự làm với nguyên liệu ban đầu TiO2 TM Fe(NO3)3, cụ thể là: Chúng biến tính thành cơng TiO2 có kích thước nano từ bột TiO2 thương mại rẻ tiền Các kết thu cho thấy TNTs có kích thước nano, làm tăng diện tích bề mặt riêng vật liệu không làm thay đổi cấu trúc anatase TiO2 khẳng định qua phép đo TEM, XRD, Raman Chúng tổng hợp thành công xúc tác Fe/TNTs có hoạt tính quang hóa tốt So sánh hoạt tính quang hóa loại xúc tác thực hai loại đèn có cơng cuất khác Kết cho thấy TNTs có hoạt tính cao đèn 250W, đạt độ phân hủy MB 58.62% Trong xúc tác Fe/TNTs lại có hoạt tính cao đèn 60W, độ phân hủy MB 72.04% Chứng tỏ Fe biến tính cấu trúc TiO2 có tác dụng thay đổi hoạt động TiO2 xuống vùng ánh sáng khả kiến thu hẹp lượng vùng cấm TiO2 Chế tạo thành công lớp phủ tự làm từ TiO Fe(NO3)3 Và đánh giá khả tự làm cách kiểm tra khả làm màu MB lớp phủ theo ba cách khác đưa thép phủ sơn có chứa loại xúc tác khác chiếu đèn 60W, chiếu đèn 250W phơi trời Kết cho ta thấy với mẫu phủ có hàm lượng Fe/TNTs làm màu MB tốt đèn 60W phơi trời Như vậy, việc doping Fe lên TNTs làm dịch chuyển lượng vùng cấm TNTs qua cho phép chế tạo lớp phủ tự làm sạch.Đồng thời so sánh khả tự làm lớp phủ chứa Fe/TNTs với Cr/TNTs Cả lớp phủ thể khả tự làm tốt Chúng kiểm tra khả chống ăn mòn thép phủ sơn chứa xúc tác bắng cách để thép trời Và kết cho thấy thép phủ sơn chứa xúc tác Fe/TNTs bị ăn mòn 4.2 Hướng phát triên đề tài Với kết thực nghiệm thu được, nghiên cứu đầy hứa hẹn đưa vào ứng dụng thực tế Tuy nhiên, để đưa áp dụng nghiên cứu vào thực tế cần thực thêm đánh giá tính chất lớp phủ như: độ bền nhiệt, độ bám dính, độ bền va đập, độ bền uốn dẻo, độ bền cào xước đồng thời thực nghiên cứu nhằm tăng tính kháng khuẩn lớp phủ Ngồi cần phải đánh giá thêm khả chống ăn mòn phương pháp phân cực tuyến GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 54 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu: [1] Đàm Thị Ti Na (2010), Nghiên cứu tổng hợp tăng cường hoạt tính quang hóa của TiO2 nano ống để xử lí nước thải cơng nghiệp nhiễm chất hữu Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [2] Trần Phan Hồng Nhi, Nguyễn Văn Nhẫn (2013), Nghiên cứu khả tự làm sạch, khả diệt khuẩn đánh giá độ bền của lớp phủ tổ hợp TiO2/PSZ Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [3] Nguyễn Hữu Biên (2012), Nghiên cứu chế tạo lớp phủ bảo vệ tự làm sạch sở polysilazane Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [4] Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Thị Hoài Nam (2004) Nghiên cứu xử lý nước rác Nam Sơn màng xúc tác TiO2 lượng mặt trời Tạp chí Hóa học ứng dụng, (5), tr 21 - 24 [5] Phạm Như Phương, Phan Thanh Sơn, Lê Văn Long, Nguyễn Ngọc Tn, Nguyễn Đình Lâm (2010), Tởng hợp nano TiO2 dạng ống (TiO2 nanotubes) phương pháp thủy nhiệt Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [6] Nguyễn Thị Diệu Hằng, Nguyễn Đình Lâm, Study on processing of selfcleaning, anti-bactericidial, stable and anti-corrosive coatings by combination of titanium dioxide and polysilazane Journal of Catalysis and Adsorption - Tạp chí Xúc tác Hấp phụ (3), 2013, 49 - 56 [7] PGS-TS DƯƠNG ÁI PHƯƠNG, TS NGUYỄN VĂN ĐỊNH, SEMINAR: Quang phổ ướng dụng, quang phổ Raman ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MƠN VẬT LÝ ỨNG DỤNG [8] Giáo trình thực nghiệm phân tích máy, khoa Hóa, trường đại học sư phạm, Đại Học Đà Nẵng [9] Tohru Sekino, Synthesis and Applications of Titanium Oxide Nanotubes Tohoku University, Aoba-ku, Sendai 980-8577, Japan [10] Rufen Chen, Huating Liu, Preparation of Cr-doped TiO2/SiO2 Photocatalysts and their Photocatalytic Properties Journal of the Chinese Chemical Society, 58, 2011, 947-954 [11] Mr Supat Buddee, Photocatalytic Studies of Cr(III) and Fe(III) Doped Amorphous TiO2 Powders Inorganic Chemistry, 2008 GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 55 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí [12] H.-Y N Holman et al, Real-Time Characterization of Biogeochemical Reduction of Cr (VI) on Basalt Surfaces by SR - FTIR Imaging Geomicrobiology Journal, 16, 1999, 307–324 [13] S T Hussain, A Siddiqa, Iron and chromium doped titanium dioxide nanotubes for the degradation of environmental and industrial pollutants Nano Science and Catalysis Division, National Centre for Physics, Quaid-iAzam University, Islamabad, Pakistan [14] http://vi.wikipedia.org/wiki/Sắt [15] http://en.wikipedia.org/wiki/Sắt_nitrate [16] http://www.slideshare.net/8s0nc1/tng-hp-v-nghin-cu-tnh-cht-t-ca-ht-nano-xt-stfe2o3-nhm-ng-dng-trong-sinh-hc GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 56 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí PHỤ LỤC GVHD: TS Nguyễn Thị Diệu Hằng SVTH: Trần Văn Hiếu – Trần Danh Phong ... tác quang hóa Fe/TiO2 nanotubes& ứng dụng lớp phủ tự làm ” tổng hợp chế tạo thành công xúc tác quang hóa Fe/TiO2 nanotube & ứng dụng lớp phủ tự làm Đánh giá kết thông qua khả tự làm chế quang hóa. .. Danh Phong Đồ Án Tốt Nghiệp 11 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí hoạt hố nhiệt phản ứng xúc tác quang hoá, xúc tác hoạt hoá hấp thụ ánh sáng Điều kiện để chất có khả xúc tác quang: - Có hoạt tính quang hố... Định nghĩa Lớp phủ tự làm sạch: pha chất xúc tác quang hóa vào sơn theo tỉ lệ định phủ lên bề mặt vật liệu thép, gạch men,… tác dụng ánh sáng mặt trời chất xúc tác quang hóa lớp sơn có khả