Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của ống nano tio2 biến tính bằng nio và cuo

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐỨC THẮNG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA ỐNG NANO TiO2 BIẾN TÍNH BẰNG NiO VÀ CuO Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Hướng dẫn khoa học: TS BÙI ĐỨC NGUYÊN THÁI NGUYÊN - NĂM 2016 i LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng bất một công trinh nao Tôi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thái Nguyên, tháng 11 năm 2016 Tác giả luận văn NGUYỄN ĐỨC THẮNG ii LỜI CẢM ƠN Trong trì n h học tập thực luận văn tác giả nhận rấ t nhiều quan tâm, độ n g viên giúp đỡ thầy giáo, cô giáo, bạn bè gia đì n h Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Khoa Hoa hoc, Phong Đào tạo Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thai Nguyên, thầy cô giáo tham gia giảng dạy cung cấp kiến thức giúp suốt trinh học tập nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo: TS Bùi Đức Nguyên người tận tình hướng dẫn bảo giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, thực hoàn thành luận văn Cuối tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đinh, bạn bè đồng nghiệp người ln bên tơi, đợng viên khuyến khích trình thực đề tài nghiên cứu minh Với khối lượng công viêc lơn, thời gian nghiên cứu có hạn, kha nghiên cưu hạn chê, chắn luận văn tránh khỏi thiếu sót Tác giả rất mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy giáo, giáo bạn đọc Xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng 11 năm 2016 Tác giả Nguyễn Đức Thắng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii LỜI CẢM ƠN .iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ .viii DANH MUC CAC TƯ VIÊT TĂT x LỜI CAM ÐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỞ ĐẦU 1.1 VÂT LIÊU NANO TiO2 1.1.1 Giới thiệu vật liệu titan đioxit 1.1.3 Tính chất điện tử 1.1.4 Tinh chât quang xuc tac cua vât liêu nano TiO2 1.2 VÂT LIÊU NANO TiO2 BIẾN TÍNH 10 1.3 ỨNG DUNG CUA VÂT LIÊU NANO TiO2 11 1.3.1 Xuc tac quang xư lý môi trương 11 1.3.2 Chê tao cac loai sơn quang xuc tac 12 1.3.3 Xử lý ion kim loại độc hại ô nhiễm nguồn nước 12 1.3.4 Điều chế hiđro từ phân hủy nước 13 1.4 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 14 1.5.1 Ảnh hưởng pH 15 1.5.2.Ảnh hưởng khối lượng chất xúc tác sử dụng phản ứng 16 1.5.3 Ảnh hưởng nồng độ đầu chất hữu 17 1.5.4 Ảnh hưởng ion lạ có dung dịch 17 1.5.5 Ảnh hưởng nhiệt độ 17 CHƯƠNG 2: THƯC NGHIÊM .18 2.1 MUC TIÊU VA NÔI DUNG NGHIÊN CƯU 18 2.1.1 Muc tiêu nghiên cưu 18 2.2 HOA CHÂT VA THIÊT BI 18 2.2.1 Hoa chât 18 iv 2.2.2 Dung cu va thiêt bi 18 2.3 CHÊ TAO VÂT LIÊU 19 2.3.1 Tổng hợp TiO2 dạng ống (TNT) 19 2.3.2 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO 19 Quy trinh tổng hợp vật liệu trinh bày sơ đồ sau: 19 2.3.3 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính CuO 20 2.3.4 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO, CuO 20 2.4 CAC KY THUÂT VÀ PHƯƠNG PHAP PHÂN TICH MÂU, ĐO KHAO SAT TINH CHÂT CUA VÂT LIÊU 21 2.4.1 Nhiễu xa tia X 21 2.4.2 Hiên vi điên tư truyên qua (TEM) 21 2.4.3 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) 21 2.4.4 Phổ tán xạ tia X (EDX) 21 2.4.5 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 21 2.5.1 Thí nghiệm khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 22 2.5.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng hàm lượng (%) NiO, CuO vật liệu đến hoạt tính quang xúc tác củaTNT 23 2.5.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác vật liệu 23 2.5.4 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu theo thời gian23 2.5.5 Hiêu suât quang xúc tác 24 CHƯƠNG 3: KÊT QUA VA THAO LUÂN 25 3.1 THANH PHÂN, ĐĂC TRƯNG CÂU TRUC CUA VÂT LIÊU 25 3.1.1.1 Tổng hợp TiO2 dạng ống (TNT) 25 3.1.1.2 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính CuO 25 3.1.1.3 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO 25 3.1.1.4 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO, CuO 26 3.1.2 Kêt qua nhiễu xa tia X(XRD) 26 3.1.3 Kêt qua chup phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 27 3.1.4 Kêt qua chup TEM 29 3.1.5 Kêt qua phô phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) 31 3.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA CÁC VẬT LIỆU v 33 vi 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 33 3.2.2 Ảnh hưởng phần trăm CuO biến tính 34 3.2.3 Ảnh hưởng phần trăm NiO biến tính 37 3.2.4 Ảnh hưởng phần trăm CuO, NiO hỗn hợp chúng biến tính 39 3.2.5 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy 2,4 – DCP theo thời gian vật liệu 1,5%NiO, 2%CuO/TNT …40 3.2.6 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP 1,5% NiO, 2%CuO/TNT …………………………………………………… 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 47 vi i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mợt số tính chất vật lý tinh thể rutile anatase Bảng 1.2 Các hợp chất hữu thường sử dụng nghiên cứu phản ứng quang xúc tác TiO2 14 Bảng 1.3 Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy chất hữu cơđợc hại .16 Bang 2.1 :Thể tích dung dịch Ni(NO3)2 0,01M đươc lây tương ứng với % khối lượng NiO (x) vật liệu x %NiO/TNT 26 Bang 2.2: Thể tích dung dịch Cu(NO3)20,01M đươc lây tương ứng với % khối lượng CuO (x) vật liệu x%Cu0/TNT 25 Bảng 1.1: Mợt số tính chất vật lý tinh thể rutile anatase Bảng 1.2 Các hợp chất hữu thường sử dụng nghiên cứu phản ứng quang xúc tác TiO2 14 Bảng 1.3 Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy chất hữu cơđộc hại [12] 16 Bang 2.2: Thể tích dung dịch Cu(NO3)20,01M đươc lây tương ứng với %khối lượng CuO (x) vật liệu x%Cu0/TNT 25 Bang 2.1 :Thể tích dung dịch Ni(NO3)2 0,01M đươc lây tương ứng với %khối lượng NiO (x) vật liệu x %NiO/TNT 26 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hinh 1.1 Các dạng thù hình khác TiO2 rutile, (B) anatase, (C) brookite Hinh 1.2 Khối bát diện TiO2 .4 Hình 1.3 Giản đồ MO anatase: (a)-Các mức AO Ti O; (b)-Các mức tách trương tinh thể; (c)- Trạng thái tương tác cuối anatase Hinh 1.4 Các trinh diễn hạt bán dẫn bị chiếu xạ với bước sóng thíchhợp Hinh 1.5 Giản đồ oxi hóa khử cặp chất bề mặt TiO2 Hinh 1.6 Giản đồ lượng pha anatase pha rutile Hinh 1.7 Sự hinh thành gốc HO● O .9 Hinh 1.8 Cơ chế quang xúc tác TiO2 tách nước cho sản xuất hiđro 13 Hinh 1.9 Công thức cấu tạo 2,4Dichlorophenol 15 Hinh 2.1 Sơ đô tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO 19 Hinh 2.2 Sơ đô tổng hợp vât liêu TNT biến tính CuO 20 Hinh 2.3 Sơ đô tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO,CuO 20 Hinh 2.4 Cương đô tia sang phương phap UV-Vis .22 Hinh 3.1 Gian đô nhiễu xa tia X cua cac vât liêu 26 Hinh 3.2 Phô EDX cua mẫu 1,5% NiO/TNT .27 Hinh 3.3 Phô EDX cua mẫu 2% CuO/TNT 28 Hinh 3.4.Phô EDX cua mẫu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT 28 Hinh 3.5 Anh TEM cua vât liêu TiO2 thương mại 29 viii Hinh 3.6 Anh TEM cua vât liêu TiO2 dạng ống (TNT) 29 Hinh 3.7 Anh TEM cua vât liêu 2% CuO/TNT .30 Hinh 3.8 Anh TEM cua vât liêu 1,5% NiO/TNT 30 Hinh 3.9 Anh TEM cua vât liêu NiO, CuO/TNT 31 Hinh 3.10 Phổ DRS TNT x% NiO/TNT 32 Hinh 3.11 Phổ DRS TNT x% CuO/TNT 32 Hinh 3.12 Phổ DRS vật liệu .33 Hình 3.13 Phổ hấp phụ phân tử 2,4-DCP ban đầu sau bị hấp phụ vật liệu 1,5% CuO/TNT khoảng thời gian khác 34 Hình 3.14 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch 2,4-DCP xử lý vật liệu x % CuO/TiO2 .35 Hinh 3.15 Sơ đồ biểu diễn hiệu suất quang xúc tác (H%) phân hủy 36 ix 1.4 1.2 0.8 2,4-DCP TNT 0,5%CuO-TiO 0.6 1,5%CuO-TiO Abs 1.0 1%CuO-TiO 3%CuO-TiO 0.4 2%CuO-TiO 0.2 0.0 200 250 300 350 400 450 Wavelength (nm) Hình 3.14 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch 2,4-DCP xử lý vật liệu x% CuO/TiO2 Kết thực nghiệm biểu diễn qua hinh 3.14 cho thấy, mẫu có CuO có hiệu suất quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP cao so với TNT khơng biến tính, mẫu 2% CuO/TNT cho hiệu suất quang xúc tác vật liệu vùng ánh sáng khả kiến tốt nhất Từ giá trị độ hấp thụ (Abs) phổ dung dịch 2,4-DCP tính hiệu śt theo cơng thức trinh bày mục 2.5.5 60 46% 50 39% H (%) 40 36% 35% 35% 30 22% 20 10 0% 0,5% 1% 1,5% 2% 3% Samples Hình 3.15 Sơ đồ biểu diễn hiệu suất quang xúc tác (H%) phân hủy 2,4-DCP vật liệu x% CuO /TNT Kết hinh 3.15 cho thấy mẫu TNT có CuO có hiệu suất quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP cao so với TNT, mẫu 2% CuO/TNT cho hiệu suất quang xúc tác vật liệu vùng ánh sáng khả kiến tốt nhất sau 60 phút chiếu sáng (H = 46%) Tuy nhiên, tăng thêm hàm lượng CuO 2% khối lượng thi hiệu suất quang xúc tác TNT lại giảm Như vậy, thêm vào TNT mợt hàm lượng thích hợp CuO làm tăng hoạt tính quang xúc tác ống nano TiO2 Căn vào kết đo giản đồ nhiễu xạ tia X (hinh 3.1) phổ phản xạ khuếch tán mẫu vật liệu (hinh 3.10) nhận thấy, vật liệu CuO/TNT có bờ hấp thụ giống TNT khoảng 394 nm (3,15 eV), nghĩa việc thêm CuO vào TNT không làm giảm lượng vùng cấm TNT, kết XRD CuO/TNT cho biết khơng có thay đổi cấu trúc tinh thể cuẩ TNT ta thêm CuO vào vật liệu Tuy nhiên, kết khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP vùng ánh sáng khả kiến vật liệu CuO/TNT lại cao so với TNT Chúng tơi cho có ngun nhân: Thứ nhất: Do vật liệu CuO/TNT có khả hấp thụ ánh sáng khả kiến tốt TNT (phổ DRS cho biết thơng tin này) nên vật liệu CuO/TNT có hoạt tính mạnh TNT vùng ánh sáng nhin thấy (400 – 800 nm) Thứ hai: Do có CuO thành phần nên hạt mang điện (e-, h+) từ TNT sau hinh thành chuyển đến CuO làm giảm tái tổ hợp nhanh electron kích thích lỗ trống mang điện dương (h+) tạo điều kiện cho trinh sản sinh electron hạt TNT ánh sáng kích thích tiếp tục diễn ra, làm tăng hiệu suất lượng tử hạt TiO2 Tuy nhiên, trường hợp thêm lượng CuO nhiều lượng thích hợp thi lượng dư CuO lại trở thành trung tâm cho tái tổ hợp cặp e-/h+ kết hiệu suất quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP TNT giảm 3.2.3 Ảnh hưởng phần trăm NiO biến tính 1.5 1.0 Abs DCP 0,5%NiO/TNT 1%NiO/TNT 3%NiO/TNT 2%NiO/TNT 1,5%NiO/TNT 0.5 0.0 250 300 350 400 450 Wavelength (nm) Hình 3.16 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch 2,4 - DCP xử lý vật liệu x%NiO/TNT Chúng tiến hành khảo sát hoạt tính xúc tác phân hủy 2,4 - DCP (10mg/l) mẫu TNT, 0,5;1; 1,5; 2; 3% NiO/TNT Kết khảo sát trinh bày hình3.10 Sau khoảng thời gian chiếu sáng 60 phút với tỷ lệ phần trăm biến tính khác Chúng tơi thu kết cường độ hấp thụ pic đặc trưng hinh 3.12 mẫu vật liệu khác 60 50 42% 39% 40 H (%) 32 % 30 27 % 24 % 20 10 0,5% 1% 1,5% 2% 3% Samples Hình 3.17 Sơ đồ biểu diễn hiệu suất quang xúc tác (H%) phân hủy 2,4-DCP vật liệu x% NiO/TNT Trong hinh 3.17 cho thấy, tương tự trường hợp CuO/TNT mẫu có NiO có hiệu suất quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP cao so với TNT khơng biến tính, mẫu 1,5% NiO/TNT cho hiệu suất quang xúc tác vật liệu vùng ánh sáng khả kiến tốt nhất sau 60 phút chiếu sáng (H = 42%) Khi tăng hàm lượng NiO từ 0,5% đến 1,5% thi hiệu suất quang xúc tác tăng Tuy nhiên, tăng thêm hàm lượng NiO 1,5% khối lượng thi hiệu suất quang xúc tác TiO lại giảm Như vậy, thêm vào TiO2 mợt hàm lượng thích hợp NiO làm tăng hoạt tính quang xúc tác TNT Điều giải thích tương tự biến tính CuO hạt mang điện (e-, h+) từ TNT sau hinh thành chuyển đến NiO làm giảm tái tổ hợp nhanh electron kích thích lỗ trống mang điện dương (h+) tạo điều kiện cho trinh sản sinh electron ống TNT ánh sáng kích thích tiếp tục diễn ra, làm tăng hiệu suất lượng tử TNT Tuy nhiên, trường hợp thêm lượng NiO nhiều lượng thích hợp thi lượng dư NiO lại trở thành trung tâm cho tái tổ hợp cặp e-/h+ kết hiệu suất quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP TNT giảm 3.2.4 Ảnh hưởng phần trăm CuO, NiO hỗn hợp chúng biến tính Chúng tơi tiến hành khảo sát hoạt tính xúc tác phân hủy 2,4 - DCP (10mg/l) mẫu TNT, 1,5%NiO/TNT; 2%CuO/TNT; 1,5%NiO2%CuO/TNT Kết khảo sát trinh bày hinh 3.12 Sau khoảng thời gian chiếu sáng 60 phút với tỷ lệ phần trăm biến tính khác Chúng thu kết cường độ hấp thụ pic đặc trưng hinh 3.18 mẫu vật liệu khác 1.5 Abs 1.0 2,4-DCP TNT 1,5%NiO/TNT 2%CuO/TNT 1,5%NiO,2%CuO/TNT 0.5 0.0 200 250 300 350 400 450 Wavelength(nm) Hình 3.18 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch 2,4 - DCP xử lý vật liệu khác 60 51 % 50 46 % 42 % H (%) 40 30 20 10 NiO/TNT CuO/TNT NiO,CuO/TNT Samples Hình 3.19 Sơ đồ biểu diễn hiệu suất quang xúc tác (H%) phân hủy 2,4-DCP vật liệu 1,5% NiO/TNT; 2% CuO/TNT; 1,5% NiO, 2%CuO/TNT Kết thực nghiệm cho thấy biến tính TNT hỗn hợp oxit NiO CuO với hàm lượng thích hợp tìm phần 3.2.2 3.2.3 cho hiệu suất quang xúc tác cao so với biến tính oxit Vai trò NiO, CuO phân tích chất đồng xúc tác TiO2 Sự có mặt chất đồng xúc tác có tác dụng làm giảm trinh tái tổ hợp điện tử lỗ trống mang điện giúp cho hiệu suất quang xúc tác TiO2 tăng lên Có lẽ xuất hỗn hợp oxit hạn chế trinh tái tổ hợp tốt oxit đơn lẻ nên hiệu suất quang xúc tác hệ tốt Một số công trinh nghiên cứu có kết tương tự [12, 20] 3.2.5 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy 2,4 – DCP theo thời gian vật liệu 1,5%NiO, 2%CuO/TNT Dựa vào kết thu cho thấy vật liệu thi vật liệu biến tính 1,5%NiO, 2%CuO/TNT đạt hiệu suất cao nhất Do lấy mẫu 1,5%NiO, 2%CuO/TNT làm mẫu điển hinh để nghiên cứu tiếp hoạt tính quang xúc tác theo thời gian pH=7 Kết nghiên cứu trinh bày hinh 3.20 1.5 1.0 Abs 2,4-DCP 30 60 120 180 0.5 0.0 250 300 350 400 450 Wavelength (nm) Hình 3.20 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch 2,4 - DCP xử lý 1,5%NiO, 2%CuO/TNT theo thời gian 70 60 H (%) 50 40 30 20 10 0 30 60 90 120 150 180 Time (min) Hình 3.21 Sơ đồ biểu diễn hiệu suất quang xúc tác (H%) phân hủy 2,4-DCP vật liệu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT theo thời gian Hinh 3.21 cho thấy thấy giảm rõ rệt cường đợ hấp thụ pic đặc trưng bước sóng cực đại 2,4 - DCP Sau khoảng thời gian 30 phút ta thấy cường độ đặc trưng pic giảm một cách đều qua thời gian Kết chứng tỏ, vật liệu 1,5%NiO, 2%CuO/TNT có hoạt tính quang xúc tác phân hủy 2,4 - DCP tốt 3.2.6 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy 2,4DCP 1,5% NiO, 2%CuO/TNT Trong thông số ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác thi pH yếu tố quan trọng nhất vi đóng nhiều vai trò ảnh hưởng suốt q trinh phản ứng quang hóa xảy Với mục đích ứng dụng thực tiễn thí nghiệm nghiên cứu khoảng pH = – Kết khảo sát ảnh hưởng pH khoảng – phản ứng phân hủy 2,4-DCP mẫu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT trình bày hinh 3.22 1.5 1.0 Abs pH pH pH pH pH =1 = = = =7 0.5 0.0 250 300 350 400 450 Wavelength (nm) Hình 3.22.Ảnh hưởng pH đến hoạt tính quang xúc tác 1,5% NiO, 2%CuO/TNT Phổ hấp thụ hinh 3.22 cho thấy thay đổi pH làm cho hoạt tính quang xúc tác thay đổi Cường độ hấp thụ pic đặc trưng môi trường axit thấp nhiều so với cường độ hấp thụ pic đặc trưng mơi trường trung tính 2,4-DCP Tại giá trị pH = cường độ hấp thụ pic đặc trưng 2,4-DCP thấp nhất Tuy nhiên, môi trường pH > ta thấy vị trí bước sóng hấp thụ cực đại 2,4-DCP bị dịch chuyển Có thể phản ứng hóa học 2,4-DCP với ion OH- Chính vi vậy, chúng tơi khảo sát đến giá trị pH = Kết thực nghiệm biểu diễn qua hinh 3.22 cho thấy hoạt tính quang xúc tác vật liệu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT môi trường axit tốt so với môi trường bazơ Hoạt tính quang xúc tác vật liệu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT mơi trường có pH = – – tốt so với pH tự nhiên 2,4-DCP (pH = 7) Ngược lại, môi trường bazơ hoạt tính quang xúc tác vật liệu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT giảm đáng kể, điều chứng tỏ môi trường bazơ kìm hãm khả phân hủy 2,4-DCP vật liệu Theo chúng tôi, nguyên nhân dẫn đến kết thay đổi giá trị pH dung dịch làm biến đổi tính chất điện bề mặt chất xúc tác Trong môi trường axit bazơ thi tính chất điện bề mặt TiO2 thay đổi khác nhau, TiO2 bị proton hóa ngược lại để tạo điện tích bề mặt thay đổi theo phản ứng sau đây: TiOH + H+ → TiOH2+ TiOH + OH− → TiO− +H2O Như vậy, bề mặt hạt TiO2 mang điện tích dương mơi trường axit mang điện tích âm mơi trường bazơ Sự thay đổi tích chất điện bề mặt chất xúc TiO2 liên quan đến khả hấp phụ chất hữu bề mặt chất xúc tác, mợt giai đoạn quan trọng tồn bợ q trinh quang xúc tác, gây thay đổi tốc độ phản ứng phân hủy chất hữu Theo chúng tôi, nguyên nhân dẫn đến kết do: vật liệu AgIn5S8 TiO2 bị kích thích lượng ánh sáng xảy phản ứng sau: TiO2 + hν → TiO2 (e-cb) + TiO2 (h+vb) (1) TiO2(e-cb) + O2 → TiO2 + O2.(2) O2.- + (e-cb) + 2H+ → H2O2 (3) H2O2 + (e-cb) →HO● (một lượng nhỏ) + OH- (4) Gốc hiđroxyl HO● sinh từ phản ứng gốc rất hoạt hóa tác nhân oxi hóa rất mạnh (với oxi hóa E = 2,8V) nên phản ứng phân hủy hầu hết chất hữu ô nhiễm R + HO● → R’● + H2O R’● + O2 → San phâm phân huy Quá trinh oxi hóa chât hưu cung có thê xay phan ưng trưc tiêp chung vơi lỗ trông quang hoa đê tao gôc tư sau đo phân huy dây chuyên tạo sản phâm R + h+υb → R’● + O2 → San phâm phân huy RCOO- + h+υb → R● +CO2 Trong môi trường axit (nồng độ ion H+ cao) gốc HO● sinh nhiều có chuyển dịch cân theo chiều thuận phản ứng (3), (4) (theo nguyên lý chuyển dịch cân Lơ Sa-tơ-li-ê), điều giải thích mơi trường axit thi hiệu śt phân hủy 2,4-DCP vật liệu cao nhiều so với mơi trường trung tính (pH = 7) môi trường bazơ (pH > 7) Ngược lại, môi trường bazơ (nồng độ ion OH- cao)sẽ làm cân phương trinh (4) xảy theo chiều ngược lại, điều làm cho tạo thành gốc HO● khó khăn dẫn đến khả phân hủy 2,4-DCP vật liệu quang xúc tác bị giảm KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm thu bàn luận, phân tích trên, kết luận văn tổng kết lại sau: Đã tổng hợp mẫu vật liệu x% NiO/TNT ( x = 0,5; 1; 1,5 3%) mẫu vật liệu x% CuO/TNT ( x = 0,5; 1; 1,5 3%) mẫu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT Các vật liệu điều chế có cấu trúc dạng ống nano phân bố đồng đều, sắc nét có kích thước trung binh chiều dài ống khoảng 200 nm, đường kính khoảng nm Kết nghiên cứu phổ phản xạ khuếch tán cho thấy mẫu TNT biến tính có hoạt tính quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP cao TNT không biến tính Vật liệu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT thể hoạt tính quang xúc tác lớn nhất với hiệu suất đạt tới 72 % sau 60 phút chiếu ánh sáng khả kiến Đã khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP vật liệu 1,5% NiO, 2%CuO/TNT Kết cho thấy hiệu suất quang xúc tác tăng mạnh giá trị pH từ đến Tại giá trị pH =1 có hiệu suất quang xúc tác phân hủy 2,4-DCP tốt nhất TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Hoàng Nghị (2002), Lý thuyết nhiễu xạ tia X, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [2] Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2002) “Khử amoni nước nước thải phương pháp quang hóa với xúc tác TiO2”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T40 (3), tr 20-29 [3] 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, T.4(5), tr 21-24 Tiếng Anh [4] A.A Ismail, Appl Catal B: Environ 58 115–121 (2005) [5] Amy L Linsebigler, Guangquan Lu and John T Yates, (1995) “Photocatalysis on TiO2 surfaces: Principles, Mechanisms and Selected Results”, Chem Rev 95 pp 735758 [6] B Pal, M Sharon, G Nogami, Mater Chem Phys., 59, 254–261 (1999) [7] Choi WY, Termin A, Hoffmann MR, (1994) “The role of metal ion dopants in quantum-sized TiO2: correlation between photoreactivity and charge carrier recombination dynamics”, J Phys Chem;84, pp 3669–13679 [8] Feng LR, Lu SJ, Qiu FL (2002) “Influence of transition elements dopant on the photocatalytic activities of nanometer TiO2”, Acta Chimica Sinica ,60(3), pp 463– 467 [9] H.M Coleman, B.R Eggins, J.A Byrne, F.L Palmer, E King, Photocataytic degra-dation of 17-ˇ-oestradiol on immobilized TiO2, Appl Catal B: Environ 24 (2000) L1–L5 [10] I Poulios, A Avrans, E Rekliti, A Zouboulis, Photocatalytic oxidation of Auramine O in the presence of semiconducting oxides, J Chem Biotechnol 75 (2000) 205–212 [11] J Lin, J.C Yu, J Photochem Photobiol A: Chem., 116, 63–67 (1998) [12] Lu Yan-Jing, Li Xiang-Qing, Mu Jin (2009), “Effect of CuO-NiO as Cocatalyst on Photocatalytic Activity of TiO2(P25)”, Chinese Journal of Inorganic Chemistry 25(7):1149-1152 [13] M Sleiman, D Vildozo, C Ferronato, J.-M Chovelon, Photocatalytic degrada-tion of azo dye Metanil Yellow: optimization and kinetic modeling using a chemometric approach, Appl Catal B: Environ 77 (2007) 1–11 [14] Meng Ni, Michael K.H Leung , Dennis Y.C Leung, K Sumathy (2007), “A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production”, Department of Mechanical Engineering, The University of Hong Kong, Pokfulam Road, Hong Kong, Renewable and Sustainable Energy Reviews (11), pp 401–425 [15] S.F Chen, L Chen, Mater Chem Phys., 98 116–120 (2006) [16] S.K Ponyak, D.T Talapin, A.I Kulak, J Phys Chem B, 105, 4816–4822 (2001) [17] S Srinivasan, J Wade, E.K Stefanakos, J Nanomater 2006, 1–4, (2006) [18] Teshome Abdo Segne1, Siva Rao Tirukkovalluri1 and Subrahmanyam Challapalli (2011) “Studies on Characterization and Photocatalytic Activities of Visible Light Sensitive TiO2 Nano Catalysts Co-doped with Magnesium and Copper” International Research Journal of Pure & Applied Chemistry, (3), pp 84-103 [19] Xiaobo Chen, Samuel S Mao (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications”, Chemical Reviews, 107 (7), pp 28912959 [20] Wang Y, Liu L, Xu L, Cao X, Li X, Huang Y, Meng C, Wang Z, Zhu W (2014), Ag2O/TiO2/V2O5 one-dimensional nanoheterostructures for superior solar light photocatalytic activity, Nanoscale, 6(12):6790-7 [21] X.Z Li, F.B Li, C.L Yang,W.K Ge, J Photochem Photobiol A: Chem., 141, 209–217 (2001) PHỤ LỤC Hình 3.23 Giản nhiêu xa tia X của vât liêu 2%CuO/TNT Hình 3.24 Giản nhiêu xa tia X của vât liêu 1,5%NiO, 2%CuO/TNT Hình 3.25 Giản đô nhiêu xa tia X của vât liêu 1,5%NiO/TNT ... ống nano TiO2 biến tính NiO CuO – hai chất bán dẫn có lượng vùng cấm nhỏ TiO2 Trên sở em chọn đề tài Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc hoạt tính quang xúc tác ống nano TiO2 biến tính NiO. .. hợp TiO2 dạng ống (TNT) 25 3.1.1.2 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính CuO 25 3.1.1.3 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO 25 3.1.1.4 Tổng hợp vât liêu TNT biến tính NiO, CuO. .. đồng xúc tác khác đến hoạt tính quang xúc tác TiO2 Vi tiếp tục hướng phát triển nghiên cứu tăng hiệu suất vật liệu TiO kích thước nano dạng ống, nghiên cứu này, em hướng đến mục đích chế tạo ống