Bài tiểu luận giới thiệu về Vật liệu xúc tác quang hóa, các tính chất cơ bản, ứng dụng và phương pháp tổng hợp: 1. Giới thiệu về xúc tác quang hóa, cơ chế phản ứng quang hóa 2. Các tính chất chung của vật liệu xúc tác quang hóa phổ biến 3. Các ứng dụng của vật liệu xúc tác quang hóa hiện nay 4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa
SEMINAR MƠN HỌC HĨA HỌC VÀ VẬT LIỆU XÚC TÁC Chủ đề: Xúc tác quang hóa Thực hiện: Tào Văn Thuận KHÁI NIỆM XÚC TÁC QUANG HÓA -Khái niệm xúc tác quang hố học dùng để nói đến phản ứng xảy tác dụng đồng thời chất xúc tác ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy - Ví dụ: Phản ứng oxy hóa hợp chất hữu tác dụng ánh sáng thông qua TiO2 KHÁI NIỆM CƠ BẢN -Phân loại: Xúc tác quang hóa đồng thể xúc tác dị thể -Xúc tác đồng thể: Trong quang xúc tác đồng thể, chất phản ứng xúc tác quang tồn pha. Các chất xúc tác quang đồng sử dụng phổ biến bao gồm ozone hệ thống Fenton (Fe + và Fe + / H 2 O 2 ). Cơ chế tạo gốc hydroxyl ozone theo hai đường KHÁI NIỆM CƠ BẢN -Phân loại: Xúc tác quang hóa đồng thể xúc tác dị thể -Xúc tác đồng thể: Hệ thống Fenton tạo gốc hydroxyl theo chế sau Ưu điểm q trình khả sử dụng ánh sáng mặt trời với độ nhạy sáng lên tới 450nm, tránh chi phí cao đèn UV lượng điện KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Xúc tác dị thể: Xúc tác dị thể có chất xúc tác pha khác với chất phản ứng - Các giai đoạn phản ứng xúc tác quang hóa dị thể: GĐ 1: Khuếch tán chất phản ứng tới bề mặt xúc tác; GĐ 2: Các chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác; GĐ 3: Vật liệu quang xúc tác hấp thụ photon ánh sáng, electron chuyển từ trạng thái sang trạng thái kích thích với chuyển mức lượng electron KHÁI NIỆM CƠ BẢN GĐ 4: - Phản ứng quang hóa chia làm giai đoạn nhỏ: Phản ứng quang hóa sơ cấp phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với chất bị hấp phụ 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 GĐ5: Nhả hấp phụ sản phẩm GĐ6: - Khuếch tán sản phẩm vào pha khí lỏng KHÁI NIỆM CƠ BẢN Điều kiện để chất có khả xúc tác quang: -Có hoạt tính quang hố -Có lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng tử ngoại ánh sáng nhìn thấy - Có giá thành rẻ, dễ chế tạo, bền trình sử dụng, dễ th hồi không gây ô nhiễm Các chất xúc tác quang phổ biến oxit chất bán dẫn kim loại chuyển tiếp, KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cơ chế phản ứng quang hóa: Khi chiếu sáng có lượng photon (hυ) thích hợp, lớn lượng vùng cấm Eg (hv ≥ Eg), tạo cặp electron (e- ) lỗ trống (h+ ) Các electron chuyển lên vùng dẫn (quang electron), lỗ trống lại vùng hoá trị Các phân tử chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại: • Các phân tử có khả nhận electron (acceptor) • Các phân tử có khả cho electron KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cơ chế phản ứng quang hóa: hυ + (SC) → e- + h+ A(ads) + e- → A- (ads) D(ads) + h+ → D+ (ads) KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cơ chế phản ứng quang hóa TiO2: ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HĨA THANH LỌC KHƠNG KHÍ ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA TỰ LÀM SẠCH ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA DiỆT KHUẨN ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA XỬ LÝ NƯỚC ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ - Phản ứng oxy hóa: - Phương trình phản ứng: - Cơ chế: TiO2 ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Reductive dehalogenation ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ - Phản ứng oxy hóa: ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Phản ứng khử: Khử hợp chất –NO2 NH2 - Trong dung môi cồn: - Không dung môi: ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Phản ứng khử: Khử CO2 thành hợp chất hữu ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Một số phản ứng khác: ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TÁCH H2 TỪ H2O PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG -Phương pháp thủy nhiệt, Phương pháp hóa học, phản ứng trực tiếp - Phương pháp vi sóng -Phương pháp sấy đơng lạnh -Phương pháp nhiệt bốc -Phương pháp sol-gel nghiền học -Gần đây, phương pháp phun điện quay sử dụng bước tiến kỹ thuật việc chế tạo vật liệu compozit dạng màng có cấu trúc sợi nano PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG Thiết bị phu điện quay tổng hợp sợi nano TiO2 có tính chất quang hóa Cấu tạo máy phun điện quay Electrospinning: Bơm đẩy; Xy-lanh; Dung dịch phun; Kim phun inox; Chùm tia dung dịch; Giọt dung dịch tích điện dương; Tấm thu sợi nối với điện cực âm; Bộ cấp nguồn cao ... chất hữu tác dụng ánh sáng thông qua TiO2 KHÁI NIỆM CƠ BẢN -Phân loại: Xúc tác quang hóa đồng thể xúc tác dị thể -Xúc tác đồng thể: Trong quang xúc tác đồng thể, chất phản ứng xúc tác quang tồn... CHẤT THẢI NGUY HẠI ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA TỰ LÀM SẠCH ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA DiỆT KHUẨN ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA XỬ LÝ NƯỚC ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TRONG TỔNG... NIỆM CƠ BẢN - Xúc tác dị thể: Xúc tác dị thể có chất xúc tác pha khác với chất phản ứng - Các giai đoạn phản ứng xúc tác quang hóa dị thể: GĐ 1: Khuếch tán chất phản ứng tới bề mặt xúc tác; GĐ 2: