NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ XÚC TÁC QUANG TiO2 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Từ năm 1972, khi Fujishima và Honda phát hiện ra khả năng phân tách nước bằng quang xúc tác của TiO2, vật liệu này đã được rất nhiều tác giả nghiên cứu. Khả năng quang xúc tác kỷ lục của TiO2 cùng các tính chất quí báu khác mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi vật liệu này trong nhiều lĩnh vực quan trọng như công nghệ môi trường, chuyển đổi năng lượng mặt trời, các dụng cụ quang tử và quang điện tử, … Quang xúc tác (Photocatalyst) là 1 nhánh trong ngành vật lý hóa học có liên quan với các hiệu ứng hóa học của ánh sáng. Nói chung, thuật ngữ này được sử dụng để mô tả phản ứng hóa học do hấp thụ tia cực tím (có bước sóng từ 100 đến 400 nm), hấp thụ ánh sáng khả kiến ​​(400 750 nm) hoặc bức xạ hồng ngoại (750 2500 nm). Chất xúc tác (ở đây là TiO2) không tự thay đổi hoặc mất đi trong phản ứng hóa học, nó chỉ đóng vai trò là xúc tác

Tiểu luận môn học Động học xúc tác Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Kỹ thuật Hóa Học – Bộ Môn Công nghệ Hữu Cơ – Hóa Dầu Đề tài Tìm hiểu về xúc tác quang TiO2 GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Nhom sinh viên thưc hiên Khúc Duy Hiếu 20141504 Nguyễn Đức Hoan 20141705 Trần Thị Kiều Trinh 20144647 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tổng quan Tìm hiểu Xúc tác quang hóa TiO2 1.1 Tính chất vật lý 1.2 Tính chất hóa học 1.3 Tính chất xúc tác quang TiO2 1.4 Các dạng thù hình TiO2 1.5 Ứng dụng TiO2 Một số dạng vật liệu 2.1 Màng 2.2 Hạt 2.3 Ống 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tổng quan 1.1 Tính chất vật lý - CTHH TiO2 - Phở biến thứ - Dạng thường thấy FeTiO3 hay FeO-TiO2 (quặng illmenit) [3] - dạng thù hình là anatase, rutile và brookit [2] Tính chất vật lý TiO2 [1] Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 8/27/19 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tởng quan 1.1 Tính chất vật lý Tính chất vật lý TiO2 [1] 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tổng quan 1.2 Tính chất hóa học  Trơ về mặt hóa học(không tan, tác dụng với nước, kiềm)  Tan chậm dung dịch axit đun nóng lâu  Tác dụng với kiềm nóng chảy Một số phản ứng TiO2 [1] (1400 °C) Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 8/27/19 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tởng quan 1.3 Tính chất xúc tác quang TiO2 [1] o Hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại, cho ánh sáng vùng hồng ngoại và khả kiến truyền qua o Là vật liệu có độ xốp cao, vì vậy tăng cường khả xúc tác bề mặt o Bền, không độc hại, giá thành thấp o Ái lực bề mặt TiO2 đối với các phân tử cao, đó dễ dàng phủ một lớp TiO2 lên các loại đế với độ bám dính tớt o Các chất bẩn thường bị khoáng hóa hoàn toàn TiO2, thì nồng độ sản phẩm và chất bẩn đủ nhỏ có thể chấp nhận 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tởng quan 1.3 Tính chất xúc tác quang TiO2 Cơ chế quang xúc tác TiO2 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 Tổng quan 1.4 Các dạng thù hình TiO2 Tiểu luận môn học Động học xúc tác dạng thù hình  Anatase  Rutile Hay gặp  Brookite 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tổng quan 1.4 Các dạng thù hình TiO2 dạng thù hình  Anatase • Ưu điểm: Hoạt tính mạnh pha • Dễ rỡ bề mặt, các vết xước có màu trắng Tinh thể Anatase tự nhiên 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Tổng quan 1.4 Các dạng thù hình TiO2 dạng thù hình  Rutile  trạng thái tinh thể bền  pha có độ xếp chặt cao Tinh thể rutile: (a) dạng tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 10 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.1 Màng Kết quả  Lớp màng TiO2 kính bền, bị tách rời lực học thông thường 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 20 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.1 Màng Sự thay đổi nồng độ Cr(VI) (mg/l) đối với mẫu 400°C, số lớp màng khác  lớp màng phủ lên kính thủy tinh, hoạt tính xúc tác kính là tớt 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 21 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.2 Hạt Thực nghiệm TB thủy nhiệt phân, 160 C, TB thủy nhiệt phân, 160 C, 3h;6h;9h;24h Rửa sản phẩm 3h;6h;9h;24h Rửa sản phẩm cồn nước ất, sấy khô cồn nước ất, sấy khô TTIP:ACAC:isopropylic TTIP:ACAC:isopropylic = 1:1:30 = 1:1:30 5ml iso propylic 0.72ml nươc cất Cốc 100ml Cốc 100ml DD Sol nhớt 8/27/19 DD A DD A Khuấy 30min tại nhiêt độ phong DD B Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 22 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.2 Hạt Đặc trưng vật liệu • Nhận thấy xuất hiện pha anatase • Các hạt hình thành thời gian ngắn, khơng phát triển thêm về kích thước • Kích thước phụ tḥc vào dung mơi, loại tiền chất, pH dung dich 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 23 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.2 Hạt Đặc trưng vật liệu  Các hạt có kích thước đồng đều  Kéo dài thời gian phân hủy nhiệt các hạt có xu hướng kéo dài gần giống dạng Ảnh FESEM mẫu bột TiO2 tổng hợp các khoảng thời gian thủy nhiệt: a) 3h; b) 9h; c)24h 8/27/19 Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 24 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.2 Hạt Hoạt tính xúc tác:  Sau 1h phân hủy được 75% M.B  Sau 2h phân hủy được 97.2 %  Tiến hành phản ứng phân hủy metylen xanh (MB) Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch metylen xanh sau các thời gian phản ứng khác với mẫu TiO2 8/27/19 Nồng đợ MB lại sau các khoảng thời gian phản ứng khác đối với các mẫu nano TiO2 tổng hợp các thời gian khác Xiaobo Chen, and Samuel S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959 25 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Mợt sớ dạng vật liệu 2.3 Ớng Phương pháp tởng hợp Phương pháp anod hóa với anod Ti dung mơi ethylene glycol hòa tan nước với hiện diện NH4F Sơ đồ minh họa bình điện phân 8/27/19 Thái Thủy Tiên, Lê Văn Quyền, Âu Vạn Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tác, tạp chí phát triên KH & CN, tập 16, số T2 2013 26 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.3 Ống Khảo sát đặc trưng vật liệu  Thành phần pha bề mặt là Anatase Giản đồ XRD bề mặt mẫu 40V–5h–0,5%–4%–3h 8/27/19 Thái Thủy Tiên, Lê Văn Quyền, Âu Vạn Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tác, tạp chí phát triên KH & CN, t ập 16, số T2 2013 27 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.3 Ống Ảnh SEM mẫu 40V–5h–0,5%–4%–3h 8/27/19 Thái Thủy Tiên, Lê Văn Quyền, Âu Vạn Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tác, tạp chí phát triên KH & CN, t ập 16, số T2 2013 28 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.3 Ớng  Hình thái thay đởi theo điều kiện điện phân  Chiều dài và đường kính tăng điện thế tăng Ảnh SEM bề mặt các mẫu xúc tác điều chế điện thế khác nhau: a) Mẫu 20V–5h–0,5%–4%–3h; b) Mẫu 40V–5h–0,5%–4%–3h; c) Mẫu 50V–5h–0,5%–4%–3h; d) Mẫu 60V–5h–0,5%–4%–3h 8/27/19 Thái Thủy Tiên, Lê Văn Quyền, Âu Vạn Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tác, tạp chí phát triên KH & CN, t ập 16, số T2 2013 29 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Mợt sớ dạng vật liệu 2.3 Ớng Hoạt tính xúc tác phản ứng với methylene blue Biến thiên độ chuyển hóa MB (%) theo điện thế điện phân với các mẫu xV–4h–0,5%–4%–3h 8/27/19 Biến thiên độ chuyển hóa MB (%) theo thời gian điện phân với các mẫu 40V–xh–0,5%–4%–3h Thái Thủy Tiên, Lê Văn Quyền, Âu Vạn Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tác, tạp chí phát triên KH & CN, t ập 16, số T2 2013 30 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một sớ dạng vật liệu 2.3 Ớng Biến thiên độ chun hoa MB (%) theo hàm lượng nước với mẫu 40V–4h–0,5%–x%–3h 8/27/19 Biến thiên độ chuyên hoa MB (%) theo hàm lượng nước với mẫu 40V–4h–0,5%–x%–3h Thái Thủy Tiên, Lê Văn Quyền, Âu Vạn Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tác, tạp chí phát triên KH & CN, t ập 16, số T2 2013 31 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Một số dạng vật liệu 2.3 Ớng  Kết quả • Điều chế thành cơng TiO2 ống nano với cấu trúc anatase có độ bám tốt nền kim loại phương pháp điện phân anod hóa dung mơi ethylene glycol–dung dịch NH4F • Các yếu tố hàm lượng F– và H2O dung dịch điện phân, điện thế điện phân và thời gian điện phân ảnh hưởng đến hình thái ống nano TiO2, qua đó ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác quang hóa • Sản phẩm TiO2 ớng nano tởng hợp điện thế điện phân 40V, dung dịch điện phân có thành phần 0,5% khối lượng NH4F và 4% thể tích nước, thời gian điện phân giờ, thời gian nung giờ 500C có hoạt tính quang xúc tác cao việc giảm cấp methylene xanh dưới bức xạ UV A so với các mẫu khác 8/27/19 Thái Thủy Tiên, Lê Văn Quyền, Âu Vạn Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tác, tạp chí phát triên KH & CN, t ập 16, số T2 2013 32 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Kỹ thuật Hóa Học – Bộ Môn Công nghệ Hữu Cơ – Hóa Dầu Kết luận:  TiO2 là chất xúc tác quang hóa có hoạt tính xúc tác mạnh và thể hiện tớt dạng hạt nano, sau đó là dạng màng mỏng có bề mặt tiếp xúc lớn  Ở dạng hạt nano, TiO2 có thể xúc tác cho phản ứng phân hủy methylene Blue đến 97% vòng 2h Tuy nhiên lại khó thu hồi xúc tác xúc tác dạng bột  Dạng ống dễ dàng thu hồi lại có bề mặt xúc tác nhỏ nên hiệu suất chưa cao  Nhược điểm xúc tác quang TiO2 là nawng lượng vùng cấm cao, nên cần sử dụng tia UV để xúc tác phản ứng Do vậy, xu hướng gần là biến tính TiO2 với các kim loại chuyển tiếp để hạ lượng vùng cấm xuống, nhiên điều này cũng đồng thời làm giảm hoạt tính xúc tác TiO2 8/27/19 33 Tiểu luận môn học Động học xúc tác Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Kỹ thuật Hóa Học – Bộ Môn Công nghệ Hữu Cơ – Hóa Dầu Thanks for watching!!! 8/27/19 34 ... Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang. .. Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên... Tuyền, Hà Hải Nhi, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa học Tư Nhiên, ĐHQG – HCM, Nghiên cứu tổng hợp TiO2 ống nano phương pháp anod hoa ứng dụng quang xúc tácNghiên