Nghiên cứu điều chế, khảo sát hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thước nano được biến tính vonfram

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đặng Trung Hiếu NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƢỚC NANO ĐƢỢC BIẾN TÍNH VONFRAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 201 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đặng Trung Hiếu NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƢỚC NANO ĐƢỢC BIẾN TÍNH VONFRAM Chuyên ngành: Hóa vơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Ngô Sỹ Lƣơng Hà Nội - 201 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ khoa học hồn thành phịng thí nghiệm Vật liệu mới, Bộ mơn Hóa vơ cơ, Khoa Hóa học, Trường đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Để đạt kết này, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Ngô Sỹ Lương, người giao đề tài tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện giúp tơi hồn thành đề tài Tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo phịng Bộ mơn vơ cơ, anh chị, bạn em phịng thí nghiệm Vật liệu giúp đỡ truyền đạt lại nhiều kinh nghiệm cho chúng tơi q trình làm luận văn này./ Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Học viên Đặng Trung Hiếu MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN .3 1.1 GIỚI THIỆU VỀ TiO2 KÍCH THƢỚC NANO MÉT 1.1.1 Cấu trúc tính chất vật lý titan đioxit 1.1.2 Tính chất hóa học titan đioxit 1.1.3 Tính chất điện tử 1.1.4 Một số ứng dụng quan trọng TiO2 kích thƣớc nano mét 1.2 Q TRÌNH QUANG XÚC TÁC CỦA TiO2 10 1.3 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUANG XÚC TÁC CỦA TiO2 13 1.3.1 Giảm kích thƣớc hạt điều chỉnh thành phần pha hợp lí 14 1.3.2 Pha tạp vật liệu TiO2 kích thƣớc nano tác nhân khác .15 1.4 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU TiO2 PHA TẠP 16 1.4.1 Pha tạp cấu trúc TiO2 kim loại 16 1.4.2 Pha tạp cấu trúcTiO2 phi kim 17 1.4.3 Pha tạp TiO2 hỗn hợp kim loại phi kim .18 1.5 VẬT LIỆU TiO2 ĐƢỢC PHA TẠP BỞI W(VI) 19 1.6 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TiO2 PHA TẠP 22 1.7 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 25 Chƣơng II THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .26 2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ .26 2.1.1 Hóa chất 26 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 26 2.2 THỰC NGHIỆM ĐIỀU CHẾ CÁC MẪU BỘT TiO2 W/TiO2 BẰNG PHƢƠNG PHÁP SOL-GEL 27 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .27 2.3.1 Phƣơng pháp đo quang xác định hiệu suất quang xúc tác sản phẩm W/TiO2 điều chế đƣợc 27 2.3.2 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 30 2.3.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 31 2.3.4 Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM 32 2.3.5 Phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS) 32 2.3.6 Phƣơng pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (BET) 32 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT W/TiO2 34 3.1.1 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ nung gel 34 3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian nung gel 40 3.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian làm già gel .43 3.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ % mol Ti/C2H5OH 47 3.1.5 Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ % mol W/TiO2 50 3.1.6 Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ mol Ti/HNO3 58 3.2 ĐIỀU CHẾ BỘT W/TiO2 KÍCH THƢỚC NANO MÉT CĨ HIỆU SUẤT QUANG XÚC TÁC CAO 61 3.2.1 Các điều kiện thích hợp khảo sát đƣợc 61 3.2.2 Sơ đồ mơ tả q trình điều chế cách thiến hành .61 3.2.3 Các đặc trƣng cấu trúc tính chất sản phẩm bột W/TiO2 63 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tnco Nhiệt độ nóng chảy λ Bước sóng SBET Diện tích bề mặt TBOT Tetra-n-butyl orthotitanat TTIP Tetraisopropoxide IC Indigo carmine MB Dung dịch xanh metylen IPA Isopropyl ancol QXT Quang xúc tác DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý TiO2 dạng anata rutin Bảng 2.1 Nồng độ dung dịch xanh metylen độ hấp thụ quang 30 Bảng 3.1 Kết xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) phụ thuộc vào nhiệt độ nung 37 Bảng 3.2 Thành phần pha r (nm) mẫu W-TiO2 nung nhiệt độ khác 38 Bảng 3.3 Kết xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) phụ thuộc vào thời gian nung 41 Bảng 3.4 Thành phần pha r (nm) mẫu W-TiO2 nung 6000C với thời gian khác 42 Bảng 3.5 Kết xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) phụ thuộc vào thời gian làm già gel 44 Bảng 3.6 Thành phần pha r (nm) mẫu W-TiO2 làm già gel với thời gian khác 46 Bảng 3.7 Kết xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) phụ thuộc vào tỉ lệ % mol Ti/C2H5OH 48 Bảng 3.8 Thành phần pha r (nm) mẫu W-TiO2 có tỉ lệ % mol Ti/C2H5OH khác 50 Bảng 3.9 Kết xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) phụ thuộc vào tỉ lệ % mol Ti/C2H5OH 51 Bảng 3.10 Thành phần pha r (nm) mẫu W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 khác 53 Bảng 3.11 Kết xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) phụ thuộc vào tỉ lệ mol Ti/HNO3 58 Bảng 3.12 Thành phần pha r (nm) mẫu W-TiO2 có tỉ lệ mol Ti/HNO3 khác 60 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 Hình 1.2 Giản đồ MO anata Hình 1.3 Giản đồ miền lượng anata rutin Hình 1.4 Sơ đồ mơ tả số ứng dụng quan trọng TiO2 Hình 1.5 Hiệu chống mờ gương chiếu hậu tơ: gương bình thường (trái) gương phủ TiO2 (phải) Hình 1.6 Số lượng cơng trình cơng bố TiO2 TiO2 QXT theo năm 10 Hình 1.7 Thiết bị xử lí nước thải chất quang xúc tác TiO2 10 Hình 1.8 Cơ chế phản ứng quang xúc tác TiO2 chiếu sáng 11 Hình 1.9 Giản đồ lượng cho TiO2 hệ WxTi1-xO2 21 Hình 1.10 Cơ chế chuyển dịch vùng cấm hạt nano Cr/TiO2 21 Hình 1.11 Cơng nghệ sol-gel sản phẩm từ sol-gel 23 Hình 2.1 Quang phổ đèn Compact 40W hiệu Goldstar 28 Hình 2.2 Thiết bị phản ứng phân hủy quang xúc tác xanh metylen 29 Hình 2.3 Đồ thị phương trình đường chuẩn biểu diễn phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ xanh metylen 30 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu gel W/TiO2 sấy khơ .35 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen 37 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu nung nhiệt độ 400, 450, 500, 550, 600, 650 0C 4h 38 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen 41 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu nung với thời gian 1, 2, 3, 4, 5h 6000C 42 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian làm già gel đến hiệu suất phân hủy xanh metylen Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu gel làm già với thời gian 2, 3, 4, 5, ngày Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ % mol Ti/C2H5OH đến hiệu suất phân hủy xanh metylen Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu có tỉ lệ % mol Ti/C2H5OH 1, 2, 3, 4, 5, 6% 49 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ % mol W/TiO2 đến hiệu suất phân hủy xanh metylen Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu có tỉ lệ % mol W/TiO2 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5% Hình 3.12 Phổ EDS thành phần hóa học sản phẩm bột TiO2 tinh khiết Hình 3.13 Phổ EDS thành phần hóa học sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 0,5% Hình 3.14 Ảnh SEM sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 0,5% Hình 3.15 Phổ EDS thành phần hóa học sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 1,5% Hình 3.16 Ảnh SEM sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 1,5% Hình 3.17 Phổ EDS thành phần hóa học sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 2,5% Hình 3.18 Ảnh SEM sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 2,5% Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ mol Ti/HNO3 đến hiệu suất phân hủy xanh metylen Hình 3.20 Giản đồ XRD mẫu có tỉ lệ mol Ti/HNO3 khác Hình 3.21 Giản đồ XRD mẫu W-TiO2 điều chế điều kiện tối ưu khảo sát Hình 3.22 Giản đồ XRD mẫu TiO2 tinh khiết 63 Hình 3.23 Ảnh TEM mẫu W-TiO2 điều chế điều kiện tối ưu khảo sát 64 Hình 3.24 Phổ EDS thành phần hóa học sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 1,5% 65 Hình 3.25 Phổ phản xạ khuếch tán UV - Vis 66 ... KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đặng Trung Hiếu NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƢỚC NANO ĐƢỢC BIẾN TÍNH VONFRAM Chuyên ngành: Hóa vơ Mã số: 60440113... khảo sát hoạt tính quang xúc tác bột titan đioxit kích thƣớc nano đƣợc biến tính vonfram? ?? Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ TiO2 KÍCH THƢỚC NANO MÉT 1.1.1 Cấu trúc tính chất vật lý titan đioxit. .. hố Bột TiO2 có kích thước nhỏ hoạt tính xúc tác cao Hầu hết tài liệu TiO dạng bột kích thước nano mét có cấu trúc anata có hoạt tính xúc tác cao 1.3 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUANG XÚC TÁC