Nghiên cứu xử lý phẩm màu hữu cơ bằng xúc tác quang điện hóa trên cơ sở tio2 dưới ánh sáng khả kiến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM MÀU HỮU CƠ BẰNG XÚC TÁC QUANG ĐIỆN HOÁ TRÊN CƠ SỞ TiO2 DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM MÀU HỮU CƠ BẰNG XÚC TÁC QUANG ĐIỆN HOÁ TRÊN CƠ SỞ TiO2 DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN CHUN NGÀNH HỐ HỌC MƠI TRƯỜNG MÃ SỐ : 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN ĐÌNH BẢNG PGS TS NGUYỄN CẨM HÀ HÀ NỘI – 2015 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Hoá học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình giảng dạy chúng em trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Nguyễn Đình Bảng, giáo PGS TS Nguyễn Cẩm Hà - Khoa Hoá học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, người hướng dẫn khoa học đề tài, bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt thời gian thực hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy cô Viện Kỹ thuật Hoá học – Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện cho em trình thực nghiệm chế tạo vật liệu cho luận văn Xin cảm ơn anh chị em làm việc học tập Bộ mơn Hố lý, Phịng Thí nghiệm Hố mơi trường, Bộ mơn Hố vơ cơ, Khoa hoá học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, bạn học lớp CH Hoá K23 giúp đỡ, ủng hộ động viên, chia sẻ kinh nghiệm thời gian làm Luận văn tồn thời gian học tập Tơi xin cảm ơn nhà trường nơi công tác, cảm ơn anh chị đồng nghiệp tạo điều kiện cơng việc để tơi thực hồn thành khố học nâng cao trình độ Xin cảm ơn gia đình, bạn bè người thân chỗ dựa tinh thần lớn lao để tơi hồn thành khoá học Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Học viên NGUYỄN THỊ THU HÀ MỤC LỤC Kí hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN 12 1.1 Một số phương pháp xử lý nước sơ lược q trình oxi hố tăng cường 12 1.2 Vật liệu xử lý sở TiO2 12 1.2.1 Lịch sử phát triển vật liệu TiO2 12 1.2.2 TiO2 tự nhiên 13 1.2.3 Tính chất vật lý TiO2 nguyên chất 13 1.2.4 Tính chất hố học TiO2 13 1.2.5 Cấu trúc TiO2 14 1.2.6 Vật liệu bán dẫn TiO2 khả xúc tác quang hoá 15 1.2.7 Biến tính vật liệu TiO2 24 1.2.8 Quá trình xúc tác quang điện hoá vật liệu N-TiO 27 1.3 Phương pháp chế tạo vật liệu N-TiO2 29 1.3.1 Giới thiệu số phương pháp chế tạo vật liệu N – TiO2 29 1.3.2 Phương pháp sol-gel 30 1.4 Giới thiệu phẩm màu hữu Rhodamine B 37 Chương – THỰC NGHIỆM 39 2.1 Hóa chất thiết bị 39 2.1.1 Hoá chất đế mang vật liệu chế tạo 39 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 39 2.2 Quy trình thí nghiệm tổng hợp vật liệu N-TiO2 40 2.3 Phương pháp trắc quang xác định Rhodamine B 43 2.4 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 46 2.4.1 Kỹ thuật hiển vi điện tử quét SEM - EDS 50 2.4.2 Phép đo nhiễu xạ tia X –XRD 47 2.4.3 Phổ UV –Vis 48 2.5 Các phương pháp điện hố nghiên cứu tính chất vật liệu 48 2.5.1 Phương pháp quét tuần hoàn 48 2.5.2 Phương pháp áp chiều 50 2.6 Phương pháp đánh giá hoạt tính xúc tác vật liệu 53 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Nghiên cứu đặc trưng màng N - TiO2 54 3.1.1 Ảnh hiển vi điện tử quét – SEM 54 3.1.2 Phổ tán xạ lượng tia X –EDS 55 3.1.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X- XRD 56 3.1.4 Phổ hấp thụ quang UV-Vis 57 3.2 Ảnh hưởng điện pH đến khả dẫn điện vật liệu (Phương pháp quét tuần hoàn) 57 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý RhB vật liệu xúc tác quang điện hoá N – TiO2 (Phương pháp áp điện chiều) 60 3.3.1 Khảo sát hiệu xử lý RhB xúc tác quang điện hoá N –TiO2 theo thời gian 61 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng điện mạch đến hiệu suất quang phân huỷ RhB hệ xúc tác quang điện hoá với điện cực N-TiO2 62 3.3.3 Khảo sát hiệu xử lý RhB xúc tác quang điện hoá N -TiO2 theo pH dung dịch 65 3.4 Tái sử dụng dung dịch sol tái sử dụng xúc tác 70 KẾT LUẬN 72 Tài liệu tham khảo 73 Kí hiệu chữ viết tắt DRS EDS (EDX) SEM UV-Vis XRD RhB Danh mục bảng TT bảng Bảng 1.1 Các tác nhâ Bảng 1.2 Bảng 2.1 Một vài thô Nồng độ dã Bảng 3.1 Hiệu suất p Bảng 3.2 Hiệu suất q tác quang đ Bảng 3.3 So sánh cườ RhB vậ Bảng 3.4 Hiệu suất x pH kh Danh mục hình TT hình Hình 1.1 Khối Hình 1.2 Hình 1.3 Cấu t Sơ đồ Hình 1.4 Sơ đồ Hình 1.5 Sự kí bề Hình 1.6 Bề rộ Hình 1.7 Hình 1.8 Giản Cơ ch TiO2 Hình 1.9 Minh Hình 1.10 Minh Hình 1.11 Sơ đồ gel Hình 1.12 Sự ph Hình 1.13 Minh Hình 1.14 Minh Hình 2.1 Hệ th Hình 2.2 Hình 2.3 Mẫu Máy Hình 2.4 Sơ đồ Hình 2.5 Đườn Hình 2.6 Minh Hình 2.7 Quan Hình 2.8 Sơ đồ điện Hình 2.9 Sơ đồ quang Hình 2.10 Hệ th liệu b Hình 3.1 Ảnh Hình 3.2 Ảnh Hình 3.3 Ảnh Hình 3.4 Giản Hình 3.5 Hình 3.6 Phổ h Các đ khảo Hình 3.7 Các đ việc l Hình 3.8 Đồ th thời g Hình 3.9 Đồ th phân Hình 3.10 Đồ th theo Hình 3.11 Các d MỞ ĐẦU Mơi trường nói chung mơi trường nước nói riêng, biết, khởi nguồn, điều kiện thiết yếu cho sống tồn trì phát triển - hình thành sinh giới trái đất Là loài bậc cao ngàn vạn loài vật sinh giới, người ln tìm tịi sáng tạo để phát triển nâng cao chất lượng đời sống Trong suốt trình đó, người đồng thời nhận thức tầm quan trọng việc gìn giữ bảo vệ môi trường Việc nghiên cứu xử lý nước từ đầu phận quan trọng mục tiêu công bảo vệ môi trường, bảo vệ sống mà người theo đuổi, trở nên quan trọng tình hình diện tích nước tự nhiên ngày bị thu hẹp nhanh chóng dịng nước bị nhiễm bẩn ngày mở rộng với mức độ ô nhiễm lúc lại trở nên nặng nề phức tạp Công nghệ xử lý nước phát triển, có nhiều phương pháp lý học, hoá học sinh học đời áp dụng rộng rãi Các phương pháp kết hợp nhiều công đoạn để xử lý chuyên biệt hiệu cho đối tượng, thành phần ô nhiễm khác Hiện nay, thách thức lớn đặt việc xử lý nước khắp nơi trái đất thành phần hữu gây nhiễm có độc tính cao, khó bị phân huỷ, phát tán từ nguồn thải nông nghiệp (thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu,…); dòng thải từ cống rãnh (hoocmon oestrogen, mầm bệnh…); từ chất thải công nghiệp (các hợp chất phenolic,…); … Tính đến thời điểm tại, q trình oxi hố tăng cường (thuộc phương pháp oxi hoá hoá học) coi phương pháp mạnh mẽ đáng tin cậy xử lý chất ô nhiễm hữu độc hại nêu Cùng tham gia xu hướng nghiên cứu xử lý môi trường chung nay, lựa chọn nghiên cứu xử lý nước có hàm lượng chất hữu nhiễm định hướng theo phương pháp oxi hoá tăng cường, chế tạo sử dụng vật liệu xử lý vật liệu dạng màng thành lập sở bán dẫn TiO2 (vật liệu màng TiO2 10 thời gian để trình quang xúc tác đạt đến hiệu suất xử lý chấp nhận dài, lâu nhiều so với q trình xúc tác quang điện hố + Khi áp vào điện cực xúc tác, hiệu suất xử lý biểu khác biệt rõ ràng so với hiệu suất quang xúc tác: Các đồ thị biểu thị hiệu suất xúc tác quang điện hoá theo thời gian đường gấp khúc, với đoạn gấp khúc có độ dốc tăng dần Trong đồ thị, tất đường đồ thị biểu diễn hiệu suất q trình xúc tác quang điện hố nằm cao nhiều so với đường hiệu suất xúc tác quang theo thời gian - So sánh hiệu hoạt xúc tác quang điện hoá (U > 0) vật liệu theo giá trị điện áp đặt: + Từ kết thu ta thấy rằng: theo chiều tăng điện cố định từ 0,5 à 1,5V, hiệu suất xử lý Rhodamine B tăng dần, đạt cực đại U = 1,5V Sau tiếp tục tăng áp đặt lên đến 2V, hiệu suất xử lý xúc tác lại giảm Theo quan sát thí nghiệm áp điện 2V, cường độ dịng mạch lớn nhiều cường độ dòng trường hợp điện áp đặt thấp (Bảng 3.3) lại không làm tăng hiệu suất xử lý mong đợi, với khoảng 0,5 à 1,5V U lớn dẫn đến I lớn hiệu suất xử lý mẫu tăng Bảng 3.3 So sánh cường độ dịng hệ điện hố hiệu suất xử lý chất thử vật liệu N – TiO2 ứng với giá trị chiều 1,5 V V t (h) 67 (Thực tế: cường độ dòng khơng hồn tồn đứng n giá trị cố định suốt q trình xúc tác quang điện hố, kết cường độ dòng bảng 3.3 lấy theo giá trị ổn định lâu dài Giá trị cường độ dòng trường hợp điện thấp (0,5V 1V) nhỏ nên không đưa đây) * Các kết lý giải sau: Điện cố định áp đặt mạch ngồi hệ điện hố tạo điện trường gây lực tác dụng điện tích nằm điện trường Các electron e - lỗ trống h+ quang sinh điện cực N-TiO2/kim loại điện tích trái dấu phân bố hai phía ngược theo chiều điện trường (electron e - quang sinh bị hút phía catot), dẫn đến phân hoá thành vùng mật độ cao hai loại điện tích linh động mạch điện Do đó, có mặt điện chiều giúp ngăn cản tái kết hợp electron lỗ trống quang sinh bề mặt xúc tác, tăng hiệu xúc tác vật liệu Trong khoảng 0,5 à 1,5V, điện cố định áp đặt mạch ngồi hệ điện hố tăng tác dụng phân hố riêng biệt hai vùng điện tích linh động e - h+ mạnh, khả hạn chế tái kết hợp electron lỗ trống quang sinh tăng Khi điện đặt vào mạch 1,5V, điện trường sinh đủ mạnh để ngăn chặn hoàn toàn tái kết hợp điện tích linh động (e - h+) quang sinh, hiệu suất xử lý đạt cao Khi tăng cố định mạch lên đến 2V, điện lớn động lực thúc đẩy trình e- h+ sinh liên tục nhanh vật liệu, điện tích linh động hồn tồn bị ngăn chặn khả tái kết hợp Ban đầu cường độ dòng mạch lớn tốc độ phân huỷ RhB nhanh Nhưng tốc độ tái hấp phụ RhB lên bề mặt xúc tác chậm không bắt kịp với tốc độ quang sinh điện tích linh động, điện cực điện tích linh động giải toả liên tục, dẫn đến vật liệu bán dẫn nhanh chóng bị cạn kiệt nguồn điện tích này, cường độ dòng giảm mạnh, kết cuối tốc độ quang phân huỷ RhB giảm, hiệu suất trình giảm 3.3.3 Khảo sát hiệu xử lý RhB xúc tác quang điện hoá N-TiO theo pH dung dịch 68 Bảng 3.4 ghi lại kết tính tốn hiệu suất xử lý xúc tác quang điện hoá giá trị pH khác Đồ thị hình 3.10 cho phép đánh giá tương quan hiệu suất xử lý vật liệu xúc tác quang điện hố mơi trường pH khác Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý RhB xúc tác quang điện hoá pH khác t (h) pH = A 70 60 pH = 40 pH = 30 pH = 10 20 pH = 12 Hiệu suất (%) 50 10 0 Thời gian chiếu sáng áp điện (h) Hình 3.10 Đồ thị so sánh hiệu suất xúc tác quang điện hoá vật liệu theo giá trị pH dung dịch RhB Quan sát đồ thị cho thấy hiệu suất xử lý RhB vật liệu tăng dần pH dung dịch tăng lên khoảng từ đến 10, tăng pH dung dịch lên đến pH = 12, hiệu suất xúc tác quang điện hoá giảm xuống thấp trường hợp 69 Trong môi trường pH = (axit) pH = (trung tính), hiệu suất xử lý xúc tác không chênh lệch nhiều, kết phù hợp với kết khảo sát khả dẫn điện điện cực xúc tác phương pháp qt tuần hồn: Cường độ dịng điện hệ điện hố mơi trường axit mơi trường trung tính khơng chênh lệch đáng kể * Có thể lý giải ảnh hưởng pH dung dịch RhB bình điện phân đến hoạt tính xúc tác quang điện hoá vật liệu bán dẫn sau: - Khi pH tăng (mơi trường kiềm) nguồn ion OH - dung dịch lớn ảnh hưởng đến tích điện tích bề mặt vật liệu xúc tác thiết lập cân hấp phụ, ảnh hưởng đến khả lưu giữ h + quang sinh vật liệu khả oxi hoá h+: + Đối với TiO2 có giá trị pH tương ứng với mốc khơng tích điện (PZC) vật liệu pHPZC = 6,4 Ở điều kiện pH đó, điện tích bề mặt TiO trung hồ, TiO2 khơng tương tác điện với vật chất xung quanh Khi giá trị pH cao giá trị pHPZC TiO2 (pH > 6,4), bề mặt vật liệu trở nên tích điện âm (TiOH + OH - ⇌ TiO- + H2O) kéo điện tích dương hướng bề mặt tích điện âm vượt trội Còn pH thấp pH PZC TiO2 (pH < 6,4), bề mặt xúc tác trở nên tích điện dương (TiOH + H+ ⇌ TiOH2+) + Như vậy, Ti vật liệu tồn dạng: TiOH, TiO - TiOH2+ Trong khoảng pH giá trị 10, phân bố TiOH lớn 80%, ngược lại với pH 10 - cách tương ứng, phân bổ TiO TiOH2+ lớn 20% Tuy nhiên, dạng tồn này, có dạng TiOH cho phép tiếp nhận lưu giữ lỗ trống quang sinh để xúc tác cho trình xử lý mẫu: TiOH + h+ à TiOH+ + pH thay đổi có tầm ảnh hưởng quan trọng điều chỉnh vị trí băng dẫn vật liệu xúc tác TiO (~ 60mV/đơn vị pH) Khi pH tăng, khả oxi hoá lỗ trống quang sinh tăng lên [25], có nghĩa tạo thành gốc 70 •OH thuận lợi oxi hoá nước (H2O) ion hydroxit (OH-) lỗ trống - Khi TiO2 làm điện cực anot hệ xúc tác quang điện hố có mặt điện tối ưu 1,5V áp đặt bên ngồi thì: điện tích linh động sinh hệ chiếu sáng thích hợp bị phân hố thành vùng hồn tồn riêng biệt hệ điện cực N-TiO2, e- xu hướng chuyển dịch phía catot nguồn điện, làm bề mặt điện cực tích điện dương (khi dư h +), pH > pHPZC vật liệu N – TiO2, điện cực có khả hút anion (OH -, dạng chất nhiễm tích điện âm,…- có) - Mặt khác, pH tăng ảnh hưởng đến dạng tích điện phân tử chất hữu RhB cần xử lý (Hình 3.11) + Khi pH < 4, phân tử RhB dạng cation + Khi pH > 4, phân tử RhB tồn dạng ion tích điện cục (a) Dạng cation (b) Ion tích điện cục Hình 3.11 Dạng phân tử RhB Khi pH < 4, bám hút RhB bề mặt xúc tác trở nên khó khăn lực đẩy tĩnh điện điện tích (+) Khi pH > 4, dù điện tích bề mặt xúc tác (-) hay (+) ln có phận định phân tử RhB, với phần tích điện cục phân tử, hút vào bề mặt xúc tác nhờ lực hút tĩnh điện, thuận lợi cho trình quang phân huỷ RhB xảy 71 * Kết hợp tất ảnh hưởng nêu trên, lý giải kết nghiên cứu thực tế: Thực tế, với giá trị pH khác khoảng pH từ à 12, khả hấp phụ RhB lên bề mặt xúc tác ln diễn bình thường thuận lợi nhau, khơng phải ngun nhân gây khác biệt hiệu suất xúc tác quang điện hoá phân huỷ RhB theo pH + Khi pH tăng từ à 10: dạng Ti tồn vật liệu chủ yếu TiOH ( 80%) Khi chiếu sáng thích hợp lên hệ điện hố, điện tích linh động sinh ra, dạng TiOH giúp lưu giữ hiệu lỗ trống h + quang sinh Điện cố định tối ưu 0,5V áp đặt vào hệ nên điện cực tích điện dương (dư h +) thuận lợi hút ion âm OH- lên bề mặt vật liệu liên tục Theo chiều pH tăng, bên cạnh khả oxi hoá lỗ trống tăng dần; quan trọng hơn, nồng độ OH - tăng đáp ứng tốt nhu cầu OH- để cung cấp cho trình oxi hố tiêu thụ lỗ trống h + quang sinh, sinh nhiều •OH Như vậy, q trình oxi hố tạo gốc •OH thuận lợi lên dần hiệu trình quang phân huỷ RhB vật liệu xúc tác quang điện hoá N – TiO2 tăng dần theo chiều pH tăng Tại pH = 10, lúc lượng OH - bị hút lên bề mặt vật liệu xúc tác đủ để tham gia trình oxi hố tiêu thụ tồn h + quang sinh, với điều kiện thuận lợi cho trình quang phân huỷ RhB đạt mức tối ưu, hiệu suất trình cực đại + Khi pH > 10 nói chung pH = 12 nói riêng: dạng tồn TiOH Ti khơng cịn mức tối ưu (giảm xuống < 80%), lỗ trống h + quang sinh bền Do nồng độ OH- hấp phụ bề mặt vật liệu cao, dư nhiều so với lượng lỗ trống h+ quang sinh, bề mặt vật liệu trường hợp tích điện âm tương tác đẩy ion OH - hấp phụ theo lên bề mặt vật liệu, điều cản trở khiến cho q trình oxi hố tạo thành •OH diễn yếu chậm, lượng •OH suy giảm mạnh kìm hãm trình xúc tác vật liệu Hiệu suất xử lý RhB vật liệu xúc tác N – TiO2 thấp 72 Giá trị pH 10 chọn pH tối ưu cho thí nghiệm xúc tác quang điện hố vật liệu chế tạo 3.4 Tái sử dụng dung dịch sol tái sử dụng xúc tác * Dung dịch sol thử khả tái sử dụng cách tiến hành phủ nhúng sol đế mang, sấy nung theo quy trình chế tạo vật liệu Kết quan sát sau lần tạo sol cho thấy: - Dung dịch sol vòng ngày bảo quản từ sinh có độ nhớt thấp độ nhớt không thay đổi Lớp màng vật liệu chế tạo dung dịch sol vòng ngày đảm bảo lớp màng đồng phẳng mịn bền vững sử dụng cho q trình xúc tác quang điện hoá - Dung dịch sol bảo quản đến ngày thứ tư quan sát thấy độ nhớt cao nhiều so với tạo Lớp màng vật liệu sinh từ dung dịch sol chất lượng thấp, sau nung, để nguội - hồn thành chế tạo - màng có dấu hiệu bị rạn nhẹ - Dung dịch sol bảo quản đến ngày thứ năm độ nhớt cao, tiếp tục đưa đế mang vào phủ nhúng lớp màng tạo bề mặt đế không đồng đều, độ dày màng ướt sau thao tác nhúng lớn, dễ bị rạn nhẹ sau để màng ướt khô tự nhiên, sau bước sấy khô màng bị rạn nứt thực sự, có dấu hiệu tự bong tróc khỏi đế mang - Dung dịch sol bảo quản sang đến ngày thứ gel hố tồn thể tích, dốc ngược cốc đựng dung dịch khối gel không rơi xuống theo hướng trọng lực Như hạn sử dụng hợp lý dung dịch sol mà không ảnh hưởng đến chất lượng màng vật liệu ngày * Vật liệu màng trình sử dụng - qua đợt khảo sát nghiên cứu tính chất điện tính chất quang điện hố xúc tác - cho thấy tuổi thọ làm việc theo dõi dựa vào số lần quét điện qua màng thời gian áp màng 73 - Khi quét tuần hoàn màng với khoảng qt trung bình – 1,7V, khoảng quét tối đa à 2V, thời gian qt trung bình phút, chúng tơi nhận thấy hiệu làm việc điện cực sau 50 lần quét trì tốt, kết luận dựa vào việc theo dõi dạng đồ thị quan hệ dòng thu quét dựa vào đặc điểm màng vật liệu sau sử dụng khơng có dấu hiệu bị biến đổi hay phá huỷ Do thời gian làm luận văn khơng có điều kiện tiếp tục tiến hành thí nghiệm quét điện cực nên tạm ghi nhận tuổi thọ làm việc điện cực 50 lần quét tuần hoàn tương ứng với tổng thời gian quét h - Khi thực áp điện chiều lên màng vật liệu bán dẫn, mẫu điện cực phủ màng sử dụng theo dõi số lần ghép để sử dụng hệ điện hố, tổng thời gian làm việc tình trạng màng làm việc Kết cho thấy với điện áp vào màng vật liệu trung bình 1,5V, điện cực tái sử dụng hệ điện hoá lần (với lần làm việc khoảng 5h liên tục), tương ứng với tổng thời gian làm việc liên tục 15h, điện cực làm việc ổn định – màng phủ điện cực hoản tồn khơng bị biến đổi trạng thái Nếu điện cực sử dụng nhiều lần hơn, tổng thời gian làm việc lâu màng vật liệu bán dẫn điện cực có dấu hiệu bị bở khơng bám bền với đế mang, lượng nhỏ tinh thể bán dẫn bị khuếch tán vào dung dịch chất thử bình phản ứng Vậy kết luận vật liệu màng bán dẫn chế tạo tái sử dụng lần (Mỗi lần làm việc 5h liên tục) 74 KẾT LUẬN - Đã tổng hợp thành công vật liệu xúc tác quang điện hoá khả kiến NTiO2/đế kim loại phương pháp sol – gel Dung dịch sol chế tạo từ tiền chất C12H28O4Ti, dung môi hữu (cồn tuyệt đối), môi trường axit (HCl), nhiệt độ tạo sol 0oC, tỉ lệ tạo sol: 10ml tiền chất C 12H28O4Ti : 2ml dung dịch HCl 20% : 40ml dung môi cồn tuyệt đối : 1g Ure (tỉ lệ N pha tạp 5%) Màng bán dẫn N-TiO2 tạo thành có cấu trúc tinh thể anatase Khả hấp thụ quang vật liệu N-TiO2 mở rộng từ vùng tử ngoại sang vùng khả kiến so với vật liệu TiO nguyên chất - Vật liệu xúc tác quang điện hoá khả kiến N-TiO2/đế kim loại có hiệu suất quang phân huỷ dung dịch Rhodamine B 5mg/l cao đạt 75% điều kiện môi trường kiềm pH = 10, muối Na2SO4 0,5M hỗ trợ điện phân, với diện tích bề mặt xúc tác quang điện hoá 8cm , thời gian cân hấp phụ cho bề mặt xúc tác 30 phút, thời gian chiếu sáng (ánh đèn compact khả kiến 36W) áp điện 1,5V 7h - Vật liệu xúc tác quang điện hoá N-TiO2/ đế kim loại phù hợp dùng để xử lý chất hữu ô nhiễm bền vững khó bị phân huỷ Rhodamine B, hứa hẹn triển khai ứng dụng thực tế cho hiệu kinh tế cao - Dung dịch sol vật liệu màng chế tạo có khả tái sử dụng giới hạn định Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, thu kết bước đầu việc nghiên cứu xử lý phẩm màu Rhodamine B xúc tác quang điện hoá điện cực N-TiO ánh sáng khả kiến Đây hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng cần tiếp tục nghiên cứu sâu 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Huỳnh Chí Cường (2009), Tổng hợp nghiên cứu vật liệu TiO2 pha tạp SnO2 ứng dụng quang xúc tác vùng khả kiến, Đề tài cấp sở khoa học công nghệ, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia TP.HCM Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý hoá học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Lan (2004), Chế tạo màng nano TiO2 dạng anatase khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân huỷ metylenxanh, Luận văn Thạc sĩ Khoa học ngành Hố vơ cơ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Bùi Thị Mai Lâm (2012), Nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp trực tiếp ứng dụng xử lý chất hữu ô nhiễm vật liệu xúc tác quang TiO /SBA15, Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành hoá hữu cơ, Đại học Đà Nẵng Ngô Thị Hồng Lê (2011), Nghiên cứu chế tạo tính chất bán dẫn pha từ loãng TiO2 anatase pha tạp Co phương pháp sol-gel phún xạ catot, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Trương Ngọc Liên (2000), Điện hố lí thuyết, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hoá học nano, NXB Tự nhiên Cơng nghệ Hà Nội Trần Thị Bích Ngọc (2011), Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc hoạt tính quang xúc tác bột titan đioxit kích thước nano biến tính crom, Luận văn Thạc sĩ khoa học chun ngành Hố vơ cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội Ngô Quốc Quyền (2004), Tích trữ chuyển hố lượng hố học, vật liệu cơng nghệ, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 10 Trịnh Xuân Sén (2009), Điện hoá học, NXB ĐH Quốc gia Hà Nội 76 11 Đỗ Phương Thảo (2014), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hoá khả kiến TiO2 pha tạp Ag ứng dụng để xử lý nước ô nhiễm, Luận văn Thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hoá học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 12 Cao Xuân Thắng (2012), Nghiên cứu trình chế tạo nano tinh thể TiO2 nhiệt độ thấp, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chun ngành Q trình thiết bị cơng nghệ hoá học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 13 Vũ Thị Hạnh Thu (2008), Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO2 TiO2 pha tạp N, Luận án Tiến sĩ Vật lý chuyên ngành Quang học, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia TP.HCM 14 Phạm Thị Tốt (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng Polianilin đến tính chất quang điện hố Titan đioxit, Luận văn Thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hoá lý thuyết hoá lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội 15 Trần Thị Thu Trang (2011), Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác bột titandioxit kích thước nano từ chất đầu TiCl4 amin, Luận văn Thạc sĩ khoa học chun ngành Hố vơ cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội Tiếng Anh 16 Bert M Weckhuysen (2004), Ultraviolet – Visible Spectroscopy, American Scientific Publishers 17 Bin Xia, Weibin Li, Bin Zhang, Youchang Xie (1999), “Low temperature vapor-phase preperation of TiO2 nanopowders”, Journal of Materials Sciences, 34, pp 3505-3511 18 C.Jeffrey Brinker, Geogre W.Scherer (1990), Sol gel science, The physics and chemistry of sol – gel processing, United States of America Publisher 19 Fujishima A, Honda K (1972), “Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode”, pp 1-5 77 20 Fujishima A., Hashimoto K., Watanabe T (1999), “TiO2 Photocatalysis Fundamentals and Applications”, 1st Edition, BKC Inc., Tokyo, pp 4-7 21 G.B Sergeev (2006), Nanochemistry, Elsevier 22 Hiromitsu Kozuka (2004), Handbook of sol-gel science and technology, Volume 1, Kluwer Academic Publishers, NewYork, Boston, Dordrecht, London, Moscow 23 H Selcuk, J.J Sene (2003), M.A Anderson, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 78, pp 979-984 24 Jianyu Gong et al (2012), “Tungsten and nitrogen co-doped TiO2 electrode sensitized with Fe–chlorophyllin for visible light photoelectrocatalysis”, Chemical Engineering Journal, 209, pp 94–101 25 Jiaqing Li et al (2006), “Photoelectrocatalytic degradation of rhodamine B using Ti/TiO2 electrode prepared by laser calcination method”, Electrochimica Acta, 51, pp 4942–4949 26 Jina Choi, Hyun woong Park, Micheal R (2010), “Effects of single metal-ion doping on the visible-light photoreactivity of TiO2”, pp 1-8 27 Jing Bu, Jun Fang, Fu-cheng Shi, Zh’i-quan Jiang, Wei-xin Huang (2010), Photocatalytic activity of N-doped TiO2 photocatalysts prepared from the molecular precursor (NH4)2TiO(C2O4)2, Chinese journal of chemical physics, 23 (1), pp 95 – 101 28 Kang Ryeol Lee, Sun Jae Kim, Jae Sung Song (2002), “Photocatalytic characteristics of nanometer - sized titania powder fabricated by a homogenous - precipitation process”, pp 341 - 345 29 Meihong Zhang et al (2013), “Photoelectrocatalytic properties of Cu2+ - doped TiO2 film under visible light”, Applied Catalysis B: Environmental pp 134– 135, 185–192 78 30 Mike Schmotzer (Grad Student), Dr Farhang Shadman (Faculty Advisor) (2004), “Photocatalytic Degradation of Organics, Department of Chemical and Enviroment Engineering”, University of Arizona, pp 45-62 31 N.Wang, X.Li, Y.Wang, X Quan, G Chen (2009), Chemical Engineering Journal, 146, pp 30 – 35 32 Quaranta N.E., Soria J., V Corés Coberán and J.L.G Fierro (1997), “Selective Oxidation of Ethanol to Acetaldehyde on V2O5/TiO2/SiO2 Cataly”, Journal of catalysis, 171, pp 1-13 33 R Daghrira et al (2012), “Photoelectrocatalytic technologies for environmental applications”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 238, pp 41–52 34 W.H Leng et al (2003), “Photoelectrocatalytic degradation of aniline over rutile TiO2/Ti electrode thermally formed at 600oC”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 206, pp 239–252 35 W.H Leng et al (2006), Photoelectrocatalytic destruction of organics using TiO2 as photoanode with simultaneous production of H2O2 at the cathode, Applied Catalysis A: General, 300, pp 24–35 79 ... HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẨM MÀU HỮU CƠ BẰNG XÚC TÁC QUANG ĐIỆN HOÁ TRÊN CƠ SỞ TiO2 DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN CHUYÊN NGÀNH HỐ HỌC MƠI TRƯỜNG MÃ SỐ : 60440120... nghiệm theo hướng có kết hợp quang xúc tác điện hoá, hướng nghiên cứu mẻ Việt Nam Đề tài lấy tên: ? ?Nghiên cứu xử lý phẩm màu hữu xúc tác quang điện hoá sở TiO ánh sáng khả kiến? ?? Nội dung luận văn... lược khả xúc tác quang hoá vật liệu bán dẫn Xúc tác quang hoá (Quang xúc tác) loại xúc tác kích hoạt nhân tố ánh sáng thích hợp làm tăng tốc độ phản ứng hố học Chất bán dẫn - kích hoạt ánh sáng