Tổng hợp và khảo sát hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu spinel znfe2o4, nife2o4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỐ HỌC _ _ Nguyễn Thị Bích Huyền TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA CÁC VẬT LIỆU SPINEL ZnFe2O4, NiFe2O4 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Thành phố Hồ Chí Minh – tháng năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỐ HỌC _ _ Nguyễn Thị Bích Huyền TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA CÁC VẬT LIỆU SPINEL ZnFe2O4, NiFe2O4 Chun ngành: Hố Vơ KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Trúc Linh Xác nhận giáo viên hướng dẫn: Thành phố Hồ Chí Minh – tháng năm 2019 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Trúc Linh Cảm ơn suốt thời gian qua tận tình bảo truyền đạt cho em nhiều kiến thức để tạo tảng cho tương lai em sau Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Khoa Hố trường Đại học Sư Phạm TpHCM hỗ trợ động viên, tạo điều kiện cho chúng em Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, người anh người chị trước bạn bè giúp đỡ cho em nhiều suốt quãng đường đại học Quá trình thực khố luận chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để đề tài em thêm hồn thiện Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Thị Bích Huyền ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU TGA (Diferential Thermal Analysis): Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng DSC (Diferential Scanning Calorimetry): Phương pháp phân tích nhiệt vi sai quét XRD (X-Ray Diffraction): Phương pháp nhiễu xạ tia X TEM (Transmission Electronic Microscopy): Kính hiển vi điện tử truyền qua BET (Brunatter, Emmett, Teller): Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng JCPDS (The Joint Committee on Powder Diffraction Standards): Ủy ban chung tiêu chuẩn nhiễu xạ vật liệu iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Khoảng cách mặt mạng số miller ZF-800 NF-800 ứng với góc 2θ 22 Bảng 3.2 Diện tích bề mặt riêng kích thước lỗ xốp ZF-800 NF-800 28 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc chung spinel Hình 3.1 Giản đồ ghép TGA-DTA ZF-100 NF-100 17 Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu NF-800(a) ZF-800(b) 19 Hình 3.3 Giản đồ XRD ZnO 20 Hình 3.4 Giản đồ XRD ZnO ZF-800 21 Hình 3.5 Ảnh TEM mẫu ZF-800 NF-800 24 Hình 3.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ- giải hấp N2 ZnFe2O4 25 Hình 3.7 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 NiFe2O4 26 Hình 3.8 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp theo BJH mẫu ZnFe2O427 Hình 3.9 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp theo BJH mẫu NiFe2O4 27 Hình 3.10 Hiệu suất phân hủy MB vật liệu nồng độ MB khác 29 Hình 3.11 Hiệu suất phân hủy chất màu MB ZF-800, NF-800 ZnO sau hoạt hoá bề mặt H2O2 32 iv DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Quy trình tổng hợp spinel ZF-800 phương pháp đồng kết tủa kết hợp sóng siêu âm Sơ đồ 2.2 Quy trình tổng hợp NF-800 phương pháp đồng kết tủa kết hợp sóng siêu âm 11 Sơ đồ 2.3 Quy trình tổng hợp ZnO 12 Sơ đồ 2.4 Quy trình tổng hợp Fe2O3 12 v MỞ ĐẦU Quá trình quang xúc tác phân hủy chất màu hữu quan tâm lợi ích tiềm mà mang lại Tuy nhiên lượng vùng cấm rộng khiến vật liệu quang xúc tác thông thường ZnO, TiO2 bị suy giảm hoạt tính vùng ánh sáng nhìn thấy Với mục tiêu tận dụng nguồn lượng mặt trời cách hiệu quả, chất bán dẫn thay nhà nghiên cứu tìm kiếm Vật liệu spinel ferrite với cấu trúc bền vững, lượng vùng cấm thấp đánh giá ứng cử viên với tiềm cải thiện hạn chế vật liệu quang xúc tác thông thường độ nhạy cao với ánh sáng mặt trời Việc pha tạp Ni Zn vào cấu trúc spinel ferrite để tăng hoạt tính quang xúc tác vùng ánh sáng nhìn thấy thực nhiều phương pháp khác sol-gel, thủy nhiệt, đồng kết tủa, … Hoạt tính quang xúc tác spinel ferrite tăng cường cách xử lý bề mặt vật liệu H2O2 Để đánh giá hoạt tính quang xúc tác thơng qua khả phân hủy chất màu Metthylene Blue vật liệu spinel ferrite thực đề tài: “Tổng hợp khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu spinel ZnFe2O4 NiFe2O4” vi MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC SƠ ĐỒ v CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 Giới thiệu chung vật liệu spinel I.2 Các phương pháp tổng hợp vật liệu spinel I.2.1 Các phương pháp tổng hợp ZnFe2O4 I.2.2 Các phương pháp tổng hợp NiFe2O4 I.3 Ứng dụng vật liệu spinel I.3.1 Khái quát số ứng dụng vật liệu spinel I.3.2 Ứng dụng vật liệu spinel trình quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu I.3.2.1 Cơ chế trình quang xúc tác sử dụng vật liệu spinel ZnFe2O4 I.3.2.2 Cơ chế trình quang xúc tác sử dụng vật liệu spinel NiFe2O4 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM II.1 Hoá chất, dụng cụ thiết bị II.2 Quy trình tổng hợp vật liệu II.3 Các phương pháp phân tích hố lí 13 II.4 Hoạt tính quang xúc tác vật liệu 16 II.4.1 Chuẩn bị mẫu xúc tác 16 II.4.2 Chuẩn bị dung dịch MB quy trình thí nghiệm xác định hoạt tính quang xúc tác vật liệu 16 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 17 vii III.1 Đặc trưng vật liệu spinel ZnFe2O4 NiFe2O4 17 III.1.1 Kết phân tích nhiệt khối lượng-phân tích nhiệt vi sai (TGA-DSC) 17 III.1.2 Kết nhiễu xạ tia X (XRD) 19 III.1.3 Kết hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 23 III.1.4 Kết đo diện tích bề mặt riêng kích thước lỗ xốp 24 III.2 Hoạt tính quang xúc tác 28 III.2.1 Ảnh hưởng nồng độ chất hữu 28 III.2.2 Ảnh hưởng hoạt hoá bề mặt 30 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 viii Fe2O3 100 90 80 70 50 10 d=1.45360 d=1.48667 d=1.69305 d=1.84092 20 d=2.20591 d=2.70013 30 d=2.51934 40 d=3.68266 Lin (Counts) 60 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale Fe2O3 - File: Fe2O3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.0 00-033-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.03560 - b 5.03560 - c 13.74890 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - - 301.926 - I/Ic PDF 2.4 - F30= Phụ lục Giản đồ XRD Fe2O3 41 70 ZnFe2O4_800C 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 d=2.54573 200 180 170 160 150 140 130 120 70 d=2.10855 80 60 d=2.43626 50 40 30 d=1.72196 90 d=1.62407 100 d=1.49221 110 d=2.98085 Lin (Counts) 190 20 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale ZnFe2O4_800C - File: ZnFe2O4_800C.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Ch 00-022-1012 (I) - Franklinite, syn - ZnFe2O4 - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.44110 - b 8.44110 - c 8.44110 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - - 601.447 - I/Ic PDF 3.8 - S-Q 10 Phụ lục Giản đồ XRD ZnFe2O4 42 70 NiFe2O4 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 180 d=2.51237 170 160 150 140 130 120 d=1.47392 110 100 d=1.60454 90 80 60 d=2.40259 50 40 30 d=1.70123 70 d=2.08358 d=2.94459 Lin (Counts) 190 20 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale NiFe2O4 - File: NiFe2O4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 00-010-0325 (I) - Trevorite, syn - NiFe2O4 - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.33900 - b 8.33900 - c 8.33900 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - - 579.885 - I/Ic PDF - S-Q 100.0 Phụ lục Giản đồ XRD NiFe2O4 43 70 Phụ lục Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2 ZnO 44 Phụ lục Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2 ZnFe2O4 45 Phụ lục Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2 NiFe2O4 46 Phụ lục 10 Kết đo diện tích bề mặt riêng BET ZnO 47 Phụ lục 11 Kết đo diện tích bề mặt riêng BET ZnFe2O4 48 Phụ lục 12 Kết đo diện tích bề mặt riêng BET NiFe2O4 49 Phụ lục 13 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp hấp phụ theo BJH ZnO 50 Phụ lục 14 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp giải hấp theo BJH ZnO 51 Phụ lục 15 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp hấp phụ theo BJH ZnFe2O4 52 Phụ lục 16 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp giải hấp theo BJH ZnFe2O4 53 Phụ lục 17 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp hấp phụ theo BJH NiFe2O4 54 Phụ lục 18 Dữ liệu xác định phân bố kích thước lỗ xốp giải hấp theo BJH NiFe2O4 55 ... vật liệu spinel I.2 Các phương pháp tổng hợp vật liệu spinel I.2.1 Các phương pháp tổng hợp ZnFe2O4 I.2.2 Các phương pháp tổng hợp NiFe2O4 I.3 Ứng dụng vật liệu spinel. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỐ HỌC _ _ Nguyễn Thị Bích Huyền TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA CÁC VẬT LIỆU SPINEL ZnFe2O4, NiFe2O4. .. trình quang xúc tác sử dụng vật liệu spinel NiFe2O4 Theo AdelekeJ cộng sự, chế trình quang xúc tác vật liệu spinel NiFe2O4 sau [10]: MB + ZnO /NiFe2O4 → MB- ZnO /NiFe2O4 MB- ZnO /NiFe2O4 + hv → MB-NiFe2O4