Nghiên cứu chế tạo tio2 anatase có độ phân tán cao dùng xử lý môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH X”W NGUYỄN XUÂN THƠM CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ VÔ CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2005 Trang CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Buøi Trung Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHUÙC -Tp HCM, ngày tháng .năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Phaùi : Ngày, tháng, năm sinh : Nôi sinh : Chuyên Ngành : MSHV : I – TÊN ĐỀ TÀI : II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV – NGAØY HOAØN THAØNH NHIEÄM VUï : V – CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nôi dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng thông qua Ngày tháng năm 2005 TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH Trang Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Bùi Trung, người Thầy đạo hướng dẫn tận tình cho suốt trình thực hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô môn Hóa Vô Cơ - Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM truyền đạt cho kiến thức bổ ích suốt trình theo học trường Cuối xin cảm ơn sâu sắc đến người thân gia đình, Thầy Cô bạn bè đồng nghiệp động viên giúp đỡ nhiều mặt suốt thời gian qua Tp HCM, ngày 19 – 10 – 2005 Tác giả Nguyễn Xuân Thơm Trang ABSTRACT Anatase TiO2 powder using for environment purification gives scientists more and more attentions and interest as well In Vietnam, we have ilmenite resource but we haven’t had a Titan manufacture technology with Clo method Thus, the work of synthesizing anatase - Ti from Ti(SO4)2 by sol gel method is necessary and feasible The anatase TiO2 can be obtained after a hydrolysis process in water and in Butanol solvents : In water : Ti(SO4)2 is diluted by water to make a hydrolysis process Results of productivity showed that the hydrolysis velocity increases dramatically when increasing the reaction temperature or reducing the solution concentration Moreover, when investigating the hydrolysis process of Ti(SO4)2 on such conditions : temperature, concentration and the reaction time, it is found that there are correlations between the mean particle sizes of the products and those conditions The correlation is expressed by the equation : In which : Y = 9,53 + 1,357 x1 – 1,49 x2 + 4,452 x3 y – the mean particle size (μm) x1- code value of the reaction time parameter x2 – code value of the solution concentration parameter x3 – code value of the temperature parameter It can be concluded from the above equation that temperature has the greatest effect on particle size development, while increasing the solution concentration reduces mean particle size of the product In Butanol : Anatase - TiO2 is also obtained after the following steps : + First, Ti(SO4)2 is hydrolyzed by NH4HCO3 + Second, the precipitate TiO2.nH2O is filtered and washed with non-ion water + Third, Butanol is added slowly into the precipitate to make gel The gel is then put into a grinder and grinded for hours After that, it is agitated on magnetic stirrer at 800C in hours + Finally, the compound is fired at 6000C in hours to complete all the steps XRD analysis shows that the product is Anatase – TiO2 , and SEM results points out that the particle size of the product can reach the nano size Besides, study on photocatalytic property of the product also gives significant results Trang Muïc lục Trang Mở đầu CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA TiO2 1.1.2 Tính chất vật lý 1.1.3 Tính chất hóa học 1.1.4 Tính quang hóa xúc tác TiO2 1.1.5 Tính polyme TiO2 1.2 Các phương pháp chế tạo TiO2 1.2.1 Sản xuất TiO2 Công nghiệp 1.2.2 Phương pháp sulfat 1.2.3 Phương pháp Clo 1.2.4 Một số phương pháp khác 1.3 CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HIỆN ĐẠI CỦA TiO2 1.3.1 Các ứng dụng TiO2 1.3.2 Lónh vực môi trường 1.3.3 Các nghiên cứu đại chế tạo tính ứng dụng TiO2 CHƯƠNG :Nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục tiêu đề tài 2.2 Nghiên cứu hình thành cỡ hạt TiO2 từ phản ứng thủy phân dung dịch Ti(SO4)2 nước 2.2.1 Điều chế dung dịch titansulfate 2.2.2 Khảo sát thuỷ phân dung dịch titan sunfat nước 2.2.3 Hiệu suất thuỷ phân pha loãng dung dịch Ti4+ nước cất, điều kiện nhiệt độ phòng không khuấy trộn 2.2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện phản ứng 2.2.4.1 Khảo sát hiệu suất phản ứng theo nhiệt độ 2.2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Ti4+ đến 11 11 11 13 18 20 25 25 25 27 28 29 29 29 31 38 38 39 41 42 43 43 43 Trang hieäu suất phản ứng 2.2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất phản ứng 2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến kích thước hạt 2.3 Nghiên cứu chế tạo TiO2 – anatase hệ nước + butanol 2.4 Thử nghiệm khả xúc tác quang hoá mẫu 2.5 Phân tích bề mặt riêng BET 2.6 Các phương pháp phân tích 2.6.1 Phương pháp phân tích cỡ hạt máy Particle-sizer-Analysette 22 2.6.2 Phương pháp xác định Titan phương pháp so màu 2.6.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) theo dõi trạngthái liêân kết hợp chất vô 2.6.4 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng 2.6.5 Phương pháp xác định kích thước hình thái học TiO2 - ảnh SEM 2.6.6 Phương pháp xác định SO42- tổng phương pháp khối lượng 2.6.7 Phương pháp tiến hành phản ứng quang hóa xúc tác CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN 3.1 Thủy phân dung dịch Ti(SO4)2 dung dịch nước 3.1.1 Dung dịch Ti(SO4)2 3.1.2.Sự thủy phân dung dịch Ti(SO4)2 điều kiện thường 3.1.3 nh hưởng điều kiện phản ứng hiệu suất thuỷ phân 3.1.3.1 nh hưởng nhiệt độ phản ứng 3.1.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Ti4+ đến hiệu suất phản ứng 3.1.3.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất phản ứng 44 44 45 46 47 47 47 49 51 52 53 54 55 56 56 56 57 57 59 60 Trang 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến kích thước hạt 3.2 Nghiên cứu chế tạo TiO2 – anatase hệ Nước + Butanol 3.3 Kết thử quang xúc tác mẫu 3.4 Kết phân tích bề mặt riêng BET CHƯƠNG - KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 74 77 79 82 84 Trang Luận văn cao học Mở đầu Titan nguyên tố phổ biến thiên nhiên, chiếm 0,63% khối lượng vỏ trái đất, tồn khoáng vật Rutile (TiO2), Ilmenit (Fe2TiO3), peroskit (CaTiO3) Titan kim loại hợp kim titan có tính cơ, lý đặc biệt sử dụng công nghiệp vũ trụ, hàng không, công nghiệp đóng tàu, thiết bị ngành hóa chất … Tuy nhiên, lượng lớn titan sử dụng dạng TiO2 làm sắc tố màu sơn, mỹ phẩm Hiệu ứng quang hóa xúc tác TiO2 phát từ lâu sử dụng TiO2 cho màng sơn phủ, màng sơn bị “ lão hóa”, nguyên nhân polyme bị phân hủy tác dụng ánh sáng có mặt xúc tác TiO2 Các nghiên cứu cho thấy khả quang hoá xúc tác TiO2 – anatase lớn nhiều so với dạng Rutile, nên công nghiệp tập trung chủ yếu sản xuất TiO2 – Rutile phục vụ cho công nghiệp sơn Trong năm gần đây, nghiên cứu chuyên sâu chế trình xúc tác quang hóa TiO2 – anatase người ta phát ứng dụng quan trọng đại TiO2, lónh vực xử lý môi trường, công nghiệp ceramic, công nghiệp vũ trụ Các nghiên cứu liên quan đến kích thước hạt nano titan dioxit, hợp chất dạng polyme TiO2 , với phương pháp sol-gel ứng dụng để chế tạo nano-TiO2.Các nguyên liệu thường sử dụng muối vô titan TiCl4, Ti(SO4)2, Titan-alkoxide, hợp chất hữu cơ- titan … Trong tình hình ơ’ Việt nam có vùng nguyên liệu ilmenite , chưa có công nghệ sản xuất titan theo phương pháp Clo, nên việc nghiên cứu chế tạo TiO2 – anatase từ dung dịch Ti(SO4)2 yêu cầu cần thiết , phù hợp với thực tế Tiếp tục nghiên cứu chế tạo phát triển ứng dụng TiO2 mối quan tâm nhà khoa học giới Mục tiêu đề tài nghiên cứu chế tạo TiO2 – anatase có kích thước hạt nhỏ ( μm nm ) phương pháp thủy phân Ti(SO4) môi trường điều kiện thích hợp trang Luận văn cao học CHƯƠNG TỔNG QUAN trang 10 Phụ lục Kết thử nghiệm nghiệm xúc tác quang hóa Mẫu không xúc tác No Wavelength nm 471.00 458.00 435.50 270.50 463.50 338.00 238.00 Mẫu nghiên cứu Abs No 3.914 3.972 3.402 1.389 3.818 0.358 0.937 Wavelength nm 464.50 445.50 438.00 276.00 467.00 449.50 341.50 Mẫu đối chứng No Wavelength nm 466.50 454.50 273.00 229.00 338.00 Abs 3.437 3.402 1.325 0.985 0.385 235.00 0.850 Kết thử nghiệm phân huỷ metyl cam với xúc tác TiO2 - Degusa mẫu nghiên cứu Thời gian chiếu UV Abs 3.738 3.613 3.517 2.329 3.641 3.562 1.328 Mẫu nghiên cứu Mẫu không xúc tác No Wavelength nm 471.00 458.00 435.50 270.50 463.50 338.00 238.00 Abs No 3.914 3.972 3.402 1.389 3.818 0.358 0.937 Wavelength nm 465.00 272.00 217.50 338.00 259.50 204.00 Maãu đối chứng No Wavelength nm 458.50 450.50 274.00 452.50 338.00 257.50 Abs 3.385 3.312 1.319 3.274 0.391 0.853 Kết thử nghiệm phân huỷ metyl cam với xúc tác TiO2 - Degusa mẫu nghiên cứu Thời gian chiếu UV Abs 3.101 1.201 0.958 0.358 0.823 0.737 Mẫu không xúc tác No Wavelength Abs nm 471.00 3.914 458.00 3.972 435.50 3.402 270.50 1.389 463.50 3.818 338.00 0.358 238.00 0.937 Mẫu nghiên cứu No Wavelength Abs nm 270.00 1.177 339.00 0.414 239.50 0.863 Mẫu đối chứng Wavelength Abs nm 462.50 2.196 270.50 0.851 337.50 0.260 239.00 0.599 Kết thử nghiệm phân huỷ metyl cam với xúc tác TiO2 - Degusa mẫu nghiên cứu Thời gian chiếu UV Phụ lục Kết đo diện tích bề mặt riêng BET Phụ lục Bảng phân vị phân bố Fisher ... tục nghiên cứu chế tạo phát triển ứng dụng TiO2 mối quan tâm nhà khoa học giới Mục tiêu đề tài nghiên cứu chế tạo TiO2 – anatase có kích thước hạt nhỏ ( μm nm ) phương pháp thủy phân Ti(SO4) môi. .. yêu cầu c Phương pháp nghiên cứu để chế tạo TiO2 dạng bột với khối lượng lớn phương pháp xử lý gel -TiO2 Tạo gel -TiO2. nH2O, sau phân tán dung môi hữu , làm già hóa hạt TiO2. nH2O điều kiện thích... cao học CHƯƠNG NỘI DUNG & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU trang 37 Luận văn cao học CHƯƠNG Nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1 Nội dung đề tài : Hiện nghiên cứu chế tạo TiO2- anatase phương pháp thủy phân