Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag - TiO2 và Ag - TiO2bentonit

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag - TiO2 và Ag - TiO2bentonit

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU Ag-TiO 2 VÀ Ag-TiO 2 /BENTONITE ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn ThS. TRẦN THỊ THÚY BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TUẤN ANH MSSV: 0852010002 Ngày,tháng,năm sinh: 23/01/1990 Nơi sinh: Nghi Xuân, Hà Tĩnh Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag-TiO 2 và Ag - TiO 2 /bentonit. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu khả năng xúc tác quang hóa của vật liệu Ag-TiO 2 và Ag- TiO 2 /bentonit. - Sử dụng các phương pháp vật lí hiện đại như: nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét SEM để khảo sát đặc tính hóa lý của vật liệu. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 15/3/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/07/2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trần Thị Thúy Bà Rịa - Vũng Tàu,ngày 03 tháng 08 năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu i MỞ ĐẦU Trên thế giới những năm gần đây tình trạng ô nhiễm môi trường càng trở nên trầm trọng và ngay cả ở một nước đang phát triển như Việt Nam. Ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước và cả ô nhiễm đất đang trở thành thách thức của nhân loại. Giải quyết vấn đề này đòi hỏi sự chung sức của cả nhân loại. Các hợp chất phenol là một trong những chất gây ô nhiễm được giới hạn ở nồng độ thấp vì độc tính của chúng rất cao. Phenol và dẫn xuất có trong các ngành công nghiệp như dệt, nhuộm, nhựa, thuốc, thuốc trừ sâu, chất chống oxi hoá, giấy, công nghệ dầu hỏa . Ngoài ra, hợp chất phenol cũng được sinh ra tự nhiên như sự phân hủy của thực vật, các hợp chất hữu cơ… Hầu hết các hợp chất phenol khi được thải rửa từ các nhà máy đều đi vào môi trường nước. Chúng không những gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn gây hại đến con người và các loài sinh vật sống trong nước. Con người nếu tiếp xúc trong thời gian dài với các hợp chất phenol có thể bị bệnh ung thư. Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp để xử lý các hợp chất phenol, một trong những phương pháp quan trọng đã và đang hứa hẹn đem đến những thành tựu to lớn cho con người đó là phương pháp quang xúc tác. Phương pháp này có nhiều ưu điểm nổi trội như hiệu quả xử lý cao và có khả năng khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ độc hại thành các hợp chất vô cơ ít độc hơn. Chất được sử dụng rộng rãi làm xúc tác quang hóa là TiO 2 , tuy nhiên chất này chỉ phát huy tối đa hiệu quả xúc tác dưới tác dụng của bức xạ UV, điều đó gây khó khăn cho việc ứng dụng vào thực tiễn. Một vài nghiên cứu gần đây trên vật liệu TiO 2 được cấy thêm một số nguyên tố khác đã chỉ ra rằng vật liệu mới có khả năng xúc tác ngay trong vùng ánh sáng khả kiến. Trên những cơ sở khoa học và thực tiễn đó tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag-TiO 2 và Ag - TiO 2 /bentonit”. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới Th.S Trần Thị Thúy – người đã định hướng, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Người đã chỉ dạy cho em những kiến thức và kĩ năng cơ bản trong việc nghiên cứu khoa học. Em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy Trưởng khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm PGS.TS Nguyễn Văn Thông, giảng viên chủ nhiệm Th.S Diệp Khanh và cùng toàn thể cán bộ Phòng Thí nghiệm thuộc Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm, đã quan tâm, giúp đỡ em ngay từ ngày đầu làm nghiên cứu, giúp em thực hiện các thí nghiệm và có nhiều ý kiến đóng góp vào kết quả của nghiên cứu. Cũng xin được cảm ơn các quí thầy cô trong khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm đã giúp đỡ em rất nhiều trong việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em xin được cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, ân cần chỉ bảo và nhiệt tình giảng dạy của các thầy cô tại trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu. Những kiến thức mà các thầy cô truyền đạt là nền tảng vững chắc cho chúng em trong quá trình học tập cũng như sau khi ra trường. Và cuối cùng, để có được kết quả như ngày hôm nay, em xin được gửi lời cảm ơn và lòng biết ơn đến những người thân của mình. Vũng Tàu, ngày 05 tháng 7 năm 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iii Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH .vii TỪ VIẾT TẮT .viiii CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu đề tài .1 CHƯƠNG II. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2 2.1. Sơ lược TiO 2 2 2.1.1. Cấu trúc của vật liệu TiO 2 2 2.1.2. Tính chất quang của vật liệu TiO 2 5 2.1.2.1. Tính chất quang xúc tác 6 2.1.2.2. Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể .6 2.1.2.3. Cơ chế xúc tác quang của TiO 2 anatase .8 2.2. Xúc tác Ag/TiO 2 10 2.2.1. Kim loại bạc .10 2.2.2. Vật liệu Ag-TiO 2 10 2.3. Giới thiệu sét .11 2.3.1. Giới thiệu chung về sét 11 2.3.2. Cấu trúc của sét 12 2.3.3. Bentonit .12 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iv 2.4. Xúc tác Ag-TiO 2 /Bent .15 2.4.1. Xúc tác Ag-TiO 2 /Bent .15 2.4.2. Các phương pháp đưa TiO 2 lên chất mang .15 2.4.2.1. Phương pháp tẩm 15 2.4.2.2. Phương pháp kết tủa .15 2.4.2.3. Phương pháp đồng kết tủa .15 2.4.2.4. Phương pháp sol-gel 16 CHƯƠNG III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .17 3.1. Phương tiện nghiên cứu 17 3.1.1. Dụng cụ, thiết bị 17 3.1.2. Hóa chất .17 3.2. Phương pháp nghiên cứu .17 3.2.1. Pha chế dung dịch chuẩn AgNO 3 2,5% 17 3.2.2. Tổng hợp vật liệu Ag - TiO 2 18 3.2.3 Tổng hợp Ag - TiO 2 /Bent .18 3.3. Khảo sát tính chất vật liệu tổng hợp bằng các phương pháp vật lí hiện đại 18 3.3.1. Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X .18 3.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 20 CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .21 4.1. Kết quả phân tích đặc tính của xúc tác .21 4.1.1. Kết quả phân tích X-ray của các vật liệu 21 4.1.1.1. Vật liệu Ag/TiO 2 nung ở 600 o C và 700 o C .21 4.1.1.2. Vật liệu Ag-TiO 2 /Bent nung ở 600 o C và 700 o C 21 4.1.2. Kết quả phân tích ảnh SEM .23 CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26 5.1. Kết luận 26 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu v 5.2. Kiến nghị 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO .27 PHỤ LỤC .35 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vi DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase. 4 Bảng 2.2. Phân loại khoáng sét theo thành phần cơ bản Al, Fe, Mg .12 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vii DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1. Các dạng thù hình khác nhau của TiO 2 : (A) rutile, (B) anatase, (C) brookite .2 Hình 2.2. Khối bát diện của TiO 2 .3 Hình 2.3. Cấu trúc tinh thể của TiO 2 : (a) rutile, (b) anatase 3 Hình 2.4. Cấu trúc tinh thể của TiO 2 : brookite .4 Hình 2.5. Phổ quang dẫn của màng anatase và rutile 5 Hình 2.6. Giản đồ năng lượng của pha anatase và pha rutile 8 Hình 2.7. Sự hình thành gốc OH * và O 2 - 9 Hình 2.8: Đơn vị cấu trúc tứ diện của SiO 4 4 – 12 Hình 2.9: Mạng cấu trúc tứ diện .12 Hình 2.10: Đơn vị cấu trúc bát diện. 13 Hình 2.11: Mạng cấu trúc bát diện .13 Hình 2.12: Cấu trúc của Montmorillonite .13 Hình 2.13: Cấu trúc không gian của Montmorillonite 14 Hình 3.1: Tia tới và tia phản xạ khi tia X lan truyền trong tinh thể 19 Hình 3.2: Hình ảnh máy nhiễu xạ tia X D8 Advance 19 Hình 3.3: Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét JSM-7401F 20 Hình 4.1: Phổ XRD chuẩn của TiO 2 thương mại 21 Hình 4.2: Phổ XRD chuẩn của Ag-TiO 2 ở 600 o C .21 Hình 4.3: Phổ XRD của Ag-TiO 2 700 o C 22 Hình 4.4: Phổ XRD của Ag-TiO 2 600 o C 22 Hình 4.5: Phổ XRD của Ag-TiO 2 /bentonit 700 o C 23 Hình 4.6: Phổ XRD của Ag-TiO 2 /bentonit 600 o C 24 Hình 4.7: Ảnh SEM của Ag-TiO 2 (a) và bentonite (b) 24 Hình 4.8: Ảnh SEM của Ag-TiO 2 / bentonite 24