QUY TRÌNH TẠO MÀNG XÚC TÁC QUANG ưa NƯỚC CÓ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH WO3,TiO2,SiO2 CHO PIN MẶT TRỜI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU NĂNG LƯỢNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đề tài: QUY TRÌNH TẠO MÀNG XÚC TÁC QUANG ƯA NƯỚC CÓ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH WO3/TiO2/SiO2 CHO PIN MẶT TRỜI SVTH MSSV Hoàng Thị Thanh Hải 1710078 GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt [Type here] LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng yếu tố quan trọng trình phát triển kinh tế, xã hội quốc gia Cùng với phát triển xã hội loài người nhu cầu sử dụng lượng ngày cao Tuy nhiên, nguồn lượng từ nguyên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ, khí đốt gặp phải nguy bị cạn kiệt đáp ứng kịp nhu cầu người tương lai gần Vì vậy, việc tận dụng nguồn lượng tái tạo điện gió, mặt trời, địa nhiệt, v.v giải pháp lâu dài cho tương lai Trong lượng mặt trời nguồn lượng phù hợp với tiêu chí phát triển bền vững Ở Việt Nam giới phát triển nhiều dự án khai thác lượng mặt trời Ngày có nhiều nhà máy điện mặt trời đưa vào sử dụng, cung cấp lượng điện dồi cho hoạt động sản xuất sinh hoạt người Trong đó, pin lượng mặt trời đóng vai trị quan trọng, cơng cụ để thu thập lượng từ ánh sáng mặt trời chuyển hóa thành điện Hiện nay, pin lượng mặt trời không sử dụng công nghiệp, cơng trình lớn mà cịn phổ biến nhiều hộ gia đình Tuy nhiên, sau thời gian vào hoạt động, có vấn đề nghiêm trọng xuất pin mặt trời, vấn đề bụi chất bẩn tích tụ bề mặt pin Bụi bẩn nguyên nhân yếu dẫn đến giảm sút đáng kể hiệu gây nên xuống cấp pin mặt trời Do vậy, cần thiết có biện pháp để làm bảo dưỡng pin trình sử dụng để giúp pin ln đạt hiệu suất tối ưu Đây vấn đề nhà nghiên cứu quan tâm tìm hiểu suốt thập kỷ qua Đã có nhiều báo khoa học cơng trình nghiên cứu giải pháp cho vấn đề làm pin mặt trời Trong phương pháp làm pin nghiên cứu ứng dụng phương pháp phủ màng tự làm xem phương pháp tối ưu mang lại hiệu cao LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa dạy dỗ, bảo chúng em suốt trình làm đồ án tạo điều kiện cho chúng em thực đề tài Trong phải kể đến nhiều Thầy Cô khoa Công nghệ Vật liệu chuyên ngành Vật liệu lượng & Ứng dụng đặc biệt thầy Lưu Tuấn Anh nhiệt tình hướng dẫn, chia sẻ kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt trình học tập thực đồ án Với lòng biết ơn sâu sắc, lần chúng em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên môn học sống Chúng em xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT Đồ án “Quy trình tạo màng xúc tác quang ưa nước có khả tự làm WO3/TiO2/SiO2 cho pin Mặt Trời” nhằm tìm hiểu chế, tính chất cấu trúc vật liệu phủ màng tự làm cho pin mặt trời từ thực quy trình tạo màng ưa nước tự làm Đồ án tình hình nghiên cứu ngồi nước xu hướng cơng bố nghiên cứu đề tài Mục tiêu đồ án tổng hợp màng ưa nước xúc tác quang tự làm đánh giá tính chất màng góc tiếp xúc, độ truyền qua, khả chống bụi bẩn, chống sương mờ Cụ thể nội dung chương sau: Chương 1: Đặt vấn đề Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thực nghiệm Chương 4: Kết thảo luận Chương 5: Kết luận hướng phát triển MỤC LỤC Trang Chương ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 ẢNH HƯỞNG CỦA BỤI BẨN ĐẾN HIỆU SUẤT PMT .9 1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC LÀM SẠCH PMT 10 1.3 ỨNG DỤNG MÀNG TỰ LÀM SẠCH LÊN BỀ MẶT PMT 11 1.3.1 Chống bụi chất bẩn 11 1.3.2 Chống đọng nước sương mờ 11 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .13 1.4.1 Trong nước 13 1.4.2 Ngoài nước 13 1.5 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 14 1.5.1 Mục tiêu đề tài 14 1.5.2 Nhiệm vụ đề tài .15 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .16 2.1 CƠ CHẾ TỰ LÀM SẠCH CỦA MÀNG PHỦ ƯA NƯỚC QUANG XÚC TÁC 16 2.1.1 Cơ chế ưa nước tự làm 16 2.1.2 Cơ chế xúc tác quang tự làm 19 2.1.3 Bề mặt xúc tác quang ưa nước 22 2.2 CƠ CHẾ TỰ LÀM SẠCH CỦA MÀNG XÚC TÁC QUANG ƯA NƯỚC TỪ VẬT LIỆU HỖN HỢP WO3/TiO2/SiO2 (WTS) 23 2.2.1 Vật liệu sở WO3, TiO2 SiO2 23 [Type here] 2.2.2 Cơ chế tự làm sạch của màng vâ ̣t liê ̣u hỗn hợp WO3/TiO2/SiO2 ứng dụng cho pin NLMT 34 2.3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ TỔNG HỢP MÀNG PHỦ .38 2.3.1 Vật liệu tổng hợp nên màng tự làm .38 2.3.2 Phương pháp sol-gel tổng hợp vật liệu 41 2.3.3 Phương pháp phủ nhúng tạo màng mỏng 43 2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ .45 2.4.1 Đánh giá trực quan 45 2.4.2 Phân tích XRD 46 2.4.3 Góc tiếp xúc 49 2.4.4 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 53 Chương THỰC NGHIỆM 57 3.1 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM .57 3.2 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ .57 3.2.1 Hóa chất nguyên liệu 57 3.2.2 Dụng cụ 58 3.2.3 Thiết bị 58 3.3 QUY TRÌNH THỰC HIỆN 59 3.3.1 Quy trình tổng hợp màng vật liệu WO3/TiO2/SiO2 kính 59 3.3.2 Khảo sát thay đổi hàm lượng thành phần WO hỗn hợp WO3/TiO2/SiO2 66 3.3.3 Quy trình thí nghiệm đánh giá tính chất màng 66 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 70 4.1 KẾT QUẢ TỔNG HỢP WO3 70 4.2 KẾT QUẢ TỔNG HỢP MÀNG PHỦ VẬT LIỆU TRÊN NỀN KÍNH .70 4.3 PHâN TÍCH ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG WO ĐẾN TÍNH CHẤT MÀNG PHỦ TỰ LÀM SẠCH 70 4.3.1 Phân tích độ truyền qua lượng vùng cấm UV-Vis 70 4.3.2 Đo góc tiếp xúc WCA 70 4.3.3 Sự phân hủy MB sau thời gian chiếu UV 70 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 5.1 KẾT LUẬN 71 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .71 TỪ VIẾT TẮT VÀ Ý NGHĨA MB Methylene blue NLMT Năng lượng mặt trời PMT Pin mặt trời SC Chất bán dẫn (Semi-conductor) TBQĐ Tế bào quang điện UV Tia cực tím (Ultraviolet) UV-Vis Quang phổ tử ngoại khả kiến (Ultraviolet-visible spectroscopy) WCA Góc tiếp xúc (Water contact angle) DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1: Các đặc tính cấu trúc dạng thù hình TiO2 [40] 26 Bảng 3.1: Hàm lượng thành phần chất theo số mol 68 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Gương chiếu hậu tơ sau sử dụng miếng dán chống đọng nước [14] .15 Hình 1.2: Kính thường (bên trái) bị đọng nước nhiều so với kính phủ màng tự làm (bên phải) [15] .16 Hình 2.1: Nước bề mặt kính thường (bên trái) bề mặt ưa nước (bên phải) [26] .20 Hình 2.2: a) Nước lan bề mặt gỗ phủ màng siêu ưa nước [27] 20 Hình 2.3: Hình dạng giọt nước bề mặt ưa nước [29] 21 Hình 2.4: Sơ đồ biểu diễn trình làm chất bẩn bề mặt ưa nước [30] 22 Hình 2.5: Cơ chế quang hóa [37] 25 Hình 2.6: Các dạng thù hình khác TiO2 27 Hình 2.7: Giản đồ lượng pha anatase pha rutile [47] 29 Hình 2.8: Sự hình thành gốc OH· O2- [48] 30 Hình 2.9: Cấu trúc tinh thể Silica [49] 32 Hình 2.10: Sự biến dạng cấu trúc tạo nên pha khác WO3 [53] 34 Hình 2.11: Cơ chế quang xúc tác WO3 [52] 36 Hình 2.12: Quá trình gốc OH- tạo bề mặt ưa nước 39 Hình 2.13: Minh họa chế trình phân hủy chất màu ánh sáng khả kiến vật liệu kết hợp WO3/TiO2 [58] 40 Hình 2.14: Sự phát triển độ dày màng phủ [82] 47 Hình 2.15: Quá trình phủ nhúng [82] 48 Hình 2.16: Phương pháp nhiễu xạ bột .50 Hình 2.17: Phân tích pha tinh thể tạo thành phần mềm Match! 51 Hình 2.18: Giá trị FWHM xác định Origin 52 Hình 2.19: Góc tiếp xúc chất lỏng bề mặt rắn [39] 53 Hình 2.20: Đo góc tiếp xúc từ phần mềm ImageJ 56 Hình 2.21: Đồ thị ngoại suy giá trị lượng dải dẫn dựa vào phương trình Tauc 59 Hình 3.1: Một số thiết bị: Cân số máy khuấy từ 62 Hình 3.2: Quy trình tạo sol TiO2 SiO2 62 Hình 3.3: Quy trình tạo sol WO3 .63 Hình 3.4: Quy trình tạo hỗn hợp vật liệu WO3/TiO2/SiO2 .64 Hình 3.5: Kết tủa vàng WO3 64 Hình 3.6: Đun kết tủa máy bếp gia nhiệt 65 Hình 3.7: Bột WO3 thu 65 Hình 3.8: Khuấy từ gia nhiệt để tạo sol WO3 65 Hình 3.9: Khuấy từ tạo sol TiO2 .66 Hình 3.10: Khuấy từ tạo sol SiO2 67 Hình 3.11: Quy trình tạo màng phủ 68 Hình 3.12: Máy đo WCA 71 Hình 3.13: a) Tủ chiếu UV b) Thiết bị đo cường độ UV .72 Hình 3.14: Dung dịch methylene blue trihydrate pha loãng nồng độ 1% .72 Chương TỔNG QUAN BÀI BÁO 1.1 ẢNH HƯỞNG CỦA BỤI BẨN ĐẾN HIỆU SUẤT PMT 1.2 ỨNG DỤNG MÀNG TỰ LÀM SẠCH LÊN BỀ MẶT PMT 1.2.1 Chống bụi chất bẩn 1.2.2 Chống đọng nước sương mờ Chương TRẢ LỜI CÂU HỎI 2.1 CƠ CHẾ TỰ LÀM SẠCH CỦA MÀNG PHỦ ƯA NƯỚC QUANG XÚC TÁC 2.2 CƠ CHẾ TỰ LÀM SẠCH CỦA MÀNG XÚC TÁC QUANG ƯA NƯỚC TỪ VẬT LIỆU HỖN HỢP WO3/TiO2/SiO2 (WTS) Chương KẾT LUẬN 3.1 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM 3.2 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ Để thực thí nghiệm mình, tác giả sử dụng số dụng cụ thiết bị phịng thí nghiệm Bộ môn Vật liệu Năng lượng & Ứng dụng sau 3.2.1 Hóa chất nguyên liệu ... TẮT Đồ án ? ?Quy trình tạo màng xúc tác quang ưa nước có khả tự làm WO3/TiO2/SiO2 cho pin Mặt Trời” nhằm tìm hiểu chế, tính chất cấu trúc vật liệu phủ màng tự làm cho pin mặt trời từ thực quy trình... SiO2 23 [Type here] 2.2.2 Cơ chế tự làm sạch của màng vâ ̣t liê ̣u hỗn hợp WO3/TiO2/SiO2 ứng dụng cho pin NLMT 34 2.3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ TỔNG HỢP MÀNG PHỦ .38... NƯỚC QUANG XÚC TÁC 16 2.1.1 Cơ chế ưa nước tự làm 16 2.1.2 Cơ chế xúc tác quang tự làm 19 2.1.3 Bề mặt xúc tác quang ưa nước 22 2.2 CƠ CHẾ TỰ LÀM SẠCH CỦA MÀNG XÚC TÁC QUANG