4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.4.2. Hoạt tính xúc tác quang hóa
Để đánh giá hoạt tính của xúc tác sau khi biến tính, chúng tôi tiến hành thí nghiệm trên phản ứng phân hủy MB (Methylene Blue) (nồng độ chất xúc tác 20mg/30ml,dung dịch MB có nồng độ 50ppm) và thuốc nhuộm hoạt tính PR với mẫu N-doped TiO2 (hàm lượng tương tự như mẫu chưa biến tính).
Dung dịch MB
trước phản ứng
Sản phẩm sau phản ứng của mẫu TiO2
Sản phẩm sau phản ứng của mẫu Dop-TiO2
x10 x10 663.9 291.0 nm 200 300 400 500 600 700 800 Abs 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Dung dịch PR ban đầu
Sản phẩm sau phản ứng của mẫu TiO2 Sản phẩm sau phản ứng của mẫu doped- TiO2
Hình 3.17. Phổ UV-Vis của dung dịch thuốc nhuộm PR trước và sau phản ứng nm 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 Abs 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7
Hình 3.16. Phổ UV-Vis của dung dịch MB trước và sau phản ứng
Trần Thị Hằng – K31B - Hóa 45
Từ hình 3.16 và 3.17 ta có thể thấy sau 4h phản ứng đối với mẫu doping N-TiO2 thuốc nhuộm PR và MB đã bị phân hủy hoàn toàn. Không còn thấy các pic đặc trưng cho nhóm mang màu và vòng benzen, nhóm nối đôi trên phổ UV-Vis. Trong khi đó, mẫu TiO2 không biến tính ta thấy vẫn còn xuất hiện pic.
Điều đó chứng tỏ mẫu biến tính thể hiện hoạt tính cao hơn so với mẫu không biến tính trong phản ứng quang hóa dưới điều kiện ánh sáng nhìn thấy.
Trần Thị Hằng – K31B - Hóa 46
Phần 3 Kết luận
Từ nội dung nghiên cứu của đề tài đã đăng ký, chúng tôi đã đạt được những kết quả như sau:
Đã tổng hợp thành công nano-TiO2 đi từ nguồn titan khác nhau và bằng các phương pháp khác nhau: nano-TiO2 tổng hợp titan tinh khiết đắt tiền (ankoxides titanium) bằng phương pháp sol-gel và nano-TiO2 (100% anatase) từ nguồn titan oxit bột rẻ tiền (20-30 nghìn VNĐ) bằng phương pháp thuỷ nhiệt.
Xúc tác nano-TiO2 tổng hợp có hoạt tính cao trong khử quang hóa Cr6+ thành Cr3+, trong quá trình oxy hóa quang hóa phenol đỏ và thuốc nhuộm hoạt tính (PR, LGY).
So sánh với xúc tác thương mại nano-TiO2 -P25 Degussa và xúc tác nano-TiO2 tổng hợp bằng nguồn ankoxides titanium đắt tiền bằng phương pháp sol-gel, nano-TiO2 (100% anatase) từ nguồn titan oxit bột rẻ tiền bằng phương pháp thuỷ nhiệt có hoạt tính cao trong cả hai phản ứng oxy hóa thuốc nhuộm hoạt tính và quang hóa khử Crom. Điều này mở ra triển vọng lớn cho việc ứng dụng của vật liệu này trong việc xử lý môi trường.
Đã thành công trong việc biến tính nano-TiO2 bằng phương pháp doping nano-TiO2 với kim loại chuyển tiếp (Fe, Cr, V,...) và phi kim Nitơ.
Nano-TiO2 biến tính bằng phương pháp doping với Nitơ có hoạt tính cao trong chuyển hóa MB, oxy hoá thuốc nhuộm hoạt tính dùng ánh sáng nhìn thấy thay thế tia UV.
Trần Thị Hằng – K31B - Hóa 47
Danh mục tài liệu tham khảo
Tiếng việt
1. Đặng Ngọc Anh, Nghiên cứu chuyển hóa rơm rạ thành nhiên liệu lỏng và khí bằng phương pháp nhiệt phân. Khóa luận tốt nghiệp đại học, ĐHDL Hải Phòng, 2007.
2. Nghuyễn Đình Tuyến, Tổng hợp và tính chất xúc tác oxi hóa của Titan silicat-1, luận án tiến sĩ Hóa học, 2001.
3. Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý, NXB Khoa học và Kĩ thuật, 2001.
4. Ts Mai Ngọc Tâm, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xúc tác quang hóa cho sơn xây dựng, Viện vật liệu xây dựng, Bộ xây dựng, 2008.
5. Ts Vũ Anh Tuấn, Tổng hợp và ứng dụng xúc tác quang hóa kích thước nanomet trong xử lý môi trường, Báo cáo tổng kết đề tài độc lập nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2007.
6. http://www.congnghehoahoc.org.
7. http://www.google.com.vn/Vat-lieu-nano-TiO2/Tong-quan-nano.
8. http://www.Vietnamnet.vn/Khoa hoc/van de,2005.
Tiếng Anh
9. Y.V. Kolen, B.R. Churagulov, M. Kunst, L. Mazerrolles, C. Colbeau- Justin, Photocatalytic properties of titania powders prepared by hydrothermal method, Applied Catalysis B: Environmental, 2004
10. M. Wu, G. Lin, D. Chen, G. Wang, D. He, S. Feng, and R. Xu, Sol- hydrothermal synthesis and hudrothermally structural evolution of nanocrystal titanium dioxide, Chem. Mater. 14 (2001) 1974-1980.
Trần Thị Hằng – K31B - Hóa 48
11. M.R. Prairie, B.M. Stange, and L.R. Evans, TiO2 Photocatalysis for the Destruction of Organic and the Reduction heavy metals, Proceedings of the 1st International Conference on TiO2 Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air, London, Ontario, Canada. (November 1992). 12. Chen D., Ray A. K, Removal of toxic metal ions from wastewater by
semiconductor photocatalysis, Chemical Engineering Science, 2001
13. Chenthamarakshan C. R., Rajeshwar K., Wolfrum E. J, Heterogeneous photocatalytic reduction of Cr(VI) in UV-irradiated titania suspensionL Effect of prorons, ammonium ions, and other interfacial aspects,
Langmiur, 2000
14. Akira Fujishima,Tata N.Rao, Ronald, A.Tryk, Titanium dioxides photocatalysis, Journal of photochemistry C, Photochemistry Review, 2000.
Trần Thị Hằng – K31B - Hóa 49
Danh mục các chữ viết tắt
SEM: Scaning electron microscopy: kính hiển vi điện tử quét
FE SEM: Field emission scaning electron microscopy: kính hiển vi điện tử quét xạ trường
CB: Conduction band: vùng dẫn VB: Valence band: vùng hóa trị XRD: Phổ nhiễu xạ tia X
UV-Vis: Ultra violet- visible: phổ kích thích electron AO: Obitan nguyên tử
OXH: Oxy hóa A: Anatase R: Rutile
TiO2-H: Sản phẩm nano TiO2 tổng hợp theo phương pháp thuỷ nhiệt TiO2-S: Sản phẩm nano TiO2 tổng hợp theo phương pháp sol-gel Me- TiO2: Sản phẩm nano doping với kim loại
Trần Thị Hằng – K31B - Hóa 50
Danh mục bảng biểu hình vẽ
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của Anatase và Rutile Hình 1.2. Đa diện phối trí của TiO2
Hình 1.3. Cơ chế của quá trình xúc tác quang trên chất bán dẫn
Hình 1.4. Band gap của TiO2 Anatase so với thế oxy hóa khử tiêu chuẩn của một số phản ứng
Hình 2.1. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể
Hình 3.1. Sơ đồ tổng hợp hạt nano TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt Hình 3.2. Sơ đồ tổng hợp hạt nano TiO2 bằng phương pháp sol-gel Hình 3.3. Quy trình tổng hợp N- TiO2 biến tính
Hình 3.4. Quy trình tổng hợp TiO2 biến tính bằng phương pháp thủy nhiệt Hình 3.5. Phổ XRD của các mẫu TiO2 – H, TiO2-S và P25
Hình 3.6. ảnh FE-SEM của mẫu TiO2 – H, TiO2- S và P25 Hình 3.7. Phổ UV- Vis của mẫu TiO2 – H tổng hợp
Hình 3.8. Độ chuyển hóa Cr (VI) trong điều kiện phản ứng khác nhau
Hình 3.9. Độ chuyển hóa Phenol đỏ theo thời gian trên các mẫu xúc tác TiO2 khác nhau
Hình 3.10. Phổ UV- Vis của dung dịch phenol đỏ sau phản ứng trên xúc tác TiO2-H
Hình 3.11. Độ giảm COD của các dung dịch khác nhau trên xúc tác TiO2- H tổng hợp
Hình 3.12. Phổ UV-Vis của dung dịch thuốc nhuộm (A) PR và (B) LGY Hình 3.13. Phổ XRD của các mẫu biến tính
Trần Thị Hằng – K31B - Hóa 51
Hình 3.14. ảnh SEM của các mẫu tổng hợp (A) Fe- doped TiO2,(B) V- doped TiO2, (C) Cr- doped TiO2, (D) N- doped TiO2
Hình 3.15. Phổ UV-Vis của các mẫu nano TiO2 biến tính (A) Fe- doped TiO2, (B) V- doped TiO2, (C) Cr- doped TiO2, (D) N- doped TiO2
Hình 3.16. Phổ UV-Vis của dung dịch MB trước và sau phản ứng
Hình 3.17. Phổ UV-Vis của dung dịch thuốc nhuộm PR trước và sau phản ứng
Bảng 1.1. Các thông số vật lí của hai dạng thù hình Anatase và Rutile Bảng 1.2. Thế OXH của một số tác nhân Oxy hóa