1- 4000C; 2 4500C; 3 5000C; 4 5500C;
3.4.3. Khảo sát khả năng xúc tác của TiO2 khi lượng NH4+ thay đổ
Tiến trình thí nghiệm được tiến hành như mục 2.2.4. Lượng các chất trong thí nghiệm được chọn như sau: 2 4 2 8 1 + = ÷ = NH mg / l,mTiO g.
Sản phẩm thu được đem ly tâm để loại bỏ TiO2, hút 5 ml sản phẩm rồi nhỏ vào đó 0.2 ml dung dịch xegnhet và 0.5 ml thuốc thử nessler. Lắc dung dịch hỗn hợp và để 10 phút sau đó đo mật độ quang ở bước sóng 420 nm.
Kết quả thu được, thể hiện trên bảng 18 và hình 53. Từ đó, ta thấy cùng một lượng TiO2 như nhau và các điều kiện thí nghiệm như nhau thì lượng NH4+ còn lại nhiều nếu lượng ban đầu là lớn. Điều này được giải thích là khi các điều kiện thí nghiệm như nhau thì cùng lượng TiO2 chỉ có thể tạo ra các gốc tự do có khả năng oxi hóa tương đương nhau, nên nó chỉ làm phân hủy được lượng nhất định NH4+. Vì vậy lượng NH4+ còn lại sau thí nghiệm tỷ lệ thuận với lượng NH4+ ban đầu [11-14]. Trong các loại titan đioxit, titan đioxit biến tính bằng N theo phương pháp tẩm là có phần trăm phân hủy NH4+ cao nhất, sau đó đến TiO2 Degussa-acrosol (Nhật), TiO2
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 80 -
biến tính bằng N bằng (NH4)2SO4 có khả năng phân hủy NH4 trong nước thấp hơn, tuy nhiên vẫn cao hơn TiO2 tinh khiết điều chế từ TiCl4 và TiO2 điều chế từ inminhit.
Bảng 18. Kết quả khảo sát khả năng xúc tác của TiO2 khi lượng NH4+ thay đổi.
TT [NH4+] (mg/l) 2 TiO m (g/l) % NH4+ phân hủy (TiO2 điều chế từ Inminhit) % NH4+ phân hủy (TiO2 điều chế từ TiCl4) % NH4+ phân hủy (TiO2-N theo PP tẩm) % NH4+ phân hủy (TiO2-N theo PP thủy phân) % NH4+ phân hủy TiO2 Degussa- acrosol (Nhật) 1 2 1 75.98 80.0 97.2 84.25 94.3 2 3 1 74.76 78.5 96.8 81.5 91.5 4 4 1 71.28 76.0 96.0 80.2 91.0 4 5 1 69.65 73.4 91.7 77.3 85.8 5 6 1 63.70 69.2 86.6 74.3 81.1 6 7 1 54.89 60.3 74.2 62.4 66.2 7 8 1 47.06 53.5 71.3 57.7 62.4 40 50 60 70 80 90 100 110 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nồng độ NH4+ (mg/l) P h ầ n t r ă m p h â n h ủ y N H 4 + (% ) 1 2 3 4 5
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 81 -
1-TiO2 từ Inminhit, 2- TiO2 từ TiCl4, 3- TiO2-N theo phương pháp tẩm, 4- TiO2-N theo phương pháp thủy phân, 5- TiO2 Degussa-acrosol (Nhật).
Vậy bột TiO2 kích thước nano mét có khả năng xúc tác quang hoá làm phân huỷ được ion NH4+. Lượng NH4+ bị phân huỷ phụ thuộc vào nồng độ 4
+
NH trong
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 82 -
KẾT LUẬN
1. Đã khảo sát điều kiện thích hợp cho việc thử nghiệm khả năng quang xúc tác của bột TiO2 qua phản ứng quang phân hủy xanh metylen là:
- Nồng độ xanh metylen 10 mg/1l;
- Khối lượng chất xúc tác: mTiO2 = 0.75 g; - Thời gian phản ứng: 180 phút (3h).
2. Bước đầu khảo sát các yếu tố phù hợp để điều chế bột titan đioxit biến tính N bằng (NH4)2SO4 theo phương pháp thủy phân TiCl4 có khả năng quang xúc tác cao:
- Nồng độ TiCl thích h4 ợp để có khả năng quang xúc tác cao là từ
0.7 0.9mol / l÷ và tốt nhất là ∼0.80mol / l. - Nồng độ (NH4)2SO4 là 30 g/l.
- Tỷ lệ thể tích C2H5OH/H2O trong khoảng 0.11÷0.25. - Nhiệt độ thủy phân là 850C.
- Xử lý mẫu ngay sau phản ứng kết thúc.
3. Đã khảo sát quá trình điều chế bột TiO2 được biến tính bởi nitơ bằng cách thuỷ phân TiCl4 trong dung môi etanol-nước, sau đó chế hoá huyền phù TiO2.nH2O thu được với dung dịch NH3 trong nước. Kết quả khảo sát cho thấy, điều kiện thích hợp cho quá trình biến tính là:
+ Tỷ lệ thể tích dung dịch NH3/khối lượng TiO2 từ 17.36÷24.30 ml/g. + Nồng độ NH3để chế hoá bùn TiO2.nH2O là 0.6M.
+ Thời gian chế hoá là 30 phút, nhiệt độ sấy là 800C trong thời gian 12h trong tủ sấy chân không.
+ Nung ở 6000C trong 1h.
4. Với điều kiện chế hoá trên, nitơ đã tham gia được vào thành phần cấu trúc TiO2, hoạt tính quang xúc tác của sản phẩm dịch chuyển về vùng ánh sáng nhìn thấy và có hiệu suất phân huỷ xanh metylen cao. Bột TiO2 được biến tính bởi nitơ bằng cách thuỷ phân TiCl4 trong dung môi etanol-nước, sau đó chế hoá huyền phù
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 83 -
TiO2.nH2O thu được với dung dịch NH3 trong nước có hiệu suất phân huỷ xanh metylen cao hơn (>99,5%) bột titan đioxit biến tính N bằng (NH4)2SO4 theo phương pháp thủy phân TiCl4 (>80%).
5. Đã khảo sát khả năng phân hủy amoni trong môi trường nước của các loại titan đioxit điều chế được. Kết quả cho thấy bột TiO2 được biến tính bởi nitơ bằng phương pháp tẩm có khả năng phân hủy amoni trong môi trường nước cao nhất. Kết quả này cho phép chúng tôi mở ra hướng nghiên cứu về sử dụng bột titan đioxit biến tính kích thước nano mét điều chế trong nước cho lĩnh vực xử lí môi trường.
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 84 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Ngô Sỹ Lương. Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình điều chế đến kích thước hạt và cấu trúc tinh thể của TiO2. Tạp chí Khoa học. Khoa học tự nhiên và công nghệ. ĐHQG HN, T.XXI, N.2, tr. 16-22, 2005.
[2]. Ngô Sỹ Lương. Khảo sát quá trình điều chế titan đioxit dạng bột kích thước nano bằng phương pháp thuỷ phân titan tetraclorua. Tạp chí Khoa học. Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. ĐHQG HN. T. XXII, No 3C AP, Tr. 113-118, 2006.
[3]. Ngô Sỹ Lương. Khảo sát quá trình điều chế titan đioxit dạng bột kích thước nano bằng phương pháp thuỷ phân tetra n-butyl octotitanat trong dung môi hỗn hợp etanol-nước. Tạp chí Phân tích Hoá, Lý và Sinh học. T. 11, No 3B. Tr. 52- 56 (2006).
[4]. Đặng Thanh Lê, Mai Đăng Khoa, Ngô sỹ Lương. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của bột TiO2 kích thước nano mét đối với quá trình khử màu thuốc nhuộm. Tạp chí hóa học. T.46 (2A), Tr.139-143, 2008.
[5]. Ngô Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê. Điều chế bột anatase kích thước nano mét bằng cách thuỷ phân titan isopropoxit trong dung môi cloroform- nước. Tạp chí hóa học. T.46 (2A), Tr.177-181, 2008.
[6]. Ngô Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê. Ảnh hưởng của thành phần và nhiệt độ
dung dịch, nhiệt động nung đến kích thước hạt và cấu trúc tinh thể của TiO2 điều chế bằng phương pháp thủy phân TiCl4. Tạp chí hóa học. T.46 (2A), Tr.169-177, 2008.
[7]. Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng. Nghiên cứu quy trình điều chế titan đioxit kích thước nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh bằng phương pháp axit sunfuric. 1. Khảo sát quy trình nghiền và phân hủy tinh quặng inmenit Hà Tĩnh bằng phương pháp axit sunfuric quy mô phòng thí nghiệm. Tạp chí hóa học. T.47 (2A), Tr.145-149, 2009.
[8]. Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng, Thân Văn Liên, Trần Minh Ngọc. Nghiên cứu quy trình điều chế titan đioxit kích thước nanomet từ
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 85 -
tinh quặng inmenit Hà Tĩnh bằng phương pháp axit sunfuric. 3. Khảo sát quá trình thủy phân đồng thể dung dịch titanyt sunfat có mặt ure để điều chế titan đioxit kích thước nanomet . Tạp chí hóa học. T.47 (2A), Tr.150-154, 2009.
[9]. Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Văn Tiến, Lê Thị Thanh Liễu. Ảnh hưởng của polyetylen glycol đến quá trình điều chế bột TiO2 kích thước nano mét bằng phương pháp thủy phân titanyl sunfat trong dung dịch nước. Tạp chí Phân tích Hóa - Lý - Sinh học - Tập 14. số I. 2009 (tr. 3-7).
[10]. Nguyễn Thị Lan (2004), “Chế tạo màng nano TiO2 dạng anata và khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân hủy metylen xanh”, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội.
[11]. Nguyễn Hoàng Nghị (2002), Lý thuyết nhiễu xạ tia X, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
[12]. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2002), “Khử amoni trong nước và nước thải bằng phương pháp quang hóa với xúc tác TiO2”, Tạp chí Khoa học và công nghệ, , Vol. 40(3), tr. 20-29.
[13]. Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Thị Hoài Nam (2004), “Nghiên cứu xử lý nước rác Nam Sơn bằng màng xúc tác TiO2 và năng lượng mặt trời”, Tạp chí Hóa học và ứng dụng (8).
[14]. Dương Thị Khánh Toàn (2006), “Khảo sát quá trình điều chế và ứng dụng TiO2 kích thước nanomet”, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Khoa học Tự
nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.
[15]. A.O. Ibhadon, G.M. Greenway, Y. Yue, P. Falaras, D. Tsoukleris. The photocatalytic activity and kinetics of the degradation of an anionic azo-dye in a UV
irradiated porous titania foam. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 84 (2008)
pp. 351–355.
[16]. Aadesh P.Singha, Saroj Kumaria, Rohit Shrivastavb, Sahab Dassb, Vibha R.Satsangia. Iron doped nanostructured TiO2 for photoelectrochemical
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 86 -
generation of hydrogen. International journal of hydrogen energy, Vol. 33 (2008)
pp. 5363 – 5368.
[17]. An - Cheng Lee, Rong - Hsien Lin, Chih - Yuan Yang, Ming - Hui Lin, Wen-Yuan Wang, Preparations and characterization of novel photocatalysts with
mesoporous titanium dioxide via a sol - gel method, Materials Chemistry and
Physics, Vol.109 (2008), pp. 275 - 280.
[18]. Chai Li - Yuan, Yu Yan - Fen, Zhang Gang, Peng Bing, Wei Shun - Wen. Effect of surfactants on preparation of nanometer TiO2 by pyrohydrolysis.
Trans. Nonferrous Met. Soc China, Vol. 17 (2007), pp. 176 - 180.
[19]. Chunhua Liang, Chengshuai Liu, Fangbai Li, FengWu. The effect of Praseodymium on the adsorption and photocatalytic degradation of azo dye in aqueous Pr3+-TiO2 suspension. Chemical Engineering Journal, Vol. 147 (2009), pp.
219–225.
[20]. Congxue Tian, Zhao Zhang, Jun Hou,.. Surfactant/co-polymer template hydrothermal synthesis of thermally stable mesoporous TiO2 from TiOSO4.
Materials Letters, Vol. 62 (2008), pp. 77 - 80.
[21]. Hua Tian, Junfeng Ma, Kang Li, Jinjun Li. Hydrothermal synthesis of S- doped TiO2 nanoparticles and their photocatalytic ability for degradation of methyl
orange.Ceramics International, Vol. 35 (2009), pp. 1289–1292.
[22]. Kenji Yamada, Hirokazu Yamane, Shigenori Matsushima, Hiroyuki Nakamura, Kayo Ohira, Mai Kouya, Kiyoshi Kumada. Effect of thermal treatment on photocatalytic activity of N-doped TiO2 particles under visible light. Thin Solid
Films, Vol. 516 (2008), pp. 7482–7487.
[23]. Kyaing Kyaing Latt, Takaomi Kobayashi. TiO2 nanosized powders
controlling by ultrasound sol-gel reaction. Ultrasonics Sonochemistry, Vol.15 (2008),
pp. 484 - 491.
[24]. Li - Heng Kao, Tzu - Chien Hsu, Hong - Yang Lu. Sol - gel synthesis and morphological control of nanocrystalline TiO2 via urea treatment. Journal of
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 87 -
[25]. Lihong Zhang, Peijun Li, Zongqiang Gonga, Xuemei Li. Photocatalytic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons on soil surfaces using TiO2 under
UV light. Journal of Hazardous Materials, Vol. 158 (2008), pp. 478 – 484.
[26]. M. Alam Khana, Seong Ihl Woob, O.-Bong Yanga. Hydrothermally stabilized Fe(III) doped titania active under visible light for water splitting reaction.
International journal of hydrogen energy, Vol. 33 (2008), pp. 5345 – 5351.
[27]. Manaswita Nag, Debanjan Guin, Pratyay Basak, Sunkara V. Manorama. Influence of morphology and surface characteristics on the photocatalytic activity of
rutile titania nanocrystals. Materials Research Bulletin, Vol. 43 (2008), pp. 3270 –
3285.
[28]. Na Lu, Huimin Zha, Jingyuan Li, Xie Quan, Shuo Chen. Characterization of boron-doped TiO2 nanotube arrays prepared by electrochemical
method and its visible light activity. Separation and Purification Technology, Vol.
62 (2008), pp. 668 - 673.
[29]. Nandor Balazs, Karoly Mogyorosi, David F. Sranko, Attila Pallagi, Tu¨nde Alapi, Albert Oszko, Andras Dombi, Pal Sipos. The effect of particle shape on the activity of nanocrystalline TiO2 photocatalysts in phenol decomposition.
Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 84 (2008), pp. 356-362.
[30]. Niyaz Mohammad Mahmoodi, Mokhtar Arami. Degradation and toxicity reduction of textile wastewater using immobilized titania nanophotocatalysis.
Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, Vol. 94 (2009), pp. 20–24.
[31]. Rajamma Sasikalaa, Vasant Sudarsana, Chandran Sudakarb, Ratna Naikb, Thyagarajan Sakuntalac, Shyamala R. Bharadwaj. Enhanced photocatalytic hydrogen evolution over nanometer sized Sn and Eu doped titanium oxide.
International journal of hydrogen energy, Vol. 33 (2008), pp. 4966 – 4973.
[32]. Snejana Bakardjieva, Jan Subrt, Voclav Sengl, Maria Jesus Dianez, Maria Jesus Sayagues. Photoactivity of anatase - rutile TiO2 nanocrystalline mixtures obtained by heat trement of homogeneously precipitated anatase.
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 88 -
[33]. W. Kallel, S. Bouattour, L.F. Vieira Ferreira, A.M. Botelho do Rego. Synthesis, XPS and luminescence (investigations) of Li+ and/or Y3+ doped
nanosized titanium oxide. Materials Chemistry and Physics, Vol.144 (2009), pp.
304-308.
[34]. Wang Fumin, Shi Zhansheng, Gong Feng, Jiu Jinting, Adachi Motonari.
Morphology Control of Anatase TiO2 by Surfactant - assisted Hydrothermal
Method. Chin. J. Chem. Eng., Vol.15, N.5 (2007), pp. 754 - 759.
[35]. Xiaobo Chen and Samuel S. Mao. Titanium Dioxide Nanomaterials:
Synthesis, Properties, Modifications, and Applications. Chem. Rev, vol.107 (2007),
pp. 2891 - 2959.
[36]. Yan Su, Shuo Chen, Xie Quan, Huimin Zhao, Yaobin Zhang. A silicon- doped TiO2 nanotube arrays electrode with enhanced photoelectrocatalytic activity.
Applied Surface Science, Vol. 255 (2008), pp. 2167-2172.
[37]. Youngfa Zhu, Li Zhang, Chong Gao. The synthesis of nanosized TiO2 powder using a sol - gel method with TiCl4 as a precursor. Journal of Materials
Sciences, Vol. 35 (2002), pp. 4049 - 4054.
[38]. Kenji Yamada, Hirokazu Yamane, Shigenori Matsushima, Hiroyuki Nakamura, Kayo Ohira, Mai Kouya, Kiyoshi Kumada. Effect of thermal treatment on photocatalytic activity of N-doped TiO2 particles under visible light. Thin Solid
Films 516 (2008), pp. 7482–7487.
[39]. C. Belver , R. Bellod , A. Fuerte , M. Ferna´ndez-Garcı. Nitrogen- containing TiO2 photocatalysts Part 1. Synthesis and solid characterization. Applied
Catalysis B: Environmental 65 (2006) , pp. 301–308.
[40]. C. Belver, R. Bellod, S.J. Stewart, F.G. Requejo, M. Fernandez-Garcı. Nitrogen-containing TiO2 photocatalysts Part 2. Photocatalytic behavior under
sunlight excitation. Applied Catalysis B: Environmental 65 (2006), pp. 309–314.
[41]. K. Kobayakawa, Y. Murakami, Y. Sato. Visible-light active N-doped TiO2 prepared by heating of titanium hydroxide and urea. Journal of
Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng
- 89 -
[42]. Di Li, Hajime Haneda, Shunichi Hishita, Naoki Ohashi. Visible-light- driven nitrogen-doped TiO2 photocatalysts: effect of nitrogen precursors on their
photocatalysis for decomposition of gas-phase organic pollutants. Materials Science
and Engineering B 117 (2005), pp. 67–75.
[43] . Yuanzhi Li, Yining Fan and Yi Chen (2002), A novel method for preperation of nano crystalline rutile TiO2 powders by liquid hydrolysis of TiCl4, Journal of Materials Chemistry (12), pp. 1387-1390.
[44]. Zheng Yanqing, Shierwei. Hydrothermal preparation and characterization of brookite - type TiO2 nano crystallites, (2000), Journal of