Khảo sát khả năng xúc tác của TiO2 khi lượng NH4+ thay đổ

Một phần của tài liệu Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng (Trang 79 - 89)

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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca 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.

Bng 18. Kết qu kho sát kh năng xúc tác ca 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 Nng độ NH4+ (mg/l) P hn t r ă m p h â n hy N H 4 + (% ) 1 2 3 4 5

Nghiên cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca chúng

- 81 -

1-TiO2 t Inminhit, 2- TiO2 t TiCl4, 3- TiO2-N theo phương pháp tm, 4- TiO2-N theo phương pháp thy phân, 5- TiO2 Degussa-acrosol (Nht).

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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca chúng

- 82 -

KT LUN

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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca 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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca chúng

- 84 -

TÀI LIU THAM KHO

[1]. Ngô Sỹ Lương. Ảnh hưởng ca các yếu t trong quá trình điu chế đến kích thước ht và cu trúc tinh th ca 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. Kho sát quá trình điu chế titan đioxit dng bt kích thước nano bng phương pháp thu 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. Kho sát quá trình điu chế titan đioxit dng bt kích thước nano bng phương pháp thu phân tetra n-butyl octotitanat trong dung môi hn hp 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. Kho sát hot tính xúc tác quang ca bt TiO2 kích thước nano mét đối vi quá trình kh màu thuc nhum. Tạp chí hóa học. T.46 (2A), Tr.139-143, 2008.

[5]. Ngô Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê. Điu chế bt anatase kích thước nano mét bng cách thu 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 ca thành phn và nhit độ

dung dch, nhit động nung đến kích thước ht và cu trúc tinh th ca TiO2 điu chế bng phương pháp thy phân TiCl4. Tạp chí hóa học. T.46 (2A), Tr.169-177, 2008.

[7]. Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng. Nghiên cu quy trình điu chế titan đioxit kích thước nanomet t tinh qung inmenit Hà Tĩnh bng phương pháp axit sunfuric. 1. Kho sát quy trình nghin và phân hy tinh qung inmenit Hà Tĩnh bng phương pháp axit sunfuric quy mô phòng thí nghim. 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 cu quy trình điu chế titan đioxit kích thước nanomet t

Nghiên cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca chúng

- 85 -

tinh qung inmenit Hà Tĩnh bng phương pháp axit sunfuric. 3. Kho sát quá trình thy phân đồng th dung dch titanyt sunfat có mt ure để điu 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 ca polyetylen glycol đến quá trình điu chế bt TiO2 kích thước nano mét bng phương pháp thy phân titanyl sunfat trong dung dch nước. Tạp chí Phân tích Hóa - Lý - Sinh học - Tập 14. số I. 2009 (tr. 3-7).

[10]. Nguyễn Thị Lan (2004), “Chế to màng nano TiO2 dng anata và kho sát hot tính xúc tác quang phân hy metylen xanh”, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội.

[11]. Nguyễn Hoàng Nghị (2002), Lý thuyết nhiu x 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”, Tp chí Khoa hc 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”, Tp chí Hóa hc và ng dng (8).

[14]. Dương Thị Khánh Toàn (2006), “Kho sát quá trình điu chếng dng 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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca 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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca 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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca 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 cu điu chế vt liu TiO2 biến tính kích thước nano mét và kho sát kh năng quang xúc tác ca 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

Một phần của tài liệu Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét và khảo sát khả năng quang xúc tác của chúng (Trang 79 - 89)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(89 trang)