- Điều chế bột TiO2 kích thước nano mét được biến tính lưu huỳnh bằng phương
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 trong dung dịch thủy phân
Trong các thí nghiệm này, tỷ lệ % mol H2SO4/TiO2 thích hợp là 4%, nung ở 600oC trong 2h. Nồng độ TiCl4 trong dung dịch thủy phân được thay đổi từ 0,36 đến 1,14 M.
Giản đồ XRD của các mẫu được đưa ra trong hình 37.
Hình 37 . Phổ XRD của các mẫu được khảo sát ở các nồng độ khác nhau của TiCl4: 1- 0.36M, 2-0.45M, 3-0.6M, 4-0.81M, 5-0.96M, 6-1.14M.
Từ các thông tin trên giản đồ, các kết quả tính toán về kích thước hạt trung bình được đưa ra trong bảng 10. Hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong bảng 10 và biểu diễn trên hình 38.
Bảng 10. Các kết quả tính toán kích thước hạt trung bình (r ), thành phần pha hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) và hiệu suất điều chế (%) phụ thuộc vào nồng độ TiCl4 Nồng độ TiCl4 Thành phần pha Kích thước hạt Hiệu suất phân hủy Hiệu suất điều chế (%) 70 6 2-Theta - Scale 0 100 200 300 400 500 20 30 40 50 60 70 80 L in ( C ps ) 1 2 4 3 5
%A %R0.36 100 0 17.31 75.6 96.9 0.36 100 0 17.31 75.6 96.9 0.45 100 0 15.92 82.5 97.2 0.6 100 0 15.60 92.7 98.0 0.81 91.80 8.20 14.96 97.5 98.6 0.96 21.05 78.95 13.80 80.8 95.6 1.14 0 100 34.78 72.9 20.8
Từ các kết quả thực nghiệm đưa ra trong bảng 10 và hình 38 cho thấy rằng: + Ở nồng độ TiCl4 0.36M – 0.6M, sản phẩm bột TiO2 biến tính thu được ở dạng anatase, ở nồng độ 0.81M bắt đầu xuất hiện pha rutile, khi ở nồng độ cao hàm lượng pha rutile tăng nhanh. Ở nồng độ TiCl4 1.14 M chỉ đơn pha rutile. Như vậy nồng độ có ảnh hưởng đáng kể đến thành phần pha của TiO2 biến tính
+ Hiệu suất quá trình điều chế ở các nồng độ TiCl4 từ 0.36 – 0.96 mol/l khá cao chứng tỏ quá trình thuỷ phân xẩy ra hoàn toàn, còn ở nồng độ cao 1,14 mol/l hiệu suất thủy phân rất thấp 20.8 %. Ở vùng nồng độ TiCl4 thấp thì tốc độ thuỷ phân và hiệu suất thủy phân tăng lên khi tăng nồng độ TiCl4 và ngược lại khi nồng độ TiCl4 khá cao, việc tăng nồng độ TiCl4 sẽ làm giảm tốc độ và hiệu suất quá trình thuỷ phân.
+ Nồng độ TiCl4 có ảnh hưởng đáng kể đến kích thước hạt trung bình. Khi nồng độ TiCl4 tăng từ 0,36÷1,14 mol/l thì kích thước hạt giảm sau đó lại tăng nhanh, có điểm cực tiểu ở nồng độ TiCl4 bằng 0.96M, ở nồng độ cao 1.14M kích thước hạt khá lớn.
Hình 38. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 (mol/l) đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%)
Từ đồ thị hình 38 ta thấy rằng hiệu suất phân hủy xanh metylen tăng khi nồng độ tăng sau đó giảm, và đạt cực đại ở nồng độ TiCl4 bằng 0.81 M.
Điều này có thể giải thích như sau: Khi đưa vào dung dịch thủy phân lượng axit H2SO4 thích hợp sẽ làm thay đổi pH của dung dịch và có thể ion SO42- hấp phụ vật lý, hóa học trên bề mặt TiO2 hoặc ion SO42- nó sẽ xâm nhập vào mạng lưới của TiO2 làm thay đổi kích thước hạt, cấu trúc tinh thể TiO2 và do đó, làm tăng khả năng phân hủy xanh metylen dưới ánh sáng nhìn thấy.
KẾT LUẬN
1. Đã khảo sát được ảnh hưởng của một số yếu tố trong quá trình để điều chế bột titan đioxit biến tính lưu huỳnh từ Na2SO4, H2SO4 theo phương pháp thủy phân TiCl4 đến khả năng quang phân hủy xanh metylen, cấu trúc tinh thể và kích thước hạt trung bình.
2. Kết quả thực nghiệm cho thấy, điều kiện thích hợp để điều chế bột TiO2 kích thước nano mét được biến tính bằng lưu huỳnh theo phương pháp thủy phân TiCl4 trong dung dịch Na2SO4: nồng độ TiCl thích hợp trong dung dịch khi thủy phân là 0.81M; tỷ 4 lệ % mol Na2SO4/TiO2 là 8%; nhiệt độ thủy phân là 900C; thời gian thủy phân là 2h, khuấy mạnh trong suốt quá trình thủy phân. Kết tủa được tách bằng li tâm, rửa, sấy khô ở 80OC trong tủ chân không 24h và được nung ở nhiệt độ 6000C trong 2h. Sản phẩm điều chế được ở dạng bột tinh thể anatase, có khả năng quang xúc tác cao dưới ánh sáng nhìn thấy, kích thước hạt trung bình 15 – 20 nm.
3. Điều kiện thích hợp cho quá trình điều chế TiO2 biến tính lưu huỳnh theo phương pháp thủy phân TiCl4 trong dung dịch axit H2SO4: nồng độ TiCl4 là 0.81M, tỷ lệ % mol H2SO4/TiO2 là 4%; nhiệt độ thủy phân là 900C, thủy phân trong 2h khuấy mạnh trong suốt quá trình thủy phân. Kết tủa được tách bằng li tâm, rửa, sấy khô ở 80OC trong tủ chân không 24h và được nung ở nhiệt độ 6000C trong 2h. Kết quả thực nghiệm cho thấy bột điều chế được ở dạng hỗn hợp anatase và rutile, kích thước hạt trung bình khá bé 14 – 20 nm và có hiệu suất phân hủy xanh metylen cao dưới ánh sáng nhìn thấy.
4. Đã xây dựng được quy trình điều chế bột TiO2 kích thước nano mét được biến tính bằng lưu huỳnh theo phương pháp thủy phân TiCl4 trong dung dịch Na2SO4, H2SO4 theo các điều kiện thích hợp đã khảo sát được.
5. Sản phẩm bột TiO2 biến tính lưu huỳnh điều chế được theo 2 quy trình trên cho hiệu suất phân hủy xanh metylen cao hơn so với mẫu không biến tính dưới ánh sáng nhìn thấy có thể là do có sự có mặt của ion SO42- với lượng thích hợp, nó có thể tương tác và xâm nhập, pha tạp vào trong mạng tinh thể của TiO2, làm giảm kích thước hạt của tinh thể, làm bền pha anatase, và có thể làm giảm sự tái kết hợp của cặp electron – lỗ trống.