Mẫu điều chế ở điều ở điều kiện pH=7, tỉ lệ mol AC/Zn2+ 2:1, nhiệt độ tạo gel 800C, và nhiệt độ nung 500, 8000Cđược chụp ảnh SEM, kết quả chỉ ra ở hỡnh 3.6. Mẫu nung ở 5000C cho kớch thước hạt khỏ đồng đều với đường kớnh trung bỡnh 40-50 nm. Mẫu nung ở 8000C, cỏc hạt cú kớch thước lớn hơn và khụng đồng đều do sự kết tụ.
Hỡnh 3.6.Ảnh SEM của mẫu nung ở 5000C
3.7. Thử khả năng xỳc tỏc quang húa của vật liệu tổng hợp
3.7.1. Xõy dựng đường chuẩn xỏc định nồng độ Xanh metylen
Chuẩn bị 6 dung dịch Xanh metylen cú nồng độ khỏc nhau 0,1; 0,5; 2; 4; 6; 10 ppm. Tiến hành đo độ hấp thụ quang của cỏc dung dịch ở bước súng 664 nm, kết quả chỉ ra ở bảng 3.6.
Bảng 3.6.Số liệu xõy dựng đường chuẩn xỏc định nồng độ Xanh metylen
Mẫu Nồng độ (ppm) Mật độ quang A 1 0,1 0,051 2 0,5 0,070 3 2 0,168 4 4 0,248 5 6 0,324 6 10 0,504
Từ kết quả ở bảng 3.6, dựng đường chuẩn xỏc định nồng độ Xanh metylen ở hỡnh 3.8
Hỡnh 3.8. Đường chuẩn xỏc định nồng độ Xanh metylen
Sử dụng phần mềm Microsoft Excel xỏc định phương trỡnh đường chuẩn như sau:
y= (0,045 ± 0,002). x + (0,055 ±0,009)
3.7.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phõn hủy Xanh metylen
Khả năng xỳc tỏc quang húa của ZnO được đỏnh giỏ qua hiệu suất phản ứng phõn hủy quang xỳc tỏc Xanh metylen. Quỏ trỡnh tiến hành trong hệ phản ứng tĩnh. Nguồn sỏng sử dụng búng đốn UV , λ= 365 nm, 12W, đặt phớa trờn cốc phản ứng cỏch khoảng 5 cm so với mặt thoỏng dung dịch. Dung dịch được khuấy từ liờn tục trong suốt quỏ trỡnh thớ nghiệm.
Hiệu suất phản ứng quang xỳc tỏc A(%) được xỏc định theo cụng thức: C0− C
A(%) = ì 100 %
C0
Trong đú, C0 và C là nồng độ xanh metylen trong dung dịch khảo sỏt trước và sau khi dừng bức xạ phản ứng (mg/l).
Khảo sỏt xỳc tỏc quang húa theo cỏc điều kiện sau: Nồng độ dung dịch Xanh metylen: 10 ppm. Thể tớch dung dịch Xanh metylen: 50 ml. Lượng xỳc tỏc: 0,2 g ZnO.
Nhiệt độ phũng.
Khuấy trộn bằng mỏy khuấy từ gia nhiệt. pH = 7.
Hiệu suất phõn hủy Xanh metylen theo thời gian chiếu xạ khỏc nhau được chỉ ra ở bảng 3.7 và hỡnh 3.9.
Thời gian chiếu xạ (phỳt) 10 20 30 50 60 90 120 150 180 Nồng độ XM cũn lại (ppm) 5,53 4,75 4,05 2,83 2,17 1,02 0,19 0,12 0,10 Hiệu suất phõn hủy (%) 44,7 52,5 59,5 71,7 78,3 89,8 98,1 98,8 99,0
Hỡnh 3.9. Hiệu suất phõn hủy Xanh metylen theo thời gian chiếu xạ
Kết quả cho thấy hiệu suất phõn hủy tăng theo thời gian, khi thời gian chiếu xạ trờn 120 phỳt, hiệu suất phõn hủy khụng thay đổi nhiều và đạt trờn 98 %.
3.7.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phõn hủy Xanh metylen
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng phõn hủy Xanh metylen của vật liệu tổng hợp, cỏc thớ nghiệm được tiến hành như ở mục 3.7.2 với thời gian khuấy từ là 2 giờ và pH dung dịch khỏc nhau. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.8 và được biểu diễn ở hỡnh 3.10.
pH 4 5 6 7 8 9
Nồng độ XM
cũn lại (ppm) 2,43 1,22 0,74 0,19 0,18 0,32
Hiệu suất
phõn hủy (%) 75,7 87,8 92,6 98,1 98,2 96,8
Hỡnh 3.10.Hiệu suất phõn hủy Xanh metylen phụ thuộc vào pH của dung dịch
Kết quả cho thấy khi pH tăng, hiệu suất phõn hủy xanh metylen tăng và đạt cực đại ở pH=7-8. Ở pH=9 hiệu suất phõn hủy cú giảm nhưng khụng nhiều. Điều này cú thể được giải thớch là ở vựng pH thấp và cao, ZnO cú thể bị hũa tan một phần làm ảnh hưởng đến khả năng phõn hủy quang xỳc tỏc của vật liệu.
1. Đó tổng hợp thành cụng oxit ZnO cú kớch thước nanomet bằng phương phỏp sol- gel citrat.
2. Đó khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo pha tinh thể oxit. Điều kiện tối ưu để tổng hợp oxit nano ZnO bằng phương phỏp sol-gel citrat là:
- Nhiệt độ nung mẫu 5000C - pH tạo gel = 7
- Tỷ lệ mol AC/Zn2+ là 2:1. - Nhiệt độ tạo gel 800C.
3. Đó nghiờn cứu cấu trỳc tinh thể oxit bằng phương phỏp nhiễu xạ tia X. ZnO cú kớch thước nanomet (< 50 nm) với cấu trỳc mạng tinh thể hexagonal và cỏc hằng số mạng, thể tớch ụ mạng cơ sở xấp xỉ với thụng số mạng của mẫu chuẩn trong ngõn hàng dữ liệu.
4. Đó đỏnh giỏ khả năng xỳc tỏc quang húa của ZnO dựa vào phản ứng phõn hủy Xanh metylen. Kết quả chỉ ra trong điều kiện nghiờn cứu, với thời gian phản ứng là 2 giờ và pH=7-8 hiệu suất phõn hủy Xanh metylen đạt trờn 98 %. Điều này cho thấy oxit ZnO cú kớch thước nanomet rất cú triển vọng xử lý Xanh metylen trong nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Hoàng Minh Chõu, Cơ sở húa phõn tớch. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
2. Vũ Đăng Độ (2001), Cỏc phương phỏp vật lý trong húa học, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội .
3. Nguyễn Xuõn Dũng, “Nghiờn cứu, tổng hợp perovskit hệ lantan cromit và lantan manganit bằng phương phỏp đốt chỏy“, Luận ỏn tiến sĩ húa học, Hà Nội-2009.
4. Nguyễn Hữu Đĩnh,Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương phỏp phổ nghiờn cứu cấu trỳc phõn tử. NXB Giỏo Dục, Hà Nội.
5. Trịnh Hõn(2003), Hướng dẫn thực tập tinh thể học và húa học tinh thể, NXB NXB ĐHQG Hà Nội, Hà Nội.
6. Trõ̀n Tứ Hiờ́n (2003), Phõn tích trắc quang - phụ̉ hṍp thụ UV- VIS, NXB Đại học Quụ́c Gia Hà Nụ̣i, Hà Nội.
7. Trõ̀n Tứ Hiờ́n (2003), Phõn tích trắc quang - phụ̉ hṍp thụ UV- VIS, NXB Đại học Quụ́c Gia Hà Nụ̣i, Hà Nội.
8. Hồ Viết Quý (2002), Cơ sở húa học phõn tớch hiện đại - tập 2:Cỏc phương phỏp phõn tớch lý-húa. NXB Đại học sư phạm, Hà Nội.
9. Hồ Viết Quý (2005), Cỏc phương phỏp phõn tớch cụng cụ trong húa học hiện đại . NXB Đại học sư phạm, Hà Nội.
10. Phạm Luận (1998), Phương phỏp phõn tớch phổ nguyờn tử , NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội .
11. Hoàng Nhõm (2000), Hoỏ vụ cơ,tập III, Nxb Giỏo dục.
12. Nguyễn Đức Nghĩa, Hoỏ học nano cụng nghệ nền và vật liệu nguồn, Nxb Khoa học tự nhiờn và cụng nghệ Hà Nội - 2007.
13. Nguyễn Khắc Nghĩa, Giỏo trỡnh cỏc phương phỏp phõn tớch húa lớ , Đại học Vinh .
14. Nguyễn Hoàng Nghị (2003), Cỏc phương phỏp thực nghiệm phõn tớch cấu trỳc, NXB Giỏo dục, Hà Nội.
15. Nguyễn Hữu Phỳ (2000), Giỏo trỡnh húa lý, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội.
16. Nguyễn Phỳ Thựy(2004), Vật lý cỏc hiện tượng từ, NXB ĐHQG Hà Nội, Hà Nội.
17. Đào Đình Thức, Cṍu tạo nguyờn tử và liờn kờ́t hóa học, tọ̃p II, NXBGD. 18. Nguyờ̃n Đình Triợ̀u (2001), Các phương pháp phõn tích vọ̃t lí và hoá lí,
Tọ̃p1, NXB Khoa học và Kĩ thuọ̃t.
19. Nguyễn Đỡnh Triệu (2003), cỏc phương phỏp vật lớ ứng dụng trong húa học .NXB Đại học Quốc gia Hà Nội .
20. Phan Văn Tường (2004), Cỏc phương phỏp tổng hợp vật liệu gốm, ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội.
TIẾNG ANH
21. Chang chun Chen, Jiangfeng Liu, Ping Liu, Benhai Yu (2011),
Investigation of Photocatalytic Degradation of Methyl Orange by Using Nano-Sized ZnO Catalysts, Advances in Chemical Engineering and Science,1, pp. 9-14.
22. Seyyed Mohammad Hossein Hejazia, Fatemeh Majidib, , Mohammad Pirhadi Tavandashtib, and Mohammad Ranjbar (2011), The effect of heat treatment process on structure and properties of ZnO nano layer produced by sol–gel method, Materials Science in Semiconductor Processing, Vol.13, No. pp. 267-271
23. R. Rajendran, C. Balakumar, Hasabo A. Mohammed Ahammed, S. Jayakumar K. Vaideki and E.M. Rajesh (2010), International Journal of Engineering, Science and Technology, Vol. 2, No. 1, pp. 202-208.
24. Kenneth J. Klabunde and Ryan M. Richards (2009), Nanoscale materials in chemistry, Ed2, John Wiley & Sons.
25. Bradley D. Fahlman (2007), Materials Chemistry, Springer-Verlag New York.
26. Rodroguez J. A. and Fernondez-Garcoa M. (2007), Synthesis, properties, and applications of oxide nanomaterials, JohnWiley & Sons, Inc.
27. Hench L. L. and West J. K. (1990), "The sol-gel process", Chemical reviews, 90(1), pp. 33-72.
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại Phũng thớ nghiệm chuyờn đề Húa vụ cơ- Khoa Húa- Trường Đại học Vinh.
Để hoàn thành tốt luận văn này, với lũng biết ơn sõu sắc tụi xin chõn thành cảm ơn:
Tiến sỹ Nguyễn Xuõn Dũng - Người đó giao đề tài, hướng dẫn tận tỡnh chu đỏo, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tụi thực hiện và hoàn thành tốt luận văn. Cỏc thầy cụ, cỏn bộ khoa Húa, khoa Sau Đại học – Trường Đại học Vinh đó tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tụi thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến Phũng thớ nghiệm Vật liệu mới- Khoa Húa- Đại học Khoa học tự nhiờn- Đại học Quốc gia Hà Nội, phũng thớ nghiệm chuyờn đề Khoa húa- Đại học sư phạm Hà Nội.
Tụi cũng gửi lời cảm ơn chõn thành tới Viện Khoa học vật liệu cựng gia đỡnh, bạn bố và người thõn đó tạo mọi điều kiện giỳp đỡ, động viờn tụi trong quỏ trỡnh thực hiện luận văn này.
Vinh, ngày 20 thỏng 12 năm 2011 Học viờn
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.6. Sụ liệu xõy dựng đường chuẩn xỏc định nồng độ Xanh metylen ...42
Bảng 3.7. Hiệu suất phõn hủy Xanh metylen theo thời gian chiếu xạ...44
Bảng 3.8. Hiệu suất phõn hủy Xanh metylen phụ thuộc vào pH của dung dịch. .Error: Reference source not found
DANH MỤC HèNH VẼ
Hỡnh 3.8. Đường chuẩn xỏc định nồng độ xanh metylen...42
Hỡnh 3.9. Hiệu suất phõn hủy Xanh metylen theo thời gian chiếu xạ...44
Hỡnh 3.10. Hiệu suất phõn hủy Xanh metylen phụ thuộc vào pH của dung dịch...45
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HèNH MỞ ĐẦU...2
1.1. Túm lược lịch sử về khoa học và cụng nghệ nano...4
1.2. Một số khỏi khỏi niệm trong lĩnh vực khoa học nano...4
1.2.1. Cụng nghệ nano...4
1.2.2. Vật liệu nano...5
1.2.3. Húa học nano...5
1.2.4. Ứng dụng cụng nghệ nano...6
1.3. Cỏc phương phỏp tổng hợp vật liệu nano...7
1.3.1. Phương phỏp phúng điện hồ quang...7
1.3.2. Phương phỏp sol-gel...7
5.1. Giới thiệu phơng pháp sol-gel...7
5.2. Sol-gel theo con đờng tạo phức...11
1.3.3. Phương phỏp nghiền bi...13
1.3.4. Phương phỏp ngưng đọng hơi...14
1.3.5. Phương phỏp mạ điện...14
1.3.6. Phương phỏp làm nguội nhanh...14
1.3.7. Phương phỏp đốt chỏy...14
1.4. Những đặc trưng, tớnh chất chung phụ thuộc vào kớch thước...16
1.4.1. Cỏc dạng cấu trỳc nano cơ bản...16
1.4.2. Cỏc loại hỡnh cấu trỳc nano cơ bản...16
1.5. Giới thiệu oxit ZnO...18
1.5.1. Cấu trỳc tinh thể ZnO...18
1.5.2. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến cấu trỳc tinh thể...20
1.5.3. Tớnh chất của ZnO...21
1.5.4. Ứng dụng của ZnO...22
1.8. Cỏc phương phỏp nghiờn cứu bột ZnO...23
1.8.1. Phương phỏp nhiễu xạ tia...23
1.8.2. Phương phỏp kớnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)...24
1.8.3. Phương phỏp BET...25
1.9. Nguyờn lý xỳc tỏc quang húa...27
1.9.1. Cơ chế quỏ trỡnh quang xỳc tỏc oxi húa...27
1.9.2. Tớnh chất xỳc tỏc quang húa của ZnO...29
1.9.3. Cơ chế quỏ trỡnh quang húa xỳc tỏc...29
1.9.4. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến xỳc tỏc của ZnO...30
2.1. Hoỏ chất, dụng cụ và thiết bị...32 2.1.1. Hoỏ chất...32 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị...32 2.2. Pha chế dung dịch...33 2.2.1. Dung dịch Zn(NO3)2 1M...33 2.2.2. Dung dịch EDTA 0,01M...33 2.2.3. Chỉ thị murexit...33
2.3. Điều chế ZnO kớch thước nano bằng phương phỏp tự bốc chỏy...34
2.4. Cỏc phương phỏp đỏnh giỏ vật liệu...34
3.1. Phõn tớch nhiệt...35
3.2. Khảo sỏt ảnh nhiệt độ nung đến sự tạo pha tinh thể...36
3.3. Khảo sỏt ảnh hưởng của pH đến sự pha tinh thể...37
3.6. Khảo sỏt ảnh hưởng của hàm lượng glyxin cho vào mẫu...39
3.6. Hỡnh thỏi học bề mặt của mẫu...42