Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.4. Tái sử dụng dung dịch sol và tái sử dụng xúc tác
* Dung dịch sol được thử khả năng tái sử dụng bằng cách tiến hành phủ
nhúng sol trên đế mang, sấy nung theo quy trình chế tạo vật liệu. Kết quả quan sát sau 4 lần tạo sol cho thấy:
- Dung dịch sol trong vòng 3 ngày bảo quản đầu tiên từ khi mới sinh có độ
nhớt thấp và độ nhớt hầu như không thay đổi. Lớp màng vật liệu được chế tạo bằng dung dịch sol trong vòng 3 ngày này đảm bảo là lớp màng đồng nhất phẳng mịn bền vững có thể sử dụng cho q trình xúc tác quang điện hoá.
- Dung dịch sol bảo quản đến ngày thứ tư có thể quan sát thấy rằng độ nhớt đã cao hơn nhiều so với khi mới được tạo ra. Lớp màng vật liệu sinh ra từ dung dịch
sol này chất lượng thấp, ngay sau khi nung, để nguội - hoàn thành chế tạo - thì
màng có thể đã có dấu hiệu bị rạn nhẹ.
- Dung dịch sol bảo quản đến ngày thứ năm độ nhớt đã rất cao, vẫn có thể tiếp tục đưa đế mang vào phủ nhúng nhưng lớp màng tạo được trên bề mặt đế không đồng đều, độ dày màng ướt sau thao tác nhúng lớn, rất dễ bị rạn nhẹ sau khi để
màng ướt khô tự nhiên, sau bước sấy khô màng bị rạn nứt thực sự, và có dấu hiệu tự bong tróc khỏi đế mang.
- Dung dịch sol bảo quản sang đến ngày thứ 7 thì hầu như đã gel hố trong
tồn bộ thể tích, dốc ngược cốc đựng dung dịch thì khối gel khơng rơi xuống theo hướng trọng lực.
Như vậy hạn sử dụng hợp lý của dung dịch sol mà không ảnh hưởng đến
chất lượng màng vật liệu là 3 ngày.
* Vật liệu màng trong quá trình sử dụng - qua 2 đợt khảo sát nghiên cứu tính chất điện và tính chất quang điện hố xúc tác - cho thấy tuổi thọ làm việc của nó có thể theo dõi dựa vào số lần quét điện thế qua màng và thời gian áp thế trên màng.
- Khi quét thế tuần hoàn trên màng với khoảng quét thế trung bình là 0 – 1,7V, trong đó khoảng quét thế tối đa là 0 à 2V, thời gian quét trung bình là hơn 1 phút, chúng tôi nhận thấy hiệu quả làm việc của điện cực sau hơn 50 lần quét vẫn duy trì tốt, kết luận này dựa vào việc theo dõi dạng đồ thị quan hệ thế dòng thu được khi quét thế và dựa vào đặc điểm màng vật liệu sau khi sử dụng khơng có dấu
hiệu bị biến đổi hay phá huỷ.
Do trong thời gian làm luận văn khơng có điều kiện tiếp tục tiến hành các thí nghiệm quét thế trên điện cực nên chúng tôi tạm ghi nhận tuổi thọ làm việc của điện cực là 50 lần quét thế tuần hoàn tương ứng với tổng thời gian đã quét là 1 h.
- Khi thực hiện áp điện thế một chiều lên màng vật liệu bán dẫn, mỗi mẫu điện cực phủ màng được sử dụng đều được theo dõi số lần đã ghép để sử dụng
trong hệ điện hoá, tổng thời gian làm việc và tình trạng màng làm việc. Kết quả cho thấy với điện thế áp vào màng vật liệu trung bình là 1,5V, điện cực được tái sử dụng trong hệ điện hoá 3 lần (với mỗi lần làm việc khoảng 5h liên tục), tương ứng với
tổng thời gian làm việc liên tục là hơn 15h, thì điện cực làm việc ổn định – màng phủ trên điện cực hoản tồn khơng bị biến đổi trạng thái. Nếu điện cực được sử
dụng nhiều lần hơn, tổng thời gian làm việc lâu hơn thì màng vật liệu bán dẫn trên
điện cực có dấu hiệu bị bở khơng bám bền với đế mang, một lượng nhỏ tinh thể bán
dẫn bị khuếch tán vào dung dịch chất thử trong bình phản ứng.
Vậy có thể kết luận là vật liệu màng bán dẫn đã chế tạo có thể tái sử dụng
KẾT LUẬN
- Đã tổng hợp thành công vật liệu xúc tác quang điện hoá khả kiến N-
TiO2/đế kim loại bằng phương pháp sol – gel. Dung dịch sol được chế tạo từ tiền chất C12H28O4Ti, trong dung môi hữu cơ (cồn tuyệt đối), môi trường axit (HCl),
nhiệt độ tạo sol 0oC, tỉ lệ tạo sol: 10ml tiền chất C12H28O4Ti : 2ml dung dịch HCl 20% : 40ml dung môi cồn tuyệt đối : 1g Ure (tỉ lệ N pha tạp là 5%). Màng bán dẫn N-TiO2 tạo thành có cấu trúc tinh thể anatase. Khả năng hấp thụ quang của vật liệu N-TiO2 đã được mở rộng từ vùng tử ngoại sang vùng khả kiến so với vật liệu TiO2 nguyên chất.
- Vật liệu xúc tác quang điện hoá khả kiến N-TiO2/đế kim loại có hiệu suất quang phân huỷ dung dịch Rhodamine B 5mg/l cao đạt 75% trong điều kiện môi
trường kiềm pH = 10, muối Na2SO4 0,5M hỗ trợ điện phân, với diện tích bề mặt xúc tác quang điện hoá 8cm2, thời gian cân bằng hấp phụ cho bề mặt xúc tác là 30 phút, thời gian chiếu sáng (ánh đèn compact khả kiến 36W) và áp điện thế 1,5V là 7h.
- Vật liệu xúc tác quang điện hoá N-TiO2/ đế kim loại phù hợp dùng để xử lý các chất hữu cơ ơ nhiễm bền vững khó bị phân huỷ như Rhodamine B, hứa hẹn có thể triển khai ứng dụng trong thực tế cho hiệu quả kinh tế cao.
- Dung dịch sol và vật liệu màng chế tạo được có khả năng tái sử dụng trong giới hạn nhất định.
Trong khuôn khổ của một bản luận văn thạc sĩ, chúng tôi mới chỉ thu được những kết quả bước đầu trong việc nghiên cứu xử lý phẩm màu Rhodamine B bằng xúc tác quang điện hoá trên điện cực N-TiO2 dưới ánh sáng khả kiến. Đây là một
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Huỳnh Chí Cường (2009), Tổng hợp và nghiên cứu vật liệu TiO2 pha tạp SnO2
ứng dụng trong quang xúc tác trong vùng khả kiến, Đề tài cấp sở khoa học
công nghệ, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia TP.HCM
2. Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý trong hoá học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội
3. Nguyễn Thị Lan (2004), Chế tạo màng nano TiO2 dạng anatase và khảo sát hoạt
tính xúc tác quang phân huỷ metylenxanh, Luận văn Thạc sĩ Khoa học
ngành Hố vơ cơ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
4. Bùi Thị Mai Lâm (2012), Nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp trực tiếp và
ứng dụng xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm của vật liệu xúc tác quang TiO2
/SBA15, Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành hoá hữu cơ, Đại học Đà
Nẵng.
5. Ngô Thị Hồng Lê (2011), Nghiên cứu chế tạo và tính chất của bán dẫn pha từ loãng TiO2 anatase pha tạp Co bằng phương pháp sol-gel và phún xạ catot,
Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 6. Trương Ngọc Liên (2000), Điện hố lí thuyết, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà
Nội.
7. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hoá học nano, NXB Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội. 8. Trần Thị Bích Ngọc (2011), Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thước nano được biến tính crom,
Luận văn Thạc sĩ khoa học chun ngành Hố vơ cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội.
9. Ngô Quốc Quyền (2004), Tích trữ và chuyển hố năng lượng hố học, vật liệu và
cơng nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
11. Đỗ Phương Thảo (2014), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hoá khả kiến TiO2 pha tạp Ag ứng dụng để xử lý nước ô nhiễm, Luận văn Thạc sĩ
khoa học chuyên ngành Hoá học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
12. Cao Xuân Thắng (2012), Nghiên cứu quá trình chế tạo nano tinh thể TiO2 ở
nhiệt độ thấp, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Quá trình và thiết bị
cơng nghệ hố học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
13. Vũ Thị Hạnh Thu (2008), Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO2 và TiO2
pha tạp N, Luận án Tiến sĩ Vật lý chuyên ngành Quang học, Trường ĐH
Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia TP.HCM.
14. Phạm Thị Tốt (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng của Polianilin đến tính chất
quang điện hoá của Titan đioxit, Luận văn Thạc sĩ khoa học chuyên ngành
Hoá lý thuyết và hoá lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội.
15. Trần Thị Thu Trang (2011), Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của bột titandioxit kích thước nano từ chất đầu TiCl4 và
amin, Luận văn Thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hố vơ cơ, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội.
Tiếng Anh
16. Bert M. Weckhuysen (2004), Ultraviolet – Visible Spectroscopy, American
Scientific Publishers.
17. Bin Xia, Weibin Li, Bin Zhang, Youchang Xie (1999), “Low temperature vapor-phase preperation of TiO2 nanopowders”, Journal of Materials Sciences, 34, pp. 3505-3511.
18. C.Jeffrey Brinker, Geogre W.Scherer (1990), Sol gel science, The physics and chemistry of sol – gel processing, United States of America Publisher.
19. Fujishima A, Honda K. (1972), “Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode”, pp. 1-5.
20. Fujishima A., Hashimoto K., Watanabe T. (1999), “TiO2 Photocatalysis. Fundamentals and Applications”, 1st Edition, BKC Inc., Tokyo, pp. 4-7. 21. G.B. Sergeev (2006), Nanochemistry, Elsevier
22. Hiromitsu Kozuka (2004), Handbook of sol-gel science and technology,
Volume 1, Kluwer Academic Publishers, NewYork, Boston, Dordrecht, London, Moscow
23. H. Selcuk, J.J. Sene (2003), M.A. Anderson, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 78, pp 979-984.
24. Jianyu Gong et al. (2012), “Tungsten and nitrogen co-doped TiO2 electrode sensitized with Fe–chlorophyllin for visible light photoelectrocatalysis”,
Chemical Engineering Journal, 209, pp. 94–101.
25. Jiaqing Li et al. (2006), “Photoelectrocatalytic degradation of rhodamine B using Ti/TiO2 electrode prepared by laser calcination method”,
Electrochimica Acta, 51, pp. 4942–4949.
26. Jina Choi, Hyun woong Park, Micheal R. (2010), “Effects of single metal-ion doping on the visible-light photoreactivity of TiO2”, pp. 1-8.
27. Jing Bu, Jun Fang, Fu-cheng Shi, Zh’i-quan Jiang, Wei-xin Huang (2010), Photocatalytic activity of N-doped TiO2 photocatalysts prepared from the molecular precursor (NH4)2TiO(C2O4)2, Chinese journal of chemical physics, 23 (1), pp 95 – 101.
28. Kang Ryeol Lee, Sun Jae Kim, Jae Sung Song (2002), “Photocatalytic characteristics of nanometer - sized titania powder fabricated by a homogenous - precipitation process”, pp. 341 - 345.
29. Meihong Zhang et al. (2013), “Photoelectrocatalytic properties of Cu2+ - doped TiO2 film under visible light”, Applied Catalysis B: Environmental pp. 134– 135, 185–192.
30. Mike Schmotzer (Grad Student), Dr. Farhang Shadman (Faculty Advisor) (2004), “Photocatalytic Degradation of Organics, Department of Chemical and Enviroment Engineering”, University of Arizona, pp. 45-62.
31. N.Wang, X.Li, Y.Wang, X. Quan, G. Chen (2009), Chemical Engineering Journal, 146, pp 30 – 35.
32. Quaranta N.E., Soria J., V. Corés Coberán and J.L.G. Fierro (1997), “Selective Oxidation of Ethanol to Acetaldehyde on V2O5/TiO2/SiO2 Cataly”, Journal of catalysis, 171, pp. 1-13.
33. R. Daghrira et al. (2012), “Photoelectrocatalytic technologies for environmental applications”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry,
238, pp. 41–52.
34. W.H. Leng et al. (2003), “Photoelectrocatalytic degradation of aniline over rutile TiO2/Ti electrode thermally formed at 600oC”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 206, pp. 239–252.
35. W.H. Leng et al. (2006), Photoelectrocatalytic destruction of organics using TiO2 as photoanode with simultaneous production of H2O2 at the cathode,