Tổng hợp vật liệu

- Rhodamine B:

2.3. Tổng hợp vật liệu

2.3.1 Tổng hợp vật liệu TiO2

2.3.1.1 Điều chế dung dịch Ti4+ từ quặng Ilmenite

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng nguồn tiền chất chứa TiO2 là dung dịch NH4TiF6 thu đƣợc từ quá trình phân giải quặng ilmenit bằng NH4F trong lò nung ống đƣợc tiến hành tại Viện Hóa chất Cơng nghiệp Việt Nam [9].

2.3.1.2 Nghiên cứu kết tủa Ti(OH)4 từ dung dịch (NH4)2TiF6

Quá trình hình thành Ti(OH)4 từ dung dịch (NH4)2TiF6 đƣợc thực hiện nhƣ sau: Cho dung dịch (NH4)2TiF6 tƣơng tác với dung dịch NH3 theo nguyên tắc bổ sung từ từ dung dịch NH3 vào dung dịch (NH4)2TiF6. .Kết tủa Ti(OH)4 hình thành đƣợc làm già tại chỗ trong dung dịch; sau đƣợc lọc tách khỏi dung dịch, sấy ở 1050C trong thời gian 4h đến khối lƣợng không đổi.

2.3.2. Tổng hợp vật liệu TiO2 biến tính bởi N, S

Để tổng hợp vật liệu N,S-TiO2 chúng tơi đi từ tiền chất có chứa TiO2 là dung dịch (NH4)2TiF6 . Quá trình tổng hợp vật liệu đã đƣợc thực hiện theo 2 phƣơng pháp khác nhau: phƣơng pháp đồng kết tủa và phƣơng pháp thủy nhiệt.

*Phương pháp đồng kết tủa (phương pháp 1):

Pha loãng 30ml dung dịch (NH4)2TiF6 (50g/l) vào trong 70ml nƣớc cất, thêm thioure vào theo tỉ lệ khối lƣợng thioure/TiO2 bằng 50%, dung dịch đƣợc khuấy mạnh trong 2h tại 70C. Ti(OH)4 đƣợc kết tủa bằng cách thêm từ từ NH3 vào đến pH=10, kết tủa đƣợc lọc, rửa và sấy tại 100C trong 12h. Mẫu đƣợc nung trong 2h ở 400oC, sau đó nghiền mịn và đƣa vào khảo sát hoạt tính.

Trần Thị Tâm- K23 Cao học hóa 30 Ngành Hóa mơi trường Hình 2.4: Sơ đồ tổng hợp vật liệu N,S-TiO2 theo phương pháp đồng kết tủa

*Phương pháp thủy nhiệt (phương pháp 2):

Pha loãng 30ml dung dịch Ti4+ (50g/l) vào trong 70ml nƣớc cất, thêm từ từ NH3 tới pH=10 để kết tủa Ti(OH)4. Kết tủa đƣợc già hóa trong 1h sau đó lọc, rửa tới pH≈7. Kết tủa thu đƣợc đem sấy tại 100C trong 12h. Mẫu bột thu đƣợc đem tán nhỏ và thủy nhiệt trong bình tefron có dung tích 200ml cùng với thioure theo các tỉ lệ khối lƣợng khác nhau(từ 8% ÷ 100%), dung mơi sử dụng trong quá trình thủy nhiệt là dung dịch NH3, với thời gian và nhiệt độ thủy nhiệt thay đổi khác nhau. Mẫu thu đƣợc sau thủy nhiệt đƣợc làm lạnh từ từ tới nhiệt độ phòng, sấy tại 100C trong 2h và đem nung tại nhiệt độ từ 300oC÷600oC và thời gian từ 1÷4 giờ.

30ml (NH4)2TiF6 ( 50g/l) Thioure Khuấy tại 700C /2h Tạo sol 70ml H2O Kết tủa Ti(OH)4

Già hóa 1h, lọc, rửa, sấy

Nung

N,S-TiO2

Vật liệu N,S-TiO2 Dung dịch NH3

Hình 2.5: Sơ đồ tổng hợp N,S-TiO2 theo phương pháp thủy nhiệt

 Điều chế vật liệu TiO2 khơng biến tính để so sánh: Mẫu khơng biến tính đƣợc tổng hợp bằng cách thủy phân dung dịch muối Ti4+ ở nhiệt độ phòng bằng dung dịch NaOH 1M đến pH=10, kết tủa đƣợc lọc, rửa và sấy tại 100C trong 12h. Mẫu đƣợc nung trong 2h ở 400oC, sau đó nghiền mịn và đƣa vào khảo sát hoạt tính.

30ml (NH4)2TiF6 ( 50g/l)

Thêm từ từ NH3 Kết tủa Ti(OH)4

Huyền phù Ti(OH)4 70ml H2O

Già hóa 1h, lắng, lọc rửa, sấy Thioure Bột khan Thủy nhiệt N,S-TiO2 Dung dịch NH3 Sấy, nung Vật liệu N,S-TiO2

Trần Thị Tâm- K23 Cao học hóa 32 Ngành Hóa mơi trường

2.3.3. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác tại vùng khả kiến của vật liệu 2.3.3.1. Xác định nồng độ RhB bằng phƣơng pháp trắc quang 2.3.3.1. Xác định nồng độ RhB bằng phƣơng pháp trắc quang

Nguyên tắc của phƣơng pháp: Khi chiếu một chùm sáng qua dung dịch thì dung dịch đó sẽ hấp thụ chọn lọc một số tia sáng tùy theo màu sắc của các chất trong dung dịch có nồng độ xác định.

Theo định luật Buger- Lamber Beer ta có: A = εbC Trong đó:

A: Độ hấp thụ quang của dung dịch k: hệ số hấp thụ mol

b: chiều dày cuvet đựng dung dịch

Trong giới hạn nhất định, độ hấp thụ quang A phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C. Dựa vào đồ thị đƣờng chuẩn về sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch vào nồng độ có thể tính đƣợc nồng độ của dung dịch.

*Xây dựng đường chuần RhB

Chuẩn bị một dãy dung dịch RhB có nồng độ thay đổi từ 0 – 8 ppm. Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch này tại λmax = 553 nm. Lập đƣờng chuẩn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ.

Bảng 2.1: Nồng độ dãy chuẩn của RhB

Nồng độ (ppm) Abs 0,1 0,022 0,4 0,070 0,5 0,099 1,0 0,182 2,0 0,392

3,0 0,568 4,0 0,760 5,0 0,904 6,0 1,099 7,0 1,254 8,0 1,413 Hình 2.6: Đường chuẩn xác định nồng độ RhB

Nhận xét: Giá trị hồi quy R2 = 0.999 của đƣờng chuẩn RhB cho thấy đƣờng

chuẩn có độ tin cậy cao. Độ hấp thụ quang của dung dịch RhB ở λmax = 553 nm phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ RhB trong khoảng từ 0,1 ppm đến 8 ppm.

2.3.3.2. Thí nghiệm khảo sát hoạt tính của xúc tác

Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu đƣợc khảo sát bằng khả năng phân hủy dung dịch RhB (20mg/l) trong điều kiện chiếu sáng bởi bóng đèn huỳnh quang 36W. Các mẫu TiO2 biến tính N,S theo các điều kiện khác nhau đƣợc khảo sát với hàm lƣợng 2 g/l. Sau khi đƣợc khuấy trong bóng tối 30 phút để đạt cân bằng hấp phụ, dung dịch đƣợc chiếu sáng bởi bóng đèn compac 36W cắm trực tiếp vào trong bình đựng mẫu. Sau mỗi 30 phút chiếu sáng, dung dịch đƣợc lấy ra và xác định nồng độ RhB còn lại. y = 0.000x + 0.000 R² = 0.001 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 0 2 4 6 8 10 Abs Nồng độ (ppm)

Trần Thị Tâm- K23 Cao học hóa 34 Ngành Hóa mơi trường