Chương 2 THỰC NGHIỆM
2.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC
Thiết bị và hố chất
Q trình thực nghiệm được tiến hành tại Phịng thí nghiệm Hố mơi trường, Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và Phịng thí nghiệm cơng nghệ môi trường, thuộc Viện Môi trường, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. Các hoá chất và thiết bị sau đây được sử dụng trong quá trình nghiên cứu:
* Thiết bị
Lị nung: (dung tích 7,2 lít, nhiệt độ 200oC - 1200oC) -Trung Quốc Tủ sấy: Tủ sấy Binder ED115 - Đức
Buồng chiếu tia UV: Trung Quốc khoảng bước sóng; 120-220 nm Cân phân tích điện tử 4 số: Cân TE 224S - Satorious Đức
Máy đo pH: pH 24 hãng Aqualytic - Đức Máy khuấy từ: PROLABO C-100
Thiết bị phá mẫu COD, máy đo COD 975MP: Orbeco - Hellige Thiết bị đo BET Micromeritics – Gemini VII 2390
Thiết bị đo phổ IR: GX Perkin Elmer – USA Thiết bị đo phổ EDX: JEOL-JSM
Máy quang phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS): Labomed - Mỹ; Máy Visble spectrophotometer NOVA SpecđII; UV-VIS-Lambda- Perkin Elmer 12
X-ray Spectrometer D8 ADVANCED Brucker Máy ICP-MS: ELAN 9000 Perkin Elmer
Máy LC-MS: Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems.
* Hóa chất
Tetraisopropyl orthotitanate (TIOT) Ti OC3H7 4 98 ; M=284,25 g/mol; d= 0,96 g/ml
Dung dịch HNO3 63% hóa chất PA Fe(NO3)3.9H2O hóa chất PA
Quặng inmenit (Ninh Thuận) Axit Sunfuric 98%
Diatomit (Nguồn gốc Phú Yên) H2O2 30% hóa chất PA.
Vàng phân tán E-3G hay vàng phân tán 54, công thức phân tử: C18H11NO3, khối lượng phân tử 289,29.
Vàng axit 2R(Acid Yellow 2R)
Vàng hoạt tính 3RS Reactive Yellow 3RS , công thức phân tử: C29H21ClN8Na4O16S5, khối lượng phân tử: 1025,26.
2.1.1. Tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/diatomit, Fe/diatomit và TiO2/diatomit bằng phương pháp sol-gel kết hợp nung bằng phương pháp sol-gel kết hợp nung
Fe-TiO2/diatomit được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel kết hợp nung. Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/diatomit được trình bày trong Hình 2.1.
Huyền phù sét 2% được điều chế bằng cách cho 1 g diatomit hòa trong 50 ml nước cất, khuấy liên tục trong vòng 24 giờ (cốc A).
Lấy 50ml hỗn hợp HNO3 - etanol (pH = 3) cho vào cốc 100 ml (cốc B), sau đó cho từ từ 3ml TIOT vào dung dịch khuấy cho tan đều. Tiếp đó thêm một lượng Fe(NO3)3 theo tỷ lệ đã định (Tỷ lệ Fe3+/TiO2 là 2% mol tương ứng với mẫu D1) vào và khuấy trong 90 phút, sol được giữ ở nhiệt độ phòng trong khoảng 5 giờ đến khi sol bắt đầu có dấu hiệu tạo keo.
Tiếp đó nhỏ từ từ dung dịch sol ở cốc B vào huyền phù ở cốc A, đồng thời tiến hành khuấy liên tục, sau khi đổ hết dung dịch sol ở cốc B vào huyền phù ở cốc A tiếp tục khuấy dung dịch khoảng 40 giờ. Tiến hành lọc dung dịch thu lấy vật liệu sấy ở 105 oC cho đến khô, tiếp theo nung ở nhiệt độ 400 o
C trong 1 giờ rồi nghiền thành bột, thu được vật liệu Fe- TiO2/diatomit. Vật liệu tương ứng sau khi chế tạo được ký hiệu là D1-400.
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp Fe-TiO2 /diatomit
Fe(NO3)3 Diatomit H2O Dung dịch huyền phù sét Khuấy 24 giờ Sol TIOT + EtOH+HNO3 Khuấy 90’, để 5 giờ Gel Khuấy 40 giờ Lọc thu vật liệu Sấy ở 105oC Nung ở 400 oC, (1 giờ) Vật liệu Fe- TiO2 /diatomit
Tổng hợp mẫu Fe/diatomit tiến hành tương tự như mẫu Fe- TiO2/diatomit nhưng q trình tổng hợp khơng cho TIOT.
Tổng hợp mẫu TiO2/diatomit tiến hành tương tự như mẫu Fe- TiO2/diatomit nhưng q trình tổng hợp khơng cho Fe(NO3)3.
2.1.2. Tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/diatomit ở các điều kiện khác nhau
2.1.2.1. Tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/diatomit ở các tỷ lệ sắt pha tạp vào TiO2 khác nhau
Tiến hành quy trình tổng hợp vật liệu như trên, nhưng thay đổi lượng sắt pha tạp. Lượng sắt cho vào quá trình tổng hợp vật liệu thay đổi từ 2; 2,2; 2,5; 2,7 % mol Fe/TiO2. Các vật liệu thu được có nồng độ sắt thay đổi được ký hiệu lần lượt là D1, D2, D3, D4.
2.1.2.2. Tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/diatomit ở các tỷ lệ sắt pha tạp vào TiO2 khác nhau và nhiệt độ nung khác nhau
Tiến hành quy trình tổng hợp vật liệu như trên nhưng thay đổi nhiệt độ nung lần lượt là 400o
C, 500oC. Các vật liệu thu được có nồng độ sắt thay đổi và nhiệt độ nung thay đổi được ký hiệu lần lượt là D1-400; D2-400; D3- 400; D4-400; D1-500; D2-500; D3-500; D4-500.
2.1.2. Chế tạo vật liệu xúc tác từ quặng inmenit
Inmenit là vật liệu rắn có chứa hàm lượng Ti lớn, đồng thời chứa cả Fe và nhiều nguyên tố khác. Với mong muốn tạo ra được vật liệu chứa TiO2 pha tạp Fe từ khoáng tự nhiên mà không cần chất mang, chúng tôi tiến hành biến tính một phần bề mặt khống inmenit trên cơ sở phân hủy quặng inmenit bằng H2SO4 để tạo ra TiOSO4, đồng thời loại bớt một phần Fe trong vật liệu, sau đó thủy phân và nung sản phẩm để thu vật liệu inmenit biến tính chứa TiO2 pha anatas có pha tạp Fe và nhiều nguyên tố khác. Mục đích chính của việc thu
vật liệu này là xúc tác ứng dụng trong quá trình phân hủy các phẩm màu trong mơi trường nước.
Q trình chế tạo vật liệu được tiến hành như sau: cho 14 ml H2SO4 89% vào cốc 100ml, đun nóng đến 120oC, cho từ từ 15g inmenit vào khuấy đều. Duy trì nhiệt độ phản ứng trong khoảng 60 phút, lọc rửa, thu được sản phẩm phản ứng ở dạng rắn. Để nguội sản phẩm, sau đó đem sấy khơ ở 110oC trong 60 phút trước khi đem nung ở các nhiệt độ 400oC, 500oC, 600oC, 700oC trong vòng 2 giờ. Vật liệu tương ứng sau khi chế tạo thu được bao gồm I-400, I-500, I-600, I-700.