Khảo sát sơ bộ

Một phần của tài liệu (LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu các quá trình điều chế và tính chất của bột tio2 kích thước nanomet được biến tính bằng n và fe luận án TS hóa vô cơ62 44 25 01 (Trang 100 - 105)

CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.2. Điều chế TiO2 kích thƣớc nanomet biến tín hN và Fe

3.2.2.1. Khảo sát sơ bộ

Trong phần này, ảnh hưởng của phương pháp điều chế (đồng kết tủa và phương pháp tẩm) và ảnh hưởng của nồng độ Fe(III) trong dung dịch đến hiệu suất quang xúc tác của bột TiO2 biến tính N, Fe sẽ được nghiên cứu. Đặc điểm điều chế và ký hiệu các mẫu tương ứng được đưa ra trong Bảng 3.8.

Bảng 3.8. Đặc điểm điều chế và ký hiệu các mẫu tương ứng

Đặc điểm điều chế Ký hiệu mẫu

Đồng kết tủa từ TiCl4, Fe(NO3)3.9H2O, NH3 Đ.Fe,N-TiO2 Đồng kết tủa từ TiCl4, Fe(NO3)3.9H2O, NH3, Ac Đ.Fe,Na-TiO2 Tẩm bột k.N-TiO2 trong dung dịch Fe(NO3)3 Fe,N-TiO2 Tẩm bột Na-TiO2 trong dung dịch Fe(NO3)3 Fe,Na-TiO2 Phương pháp đồng kết tủa thực hiện như quy trình Hình 2.3-b, nung 600 o

C trong 30 phút. Phương pháp tẩm tiến hành như quy trình Hình 2.2-b, sau đó ly tâm tách nước và sấy bột ở 100 o

C trong 3h. Bột Na-TiO2 được điều chế theo quy trình Hình 2.3-b khi thêm axít axetic (Ac) vào dung dịch TiCl4 với tỉ lệ mol Ac/TiCl4 = 1, nung 700 oC trong 1h. Bột Na-TiO2 thu được có hiệu suất quang xúc tác tăng ~ 12 % so bột k.N-TiO2, đạt 99,4 % sau 80 phút chiếu đèn compact.

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau 0,00N-Ti

01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 89.11 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) -

1)

File: Thuy mau 0,00-N-Ti.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0 Left Angle: 24.380 ° - Right Angle: 26.540 ° - Left Int.: 3.00 Cps - Right Int.: 3.00 Cps - Obs. Max: 25.262 ° - d (Obs. Max): 3.523 - Max Int.: 721 Cps - Net Height: 718 Cps - FWHM: 0.399 ° - Chord Mid.: 2

L in (C p s) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d=3. 522 d=2. 433 d=2. 380 d=2. 336 d=1. 894 d=1. 700 d=1. 667 d=1. 481 d=1. 364

Hình 3.35. Giản đồ XRD của Na-TiO2

Giản đồ XRD của bột k.N-TiO2 trước khi tẩm được đưa ra trong Hình 3.14. Giản đồ XRD của bột Na-TiO2 trước khi tẩm được đưa ra trên Hình 3.35. Trên Hình 3.35 cho thấy, bột Na-TiO2 có 100 % pha anata, kích thước tinh thể tính được theo cơng thức Scherre là 20,5 nm.

Phổ EDS của bột Na-TiO2 Hình 3.36 cho thấy, xuất hiện pic đặc trưng của nitơ tại mức năng lượng 3,92 keV, hàm lượng nitơ là 1,71 % nguyên tử. Kết quả trên cho thấy, nitơ có mặt trong thành phần sản phẩm Na-TiO2 điều chế được.

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 004 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Coun ts NKa OKa TiLa TiKa TiKb

Hình 3.36. Phổ EDS của NaMau 4 -TiO2 nung ở 700 oC

01-084-1286 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 93.18 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78220 - b 3.78220 - c 9.50230 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) -

1)

File: Lien mau 4.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 8 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi Left Angle: 24.230 ° - Right Angle: 26.660 ° - Left Int.: 3.00 Cps - Right Int.: 3.00 Cps - Obs. Max: 25.320 ° - d (Obs. Max): 3.515 - Max Int.: 518 Cps - Net Height: 515 Cps - FWHM: 0.467 ° - Chord Mid.: 2

L in (C p s ) 0 100 200 300 400 500 600 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d=3. 514 d=2. 429 d=2. 377 d=2. 332 d=1. 891 d=1. 697 d=1. 666 d=1. 479 d=1. 363

Hình 3.37. Giản đồ XRD của bột Đ.Fe,Na-TiO2 nung ở 600 oC, [Fe(III)] = 0,05 M

Element (keV) Mass% Error% Atom% N K* 0.392 1.21 0.22 1.71 O K 0.525 38.84 1.27 65.12 Ti K 4.508 59.95 0.28 33.17

Total 100.00 100.00

Giản đồ XRD của bột Đ.Fe,Na-TiO2 nung 600 oC trong 30 phút được đưa ra trong Hình 3.37. Từ Hình 3.37 có thể thấy, bột sản phẩm có 100 % pha anata, kích thước tinh thể tính theo cơng thức Scherre là 17,6 nm. Kết quả trên cho thấy, khi pha tạp Fe thành phần pha của bột Fe,Na-TiO2 thay đổi không đáng kể so với bột k.N-TiO2.

Hình 3.38. Phổ EDS của bột Đ.Fe,Na-TiO2 nung ở 700 o

C

Phổ EDS của bột Đ.Fe,Na-TiO2 được đưa ra trên Hình 3.38. Từ Hình 3.38 có thể thấy, xuất hiện pic đặc trưng của nitơ tại mức năng lượng 0,392 keV và của Fe tại mức năng lượng 6,398 keV, hàm lượng nitơ và sắt trên bề mặt bột Đ.Fe,Na-TiO2 ghi nhận được trên phổ EDS là 1,71 % và 0,04 % nguyên tử tương ứng. Hàm lượng Fe tính được từ phổ EDS là 0,04 % mol, thấp hơn lượng đưa vào là 0,05 %. Nguyên nhân của hiện tượng trên có thể là do Fe(III) và Ti(IV) có bán kính các cation xấp xỉ nhau nên có thể thay thế nhau trong mạng tinh thể. Theo các tác giả [48], khi các cation thay thế nhau trong mạng tinh thể thì giá trị nồng độ ghi nhận được trên phổ EDS thường thấp hơn giá trị thực tế. Vì vậy, trong một số trường hợp, nồng độ nguyên tố ghi nhận được từ phổ EDS chỉ mang tính chất bán định lượng. Mặc dù vậy, kết quả ghi nhận từ phổ EDS nói trên đã chứng tỏ Fe và nitơ có mặt trong thành phần sản phẩm Đ.Fe,Na-TiO2 điều chế được.

Element (keV) Mass% Error% Atom% N K 0.392 1.03 0.28 1.71 O K 0.525 41.65 1.24 66.92 Ti K 4.508 57.24 0.29 31.33 Fe K* 6.398 0.08 0.59 0.04

Các loại bột TiO2 biến tính hỗn hợp N, Fe sau khi điều chế được, được đưa đi khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB dưới ánh sáng đèn compact. Hiệu suất quang xúc tác của sản phẩm sau 70 phút chiếu đèn compact được đưa ra trong Bảng 3.9 và đồ thị Hình 3.39.

Bảng 3.9. Hiệu suất quang xúc tác của bột TiO2 biến tính hỗn hợp Fe, N điều chế theo phương pháp tẩm và đồng kết tủa

[Fe(III)], M

H, % của sản phẩm tẩm H, % của sản phẩm đồng kết tủa Fe,N-TiO2 Fe,Na-TiO2 Đ.Fe,N-TiO2 Đ.Fe,Na-TiO2

0.0 78,7 89,5 78,7 89,5 5. 10-3 65,7 92,4 61,8 91,3 1.10-2 59,5 94,5 54,3 92,1 2.10-2 54,0 97,1 50,0 94,5 5. 10-2 48,7 99,4 44,2 96,7 1.10-1 44,2 94,0 38,8 89,0 2.10-1 37,5 77,0 31,3 70,8 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Nồng độ dung dịch Fe(III), M H iệ u su ấ t q u a n g xú c tá c, %

Hình 3.39. Hiệu suất quang xúc tác phụ thuộc vào nồng độ Fe(III) trong dung dịch 1: Fe,Na-TiO2, 2: Đ.Fe,Na-TiO2, 3: Fe,N-TiO2, 4: Đ.Fe,N-TiO2 1: Fe,Na-TiO2, 2: Đ.Fe,Na-TiO2, 3: Fe,N-TiO2, 4: Đ.Fe,N-TiO2

1 2

3 4

Từ Bảng 3.9 và Hình 3.39 có thể thấy:

- Khi nồng độ Fe(III) trong dung dịch tăng từ 0,0 ÷ 0,2 M thì ban đầu hiệu suất quang xúc tác của bột Fe,Na-TiO2 và bột Đ.Fe,Na-TiO2 đều tăng, đạt cực đại khi [Fe(III)] = 0,05 M. Sau đó, nếu nồng độ Fe(III) trong dung dịch tiếp tục tăng thì hiệu suất quang xúc tác của cả hai loại bột lại giảm. Trong khi đó, hiệu suất quang xúc tác của bột Fe,N-TiO2 và Đ.Fe,N-TiO2 giảm dần khi nồng độ Fe(III) trong dung dịch tăng từ 0,0 ÷ 0,2 M;

- Trong hai phương pháp điều chế, hiệu suất quang xúc tác của bột sản phẩm điều chế theo phương pháp tẩm luôn lớn hơn hiệu suất quang xúc tác của bột sản phẩm điều chế theo phương pháp đồng kết tủa. Bột TiO2 biến tính hỗn hợp N, Fe điều chế theo phương pháp tẩm từ bột Na-TiO2 (Fe,Na-TiO2) cho hiệu suất quang xúc tác cao nhất.

Phổ FT - IR của mẫu Na-TiO2 được ghi và đưa ra trên Hình 3.40.

Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1

BO M ON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

Nguoi do: Phan Thi Tuyet M ai DT:01684097382 M ail: maip lm@y ahoo.com

Ti-AC(s) Date: 1/6/2011 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100.0 cm-1 %T 3401 3188 1634 1401 1045 624

Hình 3.40. Phổ FT-IR của mẫu Na-TiO2

Từ Hình 3.40 có thể thấy, trong phổ FT - IR xuất hiện các pic đặc trưng tại các số sóng 3418, 3188, 1634, 1401 và 1045 cm-1. Theo tác giả các cơng trình [9, tr.146-147; 28], các pic trên có thể được cho là do dao động của các nhóm chức NH (trong NH2), -N2O và -N=N-. Khác với phổ FT-IR của bột k.N-TiO2 (Hình 3.27), các pic đặc trưng tại các số sóng 1401 và 1045 cm-1

khi mẫu nung ở 700 oC trong 1h. Các nhóm chức đặc trưng và số sóng tương ứng được đưa ra trên Bảng 3.10.

Bảng 3.10. Các nhóm chức và số sóng đặc trưng trên phổ FT-IR của Na-TiO2

Vị trí pic, cm-1

3418 3188 1634 1401 1045

Nhóm chức -NH2 -NH2 -NH2 (δ) -N2O -N=N- Axit axetic là chất phụ gia được nhiều nhóm tác giả sử dụng để làm tăng hoạt tính quang xúc tác của bột TiO2 biến tính kích thước nano. Theo tác giả của các cơng trình [87, 138], khi axit axetic có mặt trong dung dịch thủy phân tiền chất titan, anion axetate hình thành có thể thay thế Cl-

tương tác với Ti(IV), làm chậm quá trình thủy phân, ổn định quá trình hình thành cấu trúc khơng gian ba chiều, do đó có thể làm giảm khuyết tật, tăng độ hồn hảo của tinh thể và làm thay đổi tính chất bề mặt sản phẩm. Mặt khác, phổ FT-IR Hình 3.40 cho thấy, khi có mặt axit axetic thì trong thành phần của bột Na-TiO2 có ba nhóm chức NH, -N2O và -N=N-,

Trong khi bột k.N-TiO2 chỉ có nhóm NH (Hình 3.27). Kết hợp những thay đổi về mặt cấu trúc và sự thay đổi trong thành phần bột Na-TiO2 nói trên có thể là nguyên nhân chính dẫn đến sự kết hợp có hiệu quả giữa Fe(III) và bề mặt bột Na-TiO2, làm

gia tăng hoạt tính quang xúc tác của bột sản phẩm Fe,Na-TiO2. Kết quả trên cho thấy, chỉ một thay đổi nhỏ trong điều kiện điều chế có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể trong tính chất quang xúc tác của sản phẩm. Điều đó phù hợp với các tác giả R.Asahi [36], A. Fụjishima [67], S. Lee [85], C. D. Valentin và các cộng sự [131].

Từ kết quả khảo sát sơ bộ trên đây, tiếp theo chúng tôi tập trung nghiên cứu điều chế Fe,Na-TiO2 theo phương pháp tẩm bột Na-TiO2 trong dung dịch Fe(NO3)3 đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện điều chế đến tính chất sản phẩm.

Một phần của tài liệu (LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu các quá trình điều chế và tính chất của bột tio2 kích thước nanomet được biến tính bằng n và fe luận án TS hóa vô cơ62 44 25 01 (Trang 100 - 105)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(157 trang)