- Khi cho dung dịch xanh metylen loãng vào hai mẫu thử (đã chiếu xạ và chưa chiếu xạ) rồi lắc đều, mẫu đã chiếu xạ xảy ra hiện tượng kết tủa: bột titan dioxyt kết tủa từ từ và lắng xuống đáy, tách biệt giữa phần titan dioxyt và dung dịch xanh metylen. Hiện tượng này là do sự co cụm các phân tử nano TiO2 trong dung dịch.
- Sau khi lọc hai mẫu thử bằng giấy lọc: mẫu titan dioxyt chưa chiếu xạ hơi kết lại sau khi để khô nhưng vẫn là dạng bột mịn, mẫu titan dioxyt đã được chiếu xạ có hiện tượng kết tinh cứng hơn và hạt to hơn mẫu chưa chiếu.
- Kết quả chụp X-ray cho thấy kích thước của mẫu được chiếu xạ tăng lên
Hình 4.7 : Chụp X-ray mẫu TiO2 của Trung Quốc (chưa chiếu xạ)
- Kích thước hạt tính được theo công thức Scherrer: dTQo = 12,21 nm VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau TiO2 - chua chieu (10)
04-0477 (D) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 25.45 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Na-VLUD-TiO2-chua chieu(10).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Roo m) - Anode: Cu - Creation: 08/09/11 17:21:00
L in ( C p s ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d = 3 .5 0 9 d = 2 .3 7 3 7 d = 1 .8 9 0 6 d = 1 .6 9 7 2 d = 1 .6 6 7 2 d = 1 .4 7 5 3
83
Hình 4.8: Chụp X-ray mẫu TiO2 của Trung Quốc chiếu xạ 310 giờ
Kích thước hạt tính được theo công thức Scherrer: dTQx = 13,53 nm
VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau TiO2 - da chieu (10)
04-0477 (D) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 25.45 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Na-VLUD-TiO2-da chieu(10).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0. 030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 08/09/11 16:45:15
L in ( C p s ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d = 3 .5 0 8 d = 2 .3 7 2 9 d = 1 .8 9 4 4 d = 1 .6 6 4 7 d = 1 .4 8 1 1 d = 1 .6 9 5 1
84
Hình 4.9: Chụp X-ray bột nano TiO2 Degusa P25 Đức (chưa chiếu xạ)
Kích thước hạt tính được theo công thức Scherrer: dĐo = 15,26 nm VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau TiO2 - chua chieu (17)
21-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 8.58 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0477 (D) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 36.09 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Na-VLUD-TiO2-chua chieu(17).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 08/09/11 17:11:12
L in ( C p s ) 0 100 200 300 400 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d = 3 .5 1 5 d = 3 .2 4 5 d = 2 .4 8 8 5 d = 2 .4 3 1 4 d = 2 .3 7 4 1 d = 2 .1 8 3 0 d = 1 .8 8 9 5 d = 1 .6 9 3 8 d = 1 .6 8 6 9 d = 1 .6 6 7 7 d = 1 .4 7 9 2
85
Hình 4.10: Chụp X-ray bột nano TiO2 Degusa P25 Đức chiếu xạ 290 giờ
Kích thước hạt tính được theo công thức Scherrer: dĐx = 17,41 nm
*Nhận xét về sự thay đổi kích thước hạt:
- Khảo sát sự thay đổi kích thước hạt của mẫu nano TiO2: + Mẫu xuất xứ Trung Quốc:
. 100% = 10,8% + Mẫu xuất xứĐức: ĐĐ
Đ . 100% = 12,35% VNU-HN-SIEMENS D5005- Mau TiO2 - da chieu (17)
21-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 7.15 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 04-0477 (D) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 24.06 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Na-VLUD-TiO2-da chieu(17).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0. 030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 08/09/11 16:53:24
L in ( C p s ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d = 3 .5 1 1 d = 3 .2 4 7 d = 2 .4 7 9 1 d = 2 .3 7 3 1 d = 1 .8 8 9 5 d = 1 .6 9 8 0 d = 1 .6 6 4 5 d = 1 .4 7 8 5 d = 1 .3 6 1 2
86
- Mẫu Trung Quốc được chiếu xạ (310 giờ) lâu hơn mẫu của Đức (290 giờ) song kích thước hạt tăng lên ít hơn so với mẫu của Đức. Sự thay đổi kích thước hạt tương ứng với mẫu của Trung Quốc và mẫu của Đức lần lượt là 10,8% và 12,35%. Kết quả cho thấy kích thước hạt mẫu nano TiO2 xuất xứ Đức có xu hướng thay đổi nhanh hơn so với mẫu Trung Quốc dưới tác dụng của bức xạ
gamma.
*Giải thích:
Kết quả thực nghiệm ở luận văn này cho thấy TiO2 tăng kích thước tinh thể khi bị
chiếu xạ bởi tia gamma trong khoảng 300 giờ với nguồn 137Cs 10mCi. Hiện tượng này có thể giải thích như sau:
Nghiên cứu của Yasir và các cộng sự cho thấy, khi ủ nano TiO2 trong nhiều giờ ở
700oC kích thước tinh thể tăng lên [58]. Ởđiều kiện nhiệt độ này, năng lượng các phân tử
nano TiO2 nhận được trong quá trình này là năng lượng nhiệt. Năng lượng này có thể được tính theo công thức: = %
J và có giá trị khoảng 0,13eV. Khi chiếu tia gamma (từ nguồn 137Cs 10mCi) năng lượng 661,7 eV (lớn hơn năng lượng chuyển động nhiệt rất nhiều lần) vào tinh thể nano TiO2, do các electron trong tinh thể nano TiO2 nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, không có sự tái hợp electron-lỗ trống nên tinh thể TiO2 nhiễm điện như một lưỡng cực, năng lượng điện trường tạo ra bởi lưỡng cực dẫn đến sự tương tác giữa các phần tử nhiễm điện trái dấu, tinh thể nhỏ chịu tác động bởi tinh thể lớn hơn xảy ra hiện tượng dịch chuyển vật chất từ tinh thể nhỏđến tinh thể lớn. Điều này làm cho kích thước tinh thể tăng lên.
87
KẾT LUẬN
1. Vật liệu nano TiO2 khi được chiếu xạ bởi tia gamma đã trở thành một môi trường oxi hóa khử với khả năng làm mất màu MB tương tự như khi được kích thích bởi ánh sáng.
2. Hoạt tính của TiO2 tăng theo thời gian chiếu xạ.
3. Tia gamma làm tăng kích thước tinh thể nhưng không làm thay đổi cấu trúc tinh thể.
Các kết quả thu được cho phép sử dụng vật liệu nano TiO2 để ghi nhận bức xạ
gamma, cụ thể là:
+ Khả năng làm mất màu MB có thể sử dụng đểđo liều tích lũy sau chiếu xạ. + Độ ổn định của cấu trúc tinh thể cho phép chế tạo cảm biến online dựa trên các hiệu ứng quang điện như quang trở.
88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt:
1. VũĐình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2004), Công nghệ nano điều khiển tới từng phân tử, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
2. Nguyễn Thị Dung, Phạm Phát Tân, Nguyễn Văn Khoa, Trần Thị Đức, Lê Thị Hoài Nam, Bùi Tiến Dũng (2004), “Phân hủy phenol trên màng TiO2 với ánh sáng tử
ngoại”, Tạp chí hóa học, T.42, Tr. 401-404.
3. Minh Đường, Trần Công Lý (2007), “Tổng thuật về công nghệ nano”, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ, nghiên cứu trao đổi, (số 3/2007). Tr.1-3
4. I.E.Irodov, Tuyển tập các bài tập về vật lý nguyên tử và vật lý hạt nhân (tiếng Nga), 1984, Tr. 208.
5. Trần Thị Việt Hoa, Huỳnh Khánh Duy, Lê Thanh Phong, Lê Thị Hoàng Anh, “Nghiên cứu phản ứng oxy hóa Toluen thành Benzaldehyde bằng tác nhân oxy hóa rắn, bằng oxy trên xúc tác MoO3 mang trên Bentonite và TiO2”, Hội nghị Khoa học và Công nghệ lần 9, phân ban Công nghệ Hóa học, Tr.1-13
6. Ngô Quang Huy (2003), Cơ sở Vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật, Tr. 140-162, 174-199
7. 10Trần Mạnh Trí (2005), “Sử dụng năng lượng mặt trời thực hiện quá trình quang xúc tác trên TiO2 để xử lý nước và nước thải công nghiệp”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, T.43.
8. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano, Công nghệ nền và vật liệu nguồn, Nhà
xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ.
9. 11Nguyễn Bá Xuân, Mai Tuyên (2006), “Nghiên cứu cơ chế và các điều kiện chế
tạo vật liệu nano TiO2 dạng anatase dùng làm xúc tác quang hóa”, Tạp chí Hóa học và ứng dụng, số 6 (54)/ 2006.
89
10. Phạm Đức Khuê, Nguyễn Đình Hoàng, Vũ Thị Bích (2010), “Xác định suất lượng của các đồng vị phóng xạ tạo thành từ vật liệu nano dưới tác dụng của chùm photon năng lượng cao”, NAFOSTED, đề tài nghiên cứu cơ bản, mã số:103.04.91.09.
Tài liệu tiếng Anh
11. A. Mills, S.L Hunte, J. Photochem. Photobiol. A 108 (1997)
12. A. Fujishima, T.N. Rao, D.A. Tryk, J. Photochem. Photobiol. C 1 (2000) 1. 13. O. Legrini, E. Oliveros, A.M. Braun, Chem. Rev. 93 (1993) 671
14. Amy L. Linsebigler, Guangquan Lu, and John T. Yates, Surface Science Center, Department of Chemistry, University of Pittsburgh, Pittsburgh Pennsylvania 15260 15. H. Ohtsuka, K. Hojou, H. Maeta, H. Otsu, H. Sugai, and H. Yamamoto, radiation
defects in nano-structured materials, Eur. Phys. J., vol. D16, pp.309-311, 2011. 16. A. V. Krasheninnikov and K. Nordlund, Ion and electron irradiation effects in
nanostructured materials, Journal of Applied Physics, vol. 107, pp. 071301, 2010. 17. Mohammad Rezaul Karim, Jeong Hyun Yeum, Mu Sang Lee, Kwon Taek Lim,
Preparation of conducting polyaniline/ TiO2 composite submicron-rods by the gamma-radiolysix oxidative polymerization method, Reactive & Functional Polymers 68 (2008) 1371-1376.
18. C. F. Wang, C. T. Yu, B. H. Lin, J. H. Lee, Synthesis and characterization of TiO2/ BaF2/ ceramic radio-sensitive photocatalyst, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 182 (2006) 93-98
19. 9N.K. Mukhin, Physics of Atomic Nucleus, 1987, hình 146, trang 294.
20. O. Carp, C. L. Huisamn, A. Reller (2004), Photoinduced reactivity of titanium
dioxide, Elsevier/ Progress in Solid State Chemistry 32, 33-137
21. Herman Cember, Introduction to Health Physics, the McGraw-Hill Companies, Inc., 1996, trang 127.
22. Herman Cember, Introduction to Health Physics, the McGraw-Hill Companies, Inc., 1996, hình 5.3, trang 121.
90
23. Herman Cember, Introduction to Health Physics, the McGraw-Hill Companies, Inc., 1996, hình 5.4, trang 123.
24. Herman Cember “Introduction to Health Physics”, the McGraw-Hill Companies, Inc., 1996, trang 135
25. C. brechignac P. Houdy M. Lahmani, Nanomaterials and nanochemistry,
European Materials research society.
26. Guozhong Cao, Nanostructures and nanomaterial, Imperial College Press, 2005.
27. Jikai Liu, Taicheng An, Guiying Li, Ningzhong Bao, Jiamo Fu, Preparation and
characterization of highly active mesoporous TiO2 photocatalysts by hydrothermal synthesis under weak acid conditions, Elsevier/ Microporous and Mesoporous
Materials 124 (2009) 197-203.
28. Tran Trung, Won-Jei Cho, Chang-Sik Ha, Preparation of TiO2 nanoparticle in glyceron-containing solutions, Elsevier/ Matterials letters 4236 (2002) 1-5.
29. Chenthamarakshan C. R., Rajeshwar K., Wolfrum E. J, Heterogeneous
photocatalytic reduction of Cr(VI) in UV-irradiated titania suspension Effect of protons, ammonium ions, and other interfacial aspects, Langmiur, 16(2000) 2715-
2721.
30. M. Sceppanovic, S. Askrabic (2009), Low-frequence Raman spectroscopy of pure
and La-doped TiO2 nanopowders synthesized by sol-gel method, Acta physica
polonica a, vol.116.
31. Mingmei Wu, Gang Lin, Dihu Chen, Gaungguo Wang, Dian He, Shouhua Feng,
and Ruren Xu, Sol-hydrothermal synthesis and hydrothermally structural evolution
of nanocrystal titanium dioxide, Chem. Mater, 14 (2001) 1974-1980.
32. Jose A. Rodriguez, Marco Fernandez-Garcia, Synthesis, properties and
applications of oxide nanomaterials, Wiley-interscience, 2007.
33. M. R. Prairie, B. M. Stange, and L. R. Evans, TiO2 photocatalysis for the Destruction of Organic and the Reduction heavy metals, Proceedings of the 1st
91
International Conference on TiO2 photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air, London, Ontario, Canada, Vol 3 (November 1992) 353-363.
34. Sanjay R, Dhage, Vandana D. Choube, Violet Samuel (2004), Synthesis of nanocrystalline TiO2, Elsevier/ Material letters 58, 2310-2313.
35. Akira Fujishima, Tata N. Rao, Donal A. Tryk (2000), Titanium dioxide
photocatalysis, Journal of photochemistry and photobiology C: Photochemistry
reviews 1, 1-21.
36. Sathyamoorthy R., Sudhagar P., Chandramohan S., and Vijiayakumar K. P. (2007), “Photoelectrical properties of crystalline titanium dioxide thin films after
thermo-annealing”, Crys. Res. Tech. 42 (5), pp.498 – 503.
37. Shah S. I., Li W., Huang C. P., Jung O., and Ni C. (2002), “Study of Nd3+, Pd2+, Pt4+, and Fe3+ dopant effect on photo reactivity of TiO2 nanoparticles”, Proceedings
of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNASA6) 99
(2), pp. 6482 – 6486.
38. Jeremy Wade (2005), An Investigation of TiO2 – ZnFe2O4 Nanocomposites for Visible Light Photocatalysis, Mas. Thesis, Electrical Engineering College of
Engineering University, South Florida.
39. Three Bond Co., Ltd. Tokyo, Japan (2004), “Titanium – Oxide Photocatalyst”,
Three Bond Technical News 62 (1), pp. 1 – 8.
40. Gumus C., Ozkendir O. M., Kavak H., Ufuktepe Y. (2006), “Structural and optical
properties of zinc oxide thin films prepared by spray pyrolysis method”, J. Optoel.
and Adv. Mater. 8 (1), pp.299 – 303.
41. Sang Di Mo, W. Y. Ching (1995), “Electronic and optical properties of three
phases of titanium dioxide: rutile, anatase, and brookite”, Physical Review B 151
(19), pp. 13023 – 13032.
42. Simon Springer (2004), Free carriers in nanocrystalline titanium dioxide thin films, Sci. Doc. Thesis of Physics, École polytechnique Fédérale de Lausanne, France.
92
43. G. A. Vornova, M. P. Fedotova, E. Yu. Emel’yanova và O. V. Vodyankina, 2009, Photocatalytic properties of electric-explosion-produced TiO2 nanopoder, Russian
Journal of Applied Chemistry, 2009, Vol. 82, No. 8, pp. 1351-1356
44. J. T. Chang, Y. F. Lai, J. L. He, 2005, Surf. Coat. Technol, No. 200, pp. 1640
45. C. Burda, Y. Lou, X. Chen, A. C. S. Samia, J. Stout, J. L. Gole, (2003), Nano Lett,
Vol. 3, pp. 1049
46. X. Chen, Y. Lou, A. C. S. Samia, C. Burda, J. L. Gole, (2005), Adv. Funct. Mater,
Vol. 15, pp. 41
47. O. Diwald, T. L. Thompson, T. Zubkov, E. Goralski, S. D. Walck, J. T. Yates,
(2004), J. Phys. Chem. B, Vol. 108, pp. 6004
48. R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki, Y. Taga, (2001), Science, Vol. 293,
pp. 269.
49. Wong E. W., Sheehan P. E., and Lieber C. M. (1997), “Nanobeam Mechanism:
Elasticity, Strength, Toughness of Nanorods án Nanotubes” Science 277 (5334), pp.
1971 – 1975.
50. T. R. N. Kutty, M. Avudaithai (1998), Sacrificial photolysis of water on TiO2 fine
powders prepared by the hydrothermal method, Material Research Bulletin, Vol. 23,
Issue 5, pp. 725-734.
51. Humin Cheng, Jiming Ma, Zhenguo Zhao, Limin Qi, 1995, Hydrothermal
Preparation of uniform Nanosize Rutile and Anatase Particles, 7 (4), pp. 663-671. 52. Wei Zhou, Kai Pan, Yang Qu, Fanfei Sun, Chungui tan, Zhiyu Ren, Guohui Tian, 53. Honggang Fu, (2010), Photodegradation of organic contamination in wastewaters
by bonding TiO2/ single-walled carbon nanotube composites with enhanced
photocatalytic activity, Chemosphere, Vol. 81, pp. 555-561
93
55. Choi. W, Termin. A, Hoffmann. M, (1994), The role of metal ion dopants in
quantum size TiO2: correlation between photoreactivity and charge carrier
recombination dynamics, Journal of Physical Chemistry, No. 98, pp. 13669-13679
56. S. Seino, T. A. Yamamoto, K. Hashimoto, S. Okuda, N. Chitose, S. Ueta, K. Okitsu, Gamma-ray Irradiation effect on aqueous phenol solutions dispersing TiO2 or Al2O3 nanoparticles, Rev. Adv. Mater. Sci, 4 (2003), pp. 70-74
57. S. Abd El All, Gamil Ali Al-Shobaky, Structural and electrical properties of gamma-irradiated TiO2/ Al2O3 composite prepared by sol-gel method, Journal of
Alloys and Compounds, 479 (2009), pp. 91-96.
58. V. Ahmed Yasir, P. N. MohanDas, K. K. M. Yusuff, Preparation of high surface area TiO2 (anatase) by thermal hydrolysis of titanyl sulphate solution, International
Journal of Inorganic Materials, 3 (2001), p.p. 593-596
59. Banhart, Rep. Prog. Phys, 62 (1999), pp 1181
60. M. Terrones, H. Terrones, F. Banhart, J. C. Charlier, P. M. Ajayan, Science, 288
(2000), pp. 2000
61. A. V. Krasheninnikov, N. Nordlund, M. Sirvio, E. Salonen, J. Keinonen, Phys. Ref.
B, 63 (2001), pp. 245405
62. A. V. Krasheninnikov, K. Nordlund, J. Keinonen, Phys. Rev. B, 65 (2002), pp.
165423
63. P. M. Ajayan, V. Ravikumar, J. C. Charlie, Phys. Ref. Lett, 81 (1998), p.p. 1437
64. C. H. Kiang, W. Goddard, R. Beyers, D. Bethune, J. Phys. Chem, 100 (1996), pp.
3749
65. F. Beuneu, C. l’ Huillier, J. P. Salvetat, J. M. Bonard, L. Forro, Phys. Rev. B, 59