Nghiên cứu ảnh hưởng của nanosphere polystyrene lên tính chất quang xúc tác của bismuth oxybromide

Nghiên cứu ảnh hưởng của nanosphere polystyrene lên tính chất quang xúc tác của bismuth oxybromide, mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý môi trường.

• Tác giả: Đặng Ngọc Lượng
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Trúc
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Materials Technology
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của polystyrene nanospheres đến tính chất xúc tác quang của bismuth oxybromide
• Loại tài liệu: bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. STUDIES ON PHOTOCATALYTIC MATERIALS
• 1.1. The demand of photocatalysts around the world
• 1.2. The demand of photocatalysts in Vietnam
• 1.3. Motivation and Objectives
• 1.4. Overview of photocatalysis
• 1.5. Introduction of BiOBr
• 1.6. Sol-gel method
• 1.7. Introdution of nano Polystyrene
• 1.8. Method of fabricating nanostructures with hard templates
• 1.9. Apparatuses and equipment
• 1.10. NPS synthesis process
• 1.11. BiOBr synthesis process
• 1.12. NPS-based BiOBr synthesis process
• 1.13. Photocatalytic survey process
• 1.14. Adsorption and photocatalytic activity measurements
• 2. RESULTS AND DISCUSSIONS
• 2.1. Characterization of as-prepared NPS
• 2.2. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
• 2.3. Dynamic light scattering (DLS)
• 2.4. FE SEM Analysis
• 2.5. Characterization of mesoporous BiOBr
• 2.6. (FTIR) Fourier Transform Infrared Spectroscopy
• 2.7. FE SEM Analysis
• 2.8. UV-Vis DRS spectrum
• LIST OF ABBREVIATIONS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES AND CHART
• FOREWORD

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Nanosphere Polystyrene và Bismuth Oxybromide

Nanosphere Polystyrene (NPS) và Bismuth Oxybromide (BiOBr) là hai vật liệu quan trọng trong nghiên cứu quang xúc tác. NPS được sử dụng như một mẫu cứng để tạo ra cấu trúc mesoporous cho BiOBr, giúp cải thiện diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ. BiOBr là một chất bán dẫn có cấu trúc phân lớp, với khả năng quang xúc tác mạnh dưới ánh sáng khả kiến. Sự kết hợp giữa NPS và BiOBr hứa hẹn mang lại hiệu quả cao trong việc phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ.

1.1. Nanosphere Polystyrene trong quang xúc tác

Nanosphere Polystyrene được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương gần như không có nhũ. Kích thước hạt NPS nhỏ hơn 100nm và có độ đa phân tán thấp, giúp tạo ra cấu trúc mesoporous khi kết hợp với BiOBr. Điều này làm tăng diện tích bề mặt riêng, cải thiện khả năng hấp phụ và quang xúc tác của vật liệu.

1.2. Bismuth Oxybromide và tính chất quang xúc tác

Bismuth Oxybromide là một chất bán dẫn có cấu trúc phân lớp, với khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến mạnh. BiOBr được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, cho hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm như Rhodamine B (RhB) dưới ánh sáng đèn LED trắng.

II. Ảnh hưởng của Nanosphere Polystyrene lên Bismuth Oxybromide

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá sự ảnh hưởng của Nanosphere Polystyrene lên cấu trúc và tính chất quang xúc tác của Bismuth Oxybromide. Kết quả cho thấy, việc thêm NPS vào quá trình tổng hợp BiOBr làm thay đổi đáng kể cấu trúc bề mặt và khả năng quang xúc tác của vật liệu.

2.1. Ảnh hưởng đến cấu trúc bề mặt

Việc sử dụng NPS làm mẫu cứng giúp tạo ra cấu trúc mesoporous cho BiOBr. Điều này làm tăng diện tích bề mặt riêng, từ đó cải thiện khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm. Kết quả phân tích SEM cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong cấu trúc bề mặt của BiOBr khi thêm NPS.

2.2. Ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác

Sự có mặt của NPS làm tăng hiệu quả quang xúc tác của BiOBr. Kết quả thí nghiệm cho thấy, vật liệu BiOBr/PS có khả năng phân hủy RhB nhanh hơn so với BiOBr nguyên chất. Điều này được giải thích bởi sự gia tăng diện tích bề mặt và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu.

III. Ứng dụng thực tiễn và ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các vật liệu quang xúc tác hiệu quả, ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp. BiOBr/PS có tiềm năng lớn trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

3.1. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Vật liệu BiOBr/PS có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ như RhB một cách hiệu quả dưới ánh sáng khả kiến. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong ngành dệt nhuộm và giấy.

3.2. Ý nghĩa khoa học và môi trường

Nghiên cứu này không chỉ góp phần vào sự phát triển của khoa học vật liệu mà còn mang lại lợi ích thiết thực trong việc bảo vệ môi trường. Việc sử dụng BiOBr/PS giúp giảm thiểu tác động của các chất ô nhiễm hữu cơ lên hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS MAJOR: MATERIALS TECHNOLOGY STUDYING EFFECT OF POLYSTYRENE NANOSPHERES ON PHOTOCATALYTIC PROPERTIES OF BISMUTH OXYBROMIDE INSTRUCTOR: PHAM THANH TRUC STUDENT: DANG NGOC LUONG Ho Chi Minh city, August 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF APPLIED SCIENCES DEPARTMENT OF MATERIALS TECHNOLOGY BACHELOR THESIS STUDYING EFFECT OF POLYSTYRENE NANOSPHERES ON PHOTOCATALYTIC PROPERTIES OF BISMUTH OXYBROMIDE SUPERVISOR: THANH – TRUC PHAM STUDENT’S NAME: NGOC – LUONG DANG STUDENT’S ID NUMBER: 20130044 Course: 2020 Ho Chi Minh City, 08 – 2024 of dissertation HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF APPLIED SCIENCES DEPARTMENT OF MATERIALS TECHNOLOGY BACHELOR THESIS STUDYING EFFECT OF POLYSTYRENE NANOSPHERES ON PHOTOCATALYTIC PROPERTIES OF BISMUTH OXYBROMIDE SUPERVISOR: THANH – TRUC PHAM STUDENT’S NAME: NGOC – LUONG DANG STUDENT’S ID NUMBER: 20130044 Course: 2020 Ho Chi Minh City, 08 – 2024 of dissertation TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2024 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Trúc Cơ quan công tác của giảng viên hướng dẫn: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Sinh viên thực hiện: 1. Đặng Ngọc Lượng MSSV: 20130044 1.

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của polystyrene nanospheres đến tính chất xúc tác quang của bismuth oxybromide 2. Nội dung chính của khóa luận: Chế tạo hạt polystyrene nanosphere Chế tạo vật liệu BiOBr Chế tạo vật liệu BiOBr/PS 3. Các sản phẩm dự kiến Mẫu PS dạng nhũ tương Mẫu BiOBr dạng bột Mẫu BIOBr/PS dạng bột 4. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh ☑ Tiếng Việt • Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh • Tiếng Việt ☑ TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TS.

Nguyễn Thụy Ngọc Thủy TS. Phạm Thanh Trúc KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Đặng Ngọc Lượng MSSV: 20130044 Ngành: Công nghệ vật liệu Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của polystyrene nanospheres đến tính chất xúc tác quang của bismuth oxybromide Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Trúc Cơ quan công tác của GV hướng dẫn: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.

Địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, Phường Linh Chiểu, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: Sinh viên Đặng Ngọc Lượng đã thực hiện đầy đủ nội dung và khối lượng công việc được yêu cầu, bao gồm: - Chế tạo vi cầu polystyrene kích thước nhỏ hơn 100nm và có độ đa phân tán thấp bằng phương pháp nhũ tương gần như không có nhũ.

- Chế tạo vật liệu BiOBr bằng phương pháp sol-gel đạt hiệu quả loại bỏ dung dịch RhB 10 ppm hoàn toàn trong vòng dưới 1 giờ dưới ánh sáng đèn LED trắng. - Chế tạo vật liệu mesoporous BiOBr bằng phương pháp hard templating sử dụng vi cầu polystyrene. - Đánh giá sự ảnh hưởng của hàm lượng vi cầu polystyrene đến cấu trúc bề mặt và tính chất quang xúc tác của mesoporous BiOBr. Tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên: Sinh viên có khả năng tự học tốt và có tinh thần cầu tiến trong học tập; có khả năng tư duy logic, độc lập; có nhiều sáng tạo trong quá trình nghiên cứu; cẩn thận, tỉ mỉ trong quá trình làm việc.

Ưu điểm: - Luận văn được trình bày hoàn toàn bằng tiếng Anh, rõ ràng, mạch lạc, đầy đủ nội dung. - Chế tạo được hạt vi cầu polystyrene có kích thước tương đối đồng đều bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương gần như không có nhũ. - Đánh giá được sự ảnh hưởng của hàm lượng PS đến diện tích bề mặt riêng, khả năng hấp phụ và khả năng quang xúc tác của vật liệu mesoporous BiOBr. - Tính toán động học của quá trình hấp phụ và quang xúc tác phân hủy RhB dưới ánh sáng đền LED trắng.

Khuyết điểm: - Một số phương pháp đo để phân tích sâu về động học phản ứng chưa thực hiện được. Đề nghị cho bảo vệ hay không? Có 6. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) TS. Phạm Thanh Trúc KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Đặng Ngọc Lượng MSSV: 20130044 Tên đề tài: Tổng hợp và nghiên cứu ảnh hưởng của polystyrene nanospheres đến tính chất xúc tác quang của bismuth oxybromide Họ và tên giảng viên phản biện: TS.

Nguyễn Chí Thanh Cơ quan công tác của GV hướng dẫn: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, Phường Linh Chiểu, TP. Thủ Đức, TP.

Hồ Chí Minh NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: - Đề tài đã tổng hợp thành công vật liệu BiOBr bằng phương pháp sol-gel và sử dụng hard template NPS - Xác định được các đặc tính hóa lý của vật liệu BiOBr được tổng hợp bằng hai phương pháp khác nhau - Đánh giá được ảnh hưởng của NPS và hàm lượng của NPS lên cấu trúc và hiệu quả xúc tác quang phân hủy Rhodamine B của vật liệu BiOBr tổng hợp được - Nội dung đề tài phù hợp cho một bài khóa luận tốt nghiệp đại học ngành Công Nghệ Vật Liệu. Ưu điểm: - Đề tài được viết bằng tiếng anh 3. Khuyết điểm: - Khóa luận có một số lỗi chính tả, các thuật ngữ khoa học và cấu trúc câu bằng tiếng anh thiếu chính xác - Nội dung phân bổ ở các chương chưa hợp lý - Một số kết quả phân tích chưa được biện luận rõ ràng 4.

Kiến nghị và câu hỏi: - Kiến nghị: + Trong chương 2 nên trình bày về cơ sở lý thuyết, không cần trình bày các phương pháp phân tích. Nội dung này nên trình bày ở chương 3. + Phần các phương pháp phân tích nên trình bày ngắn gọn về mục đích, thiết bị được sử dụng và các thông số phân tích. + Cần trích dẫn thêm các tài liệu tham khảo và các nghiên cứu có liên quan gần đây.

+ Phần biện luận kết quả phổ FTIR nhiều chỗ chưa chính xác, cần chỉnh sửa và viết lại. - Câu hỏi: + Hãy giải thích tại sao phương pháp tổng hợp NPS trong bài khóa luận được gọi là “quasi-emulsifier-free emulsion polymerization”? Trình bày cơ chế tổng hợp NPS bằng phương pháp trên? + Tại sao kết quả kích thước hạt NPS xác định bằng phương pháp DLS và SEM có sự khác biệt lớn? + Giải thích tại sao chọn đỉnh nhiễu xạ của plane (001) để tính kích thước tinh thể của BiOBr và PS70? + Giải thích tại sao khi tăng hàm lượng PS từ 10 đến 90%, hàm lượng RhB hấp thụ lên xúc tác quang có xu hướng tăng rồi giảm khi hàm lượng PS đạt 90%? + Trong kết quả hình 4.13, hãy giải thích tại sao mẫu PS50 có hằng số tốc độ phản ứng suy giảm nồng độ RhB theo thời gian cao hơn so với mẫu PS90? 5. Đề nghị cho bảo vệ hay không? - Được bảo vệ 6. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) TS.

Nguyễn Chí Thanh ACKNOWLEDGEMENTS First and foremost, I would like to express my deepest gratitude to Dr. Pham Thanh Truc for her unwavering guidance and support throughout my entire thesis project. Her enthusiasm, dedication, and invaluable insights have been instrumental in enabling me to complete my thesis to the best of my ability. I am also immensely grateful to the Faculty of Applied Sciences at Ho Chi Minh City University of Technology and Education (HCMUTE) for their unwavering support and encouragement during my thesis journey.

Furthermore, I would like to extend my heartfelt appreciation to my family and classmates for their unwavering support and encouragement, especially during challenging times amid my experiments. Finally, I acknowledge that despite my best efforts, there may be shortcomings in the thesis. I sincerely welcome any comments or suggestions from my esteemed professors to further enhance the content of my thesis. Thank you all! i DECLARATION OF AUTHORSHIP I hereby affirm that the entirety of this research was conducted independently by myself under the expert guidance of Dr.

Pham Thanh Truc. All data, images, and findings presented within this work are accurate and original, having not been previously disclosed or published in any other research project. The copyright of the results and figures contained within this thesis is jointly held by the author and the supervising instructor. Ho Chi Minh City, day month year 2024 Author Đặng Ngọc Lượng ii TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGEMENTS .i DECLARATION OF AUTHORSHIP.

ii TABLE OF CONTENTS. iii LIST OF ABBREVIATIONS .v LIST OF FIGURES AND CHART. Studies on photocatalytic materials. The demand of photocatalysts around the world.

The demand of photocatalysts in Vietnam. Motivation and Objectives. Overview of photocatalysis. Introduction of BiOBr.

Sol-gel method. Introdution of nano Polystyrene. Method of fabricating nanostructures with hard templates. Apparatuses and equipment.

NPS synthesis process. BiOBr synthesis process. NPS-based BiOBr synthesis process. Photocatalytic survey process.

Adsorption and photocatalytic activity measurements. RESULTS AND DISCUSSIONS. Characterization of as-prepared NPS. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).

Dynamic light scattering (DLS). FE SEM Analysis. Characterization of mesoporous BiOBr. (FTIR) Fourier Transform Infrared Spectroscopy.

FE SEM Analysis. UV-Vis DRS spectrum .53 iv LIST OF ABBREVIATIONS BiOBr Bismuth oxychloride Br Bromine Cl Chlorine CMC Critical micelle concentration CO2 Carbon dioxide DLS Dynamic light scattering F Fluor Field emission scanning electron FE SEM microscope FTIR Fourier tranform infrared spectroscopy I Iodine NPS Nanospheres polystyrene PCS Photon correlation spectroscopy PS Polystyrene TiO2 Titanium dioxide UV-Vis Ultraviolet visible Ultraviolet visible diffuse reflectance UV-Vis DRS spectroscopy XRD X ray diffraction ZnO Zinc oxide v LIST OF TABLES Table 2. Physical properties of PS. Mechanical properties of polystyrene.

Chemicals used in the project. Apparatuses used in the project. Equipment utilized in the project. Samples were synthesized according to the proposed procedures.

Data used to construct the standard curve for RhB. Sample crystal size BiOBr and PS70. The band gap energy value of BiOBr, PS70. Kinetic data for rhb adsorption.

The value of the reaction rate constant of the samples .50 vi LIST OF FIGURES AND CHART Figure 2. The photocatalytic mechanism diagram. BiOBr unit cell structure. Sol-gel method model.

Model of hydrothermal method. The structure of polystyrene. Spatial structural configurations of polystyrene. Illustrating the Hard template method.

Polystyrene synthesis diagram. Nano Polystyrene synthesis process experiment. Diagram of synthesis of BiOBr by sol-gel method. NPS-based BiOBr synthesis process.

Experimental synthesis of BiOBr by sol gel and soft template method. Calibration curve plotted in origin .