I. Luận văn thạc sĩ
Luận văn thạc sĩ với đề tài 'Tính chất và hoạt tính xúc tác TiO2 biến tính W, N trong phản ứng quang phân hủy p-xylen' được thực hiện bởi Nguyễn Văn Đức tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các xúc tác quang học dựa trên TiO2 biến tính với W và N để ứng dụng trong quá trình phân hủy p-xylen. Nghiên cứu này nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí do các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), đặc biệt là p-xylen, một chất gây hại cho sức khỏe con người và môi trường.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn là biến tính TiO2 bằng W và N để mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng sang vùng khả kiến, từ đó tăng hiệu quả quang xúc tác. Nghiên cứu cũng nhằm xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý nhiệt và phản ứng quang phân hủy p-xylen. Đồng thời, luận văn làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các đặc trưng lý hóa và hoạt tính của các xúc tác TiO2 biến tính.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng phương pháp sol-gel để tổng hợp các xúc tác TiO2 biến tính W và N. Các đặc trưng lý hóa của xúc tác được phân tích bằng các kỹ thuật như XRD, Raman, BET, SEM, TEM, FT-IR và UV-VIS. Hoạt tính xúc tác được đánh giá thông qua phản ứng quang phân hủy p-xylen trong pha khí, sử dụng hệ thống phản ứng dòng vi lượng với nguồn bức xạ UV và LED.
II. Tính chất TiO2
Tính chất TiO2 là trọng tâm của nghiên cứu, đặc biệt là khả năng hấp thụ ánh sáng và hoạt tính xúc tác. TiO2 là một chất bán dẫn có vùng cấm rộng (3.2 eV), chỉ hấp thụ ánh sáng UV, điều này hạn chế hiệu quả trong các ứng dụng quang xúc tác. Việc biến tính TiO2 bằng W và N giúp mở rộng vùng hấp thụ sang ánh sáng khả kiến, tăng cường hiệu suất phản ứng.
2.1. Cấu trúc và đặc tính
TiO2 tồn tại ở ba dạng tinh thể chính: anatase, rutile và brookite. Trong đó, anatase có hoạt tính quang xúc tác cao nhất. Việc biến tính TiO2 bằng W và N làm thay đổi cấu trúc tinh thể, giảm năng lượng vùng cấm và tăng khả năng hấp thụ ánh sáng. Kết quả nghiên cứu cho thấy xúc tác TiO2 biến tính W, N có kích thước hạt nhỏ (12 nm), diện tích bề mặt riêng lớn (69.0 m²/g) và năng lượng vùng cấm giảm xuống 2.87 eV.
2.2. Ứng dụng thực tế
TiO2 biến tính được ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường, đặc biệt là phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại như p-xylen. Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả, thân thiện với môi trường và có chi phí thấp.
III. Hoạt tính xúc tác
Hoạt tính xúc tác của TiO2 biến tính W, N được đánh giá thông qua phản ứng quang phân hủy p-xylen. Kết quả cho thấy xúc tác Ti0.3W1N-450-4 có hiệu suất cao nhất, đạt độ chuyển hóa p-xylen lên đến 1.67 trong 60 phút. Điều này chứng tỏ việc biến tính TiO2 bằng W và N đã cải thiện đáng kể hoạt tính xúc tác.
3.1. Yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố như nhiệt độ nung, thời gian nung và hàm lượng chất biến tính ảnh hưởng lớn đến hoạt tính xúc tác. Nghiên cứu đã xác định được điều kiện tối ưu: nhiệt độ nung 450°C, thời gian nung 4 giờ và hàm lượng W 0.3% mol.
3.2. Hiệu suất phản ứng
Hiệu suất quang phân hủy p-xylen phụ thuộc vào khả năng hấp thụ ánh sáng và tốc độ tái kết hợp của các cặp điện tử - lỗ trống. TiO2 biến tính W, N giúp giảm tốc độ tái kết hợp, tăng hiệu suất phản ứng.
IV. Kết luận và ứng dụng
Luận văn đã thành công trong việc tổng hợp và đánh giá xúc tác TiO2 biến tính W, N với hoạt tính cao trong quang phân hủy p-xylen. Nghiên cứu này mở ra hướng ứng dụng mới trong xử lý ô nhiễm không khí, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ độc hại.
4.1. Đóng góp khoa học
Luận văn đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu trúc, tính chất và hoạt tính của TiO2 biến tính, đồng thời đề xuất các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp và ứng dụng.
4.2. Triển vọng tương lai
Nghiên cứu này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả, thân thiện với môi trường, góp phần giải quyết các vấn đề ô nhiễm không khí trên toàn cầu.
