Luận văn thạc sĩ: Biến tính TiO2 nano bằng CrIII trong xúc tác quang hóa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu biến tính TiO2 nano bằng CrIII làm chất xúc tác quang hóa trong ánh sáng nhìn thấy, ứng dụng trong công nghệ xanh.

• Tác giả: Hoàng Thanh Thúy
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Biến Tính TiO2 Nano Bằng Cr(III) Làm Chất Xúc Tác Quang Hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN VÀ XÚC TÁC QUANG HÓA
• 1.1. Vật liệu bán dẫn và xúc tác quang hóa
• 1.2. Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể
• 1.3. Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang
• 1.4. Cấu trúc và tính chất của TiO2
• 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác
• 1.6. Các phương pháp điều chế nano TiO2
• 1.7. Ứng dụng của nano TiO2 và nano TiO2 biến tính
• 1.8. Các phương pháp xác định đặc tính sản phẩm
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Dụng cụ và hóa chất
• 2.2. Tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính bởi Cr(III) bằng phương pháp sol-gel
• 2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu
• 2.4. Xây dựng đường chuẩn xác định COD bằng phương pháp dicromat
• 2.5. Khảo sát tính chất quang xúc tác của vật liệu
• 2.6. Kết quả và thảo luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn và xúc tác quang hóa

Nghiên cứu về TiO2 nano đã chỉ ra rằng vật liệu này có khả năng hoạt động như một chất xúc tác quang hóa hiệu quả. TiO2 là một chất bán dẫn với dải năng lượng lớn, cho phép nó thực hiện các phản ứng quang hóa dưới ánh sáng. Việc sử dụng TiO2 trong xử lý môi trường đã thu hút sự quan tâm lớn, đặc biệt là trong việc phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. Cơ chế hoạt động của TiO2 liên quan đến việc tạo ra cặp electron - lỗ trống khi bị chiếu sáng, từ đó dẫn đến các phản ứng hóa học cần thiết để phân hủy các chất ô nhiễm. Theo nghiên cứu, TiO2 có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, tuy nhiên, việc mở rộng khả năng sử dụng của nó trong ánh sáng nhìn thấy là một thách thức lớn.

1.1. Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể

Quá trình xúc tác quang dị thể diễn ra qua nhiều giai đoạn, bao gồm khuếch tán, hấp phụ, và phản ứng quang hóa. Trong đó, việc hấp thụ ánh sáng là giai đoạn quan trọng nhất, quyết định hiệu suất của TiO2. Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh được tạo ra sẽ tham gia vào các phản ứng hóa học với các chất ô nhiễm. Sự tái kết hợp của electron và lỗ trống có thể làm giảm hiệu suất quang xúc tác, do đó, việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng là cần thiết để nâng cao hiệu quả của TiO2 trong xử lý nước thải.

II. Biến tính TiO2 bằng Cr III

Việc biến tính TiO2 nano bằng Cr(III) đã được nghiên cứu nhằm cải thiện tính chất quang xúc tác của nó. Cr(III) được cho là có khả năng làm giảm năng lượng vùng cấm của TiO2, từ đó mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy. Nghiên cứu cho thấy rằng việc pha tạp Cr(III) vào cấu trúc của TiO2 không chỉ cải thiện khả năng quang xúc tác mà còn tăng cường độ bền của vật liệu trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các thí nghiệm cho thấy rằng TiO2 biến tính bằng Cr(III) có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm như Rhodamin B hiệu quả hơn so với TiO2 không biến tính.

2.1. Tính chất quang học của TiO2 biến tính

Tính chất quang học của TiO2 biến tính bằng Cr(III) đã được khảo sát thông qua các phương pháp như quang phổ UV-Vis. Kết quả cho thấy rằng TiO2 biến tính có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn, đặc biệt trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Điều này cho phép TiO2 hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện ánh sáng tự nhiên, mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi hơn trong xử lý ô nhiễm môi trường. Việc cải thiện tính chất quang học không chỉ giúp tăng cường hiệu suất quang xúc tác mà còn làm giảm chi phí năng lượng trong quá trình xử lý.

III. Ứng dụng thực tiễn của TiO2 biến tính

Nghiên cứu về TiO2 nano biến tính bằng Cr(III) đã chỉ ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải. Các thí nghiệm cho thấy rằng vật liệu này có khả năng phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm như phenol và thuốc nhuộm, giúp cải thiện chất lượng nước. Việc sử dụng TiO2 trong xử lý nước thải không chỉ giúp loại bỏ các chất độc hại mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Hơn nữa, khả năng tái sử dụng của TiO2 biến tính cũng được khảo sát, cho thấy rằng vật liệu này có thể được sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất quang xúc tác.

3.1. Khả năng tái sử dụng và hiệu suất xử lý

Khả năng tái sử dụng của TiO2 biến tính là một yếu tố quan trọng trong ứng dụng thực tiễn. Các thí nghiệm cho thấy rằng sau nhiều lần sử dụng, hiệu suất phân hủy của vật liệu vẫn duy trì ở mức cao. Điều này cho thấy rằng TiO2 biến tính không chỉ hiệu quả trong việc xử lý ô nhiễm mà còn bền vững trong các ứng dụng thực tế. Việc phát triển và ứng dụng TiO2 biến tính trong xử lý nước thải có thể góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, đồng thời mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp và đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam, ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, đang trở thành vấn đề cấp bách ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Theo ước tính, các hồ, ao, sông ngòi tại các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh đang bị ô nhiễm nặng do các chất thải công nghiệp, trong đó có các hợp chất hữu cơ bền như phenol, thuốc nhuộm và Rhodamin B. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển và khảo sát vật liệu nano TiO₂ biến tính bằng ion Cr(III) làm chất xúc tác quang hóa hiệu quả trong vùng ánh sáng nhìn thấy, nhằm nâng cao khả năng xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tổng hợp và biến tính nano TiO₂ bằng phương pháp sol-gel thủy nhiệt, khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp như nhiệt độ nung, pH, lượng xúc tác đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy các chất ô nhiễm điển hình như Rhodamin B, phenol đỏ và thuốc nhuộm vàng axit AX-2R. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc mở rộng ứng dụng của vật liệu TiO₂ trong xử lý môi trường nước, đặc biệt là tận dụng ánh sáng nhìn thấy chiếm phần lớn trong phổ ánh sáng mặt trời, góp phần phát triển công nghệ xử lý nước thải thân thiện và hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết chất bán dẫn và cơ chế xúc tác quang hóa dị thể: TiO₂ là chất bán dẫn với dải năng lượng vùng cấm rộng (3.25 eV đối với pha anatase), khi được kích thích bởi ánh sáng có năng lượng lớn hơn vùng cấm sẽ tạo ra cặp electron-lỗ trống quang sinh, thúc đẩy các phản ứng oxi hóa-khử phân hủy các chất hữu cơ trên bề mặt xúc tác.

• Mô hình tái kết hợp electron-lỗ trống: Quá trình tái kết hợp làm giảm hiệu suất quang xúc tác, do đó việc giảm thiểu tái kết hợp thông qua biến tính vật liệu (doping ion kim loại như Cr(III)) hoặc gắn kim loại quý giúp tăng thời gian sống của các điện tử và lỗ trống, nâng cao hiệu quả xúc tác.

• Khái niệm doping và biến tính vật liệu: Việc pha tạp ion Cr(III) vào mạng tinh thể TiO₂ làm thu hẹp vùng cấm năng lượng, mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng khả kiến (400-600 nm), từ đó tăng hiệu suất quang xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy.

• Các khái niệm chính:

  • Vùng hóa trị, vùng dẫn và vùng cấm năng lượng (band gap)
  • Electron quang sinh và lỗ trống quang sinh
  • Hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác
  • Phương pháp sol-gel và thủy nhiệt trong tổng hợp nano TiO₂
  • Ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, lượng xúc tác đến hoạt tính quang xúc tác

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu:

  • Tổng hợp vật liệu nano TiO₂ và TiO₂ biến tính Cr(III) bằng phương pháp sol-gel thủy nhiệt.
  • Sử dụng các hóa chất chuẩn như tetra isopropyl orthotitanate, crom nitrat, thuốc nhuộm Rhodamin B, phenol đỏ, thuốc nhuộm E-3G, A-2R.
  • Dữ liệu thực nghiệm thu thập từ các phép đo quang phổ UV-Vis, nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến, và các phép đo hoạt tính quang xúc tác phân hủy các chất ô nhiễm.

• Phương pháp phân tích:

  • Xác định cấu trúc tinh thể và kích thước hạt bằng XRD, tính toán kích thước hạt theo công thức Scherrer.
  • Quan sát hình thái và phân bố kích thước hạt bằng SEM.
  • Đo phổ hấp thụ UV-Vis để xác định vùng hấp thụ ánh sáng và hiệu ứng biến tính.
  • Thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamin B, phenol đỏ, thuốc nhuộm vàng axit AX-2R dưới ánh sáng nhìn thấy, đo biến đổi nồng độ và COD theo thời gian xử lý.
  • Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ nung (500°C, 600°C, 700°C), pH dung dịch, lượng xúc tác đến hiệu suất phân hủy.

• Timeline nghiên cứu:

  • Tổng hợp vật liệu và biến tính: 2 tháng
  • Đặc trưng vật liệu (XRD, SEM, UV-Vis): 1 tháng
  • Thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng: 3 tháng
  • Phân tích dữ liệu và hoàn thiện luận văn: 2 tháng

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến kích thước hạt và pha tinh thể:

   • Kích thước hạt TiO₂ tăng từ khoảng 8 nm ở 500°C lên khoảng 15 nm ở 700°C.
   • Pha anatase chiếm ưu thế ở nhiệt độ 500°C và 600°C, chuyển dần sang pha rutile khi nung ở 700°C.
   • Sự chuyển pha anatase sang rutile ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác, với pha anatase cho hiệu suất cao hơn.

2. Hiệu quả biến tính Cr(III) trên TiO₂:

   • Doping Cr(III) làm thu hẹp vùng cấm năng lượng từ 3.25 eV xuống khoảng 2.8-3.0 eV, mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng nhìn thấy.
   • Mẫu TiO₂ biến tính với 0.5% Cr(III) đạt hiệu suất phân hủy Rhodamin B cao nhất, tăng khoảng 30% so với TiO₂ nguyên bản.
   • Khi hàm lượng Cr(III) vượt quá 0.7%, hiệu suất giảm do hiện tượng tái kết hợp electron-lỗ trống tăng.

3. Ảnh hưởng pH và lượng xúc tác đến hoạt tính quang xúc tác:

   • pH tối ưu cho quá trình phân hủy Rhodamin B là khoảng 6, tương ứng với điểm điện tích bề mặt gần trung tính, giúp hấp phụ chất ô nhiễm hiệu quả.
   • Lượng xúc tác tối ưu là 0.5 g/L; vượt quá lượng này không làm tăng đáng kể hiệu suất do hiện tượng che khuất ánh sáng và kết tụ hạt.

4. Khả năng tái sử dụng xúc tác:

   • Sau 5 chu kỳ sử dụng, hoạt tính quang xúc tác của TiO₂ biến tính Cr(III) giảm dưới 10%, cho thấy tính ổn định và khả năng tái sử dụng cao.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc biến tính nano TiO₂ bằng ion Cr(III) thành công trong việc thu hẹp vùng cấm năng lượng, từ đó nâng cao hiệu quả quang xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy, phù hợp với mục tiêu mở rộng ứng dụng trong xử lý nước thải sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. Sự gia tăng kích thước hạt và chuyển pha anatase sang rutile khi nung ở nhiệt độ cao làm giảm hoạt tính do giảm diện tích bề mặt và thay đổi cấu trúc vùng năng lượng.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả tương đồng với báo cáo của các nhà khoa học quốc tế về hiệu quả doping Cr(III) trong việc cải thiện hoạt tính quang xúc tác TiO₂. Việc khảo sát ảnh hưởng pH và lượng xúc tác cũng phù hợp với các nghiên cứu về hấp phụ và quang xúc tác, nhấn mạnh tầm quan trọng của điều kiện môi trường trong quá trình xử lý.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện phổ UV-Vis, đồ thị biến đổi nồng độ Rhodamin B theo thời gian, biểu đồ so sánh hiệu suất phân hủy ở các điều kiện khác nhau, và hình ảnh SEM minh họa kích thước hạt.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp:

   • Áp dụng nhiệt độ nung khoảng 500-600°C để duy trì pha anatase và kích thước hạt nhỏ, nâng cao hiệu suất quang xúc tác.
   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu, thời gian 3-6 tháng.

2. Kiểm soát hàm lượng Cr(III) doping:

   • Giữ hàm lượng Cr(III) trong khoảng 0.5-0.7% để đạt hiệu quả tối ưu, tránh giảm hiệu suất do quá tải ion tạp.
   • Chủ thể thực hiện: Nhà sản xuất vật liệu nano, thời gian 2-4 tháng.

3. Ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp:

   • Triển khai thử nghiệm xử lý nước thải dệt nhuộm và công nghiệp hóa chất sử dụng xúc tác TiO₂ biến tính Cr(III) dưới ánh sáng tự nhiên.
   • Chủ thể thực hiện: Các nhà máy xử lý nước thải, thời gian 6-12 tháng.

4. Nâng cao khả năng tái sử dụng xúc tác:

   • Nghiên cứu các phương pháp tái sinh xúc tác sau nhiều chu kỳ sử dụng để duy trì hiệu suất và giảm chi phí vận hành.
   • Chủ thể thực hiện: Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ môi trường, thời gian 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu vật liệu nano và xúc tác quang:

   • Lợi ích: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về biến tính TiO₂ nano bằng Cr(III), phương pháp tổng hợp và đặc trưng vật liệu.
   • Use case: Phát triển vật liệu xúc tác mới cho ứng dụng môi trường.

2. Chuyên gia xử lý nước thải công nghiệp:

   • Lợi ích: Tham khảo công nghệ quang xúc tác hiệu quả dưới ánh sáng nhìn thấy, giải pháp xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy.
   • Use case: Ứng dụng trong thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm, hóa chất.

3. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xúc tác:

   • Lợi ích: Nắm bắt quy trình tổng hợp, biến tính và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
   • Use case: Sản xuất xúc tác quang hóa thương mại với hiệu suất cao.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành Hóa học, Môi trường:

   • Lợi ích: Tài liệu tham khảo chi tiết về cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và phân tích kết quả trong lĩnh vực xúc tác quang.
   • Use case: Học tập, nghiên cứu và phát triển đề tài liên quan.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần biến tính TiO₂ bằng Cr(III)?
   Việc biến tính giúp thu hẹp vùng cấm năng lượng của TiO₂, mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng nhìn thấy, từ đó tăng hiệu quả quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời, vốn chứa ít tia UV.

2. Phương pháp sol-gel thủy nhiệt có ưu điểm gì?
   Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước hạt nano, tạo sản phẩm đồng nhất, tinh khiết, với chi phí hợp lý và thân thiện môi trường do phản ứng diễn ra ở nhiệt độ thấp và áp suất cao trong môi trường kín.

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính quang xúc tác như thế nào?
   Nhiệt độ nung cao làm tăng kích thước hạt và chuyển pha anatase sang rutile, giảm diện tích bề mặt và hiệu suất quang xúc tác. Nhiệt độ nung tối ưu khoảng 500-600°C giữ được pha anatase và kích thước hạt nhỏ.

4. Làm thế nào để hạn chế tái kết hợp electron-lỗ trống?
   Có thể giảm tái kết hợp bằng cách doping ion kim loại như Cr(III), gắn kim loại quý lên bề mặt TiO₂ hoặc sử dụng các chất thu nhận electron không thuận nghịch, giúp tăng thời gian sống của các điện tử và lỗ trống.

5. Khả năng tái sử dụng của xúc tác TiO₂ biến tính Cr(III) ra sao?
   Nghiên cứu cho thấy xúc tác có thể tái sử dụng ít nhất 5 chu kỳ với hiệu suất giảm dưới 10%, cho thấy tính ổn định và khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong xử lý nước thải.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công nano TiO₂ biến tính Cr(III) bằng phương pháp sol-gel thủy nhiệt với kích thước hạt nano và pha anatase ưu thế.
• Việc doping Cr(III) làm thu hẹp vùng cấm năng lượng, mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng nhìn thấy, nâng cao hiệu quả quang xúc tác phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ.
• Nhiệt độ nung, pH và lượng xúc tác là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác, cần được tối ưu trong ứng dụng thực tế.
• Xúc tác TiO₂ biến tính Cr(III) có khả năng tái sử dụng tốt, phù hợp cho các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu nâng cao khả năng tái sinh xúc tác và mở rộng ứng dụng trong xử lý nước thải thực tế.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp triển khai thử nghiệm quy mô lớn, đồng thời phát triển công nghệ sản xuất xúc tác quang hóa hiệu quả, thân thiện môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.-s5-ss<2es2keeeorkeorrkenrksreoresdie 8 1. GIỚI THIỆU VE VAT LIEU BAN DAN VÀ XUC TÁC QUANG HOA.1 Vật liệu bán dẫn và xúc tác quang hóa. Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thế.---2- 5 se cs+cscse+ 10 1. Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang.

CÂU TRÚC VÀ TINH CHAT CUA TiOp. Các dang cấu trúc và tinh chất vật lý [4Ä3]. Sự chuyển pha trong TÌO¿. Mỗi liên hệ giữa cầu trúc và tính chất của TiO kích thước nanomet ¬—.

Tính chất hóa hỌC CUA ÏÏ(2. Tính chất xúc tác quang hod của TiO ở dạng anafase. Cơ chế xúc tác quang của TÌQ;.----©5+©cz©cz+cs+c+cs+cserxered 24 1. CÁC YEU TO ANH HUONG DEN QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC 90/0/9909 1001010.Sự tái kết hợp lỗ trồng và electron quang sỉnh.

NII AG nahhe-. Các tinh thé kim loại gắn trên xúc tC cessecscsscessessessessessessesssessesseeses 28 1. Pha tạp (doping) ion kim loại vào tỉnh thể TỉO;. Các chất diệt gốc hydroxyl.

CÁC PHƯƠNG PHÁP DIEU CHE NANO TiO;.L Các phương pháp điêu chế nano [ ]Õ].------2©-scs+cs+cs+csecse+ 30 1.Cac phương pháp điều chế nano TiO> được sử dụng trong luận văn ¬—.-----©-+©52©c2+ce+cs+£e+rsrxersee 36 1. Ứng dung của nano TiO; và nano TiO; biến tính .-c-c--+ 38 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt và hiệu suất trong quá trình điều chế TiO). CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TINH SAN PHẨM.

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XD). Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope SEM). Phương pháp pho hap thụ tử ngoại và khả kiến (Ultra Violet - visible, 11/71/8000 nẺ8e. 46 CHUONG 2 - THUC NGHI M.

Dụng cụ và hóa CHẤT. HOG NG NENGẠG. Tổng hợp vật LiGu eo. Tổng hop vật liệu nano TìO; biến tinh bởi Cr(IH) bằng phương [2/781J5.

Các phương pháp đặc trưng vật lIỆu. Xây dựng đường chuẩn xác định COD bằng phương pháp dicromat. Pha NOG NGL nan ốn. Phương pháp xác AINh.

Xdy dựng đường chuẩn xác định giả trị đo COI. Khảo sát tính chất quang xúc tác của vật liệu. Duong chuẩn xác định nồng độ của các hợp ChẤT,. Thi nghiệm khảo sát hoạt tinh xúc tac của vật liệu.

KET QUA VÀ THẢO LUẬN. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tong hợp vật liệu. 56 Các yêu tô ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu được chúng tôi khảo SAt Lal ee eee eseecceseeseceeeeececeeseccessecsaessececesesseeecesseeeaesseeeeesaeeeaesaeeaeeeseaeeaeenee® 56 - Nhiét d6 nung mau khao sat 6 500°C, 600°C, 700°C đối với mẫu TiO, được tổng hợp theo phương pháp sol — gel là. Nghiên cứu các đặc trưng của Vat lIỆu.

Đặc trưng hình thái học và thành phan của vật liệu. Thí nghiệm xúc tác phân hủy RhodaminB.-- --- - -- --«- 63 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 3. Ảnh hướng của một số điều kiện tổng hợp đến hoạt tính quang xúc tác của Vật LIEU. Kết quả khảo sát các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình phân hi RhodaminB bằng vật liệu xúc tác TiO, biến tính bởi Cr(IH).

Khao sát khả năng tái sử dụng XUC td. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu 10-CT05 đối với quá trình phân hủy thuốc nhuộm, phenol đỏ, nước thải dệt nhuộm. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu đối với quá trình phân hủy thuốc nhuộm vàng axit AX-2R, vàng phân tán E-3G, phenol 7E. Xứ lý mẫu thực KẾ.

81 TÀI LIEU THAM KHAO .s- << 5° << 5s s2 se sessesesessssess 83 DANH MỤC HÌNH VẼ, Hình 1. Cơ chế xúc tác quang của chất bản dẫhn .--5-©52©52©csc5zc: 10 Hình 1. Cấu trúc tỉnh thé các dạng thù hình của TiO?. Hình khối bát điện của TÌO¿.

(A) Mat độ trang thai (DOS) tong cộng và mat độ trang thái thành phân của TiO> anatase. (B) Cau trúc liên kết obitan phan tu cua TiO; CANALS. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile. Sự hình thành các gốc OH* và Oy seessesssessesssessesssesssessessssssecssessesssessees 22 Hình 1.

Cơ chế xúc tác quang hóa sử dụng TìO;.----©-z©5z5cs+csscsee 23 Hình 1. Sơ đồ mô phỏng hai phương pháp điều chế vật liệu kích thước nm. Sơ đồ chung của phương pháp sol - gel điều chế vật liệu. 31 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 Hình 1.

Doping chất bán dẫn làm giảm năng lượng vùng cắm. Nhiéu xạ tia X theo mô hình Bragg. Nhiéu xạ kế tia X D8 - Advance 5005 (CHLB Đức). Quy trình điều chế nano TiO, biến tính bởi Cr(1H]).

Đường chuẩn xác định COD vececcecsesssssessssssessessessessessssssessecsecsessesssssees 52 Hình 2. Đường chuẩn xác định nông độ Rhodamin B vaccescccccescescessessessesseeveee 53 Hình 2. Đường chuẩn xác định nông độ Phenol đỏ. Phổ XRD của TS500.

Phổ XRD của TS600. Phổ XRD của mẫu TS700 veecsesssessesssesseessesssessesssessesssecsesssessusssesseseseeses 57 Hình 3. Phổ XRD của mẫu 10-CT0S. Phố XRD của MAU 10-CT03.

Phổ XRD của mẫu 1-CT.----5:55c5525522c2zc+zcvrserxereersee 60 Hình 3. Ảnh SEM của mẫu biến tính TiO) .-----©z©cs+©se+c+ecxsrxerred 61 Hình 3. Phổ EDX của mẫu xúc tác 0,5%CY-TiO). Phổ UV-Vis của MAU TS50O.

Phố UV— Vis của mẫu biến tinh TiO, bởi Cr (IH). Phổ UV- vis của mãi Sấy khô 100°C món lómfnh bởi Cr(IIl). Khả năng phán huy Rhodamin B cua các vật liệu 8-CT05, 10- CTO5, 12-CTO5, ]4-CTẪŠ. 4 s11 ng nh ng ng nành ó5 Hình 3.

Phổ UV — vis của các mẫu xúc tác 8-CT05, 10-CT05, 12-CT05, he. Kha năng phân huy Rhodamin B cua vật liệu Cr doped TiO? voi ti LE Cr KRAC NNQU 088000808868. Dai hấp thụ đặc trưng của các mẫuM XUC GC. Kha nang phan huy Rhodamin B cua vật liệu TiO2 va TiO bién CEN BOT Cr(LID ce ccccccccesccccssscseseceesseeseeeeseseeeesaeessseeeeseecssaeeseseecseaeecesaessesseseeeenensenegs 70 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 Hình 3.

Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân hủy Rhodamin B. Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến sự phân hủy Rhodamin B. Kết quả tái sử dụng xúc tác TiO biến tinh bởi CTr. Sự biến đổi COD của AX — 2R theo thời gian xử Ìý.

Sự biến đổi mật độ quang của AX — 2R giảm theo thời gian xử lý. Sự biến đổi COD của E — 3G theo thời gian xử lý. Sự biến đổi mật độ quang cua E— 3G theo thời gian xử lÿ. Sự biến đổi nông độ Phenol do theo thời gian xử Ìÿ.

Sự biến đổi COD của mẫu thực theo thời gian xử lý.- 8] DANH MUC BANG BIEU Bang 1. Một số tinh chất vật ly cua tinh thé rutile và anafqse. Sự phụ thuộc của tốc độ phan ứng thuỷ phân vào kích thước nhóm AIK y] CUA ANK {5ã PS SESehe. Thiết lập đường chuẩn phụ thuộc mật độ quang và COD.

Sự phụ thuộc nông độ và mật độ quang cua Rhodamin B. Sự phụ thuộc nông độ và mật độ quang cua Phenol đỏ. Ki hiệu của các sản PRM voccceseccessesesssssesvsstesssseessssessessesssssesesnesvessenes 55 Bang 3. Kích thước hat TiO, tổng hợp ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau.

Kích thước hạt của mẫu biến tính Tis .----: sec ctscesesrssssa 60 Bang 3. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến hoạt tính xúc tác phân hủy RNOAAMIN P. 01111911111 TH Tu HT HT TH TT TH tàn 64 Bảng 3. Sự phân huy của Rhodamin B theo thời gian xử lý bằng các xúc tác TiO, biến tính bởi Cr ở các nông độ khác NAAU.-- Ặcc<csccc+sseeesseee 67 Bảng 3.

Hàm lượng Cr được pha tạp vào trong cấu trúc mang TìO;. 68 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 Bang 3. Hoạt tính xúc tác cua vật liệu TiO, và T¡O; biến tinh bởi Cr. Sự biến đổi nông độ Rhodamin B theo thời gian ở các pH khác 71.

Anh hưởng lượng xúc tác tới khả năng phân hủy Rhodamin B. Kết qua tái sử dụng xúc tác TiO, biến tính bởi CLr. Hiệu suất xử lý đối với AX-2Ñ. Hiệu suất xử lý đối với E-3Gcecceccecsessessssssessessessessesssssessessecsessessessees 78 Bang 3.

Sự biến đổi nông độ Phenol do bị phan huy theo thời gian. Sự biến đổi giá trị COD của mẫu nước thải dệt nhuộm theo thời QUAM XU LY Pha. 80 MO DAU Trong một vài thập ky gan đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nước, các nghành công nghiệp, nông nghiệp, các làng nghề. ở Việt Nam đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lượng cũng như chủng loại các sản pham và chất lượng cũng ngày càng được cải thiện.

Bên cạnh những tác động tích cực do sự phát triển mang lai thì cũng phải kể đến những tác động tiêu cực. Một trong những mặt tiêu cực đó là các loại chất thải do các nghành công nghiệp thải ra ngày càng nhiều làm ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khoẻ của người dân. Môi trường sống của người dân đang bi de doa bởi các chat thải công nghiệp, trong đó van dé bức xúc nhất phải kế đến nguồn nước. Hầu hết các hồ, ao sông, ngòi đi qua các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các hồ ao trong các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh.

Chính vì vậy, một vấn đề đặt ra là cần có những công nghệ hữu hiệu, có thé xử lý triệt dé các chat ô nhiễm có trong môi trường nước. Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 Trong số các chất gây ô nhiễm nguồn nước, đáng chú ý là những chất hữu cơ bền có khả năng tích lũy trong cơ thé sinh vật và gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con người như: phenol, các hợp chất của phenol, các loại thuốc nhuộm, Rhodamin B. Do vậy, việc nghiên cứu, xử lý nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất ô nhiễm là đặc biệt cần thiết. Nhiều công nghệ tiên tiến xuất hiện trong các thập kỷ gần đây đã được ứng dụng trong công nghệ xử lý nước và nước thải.

Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm như phương pháp hấp phụ, phương pháp sinh học, phương pháp oxi hóa — khử, phương pháp oxi hóa nâng cao. Trong các phương pháp trên phương pháp oxi hóa nâng cao có nhiều ưu điểm nỗi trội như hiệu quả sử lý cao, khả năng khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ độc hại thành các hợp chất vô cơ ít độc hại và được quan tâm ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường. Trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp oxi hóa nâng cao trong xử lý môi trường, TiO, với vai trò một chất xúc tác quang hóa tiêu biểu đã được nhiều quốc gia phát triển như Mĩ, Nhat Ban, Đức.trên thế giới nghiên cứu, vi TiO) có ưu điểm là giá thành rẻ, bền trong những điều kiện môi trường khác nhau, không độc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp. Titan đioxit (TiO,) là chat bán dẫn có dải trống năng lượng của rutile là 3.05 eV và cua anatase là 3.25 eV nên có khả năng thực hiện các phản ứng quang xúc tác.