Nghiên cứu điều chế và khảo sát hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thước nano biến tính ure

• Tác giả: Lý Thanh Loan
• Trường học: Đại học quốc gia hà nội - Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thước nano được biến tính ure
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. GIỚI THIỆU VỀ TITAN ĐIÔXIT
• 1.1.1. Cấu trúc của titan đioxit
• 1.1.2. Tính chất hóa học của titan đioxit
• 1.1.3. Các ứng dụng của vật liệu titan đioxit
• 1.2. GIỚI THIỆU VỀ TITAN ĐIÔXIT KÍCH THƯỚC NANOMET BIẾN TÍNH
• 1.2.1. Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất và ứng dụng của TiO2 kích thước nanomet
• 1.2.2. Các kiểu titan đioxit biến tính
• 1.2.3. Tổng hợp vật liệu TiO2 biến tính
• 1.3. GIỚI THIỆU VỀ TITAN ĐIÔXIT BIẾN TÍNH NITƠ
• 1.3.1. Titan đioxit biến tính nitơ – Cấu trúc và tính chất. Các phương pháp điều chế TiO2 kích thước nm được biến tính nitơ
• 1.3.2. Phương pháp sol-gel
• 1.3.3. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.3.4. Phương pháp phản ứng pha rắn
• 1.3.5. Phương pháp thủy phân
• 1.3.6. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.3.7. Phương pháp nghiền
• 1.3.8. Phương pháp tẩm
• 1.3.9. Phương pháp nhiệt phân phun
• 1.4. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TITAN ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANOMET BIẾN TÍNH NITƠ TỪ CHẤT ĐẦU URÊ
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN
• 2.1.1. Mục tiêu luận văn
• 2.1.2. Nội dung làm thực nghiệm luận văn
• 2.2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.3.1. Phương pháp thực nghiệm điều chế bột titan điôxit kích thước nanomet biến tính nitơ theo phương pháp thuỷ phân từ chất đầu là TiCl4 với sự có mặt của urê
• 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm điều chế bột titan điôxit kích thước nanomet biến tính nitơ theo phương pháp phân hủy nhiệt từ chất đầu là TiCl4 và urê
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
• 2.4.1. Phương pháp XRD
• 2.4.2. Phổ tán xạ tia X (EDX)
• 2.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.4.5. Phương pháp phân tích nhiệt
• 2.4.6. Phương pháp khảo sát khả năng quang xúc tác của titan đioxit
• 2.4.7. Phương pháp tính hiệu suất quá trình điều chế
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt, cấu trúc tinh thể và khả năng quang xúc tác của bột TiO2-N điều chế từ chất đầu TiCl4 và ure theo phương pháp ướt
• 3.1.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình điều chế
• 3.1.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 3.1.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung
• 3.1.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần dung dịch khi thủy phân
• 3.1.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân
• 3.1.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân
• 3.1.2. Tổng hợp các điều kiện tối ưu của các giai đoạn của quá trình điều chế TiO2-N có kích thước nano mét từ chất đầu là TiCl4 và ure theo phương pháp thủy phân dung dịch
• 3.2. Xây dựng quy trình điều chế TiO2 biến tính nitơ có kích thước nano mét quy mô phòng thí nghiệm từ chất đầu TiCl4 và ure theo phương pháp thủy phân dung dịch
• 3.2.1. Qui trình điều chế
• 3.2.2. Thuyết minh qui trình điều chế
• 3.2.3. Thực hiện qui trình điều chế trong qui mô phòng thí nghiệm
• 3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt, cấu trúc tinh thể và khả năng quang xúc tác của bột TiO2–N điều chế từ chất đầu TiCl4 và ure theo phương pháp phân hủy nhiệt (phản ứng ở pha rắn)
• 3.3.1. Điều chế bột TiO2 theo phương pháp thủy phân trong dung dịch
• 3.3.1.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
• 3.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 3.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung
• 3.3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng urê/ TiO2
• 3.3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nghiền
• 3.3.2. Tổng hợp các điều kiện tối ưu của các giai đoạn của quá trình điều chế TiO2 dạng bột kích thước nanomet được biến tính bằng ure theo phương pháp phân hủy nhiệt
• 3.3.3. Xây dựng quy trình điều chế TiO2 biến tính nitơ có kích thước nano mét quy mô phòng thí nghiệm từ chất đầu TiCl4 và ure theo phương pháp phản ứng ở pha rắn
• 3.3.3.1. Qui trình điều chế
• 3.3.3.2. Thuyết minh qui trình điều chế
• 3.3.3.3. Thực hiện qui trình điều chế trong qui mô phòng thí nghiệm
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nghiên cứu titan đioxit nano biến tính ure

Nghiên cứu về titan đioxit nano biến tính ure đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Titan đioxit (TiO2) là một trong những vật liệu quan trọng trong lĩnh vực quang xúc tác. Với kích thước nano, TiO2 có nhiều ứng dụng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Việc biến tính ure giúp cải thiện hoạt tính quang xúc tác của vật liệu này, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong công nghiệp và môi trường.

1.1. Titan đioxit nano và vai trò trong quang xúc tác

Titan đioxit nano có khả năng hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa năng lượng quang thành năng lượng hóa học. Điều này giúp nó trở thành một chất xúc tác hiệu quả trong việc phân hủy các chất hữu cơ độc hại. Nghiên cứu cho thấy rằng việc biến tính ure vào cấu trúc của TiO2 có thể làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác.

1.2. Lợi ích của việc biến tính ure cho titan đioxit

Biến tính ure không chỉ giúp cải thiện hoạt tính quang xúc tác mà còn làm tăng độ bền của vật liệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng TiO2 biến tính ure có khả năng hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, điều này rất quan trọng cho các ứng dụng trong xử lý nước thải và không khí.

II. Thách thức trong nghiên cứu titan đioxit nano biến tính ure

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nghiên cứu và phát triển titan đioxit nano biến tính ure cũng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là việc kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt TiO2 trong quá trình tổng hợp. Kích thước hạt ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất quang xúc tác của vật liệu.

2.1. Kiểm soát kích thước hạt trong quá trình tổng hợp

Kích thước hạt TiO2 có thể được điều chỉnh thông qua các phương pháp tổng hợp khác nhau như sol-gel, thủy phân, và phản ứng pha rắn. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được kích thước hạt mong muốn và tối ưu hóa hoạt tính quang xúc tác.

2.2. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến hoạt tính quang xúc tác

Các điều kiện như nhiệt độ, thời gian và nồng độ của các chất phản ứng có thể ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của TiO2. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể dẫn đến sự cải thiện đáng kể trong hoạt tính quang xúc tác của vật liệu.

III. Phương pháp tổng hợp titan đioxit nano biến tính ure hiệu quả

Để đạt được titan đioxit nano biến tính ure với hoạt tính quang xúc tác cao, nhiều phương pháp tổng hợp đã được nghiên cứu. Các phương pháp này không chỉ giúp tạo ra vật liệu với kích thước hạt nhỏ mà còn đảm bảo tính đồng nhất trong cấu trúc.

3.1. Phương pháp sol gel trong tổng hợp TiO2

Phương pháp sol-gel là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp TiO2 nano. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt kích thước và hình dạng của hạt thông qua việc điều chỉnh các thông số như nồng độ và nhiệt độ. Nghiên cứu cho thấy rằng TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel có hoạt tính quang xúc tác cao hơn so với các phương pháp khác.

3.2. Phương pháp thủy phân và ứng dụng của nó

Phương pháp thủy phân cũng được sử dụng để tổng hợp TiO2 nano biến tính ure. Phương pháp này cho phép tạo ra các hạt TiO2 với kích thước đồng đều và cấu trúc ổn định. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp thủy phân có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác.

IV. Kết quả nghiên cứu về hoạt tính quang xúc tác của titan đioxit nano

Nghiên cứu về hoạt tính quang xúc tác của titan đioxit nano biến tính ure đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các thí nghiệm cho thấy rằng TiO2-N có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dưới ánh sáng khả kiến, điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong xử lý môi trường.

4.1. Khả năng phân hủy chất ô nhiễm của TiO2 N

Các thí nghiệm cho thấy rằng titan đioxit nano biến tính ure có khả năng phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm như methylene blue và phenol. Kết quả này cho thấy rằng việc biến tính ure đã cải thiện đáng kể hoạt tính quang xúc tác của TiO2.

4.2. So sánh hiệu suất quang xúc tác giữa TiO2 và TiO2 N

So với titan đioxit không biến tính, TiO2-N cho thấy hiệu suất quang xúc tác cao hơn nhiều. Điều này chứng tỏ rằng việc biến tính ure không chỉ cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn tăng cường khả năng phân hủy các chất ô nhiễm.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của titan đioxit nano biến tính ure

Nghiên cứu về titan đioxit nano biến tính ure đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực quang xúc tác. Với những lợi ích vượt trội, TiO2-N hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường và sản xuất công nghiệp.

5.1. Tương lai của nghiên cứu titan đioxit nano

Nghiên cứu về TiO2-N sẽ tiếp tục được mở rộng với nhiều phương pháp tổng hợp mới và ứng dụng đa dạng hơn. Các nhà khoa học đang tìm kiếm cách để tối ưu hóa hoạt tính quang xúc tác của vật liệu này, từ đó nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng thực tiễn.

5.2. Ứng dụng thực tiễn của titan đioxit nano biến tính ure

TiO2-N có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xử lý nước thải, làm sạch không khí và sản xuất năng lượng. Với những đặc tính vượt trội, titan đioxit nano biến tính ure sẽ đóng góp tích cực vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.