Nghiên cứu điều chế nano TiO2 và TiO2 biến tính lưu huỳnh từ tinh quặng inmenit Bình Định

• Tác giả: Nguyễn Tấn Lâm
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Diệu Cẩm
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Nano TiO2 Và TiO2 Biến Tính Lưu Huỳnh Từ Quặng Inmenit Bình Định Cho Ứng Dụng Xúc Tác Quang
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC NGUỒN KHOÁNG VẬT CHỨA TITAN
• 1.1. Quặng titan trên thế giới
• 1.2. Quặng titan ở Việt Nam
• 2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TiO2 TỪ TINH QUẶNG INMENIT
• 2.1. Phương pháp phân giải tinh quặng inmenit bằng axit sunfuric
• 2.2. Phương pháp phân giải tinh quặng inmenit bằng axit clohyđric
• 2.3. Phương pháp phân giải tinh quặng inmenit bằng khí clo
• 2.4. Phương pháp phân giải tinh quặng inmenit bằng amoni florua
• 2.5. Phương pháp phân giải tinh quặng inmenit bằng axit flohydric
• 2.6. Phương pháp phân giải tinh quặng inmenit bằng KOH
• 2.7. Một số công nghệ sản xuất TiO2 trong công nghiệp hiện nay
• 3. VẬT LIỆU TiO2 VÀ TiO2 BIẾN TÍNH
• 3.1. Vật liệu nano TiO2
• 3.2. Vật liệu TiO2 biến tính
• 4. TỔNG QUAN VỀ SỰ Ô NHIỄM NƯỚC BỞI MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
• 4.1. Giới thiệu chung về sự ô nhiễm nước bởi các chất hữu cơ và phương pháp xử lý
• 4.2. Tổng quan về xanh metylen
• 4.3. Tổng quan về phenol
• 5. ĐIỀU CHẾ TiO2 TỪ TINH QUẶNG INMENIT
• 5.1. Quy trình điều chế nano TiO2 từ tinh quặng inmenit Bình Định
• 5.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân giải tinh quặng
• 5.3. Khảo sát hiệu suất hòa tách titan và thu hồi TiO2 từ tinh quặng
• 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
• 6.1. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 6.2. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)
• 6.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 6.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 6.5. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 6.6. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ ở 77K (BET)
• 6.7. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis)
• 6.8. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến (UV-Vis-DRS)
• 6.9. Phương pháp phân tích nhiệt (TG-DTA)
• 6.10. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS)
• 7. NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI, CẤU TRÚC PHA CỦA VẬT LIỆU TiO2 ĐIỀU CHẾ TỪ K2TiF6
• 7.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan K2TiF6 trong nước
• 7.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân K2TiF6
• 7.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Ti(OH)4
• 7.4. Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân bazơ khác nhau trong quá trình thủy phân K2TiF6
• 7.5. Khảo sát hình thái, cấu trúc pha của vật liệu sợi nano TiO2
• 8. ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TiO2 BIẾN TÍNH LƯU HUỲNH (S-TiO2)
• 8.1. Quy trình điều chế vật liệu S-TiO2
• 8.2. Khảo sát các điều kiện thích hợp để điều chế vật liệu S-TiO2
• 9. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ PHENOL
• 9.1. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu TiO2 và S-TiO2
• 9.2. Ứng dụng vật liệu TiO2 và S-TiO2 để xử lý phenol
• 10. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 11. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT PHÂN GIẢI TINH QUẶNG INMENIT BÌNH ĐỊNH
• 11.1. Thành phần hóa học và cấu trúc pha của tinh quặng inmenit
• 11.2. Hiệu suất phân giải tinh quặng inmenit theo kích thước hạt
• 11.3. Hiệu suất phân giải tinh quặng inmenit theo thời gian
• 11.4. Hiệu suất phân giải tinh quặng inmenit theo nồng độ dung dịch HF
• 11.5. Hiệu suất phân giải tinh quặng inmenit theo tỉ lệ lỏng/rắn
• 12. KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN THỦY PHÂN K2TiF6 TRONG DUNG DỊCH NH3
• 12.1. Đặc trưng về thành phần hóa học và cấu trúc pha của K2TiF6
• 12.2. Độ tan của K2TiF6 trong nước theo nhiệt độ
• 12.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ dung dịch NH3 đến tốc độ thủy phân K2TiF6
• 12.4. Điều chế nano TiO2 theo phương pháp thủy phân K2TiF6 trong dung dịch NH3
• 12.5. Hiệu suất hòa tách titan và thu hồi TiO2 từ tinh quặng inmenit
• 13. KHẢO SÁT HÌNH THÁI HỌC VÀ CẤU TRÚC PHA CỦA VẬT LIỆU TiO2 ĐIỀU CHẾ TỪ K2TiF6
• 13.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 13.2. Ảnh hưởng của tác nhân bazơ khác nhau
• 13.3. Hình thái học và cấu trúc pha của vật liệu sợi nano TiO2
• 14. HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TiO2
• 14.1. Khảo sát về thời gian cân bằng hấp phụ MB trên vật liệu nano TiO2
• 14.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân hủy MB của vật liệu TiO2
• 15. ĐIỀU CHẾ, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU S-TiO2
• 15.1. Khảo sát một số điều kiện tối ưu để điều chế vật liệu S-TiO2
• 15.2. Nghiên cứu đặc trưng vật liệu S-TiO2
• 15.3. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu S-TiO2
• 16. ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TiO2 VÀ S-TiO2 ĐỂ XỬ LÝ PHENOL
• 16.1. Ứng dụng vật liệu TiO2 để xử lý phenol
• 16.2. Ứng dụng vật liệu S-TiO2 để xử lý phenol
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về TiO2 và nano TiO2

TiO2, hay titanium dioxide, là một hợp chất hóa học có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và môi trường. Đặc biệt, nano TiO2 với kích thước nanomét có những tính chất quang học và hóa học vượt trội, cho phép nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xúc tác quang, xử lý nước thải và sản xuất năng lượng. Việc chế tạo nano TiO2 từ các nguồn tài nguyên tự nhiên như quặng inmenit không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có. Theo nghiên cứu, nano TiO2 có khả năng hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa năng lượng hiệu quả, làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng xúc tác quang. "Việc phát triển và ứng dụng nano TiO2 trong xử lý ô nhiễm môi trường là một trong những hướng đi quan trọng trong nghiên cứu hiện nay."

II. Quy trình chế tạo TiO2 từ quặng inmenit

Quá trình chế tạo TiO2 từ quặng inmenit bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, quặng được xử lý bằng các phương pháp hóa học như phân giải bằng axit sunfuric hoặc axit clohyđric. Các phương pháp này giúp tách titan ra khỏi các tạp chất khác. Sau đó, titan được chuyển hóa thành TiO2 thông qua các bước nung và thủy phân. "Phương pháp phân giải tinh quặng inmenit bằng axit sunfuric đã được chứng minh là hiệu quả trong việc thu hồi TiO2 với độ tinh khiết cao." Việc tối ưu hóa các điều kiện như nhiệt độ, thời gian và nồng độ dung dịch là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất trong quá trình chế tạo. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh các yếu tố này có thể làm tăng đáng kể hiệu suất thu hồi TiO2.

III. Tính chất quang học và hoạt tính xúc tác quang của TiO2

Tính chất quang học của TiO2 rất quan trọng trong các ứng dụng xúc tác quang. TiO2 có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại, tuy nhiên, hoạt tính xúc tác của nó trong vùng ánh sáng khả kiến còn hạn chế. Để khắc phục điều này, việc biến tính TiO2 bằng các nguyên tố như lưu huỳnh đã được nghiên cứu. "Biến tính TiO2 không chỉ cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn tăng cường hoạt tính xúc tác quang, giúp xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước." Các nghiên cứu cho thấy rằng TiO2 biến tính lưu huỳnh có thể hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện ánh sáng khả kiến, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong xử lý ô nhiễm.

IV. Ứng dụng của TiO2 trong xử lý ô nhiễm môi trường

Ứng dụng của TiO2 và TiO2 biến tính lưu huỳnh trong xử lý ô nhiễm môi trường là một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng hiện nay. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng TiO2 có khả năng phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ độc hại như phenol và xanh metylen. "Việc sử dụng TiO2 làm vật liệu xúc tác quang không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn góp phần bảo vệ môi trường nước." Các thử nghiệm cho thấy rằng TiO2 có thể đạt hiệu suất cao trong việc phân hủy các chất ô nhiễm dưới ánh sáng UV và khả kiến, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng của nó trong thực tiễn.