Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Bột TiO2 Ứng Dụng Làm Chất Xúc Tác Quang Hóa

Luận án tiến sĩ nghiên cứu công nghệ sản xuất bột TiO2 ứng dụng làm chất xúc tác quang hóa, phân tích quá trình và thiết bị công nghệ hóa học.

• Tác giả: Hoàng Minh Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Đình Tuấn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Bột TiO2 Ứng Dụng Làm Chất Xúc Tác Quang Hóa
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TiO₂ và ứng dụng trong công nghiệp
• 1.2. Tinh chất lý hóa chung của titan
• 1.3. Một số hợp chất của titan
• 1.4. Chất xúc tác quang TiO₂ và TiO₂ nano
• 1.5. Phản ứng tổng hợp TiO₂ nhằm tạo ra sản phẩm có đặc tính kỹ thuật mong muốn
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu phản ứng tổng hợp TiO₂ từ TiCl₄
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp xây dựng thuật toán và phát triển chương trình mô phỏng nghiên cứu
• 2.2. Xây dựng thuật toán
• 2.3. Xây dựng chương trình mô phỏng
• 2.4. Nghiên cứu quá trình bằng mô hình toán
• 2.5. Nghiên cứu công nghệ sản xuất TiO₂ nano làm chất xúc tác quang hóa
• 2.6. Các phương pháp phân tích tính chất sản phẩm
• 2.6.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.6.2. Nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.6.3. Diện tích bề mặt riêng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xây dựng chương trình mô phỏng và nghiên cứu phản ứng tạo hạt TiO₂
• 3.1.1. Xây dựng thuật toán mô phỏng
• 3.1.2. Nghiên cứu quá trình bằng mô hình toán học
• 3.2. Nghiên cứu thực nghiệm phản ứng sản xuất TiO₂ nano để kiểm chứng và cải tiến mô hình toán học
• 3.2.1. Thiết bị và quy trình công nghệ
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol H₂O/TiCl₄
• 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ TiCl₄
• 3.2.5. Ảnh hưởng của thời gian lưu và sự kết tụ
• 3.3. Nghiên cứu ứng dụng bột TiO₂ nano làm chất xúc tác quang hóa
• 3.3.1. Xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)
• 3.3.2. Khảo sát khả năng xử lý của TiO₂ với từng cấu tử
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Bột TiO2

Nghiên cứu về công nghệ sản xuất bột TiO2 đang là một lĩnh vực đầy tiềm năng, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ nano ngày càng phát triển. TiO2 không chỉ là một vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp mà còn đóng vai trò then chốt trong việc giải quyết các vấn đề môi trường và năng lượng. Với khả năng làm sạch môi trường thông qua phản ứng quang xúc tác và chuyển đổi năng lượng mặt trời, TiO2 nano đang thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học và quản lý. Việc phát triển vật liệu này để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế - xã hội cao là một vấn đề cấp thiết. Theo nghiên cứu của Hoàng Minh Nam (2015), TiO2 có ứng dụng to lớn trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống.

1.1. Giới Thiệu Chung Về TiO2 và Các Ứng Dụng Tiềm Năng

TiO2 là một vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, trong suốt và có chiết suất cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sơn, nhựa, giấy và mỹ phẩm. Tuy nhiên, ứng dụng quan trọng nhất của TiO2 ở kích thước nano là khả năng làm sạch môi trường thông qua phản ứng quang xúc tác và khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Trong lĩnh vực công nghệ nano, TiO2 được coi là một vật liệu không thể thay thế với nhiều ứng dụng quý giá.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Bột TiO2

Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột TiO2 có ý nghĩa khoa học và kinh tế to lớn. Mặc dù Việt Nam có trữ lượng nguyên liệu lớn, nhưng hiện nay sản phẩm TiO2 sử dụng trong nước đều phải nhập khẩu hoàn toàn. Việc chủ động sản xuất TiO2 sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung bên ngoài và tạo ra giá trị gia tăng cho ngành công nghiệp trong nước. Nghiên cứu này cũng góp phần vào việc phát triển công nghệ chế biến sâu quặng titan từ sa khoáng ven biển Việt Nam.

II. Thách Thức Trong Sản Xuất Bột TiO2 Chất Xúc Tác Quang Hóa

Việc sản xuất bột TiO2 làm chất xúc tác quang hóa đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật. Quá trình phản ứng tạo TiO2 rất phức tạp do có sự tham gia của nhiều cấu tử, nhiều pha và chịu ảnh hưởng của các quá trình khuếch tán, tạo mầm, va chạm, sự lớn lên của tinh thể và sự kết tụ của các hạt. Các thông số công nghệ như nhiệt độ, áp suất và thời gian lưu cũng ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và tính chất của hạt TiO2 tạo thành. Do đó, cần có một mô hình toán học chính xác để mô tả và điều khiển quá trình này.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Kích Thước Hạt TiO2

Kích thước hạt TiO2 là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác. Các yếu tố như nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ và thời gian lưu đều có ảnh hưởng đến kích thước hạt TiO2 tạo thành. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được kích thước hạt mong muốn. Theo nghiên cứu của Hoàng Minh Nam, các thông số công nghệ như nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, thời gian lưu đã được khảo sát và xác định ảnh hưởng của chúng đến kích thước hạt TiO2 tạo thành.

2.2. Kiểm Soát Cấu Trúc TiO2 Pha Anatase và Pha Rutile

TiO2 tồn tại ở nhiều dạng thù hình, trong đó phổ biến nhất là pha anatase và pha rutile. Pha anatase thường có hiệu suất quang xúc tác cao hơn pha rutile, do đó nó được ưu tiên sử dụng làm chất xúc tác quang hóa. Việc điều khiển quá trình phản ứng để tạo ra TiO2 chủ yếu ở pha anatase là một thách thức kỹ thuật. Nhiệt độ và các chất phụ gia có thể ảnh hưởng đến sự hình thành của các pha khác nhau.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Bột TiO2 Nano Giải Pháp Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp tổng hợp bột TiO2 nano, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp sol-gel, phương pháp nhiệt phân, phương pháp thủy nhiệt và phương pháp lắng đọng pha hơi. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu về kích thước hạt, cấu trúc TiO2, độ tinh khiết và chi phí sản xuất. Phương pháp clo hóa, thông qua việc thủy phân TiCl4, là một trong những phương pháp phổ biến nhất để sản xuất TiO2 nano.

3.1. Phương Pháp Sol Gel Trong Điều Chế TiO2

Phương pháp sol-gel là một phương pháp hóa học ướt được sử dụng rộng rãi để điều chế TiO2 nano. Phương pháp này dựa trên quá trình thủy phân và ngưng tụ của các tiền chất kim loại như titanium alkoxide. Ưu điểm của phương pháp sol-gel là khả năng kiểm soát kích thước hạt và cấu trúc TiO2, cũng như khả năng tạo ra vật liệu có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là chi phí sản xuất cao và thời gian phản ứng dài.

3.2. Ứng Dụng Phương Pháp Thủy Nhiệt Để Tổng Hợp TiO2

Phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp tổng hợp TiO2 trong môi trường nước ở nhiệt độ và áp suất cao. Phương pháp này cho phép tạo ra các hạt TiO2 có kích thước nhỏ và độ kết tinh cao. Ưu điểm của phương pháp thủy nhiệt là khả năng kiểm soát kích thước hạt và cấu trúc TiO2, cũng như khả năng tạo ra vật liệu có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là chi phí sản xuất cao và yêu cầu thiết bị đặc biệt.

IV. Cải Tiến Tính Chất Quang Xúc Tác Của TiO2 Bằng Doping

Để nâng cao hiệu suất quang xúc tác của TiO2, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc cải tiến vật liệu bằng phương pháp doping. Doping có thể được thực hiện bằng kim loại chuyển tiếp hoặc phi kim loại. Việc lựa chọn chất doping phù hợp có thể làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng, giảm sự tái hợp electron-lỗ trống và tăng diện tích bề mặt của TiO2. Các vật liệu composite TiO2/graphene và TiO2/carbon nanotube cũng được nghiên cứu để cải thiện tính chất quang xúc tác.

4.1. Doping Kim Loại Chuyển Tiếp Để Tăng Hiệu Suất Quang Xúc Tác

Doping TiO2 bằng kim loại chuyển tiếp như sắt (Fe), đồng (Cu) hoặc niken (Ni) có thể làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và giảm sự tái hợp electron-lỗ trống. Các ion kim loại chuyển tiếp có thể tạo ra các mức năng lượng trung gian trong vùng cấm của TiO2, giúp mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng sang vùng ánh sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, việc doping quá nhiều kim loại chuyển tiếp có thể làm giảm hiệu suất quang xúc tác do tạo ra các tâm tái hợp.

4.2. Sử Dụng Vật Liệu Composite TiO2 Graphene Để Cải Thiện Tính Chất

Vật liệu composite TiO2/graphene kết hợp ưu điểm của cả hai vật liệu. Graphene có diện tích bề mặt lớn và khả năng dẫn điện tốt, giúp tăng khả năng hấp thụ chất ô nhiễm và vận chuyển electron. TiO2 cung cấp các tâm quang xúc tác để phân hủy chất ô nhiễm. Sự kết hợp này giúp cải thiện đáng kể hiệu suất quang xúc tác của TiO2. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu composite TiO2/graphene có hiệu suất quang xúc tác cao hơn so với TiO2 nguyên chất.

V. Ứng Dụng Bột TiO2 Trong Xử Lý Ô Nhiễm Môi Trường

Bột TiO2 có nhiều ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường, bao gồm xử lý nước thải, xử lý khí thải và làm sạch không khí. TiO2 có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ dưới tác dụng của ánh sáng. Ứng dụng trong xử lý nước và ứng dụng trong xử lý không khí là hai lĩnh vực quan trọng, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng TiO2 nano có thể được sử dụng hiệu quả để xử lý các chất ô nhiễm như benzen, toluen và xylen (BTX).

5.1. Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Phân Hủy Chất Ô Nhiễm Hữu Cơ

TiO2 có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải như thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm và các hợp chất dược phẩm. Quá trình phản ứng quang xúc tác tạo ra các gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh, giúp phân hủy các chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại như CO2 và H2O. Ứng dụng trong xử lý nước thải giúp giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

5.2. Ứng Dụng Trong Xử Lý Không Khí Loại Bỏ VOCs

TiO2 có khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) trong không khí như formaldehyde, benzen và toluen. Ứng dụng trong xử lý không khí giúp cải thiện chất lượng không khí trong nhà và ngoài trời, giảm thiểu các bệnh về đường hô hấp và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các hệ thống xử lý khí thải sử dụng TiO2 thường được thiết kế dưới dạng màng mỏng hoặc hạt nano phủ trên bề mặt vật liệu.

VI. Đánh Giá Hiệu Quả và Tương Lai Của Công Nghệ TiO2

Việc đánh giá hiệu quả quang xúc tác của TiO2 là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình sản xuất và ứng dụng. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, TEM và BET được sử dụng để xác định cấu trúc TiO2, kích thước hạt và diện tích bề mặt. Phân tích UV-Vis DRS được sử dụng để xác định khả năng hấp thụ ánh sáng của TiO2. Các nghiên cứu về chi phí sản xuất TiO2, tính bền của TiO2 và độc tính của TiO2 cũng cần được quan tâm để đảm bảo tính khả thi và an toàn của công nghệ.

6.1. Các Phương Pháp Đánh Giá Hiệu Quả Quang Xúc Tác

Để đánh giá hiệu quả quang xúc tác của TiO2, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các phương pháp phân tích như XRD, SEM, TEM, BET và UV-Vis DRS. Phân tích XRD giúp xác định cấu trúc TiO2 và tỷ lệ pha anatase/rutile. Phân tích SEM và TEM giúp xác định kích thước hạt và hình thái học của TiO2. Phân tích BET giúp xác định diện tích bề mặt của TiO2. Phân tích UV-Vis DRS giúp xác định khả năng hấp thụ ánh sáng của TiO2.

6.2. Triển Vọng Phát Triển Của Công Nghệ Sản Xuất TiO2

Triển vọng phát triển của công nghệ sản xuất TiO2 là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu về vật liệu này ngày càng tăng. Các nghiên cứu về cải tiến TiO2, doping TiO2 và sử dụng vật liệu composite TiO2 đang mở ra những hướng đi mới để nâng cao hiệu suất quang xúc tác và mở rộng ứng dụng của TiO2. Việc phát triển các quy trình sản xuất TiO2 thân thiện với môi trường và có chi phí thấp cũng là một mục tiêu quan trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN .1 TiO, và ứng dụng trong công NGHIEP «00.1 Tinh chất ly hóa chung của titan .2 Một số hợp chất của tÏfa1n. -á- tt Tan 113111111118 111 11111511111 151 111115111515 Eererd 3 1.3 Chất xúc tác quang TiO, va TiO, nanO.4 Phản ứng tong hợp TiO, nhằm tạo ra sản phẩm có đặc tính kỹ thuật mong muốn ¬—.5 Phương pháp nghiên cứu phản ứng tong hợp TiO, từ TiC¿.--5- 5-52: 25 CHUONG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU .1 Phuong pháp xây dựng thuật toán va phát triển chương trình mô phỏng nghiên cứu 001181515010158i1)9081907 2200078757.1 Xây dựng thuật toán .2 Xây dưng chương trình mô phỏng .3 Nghiên cứu quá trình bang mô hình toán .2 Nghiên cứu công nghệ sản xuất TiO, nano làm chất xúc tác quang hóa.3 Các phương pháp phân tích tính chất sản phẩm .1 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEEM).2 Nhiễu xạ tia X (XRÑD). -G G1 n1 TH HT TT HH TT ngư 42 2.3 Diện tích bề mặt riêng (B.--- SE E391 8E E1 xe rkrkrkred 42 CHƯƠNG 3: KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN .1 Xây dựng chương trình mô phỏng và nghiên cứu phản ứng tạo hạt T1O;.1 Xây dựng thuật toán m6 phỏng .2 Nghiên cứu quá trình bang mô hình toán học .- - - - +cc+EeE£x£ezxzxzxexexd 47 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm phản ứng sản xuất TiO, nano dé kiểm chứng và cải tiễn mô hình toán hOC.1 Thiết bị va quy trình công ng hỆ. - + + SE ‡EE#E#E£EEESESEEEEErkrkrkrkekred 52 Vii 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng, .3 Anh hưởng của tỷ lệ mol H;(O/TÍC Ì¡,.4 Ảnh hưởng của nồng độ TC /,.-- + + se sSxSESE SE +k‡E#EEE#ESESESEEkEkrkrkrkreekred 70 3.5 Anh hưởng của thời gian lưu va sự kết tỤ.3 Nghiên cứu ứng dụng bột TiO, nano lam chất xúc tác quang hóa .1 Xử lý các hợp chất hữu co dé bay hơi (VOC)).

tt SE EHggg re eekg 74 3.2 Khảo sát kha năng xử lý của TiO, với từng cấu tửỬ.------c-cscsrrxskrxckeeexeed 76 CHƯƠNG 4: KET LUẬN. - - - 111115 5E SH T11 11x Trời 82 TÀI LIEU THAM KHẢOO. - - SE E989 9E E931 E1 xxx 84 DANH MỤC CÔNG TRÌNH DA CÔNG BÔ.--- St Hggxgrerrekereg 90 PHU LUC 2 91 vill DANH MỤC HINH Hình 1.1 Các dang thù hình của tIfaï\.-- 011111131 111111111180 11111 ng 11 re 2 Hình 1.2 Cac dạng thù hình của titan đIOXIẨ.-- 5 2211111111 111111 1xx rre 6 Hình 1.3 Quy trình xử lý làm giàu quặng ilmenite .-- << 55s ss+ssssseeeeess 15 Hình 1.4 Chu trình sulfate .-- 2 1011133333111 11 111118 11111111 11g 11 ng ng re 18 Hinh 1.5 Chu trinh clo 0a we.6 Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất TiO, vce sseseseesesesesestsecscessssssvevens 26 Hình 1.7 Phản ứng tạo mâẫim. (+ St S339 E1 EE9E9E9EEE1 11111111111 nEErree 29 Hình 1.8 Quá trình KẾT f.--- SE SE v S911 11115113 111111111 nen rreg 29 Hình 1.9 Quá trình phát triển bé mặt .--¿- + + +E+k+E+E#EEEE+E£EEESEEEEEEEEeEererkrkrsee 30 Hình 1.10 Quá trình nung KẾT.

- - s33 E919 SE SE gxcưcư cv ng grrreg 30 Hình 1.11 Các bước trong quá trình hình thành hạt nano .12 Phân bố kích thước hạt.-c¿-55c5ct2cxt2Exterxtrrrsrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrk 33 Hình 3.1 Sơ đồ quá trình mô phỏng,. ¿6k EE#E+E#ESESESEEEEEEEEEEEekekekereerreree 46 Hình 3.2 Đồ thị so sánh ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình .3 Đồ thị so sánh ảnh hưởng của nồng độ TiCl, độ lên quá trình.4 Đồ thị so sánh ảnh hưởng của áp suất lên quá trình .5 Đồ thị so sánh ảnh hưởng của thời gian lưu lên quá trình.6 Bộ phận nhập liệu TC Ì¿,.7 Bộ phan thu hồi san pham _——.8 Hệ thống thiết bị phản ứng oo.9 Tháp đệm thu hồi sản phẩm và tháp đệm làm sạch khí thải.10 Quy trình công nghe .11 Huyền phù TiO, trong nưƯỚC.-- ¿2-5 + SE k+E+E#EEEE+E£E#ESEEEErEeEeEererkrkrsee 59 Hình 3.12 Hat TiO, thành phẩm .- -- - EEkk+E#E#E#E#ESESEEEEEEEEEEEEkekekekreeerrrree 60 Hình 3.13 Anh XRD của mẫu các mẫu TiO, thu được ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau. từ trên xuống: 285 °C, 370 °C, 470 °C, 525 °C (- rutile, - anatase, - brookite).14 Anh tem của mẫu TiO, đạt được ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau.15 Bề mặt riêng của mẫu dat được ở 285 °C nung ở các nhiệt độ khác nhau.16 Anh XRD của mẫu TiO, thu được ở nhiệt độ phản ứng 285 °C, và được nung 30 phút ở các nhiệt độ khác nhau: .17 Sự phụ thuộc của diện tích bề mặt riêng BET và kích thước của các hạt TiO, vào ty lệ mol HO //TĨC Ủ,. 2c c5 2222118331113 111191111 1111 811 ng ngu 69 Hình 3.18 Cơ chế phản ứng để xuất .- -- - + k+ESEEE#E#ESESESEEEEEkSk ven rerree 71 Hình 3.19 Ảnh TEM của hạt TiO; nano tạo thành bằng phương pháp thủy phân trong 0080005 .20 Hệ thông xử lý khí thải.-- - 2-2 E +EEE+E+E#E#EEEEEEEEEESEEEEEEEEeEererkrkrkee 74 Hình 3.21Đồ thị mô tả quá trình xử lý voc bằng TiOz/nhựa.22 Kết quả xử lý benzen trên cột chứa TiOz/nhựa theo thời gian.23 Kết quả xử lý toluen trên cột chứa TiOz/nhựa theo thời gian.24 Kết quả xử lý xylen trên cột chứa TiOz/nhựa theo thời gian.25 Kết quả xử lý đồng thời cả 3 cau tử BTX trên cột chứa TiOz/nhựa theo thời DANH MỤC BÁNG Bảng 1.1 Thông số vật lí của tÏtan.

- - « sSsxxt v31 E1 1111115111111 111 111gr greg 2 Bảng 1.2 Bảng chuẩn hàm lượng các chất trong TiCly sạch .3 Tính chat vật lí của titan tetracÏOTua.4 Tinh chat của các dạng thù hình của titan dioxit. ¿5 ss+x+x+xeeseseseee 5 Bảng 1.5 Sản lượng TiO, trên thé giới (nghìn tẫn/năm)). + 5 6xx +x+xeveeeeeeeeee 7 Bang 1.6 Sản lượng tiêu thụ TiO, trong các lĩnh vực .7 Tinh chất va kha năng ứng dụng của xúc tác TO¿,.- ¿5 ss+s+xseeeseseee 14 Bảng 1.8 Những phương trình co bản mô tả cơ chế phản Ung .1 Diện tích bề mặt riêng của các hạt TiO, nano thu được ở các nhiệt độ phản UNG 4ịi,1vi1i1 15 dd.2 Bè mat riêng BET của các hạt TiO, nano thu được ở các nồng độ TiCl, 00181158 khac nhau 010077.3 Su phụ thuộc của diện tích bé mặt riêng và kích thước hat TiO, nano.4 Kết quả xử lý benzen bằng TiO, nano phủ trên hạt nhựa.5 Kết quả xử ly toluen bằng TiO, nano phủ trên hạt nhựa.6 Kết quả xử lý Xylen bang TiO, nano phủ trên hat nhựa.7 Kết quả xử lý đồng thời cả 3 cấu tử.-- ke rererree 79 DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT BIX Benzen, Toluen, Xylen VOC Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua SEM Kính hién vi điện tử quét XRD Nhiễu xạ Rơn-gen UV-Vis Quang pho tử ngoại kha kiến GC Sac ky khi Xil MO ĐẦU Công nghệ nano đang là một hướng công nghệ mũi nhọn của thế giới. Nhiều vấn đề then chốt như: an toan năng lượng, an ninh lương thực, mỗi trường sinh thái, sức khoe,.

sẽ được giải quyết thuận lợi hơn dựa trên sự phát triển của công nghệ nano. Trong số đó, có hai mối đe dọa hàng đầu đối với loài người mà giới khoa học kỳ vọng vào kha năng giải quyét cua công nghệ nano là van dé môi trường va năng lượng. TiO, là một vật liệu bán dẫn vùng cắm rộng, trong suốt, chiết suất cao, từ lâu đã được ứng dụng trong nhéu ngành công nghiệp như: sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược phẩm. Tuy nhiên, những ứng dụng quan trọng nhất của TiO, ở kích thước nano là khả năng làm sạch môi trường thông qua phản ứng quang xúc tác và khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng ở quy mô dân dụng.

Trong lĩnh vực công nghệ nano, thật khó tìm thay một loại vat liệu nào lại có nhiều ứng dụng quý giá, thậm chí không thé thay thé như vật liệu nano TiO». Sự quan tâm thích đáng đến việc phát triển loại vật liệu này để cho ra những sản phẩm ứng dụng có giá trị kinh tế - xã hội cao đang là van đề cân thiệt đặt ra cho các nha quản lý, các nhà khoa học ở nước ta. TiO, nano từ lâu đã được sản xuất với nhiều phương pháp khác nhau. Trong đó, phố biến nhất là phương pháp clo hóa.

Hầu như TiO, nano được sản xuất trên thế giới băng phương pháp nảy, thông qua vệc thủy phân TiCl ¿. Tùy theo yêu du sử dụng, TiO, có thé được ưu tiên chế tạo ở dạng thù hình rutil (cho pigment) hoặc anatase (cho chất xúc tác quang hóa). Việc tính toán và điều khiến quá trình dé tạo ra được sản phẩm có dạng thù hình mong muốn, có phố phân bố hat cũng như các tinh chất vật lý đặc trưng của hat phù hợp là một trong các yêu câu công nghệ cơ bản của nên công nghiệp sản xuat TiO>. CHUONG1 TONG QUAN 1.1 TiO, va ứng dung trong công nghiệp 1.1 Tinh chất lý héa chung của titan [1] Titan là một nguyên t6 hóa học, là kim loại có số thứ tự 22 trong bảng tuần hoàn, kí hiệu Ti.

Titan được một giáo sĩ người Anh, Gregor tìm ra năm 1791, là kim loại pho biến thứ 9 trên vỏ trái đất chiếm khoảng 0,63% khối lượng. Có màu trắng bac, nhẹ, cứng, bề mặt bóng láng. Một số thông số vật lí của titan được thé hiện ở bảng sau: Bảng 1.1 Thông số vật lí của Titan Tính chất Giá trị Nhiệt độ nóng chảy, (°C) 1668 Nhiệt độ sôi, (°C) 3287 Nhiệt độ chuyên thù hình, (°C) 882 Nhiệt nóng chảy, kJ/mol 14,15 Nhiệt hóa hơi, kJ/mol 425 Khối lượng riêng, g/cm” 4,506 Độ cứng Mohr 6,0 Titan kim lợi có tính chống ăn mòn tốt, cứng như thép nhưng lại nhẹ hơn 40%, độ bền cơ học cao. Khả năng chống ăn mòn của Titan do lớp ôxit (TiO¿) tạo ra bao phủ bên ngoài, bên trong môi trường nước biên, axit và các muôi thông thường, không có tác động xấu đến tế bào sinh học nên được dùng nhiều trong y học làm khớp giả, các dụng cụ y tế, các ông dẫn trong công nghệ thực phẩm.

Hon 90% lượng titan được dùng ở dang titan dioxit, trong công nghé giấy, sơn, thuốc nhuộm và được dùng trong hợp kim ứng dụng trong hàng không, vũ trụ.2 Một số hop chất của titan 1.1 Titan tetraclorua Titan tetra clorua là lợp chất trung gian quan trọng của titan, từ đó ding để san xuất những sản phẩm của titan có giá tr va ứng dụng như p igment TiO», nano, kim lại titan. Titan tetraclorua khan tinh kiết là một chất long không mau, bốc khói mạnh trong không khí am. Tiêu chuẩn sạch của sản phẩm TiCl, cua tập đoàn Du Pont dé ra duoc dua ra trong Bang 1.2 Bảng chuẩn hàm lượng các chat trong TiCl, sạch Thành phần Hàm lượng (%) | Thành phan Hàm lượng (%) T¡CH 99,5 Nhôm 0,003 Thiéc 0,05 Crom 0,0003 Silic 0,02 Đồng 0,0007 Sat 0,0006 Chi 0,002 Vanadi 0.008 Một số tính chất vật lý đặc trưng: Bảng 1.3 Tinh chất vật lí của titan tetraclorua Nhiệt độ sôi 136,5 °C Nhiệt độ nóng chảy -24.mol)` 221,93 Nhiệt dung riêng kJ/kgK 0,795 Độ nhớt (Pa.