Nghiên Cứu Điều Chế Bột TiO2 Kích Thước Nano Pha Tạp Nitơ và Natri

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu điều chế bột tio2 kích thước nano pha tạp nitơ và natri, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Vũ Thị Phương Thúy
• Người hướng dẫn: PGS.TS Ngô Sỹ Lương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Chế Bột TiO2 Kích Thước Nano Pha Tạp Nitơ và Natri
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Điều Chế Bột TiO2 Nano 60 Ký Tự

Nghiên cứu điều chế bột TiO2 kích thước nano pha tạp nitơ và natri đang thu hút sự quan tâm lớn. TiO2 là một chất bán dẫn tiềm năng với nhiều ứng dụng, đặc biệt trong lĩnh vực xúc tác quang. Tuy nhiên, TiO2 nguyên chất chỉ hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng tử ngoại, hạn chế khả năng ứng dụng thực tế. Việc pha tạp nitơ và natri vào cấu trúc TiO2 nhằm mục đích mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng nhìn thấy, tăng cường hiệu quả xúc tác quang dưới ánh sáng mặt trời. Các phương pháp điều chế, đặc tính cấu trúc và hoạt tính xúc tác của vật liệu pha tạp này là trọng tâm của nhiều nghiên cứu gần đây. Sự thành công trong việc điều chế và ứng dụng TiO2 pha tạp sẽ đóng góp vào các giải pháp xử lý môi trường hiệu quả và bền vững. Dẫn chứng từ tài liệu gốc cho thấy việc pha tạp giúp tăng hoạt tính xúc tác so với TiO2 nguyên chất.

1.1. Cấu trúc và Tính Chất Vật Lý của TiO2 Nano

TiO2 tồn tại ở nhiều dạng thù hình, trong đó anata và rutin được sử dụng phổ biến nhất trong xúc tác quang. Kích thước nano mang lại diện tích bề mặt lớn, tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và tương tác với các chất phản ứng. Cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, và diện tích bề mặt là những yếu tố then chốt quyết định hoạt tính xúc tác của TiO2 nano. Dạng anata thường được ưu tiên hơn do có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn hơn. Nghiên cứu sâu về cấu trúc và tính chất vật lý của TiO2 nano là nền tảng cho việc phát triển các phương pháp điều chế và pha tạp hiệu quả. "TiO2 có bốn dạng thù hình. Ngoài dạng vô định hình, nó có ba dạng tinh thể là anata (tetragonal), rutin (tetragonal) và brukit (orthorhombic), nhưng chỉ có anata và rutin được sử dụng làm quang xúc tác."

1.2. Ứng Dụng Tiềm Năng của TiO2 Nano Pha Tạp

TiO2 nano pha tạp hứa hẹn nhiều ứng dụng trong xử lý môi trường, đặc biệt là xử lý nước và không khí ô nhiễm. Khả năng phân hủy các chất hữu cơ độc hại, loại bỏ kim loại nặng, và khử trùng là những ưu điểm vượt trội. Ngoài ra, TiO2 nano pha tạp còn được ứng dụng trong sản xuất vật liệu tự làm sạch, pin mặt trời, và các thiết bị quang điện tử. Nghiên cứu và phát triển các ứng dụng thực tiễn của TiO2 nano pha tạp có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống. Thị trường cho TiO2 nano đang ngày càng mở rộng, thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ điều chế và ứng dụng mới.

II. Thách Thức Trong Điều Chế Bột TiO2 Nano Pha Tạp 58 Ký Tự

Mặc dù tiềm năng ứng dụng rất lớn, việc điều chế bột TiO2 nano pha tạp nitơ và natri vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Kiểm soát kích thước hạt, độ đồng đều của sự pha tạp, và sự ổn định của cấu trúc tinh thể là những vấn đề then chốt. Quá trình tổng hợp cần được tối ưu hóa để đảm bảo vật liệu có hoạt tính xúc tác cao và khả năng tái sử dụng tốt. Các yếu tố như nhiệt độ nung, tỷ lệ pha tạp, và phương pháp điều chế có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm. Nghiên cứu sâu về các yếu tố ảnh hưởng và phát triển các phương pháp điều chế hiệu quả là cần thiết để vượt qua những thách thức này. Yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể, thành phần pha, và hoạt tính quang xúc tác.

2.1. Kiểm Soát Kích Thước Hạt và Độ Đồng Đều

Kích thước hạt và độ đồng đều của sự pha tạp có ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích bề mặt và khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu. Kiểm soát các thông số này trong quá trình điều chế là vô cùng quan trọng. Các phương pháp như thủy nhiệt, sol-gel, và kết tủa hóa học có thể được sử dụng để điều chỉnh kích thước hạt và độ đồng đều. Tuy nhiên, cần có sự điều chỉnh và tối ưu hóa cẩn thận để đạt được kết quả tốt nhất. Cần kiểm soát chặt chẽ nồng độ các chất tham gia phản ứng. Áp dụng thêm các phương pháp xử lý sau điều chế như nung, nghiền để cải thiện kích thước hạt và độ đồng đều.

2.2. Đảm Bảo Tính Ổn Định của Cấu Trúc Tinh Thể

Cấu trúc tinh thể của TiO2 nano pha tạp có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao và các điều kiện khắc nghiệt khác. Sự thay đổi cấu trúc có thể làm giảm hoạt tính xúc tác và khả năng tái sử dụng của vật liệu. Do đó, cần lựa chọn phương pháp điều chế và điều kiện xử lý phù hợp để đảm bảo tính ổn định của cấu trúc tinh thể. Nghiên cứu về sự ổn định cấu trúc và phát triển các phương pháp bảo vệ cấu trúc là một hướng đi quan trọng. Tạp chất có thể gây ra sự biến đổi cấu trúc tinh thể, cần phải loại bỏ. Cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc khi nung.

III. Phương Pháp Điều Chế TiO2 Nano Pha Tạp N Na 55 Ký Tự

Có nhiều phương pháp điều chế bột TiO2 nano pha tạp nitơ và natri đã được nghiên cứu và phát triển. Các phương pháp này có thể được phân loại thành phương pháp hóa học và phương pháp vật lý. Phương pháp hóa học, bao gồm sol-gel, thủy nhiệt, và kết tủa hóa học, thường được ưa chuộng hơn do khả năng kiểm soát kích thước hạt và độ đồng đều tốt hơn. Việc lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và điều kiện thực tế. PGS.TS Ngô Sỹ Lương đã hướng dẫn và giúp đỡ sâu sắc về mặt khoa học và thực nghiệm trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn.

3.1. Phương Pháp Sol Gel và Ưu Điểm

Phương pháp sol-gel là một trong những phương pháp phổ biến nhất để điều chế TiO2 nano pha tạp. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước hạt, độ đồng đều, và thành phần hóa học của vật liệu. Quá trình sol-gel bao gồm việc tạo ra một sol (dung dịch keo) từ các tiền chất kim loại, sau đó chuyển sol thành gel bằng cách loại bỏ dung môi. Gel sau đó được nung để tạo thành TiO2 nano pha tạp. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như chi phí thấp, dễ thực hiện, và có khả năng tạo ra vật liệu với diện tích bề mặt lớn. Có thể thêm các chất pha tạp vào sol. Kiểm soát thời gian và nhiệt độ tạo gel.

3.2. Phương Pháp Thủy Nhiệt và Ứng Dụng

Phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp khác để điều chế TiO2 nano pha tạp. Phương pháp này được thực hiện trong một bình kín (autoclave) ở nhiệt độ và áp suất cao. Điều kiện thủy nhiệt cho phép tạo ra các tinh thể TiO2 nano có độ tinh khiết cao và cấu trúc tinh thể tốt. Phương pháp thủy nhiệt thường được sử dụng để điều chế các vật liệu nano phức tạp với cấu trúc tinh thể đặc biệt. Nhiệt độ và áp suất cao giúp phản ứng xảy ra nhanh chóng. Sản phẩm có độ tinh khiết cao hơn.

IV. Ứng Dụng Bột TiO2 Nano Pha Tạp N Na 60 Ký Tự

Bột TiO2 nano pha tạp nitơ và natri có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xử lý môi trường và năng lượng tái tạo. Khả năng hấp thụ ánh sáng vùng nhìn thấy và hoạt tính xúc tác cao giúp vật liệu này trở thành một ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng xúc tác quang. Việc phát triển các ứng dụng thực tiễn của TiO2 nano pha tạp sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. Lượng TiO2 sử dụng cho lĩnh vực xúc tác quang chiếm gần 50% trong những ứng dụng của TiO2 và tăng dần theo thời gian.

4.1. Xúc Tác Quang Trong Xử Lý Ô Nhiễm Nước

TiO2 nano pha tạp có thể được sử dụng để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, như thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, và các chất thải công nghiệp. Quá trình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời để kích hoạt TiO2, tạo ra các gốc tự do có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại. Ứng dụng này có tiềm năng to lớn trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nước trên toàn cầu. Gốc tự do có khả năng oxi hóa mạnh. Có thể loại bỏ các chất ô nhiễm khó phân hủy.

4.2. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Pin Mặt Trời

TiO2 nano pha tạp có thể được sử dụng trong sản xuất pin mặt trời nhuộm màu (dye-sensitized solar cells - DSSCs). TiO2 đóng vai trò là chất nền để hấp thụ thuốc nhuộm, chất hấp thụ ánh sáng. Sự pha tạp giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời. DSSCs là một loại pin mặt trời giá rẻ và dễ sản xuất, có tiềm năng thay thế các loại pin mặt trời truyền thống. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời có thể được cải thiện. Chi phí sản xuất pin mặt trời giảm xuống.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Bột TiO2 Nano Pha Tạp N Na 58 Ký Tự

Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy việc pha tạp nitơ và natri vào TiO2 nano có thể cải thiện đáng kể hoạt tính xúc tác quang của vật liệu. Sự pha tạp giúp mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng nhìn thấy và tăng cường quá trình tách điện tích. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các ứng dụng thực tiễn của TiO2 nano pha tạp. Sẩn phẩm biến tính có hoạt tính xúc tác cao hơn so với TiO2 nguyên chất trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Điều này mở ra khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn trong các ứng dụng xúc tác quang.

5.1. Ảnh Hưởng của Tỷ Lệ Pha Tạp Nitơ

Tỷ lệ pha tạp nitơ có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc tinh thể và hoạt tính xúc tác quang của TiO2 nano. Tỷ lệ pha tạp tối ưu cần được xác định để đạt được hiệu quả tốt nhất. Quá nhiều nitơ có thể gây ra sự biến dạng cấu trúc và giảm hoạt tính xúc tác. Nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ pha tạp nitơ là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu. Tỷ lệ pha tạp ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng. Cần phải điều chỉnh tỷ lệ pha tạp chính xác.

5.2. Ảnh Hưởng của Tỷ Lệ Pha Tạp Natri

Tương tự như nitơ, tỷ lệ pha tạp natri cũng có ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác quang của TiO2 nano. Natri có thể tạo ra các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể, tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và tách điện tích. Tuy nhiên, quá nhiều natri cũng có thể gây ra các tác động tiêu cực. Nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ pha tạp natri là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu. Tỷ lệ pha tạp ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện của vật liệu. Cần phải điều chỉnh tỷ lệ pha tạp chính xác.

VI. Hướng Phát Triển Bột TiO2 Nano Pha Tạp N Na 57 Ký Tự

Nghiên cứu về bột TiO2 nano pha tạp nitơ và natri vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều chế mới, tối ưu hóa tỷ lệ pha tạp, và mở rộng ứng dụng của vật liệu. Hợp tác giữa các nhà khoa học và các doanh nghiệp là cần thiết để đưa các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn.TiO2 kích thước nm khá lớn, đặc biệt là pha tạp bằng nitơ. S ở dĩ pha tạp TiO2 kích thước nm bằng nitơ được nghiên cứu nhiều vì các hợp chất chứa nitơ (NH 3 , ure, các muối amoni, các hợp chất amin) được sử dụng phổ biến trong quá trình điều chế TiO2 kích thước nm với vai trò điều chỉnh pH, làm chất định hướng cấu trúc .

6.1. Nghiên Cứu Các Phương Pháp Điều Chế Mới

Việc phát triển các phương pháp điều chế mới có thể giúp cải thiện chất lượng và hiệu suất của bột TiO2 nano pha tạp. Các phương pháp mới có thể tập trung vào việc kiểm soát kích thước hạt, độ đồng đều, và cấu trúc tinh thể một cách chính xác hơn. Nghiên cứu về các phương pháp điều chế xanh và bền vững cũng là một hướng đi quan trọng. Phương pháp điều chế mới cần tiết kiệm năng lượng. Giảm thiểu tác động đến môi trường.

6.2. Tối Ưu Hóa Tỷ Lệ Pha Tạp và Ứng Dụng

Tối ưu hóa tỷ lệ pha tạp nitơ và natri có thể giúp cải thiện hoạt tính xúc tác quang và các tính chất khác của bột TiO2 nano. Nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ pha tạp đến các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu là cần thiết. Mở rộng ứng dụng của TiO2 nano pha tạp trong các lĩnh vực mới cũng là một hướng đi quan trọng. Cần xác định tỷ lệ pha tạp tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể. Nghiên cứu về tính ổn định của vật liệu trong các điều kiện khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vũ Thị Phƣơng Thúy NGHIÊN CƢ́U ĐIỀU CHẾ BỘT TiO2 KÍCH THƢỚC NANO PHA TẠP NITƠ VÀ NATRI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vũ Thị Phƣơng Thúy NGHIÊN CƢ́U ĐIỀU CHẾ BỘT TiO2 KÍCH THƢỚC NANO PHA TẠP NITƠ VÀ NATRI Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ SỸ LƢƠNG Hà Nội – Năm 2014 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc si ̃ này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Vật liệu mới của bộ môn Hóa vô cơ, khoa Hóa học, trường đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quố c gia Hà Nội. Để hoàn thành được luận văn thạc si ̃ này , em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhấ t tới PGS .TS Ngô Sỹ Lương người thầ y đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn , giúp đỡ ,chỉ bảo sâu sắc về mặt khoa học và thực nghiệm trong suố t quá trình em thực hiê ̣n và hoàn thành luận văn này Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầ y cô ở bộ môn Hóa vô cơ , các anh chi ̣ và các bạn trong phòng thí nghiê ̣m Vật liê ̣u mới đã tạo điề u kiê ̣n và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm luận văn. Cuố i cùng em xin gửi lời cảm ơn tới bố me, ̣ chị em trong gia đình đã chu cấ p về mặt tài chính và động viên về mặt tinh thầ n cho em yên tâm học tậ .p Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Học viên Vũ Thị Phương Thúy TIEU LUAN MOI download : [e-mail] MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN .1 ̣ VỀ TITAN ĐIOXIT KÍCH THƢỚC NANÔ MÉ T .1 Cấu trúc và tính chất vật lý của TiO2. Sự chuyển dạng thù hình của titan đioxit.

Tính chất hóa học của titan đioxit. Các ứng dụng của vật liệu TiO2 kích thƣớc nm. GIỚI THIỆU VỀ TiO2 KÍCH THƢỚC NANO MÉT PHA TẠP. PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO TiO2 PHA TẠP.

Một số phương pháp vật lý. Một số phương pháp hóa học điển hình. CÁC NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ TiO2 PHA TẠP BẰNG NaOH. MỘT SỐ NGHIÊN CƢ́U ĐIỀU CHẾ TiO 2 PHA TẠP BẰNG CÁC HỢP CHẤT N(-III).

MỘT SỐ KẾT LUẬN RÚT RA TỪ CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .20 Chƣơng 2- THƢ̣C NGHIÊ ̣M. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn. Mục tiêu nghiên cứu. Các nội dung nghiên cứu.

Hóa chất, dụng cụ và thiết bị. Dụng cụ và thiết bị. Thực nghiệm điều chế bột TiO2 kích thƣớc nm .24 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Các phƣơng pháp nghiên cứu.

Phương pháp đo quang xác định hiệu suất quang xúc của sản phẩm. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM. Phổ tán xạ năng lƣợng tia X ( EDS ).

Phương pháp phân tích nhiệt .34 Chƣơng 3- KẾT QUẢ NGHIÊN CƢ́U VÀ THẢO LUẬN. Các yếu tố ảnh hƣởng đến cấ u trúc tinh thể – thành phần pha – họat tính quang xúc tác của sản phẩ m bô ̣t TiO2 kích thƣớc nm. Ảnh hƣởng của tỷ lệ % mol N/TiO2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ NaOH/TiO2.

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung. Quy trình điều chế N-Na.TiO2 dạng bột kích thƣớc nm. Quy trình điề u chế.

Cách tiến hành. Các đặc trƣng cấu trúc và tính chất của sản phẩm. Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD). Kết quả đo EDS.

Kết quả đo TEM .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Một số tính chất của dạng anata và rutin .2: Sản lƣợng titan đioxit trên thế giới qua một số năm. Nồng độ của dung dịch MB và độ hấp thụ quang. hiệu suất phân hủy quang của các mẫu nghiên cứu.

Kích thƣớc hạt tinh thể trung bin ̀ h. Bảng hiệu suất phân hủy quang của các mẫu nghiên cứu. Kích thƣớc hạt tinh thể trung bin ̀ h. kích thƣớc hạt tinh thể trung bình.

Bảng hiệu suất phân hủy quang của các mẫu nghiên cứu. Hiệu suất phân hủy quang của các mẫu nghiên cứu ở các thời gian nung khác nhau.51 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2. Lượng TiO2 sử dụng hằ ng năm trong lĩnh vực quang xúc tác. Sơ đồ quá trình thực nghiệm ảnh hƣờng của % mol Na.2: Quang phổ đèn compact 40W hiệu Golsta .3: Thiết bị phản ứng phân hủy xanh metylen (MB).

Đồ thị và phƣơng trình đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang Abs và nồng độ xanh metylen. Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể. Nhiễu xạ kế tia X D8- Advance 5005 (CHLB Đức).7: Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của tỉ lệ % mol N.TiO2 đến hiệu suất phân hủy quang của các mẫu nghiên cứu.2: Phổ EDS và thành phần hóa học của sản phẩm N-TiO2 .Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO2 đƣợc điều chế với tỉ lệ % mol N.TiO2 khác nhau.natri TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của tỷ lệ % mol Na.TiO2 đến hiệu suất phân hủy quang của các mẫu nghiên cứu. Phổ EDS và thành phần hóa học của sản phẩm N-Na. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-Na.TiO2 đƣợc điều chế với tỉ lệ % mol Na.TiO2 khác nhau.44 Kích thƣớc hạt tinh thể trung bình tính theo phƣơng trình Scherrer là khá nhỏ (nhƣ đƣợc chỉ ra ở bảng 3. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu pha ta ̣p nitơ với.

Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu pha ta ̣p nitơ và natri với. Giản đồ XRD phụ thuộc vào nhiệt độ nung. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian nung đến hiệu suất phân hủy quang xúc tác.

Giản đồ XRD phụ thuộc vào thời gian nung. Sơ đồ quá trình thực nghiệm điều chế bột nano N-Na.TiO2 theo phƣơng pháp thủy phân. Giản đồ XRD mcủa hai mẫu sản phẩm ứng với tỉ lệ % mol. Phổ EDS và thành phần hóa học của sản phẩm N-Na.

Ảnh TEM của bột N-Na. TiO2 với tỉ lệ % mol N.4% và tỉ lệ % mol N.natri TIEU LUAN MOI download : [e-mail] MỞ ĐẦU Titan đioxit (TiO2) là chất bán dẫn có dải trống năng lƣợng của rutin là 3.05 eV và của anata là 3.25 eV nên có khả năng thực hiện các phản ứng quang xúc tác. Khả năng quang xúc tác của TiO2 thể hiện ở 3 hiệu ứng: quang khử nƣớc trên điện cực TiO2, tạo bề mặt siêu thấm nƣớc và quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ dƣới ánh sáng tử ngoại λ < 380 nm. Vì vậy hiện nay vật liệu TiO2 đang đƣợc nghiên cứu và sử dụng nhiều, nhất là trong lĩnh vực xử lý môi trƣờng nƣớc và khí với vai trò xúc tác quang.

Tuy nhiên phần bức xạ tử ngoại trong quang phổ mặt trời đến bề mặt trái đất chỉ chiếm ~ 4% nên việc sử dụng nguồn bức xạ này vào mục đích xử lý môi trƣờng với xúc tác quang TiO2 bị hạn chế [30]. Để mở rộng khả năng sử dụng năng lƣợng bức xạ mặt trời cả ở vùng bƣớc sóng nhìn thấy vào phản ứng quang xúc tác, các nhà nghiên cứu đã tiến hành pha ta ̣p vật liệu TiO2 bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ đƣa thêm các kim loại, oxit kim loại của các nguyên tố khác nhau vào trong mạng tinh thể TiO2 nhƣ Zn, Fe, Cr, Eu, Y, Ag, Ni ,Li ,Na ,K…hoặc đƣa thêm các phi kim nhƣ N, C, S, F, Cl… hoặc đồng thời đƣa hỗn hợp các nguyên tố vào mạng tinh thể TiO2… Hầu hết những sản phẩm đƣợc biến tính có hoạt tính xúc tác cao hơn so với TiO2 nguyên chất trong vùng ánh sáng nhìn thấy [30]. Cho đến nay, số công trình nghiên cứu pha ta ̣p TiO2 kích thƣớc nm khá lớn, đặc biệt là pha ta ̣p bằng nitơ. Sở dĩ pha ta ̣p TiO2 kích thƣớc nm bằng nitơ đƣợc nghiên cứu nhiều vì các hợp chất chứa nitơ (NH3, ure, các muối amoni, các hợp chất amin) đƣợc sử dụng phổ biến trong quá trình điều chế TiO2 kích thƣớc nm với vai trò điều chỉnh pH, làm chất định hƣớng cấu trúc.

Đồng thời nhiều công trình nghiên cứu cho thấy N3- có tham gia vào cấu trúc TiO2 làm thay đổi cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu. Còn phƣơng pháp 1 (LUAN.natri TIEU LUAN MOI download : [e-mail] điều chế TiO2 bằng phƣơng pháp thủy phân muố i của titan trong dung dich ̣ nƣớc có sử dụng NaOH làm nguồn cung cấp đƣa ion Na+ vào thành phần của TiO2 nhằm nâng cao hoạt tính quang xúc tác của sản phẩm là phƣơng pháp khá đơn giản, kinh tế, có tính khả thi và hiệu quả cao. Với mong muốn đƣợc đóng góp một phần nhỏ vào sự phát triển của lĩnh vực vật liệu mới nói chung và vâ ̣t liê ̣u TiO2 với kích thƣớc cỡ nm nói riêng, chúng tôi đã lƣ̣a cho ̣n đ ề tài nghiên cƣ́u cho lu ận văn này là: “Nghiên cƣ́u điều chế bô ̣t TiO2 kích thƣớc nano pha tạp nitơ và natri”.natri TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ TITAN ĐIOXIT KÍ CH THƢỚC NANÔ MÉT 1.1 Cấu trúc và tính chất vật lý của TiO2 Titan đioxit là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm lạnh thì trở lại màu trắng. Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (Tnc = 1870oC) [4,7].

TiO2 có bốn dạng thù hình. Ngoài dạng vô định hình, nó có ba dạng tinh thể là anata (tetragonal), rutin (tetragonal) và brukit (orthorhombic), nhƣng chỉ có anata và rutin đƣợc sử dụng làm quang xúc tác. Cấu trúc tinh thể của ba dạng thù hình anata, rutin và brukit đƣợc đƣa ra trong hình 1. Dạng anata Dạng rutin Dạng brukit Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 Rutin là dạng bền và phổ biến nhất của TiO2, có mạng lƣới tứ phƣơng trong đó mỗi ion Ti4+ đƣợc ion O2- bao quanh kiểu bát diện, đây là kiến trúc điển hình của hợp chất có công thức MX2, anata và brukit là các dạng giả bền và chuyển thành rutin khi nung nóng.

Tất cả các dạng tinh thể đó của TiO2 đều có thể tồn tại trong tự nhiên dƣới dạng các khoáng, nhƣng chỉ có rutin và anata ở dạng đơn tinh thể là đƣợc tổng hợp ở nhiệt độ thấp.