Nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet

• Tác giả: Nguyễn Thị Hà Chi
• Người hướng dẫn: TS. Đào Ngọc Nhiệm
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Và Nghiên Cứu Tính Chất Quang Xúc Tác Của Vật Liệu BiFeO3 Kích Thước Nanomet
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vật liệu xúc tác quang BiFeO3
• 1.1.1. Vật liệu BiFeO3
• 1.1.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu BiFeO3
• 1.1.2.1. Phương pháp pha rắn truyền thống
• 1.1.2.2. Phương pháp nuôi đơn tinh thể
• 1.1.2.3. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.1.2.4. Phương pháp màng mỏng
• 1.1.2.5. Tổng hợp đốt cháy gel polyme
• 1.1.3. Giới thiệu chung về tình hình ô nhiễm môi trường nước và đối tượng nghiên cứu
• 1.1.4. Một số phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ trong nước thải
• 1.1.4.1. Phương pháp hấp phụ
• 1.1.4.2. Phương pháp keo tụ. Phương pháp oxy hóa
• 1.1.4.3. Phương pháp siêu âm
• 1.1.4.4. Metyl da cam
• 1.1.5. Phản ứng quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Tổng hợp vật liệu
• 2.2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đốt cháy gel PVA
• 2.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái và kích thước vật liệu
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM)
• 2.3.3. Phương pháp phổ UV-Vis
• 2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt
• 2.3.5. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 2.3.6. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng BET
• 2.4. Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh metylen của vật liệu BFO
• 2.4.1. Lập đường chuẩn xanh metylen
• 2.4.2. Lập đường chuẩn metyl da cam
• 2.4.3. Phương pháp đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu gel BFO
• 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự hình thành pha của vật liệu BFO
• 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol kim loại Bi/Fe đến sự hình thành pha BiFeO3
• 3.4. Cấu trúc, hình thái, kích thước tinh thể BiFeO3 được tổng hợp ở điều kiện tối ưu
• 3.5. Phổ UV-Vis và kết quả đo BET của vật liệu BFO
• 3.6. Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy xanh metylen và metyl da cam của vật liệu BiFeO3
• 3.6.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu
• 3.6.2. Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu BFO theo thời gian
• 3.6.3. Ảnh hưởng của H2O2 đến khả năng quang xúc tác của vật liệu BiFeO3
• 3.6.4. So sánh khả năng quang xúc tác của vật liệu hệ BFO với tỉ lệ Bi/Fe khác nhau
• 3.6.5. Ảnh hưởng của khoảng cách chiếu sáng lên khả năng quang xúc tác của vật liệu BiFeO3. Khả năng tái sử dụng của vật liệu BFO
• KẾT LUẬN
• KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tính chất quang xúc tác của BiFeO3

Vật liệu BiFeO3 (BFO) đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực quang xúc tác nhờ vào khả năng xử lý ô nhiễm môi trường. Với cấu trúc perovskite, BiFeO3 không chỉ có tính chất quang xúc tác tốt mà còn thể hiện tính từ tính ở nhiệt độ phòng. Nghiên cứu này nhằm mục đích khám phá các tính chất quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet, từ đó mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm nước.

1.1. Đặc điểm cấu trúc và tính chất của BiFeO3

BiFeO3 có cấu trúc tinh thể perovskite, với năng lượng vùng cấm khoảng 2,1 eV, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Cấu trúc này giúp tăng cường khả năng quang xúc tác, đặc biệt trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại như xanh metylen và metyl da cam.

1.2. Tình hình nghiên cứu về BiFeO3 trong quang xúc tác

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng BiFeO3 có khả năng quang xúc tác vượt trội so với các vật liệu truyền thống như TiO2. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc cải thiện hiệu suất quang xúc tác của BiFeO3 thông qua các phương pháp tổng hợp khác nhau.

II. Thách thức trong nghiên cứu tính chất quang xúc tác của BiFeO3

Mặc dù BiFeO3 có nhiều ưu điểm, nhưng việc tổng hợp và tối ưu hóa tính chất quang xúc tác của nó vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như kích thước hạt không đồng đều, sự hình thành các pha không mong muốn và hiệu suất quang xúc tác chưa đạt yêu cầu là những vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Vấn đề kích thước hạt và tính đồng nhất

Kích thước hạt của BiFeO3 ảnh hưởng lớn đến hiệu suất quang xúc tác. Các hạt lớn có thể dẫn đến giảm diện tích bề mặt và khả năng hấp thụ ánh sáng, từ đó làm giảm hiệu suất quang xúc tác.

2.2. Sự hình thành các pha không mong muốn

Trong quá trình tổng hợp, BiFeO3 có thể hình thành các pha không mong muốn như Bi2Fe4O9, điều này không chỉ làm giảm độ tinh khiết của sản phẩm mà còn ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác của vật liệu.

III. Phương pháp tổng hợp BiFeO3 kích thước nanomet hiệu quả

Để tối ưu hóa tính chất quang xúc tác của BiFeO3, nhiều phương pháp tổng hợp đã được nghiên cứu. Các phương pháp này không chỉ giúp kiểm soát kích thước hạt mà còn cải thiện độ tinh khiết của vật liệu.

3.1. Phương pháp tổng hợp đốt cháy gel polyme

Phương pháp tổng hợp đốt cháy gel polyme cho phép tạo ra BiFeO3 với kích thước hạt nanomet và độ tinh khiết cao. Quá trình này diễn ra nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng, đồng thời hạn chế sự hình thành các pha không mong muốn.

3.2. Phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt là một trong những phương pháp hiệu quả để tổng hợp BiFeO3 với kích thước nanomet. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các điều kiện phản ứng, từ đó tạo ra sản phẩm đồng nhất và có tính chất quang xúc tác tốt.

IV. Ứng dụng thực tiễn của BiFeO3 trong xử lý ô nhiễm

BiFeO3 không chỉ là một vật liệu nghiên cứu mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại của BiFeO3 đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu.

4.1. Khả năng phân hủy xanh metylen

Nghiên cứu cho thấy BiFeO3 có khả năng phân hủy xanh metylen hiệu quả dưới ánh sáng nhìn thấy. Điều này mở ra cơ hội sử dụng BiFeO3 trong các hệ thống xử lý nước thải.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải

BiFeO3 có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải nhờ vào khả năng quang xúc tác của nó. Việc sử dụng BiFeO3 trong xử lý nước thải không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu BiFeO3

Nghiên cứu về BiFeO3 kích thước nanomet đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực quang xúc tác. Với những ưu điểm vượt trội, BiFeO3 có tiềm năng lớn trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

5.1. Tương lai của nghiên cứu BiFeO3

Nghiên cứu về BiFeO3 sẽ tiếp tục được mở rộng với mục tiêu cải thiện hiệu suất quang xúc tác và tìm kiếm các ứng dụng mới trong xử lý ô nhiễm môi trường.

5.2. Hướng phát triển vật liệu quang xúc tác mới

Việc phát triển các vật liệu quang xúc tác mới dựa trên BiFeO3 có thể giúp nâng cao hiệu suất xử lý ô nhiễm, đồng thời giảm thiểu chi phí và tác động đến môi trường.