Nghiên cứu tính chất quang xúc tác của hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce bằng phương pháp thủy nhiệt

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Vật liệu nano

1.2. Giới thiệu về vật liệu nano

1.3. Một số ứng dụng của vật liệu nano

1.4. Cơ chế của phản ứng quang xúc tác

1.5. Vật liệu nano ứng dụng quang xúc tác

1.6. Vật liệu nano TiO2

1.7. Vật liệu nano ZnO ứng dụng trong quang xúc tác

1.8. Giới thiệu về ZrO2

1.9. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của ZrO2

1.10. Tính chất quang xúc tác của ZrO2

1.11. Giới thiệu về CuO

1.12. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của CuO

1.13. Tính chất quang xúc tác của CuO

1.14. Giới thiệu về CeO2

1.15. Tính chất của CeO2

1.16. Tính chất quang xúc tác của CeO2

1.17. Giới thiệu về xanh metylen (MB)

1.18. Ứng dụng quang xúc tác của vật liệu nano ở trong và ngoài nước

1.19. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano

1.19.1. Phương pháp thủy nhiệt

1.19.2. Phương pháp đồng kết tủa

1.19.3. Phương pháp sol - gel

1.19.4. Phương pháp tổng hợp đốt cháy gel polime

1.19.5. Phương pháp đồng tạo phức

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất

2.2. Quy trình chế tạo mẫu

2.3. Quá trình thử nghiệm quang xúc tác

2.4. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis

2.5. Khảo sát bước sóng tối ưu và xây dựng đường chuẩn xác định MB

2.6. Ảnh hưởng của thời gian phân hủy MB của vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

2.7. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce đến hiệu suất phân hủy MB

2.8. Ảnh hưởng của nồng độ MB đến hiệu suất phân hủy MB của vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

2.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy MB của vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

2.10. Các phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu

2.10.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

2.10.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

2.10.3. Phương pháp phổ UV-Vis-DRS

2.10.4. Phương pháp ảnh hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscopy) và truyền qua TEM (Transmission Electron Microscopy)

2.10.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt BET (Brunauer - Emmett -Teller)

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hình thái và cấu trúc của các vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

3.3. Phổ hồng ngoại của vật liệu ZrO2/CuO pha tạp và không pha tạp Ce

3.4. Diện tích bề mặt và kích thước mao quản của vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

3.5. Phổ phản xạ UV-Vis-DRS của vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

3.6. Kết quả phân tích ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)

3.7. Kết quả phân tích ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

3.8. Khảo sát tính chất quang xúc tác của các vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce

3.9. Khảo sát bước sóng tối ưu và xây dựng đường chuẩn xác định MB

3.10. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng quang xúc tác của các vật liệu

3.11. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến tính quang xúc tác

3.12. Ảnh hưởng của nồng độ MB đến tính quang xúc tác của vật liệu

3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng quang xúc tác

3.14. Động học phân hủy xanh metylen và cơ chế quang xúc tác

3.14.1. Động học phân hủy xanh metylen

KIẾN NGHỊ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tính chất quang xúc tác của hạt nano ZrO2 CuO pha tạp Ce

Nghiên cứu về tính chất quang xúc tác của hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực vật liệu nano. Hạt nano ZrO2 và CuO có những đặc tính quang học độc đáo, giúp chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng quang xúc tác. Việc pha tạp Ce vào cấu trúc này không chỉ cải thiện hiệu suất quang xúc tác mà còn mở ra nhiều khả năng mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

1.1. Đặc điểm cấu trúc của hạt nano ZrO2 và CuO

Hạt nano ZrO2 và CuO có cấu trúc tinh thể đặc trưng, với kích thước hạt nhỏ hơn 100 nm. Điều này giúp tăng diện tích bề mặt và khả năng tương tác với ánh sáng, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác.

1.2. Vai trò của Ce trong việc cải thiện tính chất quang xúc tác

Ce được biết đến là một chất pha tạp hiệu quả, giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và cải thiện tính chất quang xúc tác của hạt nano ZrO2-CuO. Nghiên cứu cho thấy rằng việc thêm Ce vào cấu trúc có thể làm tăng đáng kể hiệu suất phân hủy các chất ô nhiễm.

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

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng nghiên cứu về tính chất quang xúc tác của hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như độ ổn định của vật liệu, khả năng tái sử dụng và hiệu suất trong điều kiện thực tế cần được giải quyết.

2.1. Độ ổn định của hạt nano trong môi trường

Độ ổn định của hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce trong môi trường nước và dưới ánh sáng là một yếu tố quan trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng các yếu tố như pH và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu.

2.2. Khả năng tái sử dụng và hiệu suất quang xúc tác

Khả năng tái sử dụng hạt nano sau nhiều chu kỳ quang xúc tác là một thách thức lớn. Việc đánh giá hiệu suất quang xúc tác sau mỗi lần sử dụng giúp xác định tính khả thi của vật liệu trong ứng dụng thực tế.

III. Phương pháp thủy nhiệt trong tổng hợp hạt nano ZrO2 CuO pha tạp Ce

Phương pháp thủy nhiệt là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tổng hợp hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano, từ đó cải thiện tính chất quang xúc tác.

3.1. Quy trình tổng hợp hạt nano bằng phương pháp thủy nhiệt

Quy trình tổng hợp bao gồm các bước như hòa tan các tiền chất, điều chỉnh pH và nhiệt độ, sau đó tiến hành phản ứng trong môi trường áp suất cao. Điều này giúp tạo ra các hạt nano đồng đều và ổn định.

3.2. Lợi ích của phương pháp thủy nhiệt trong nghiên cứu

Phương pháp thủy nhiệt không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm năng lượng. Nó cho phép tạo ra các hạt nano với kích thước và hình dạng mong muốn, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác của vật liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hạt nano ZrO2 CuO pha tạp Ce trong xử lý ô nhiễm

Hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce có nhiều ứng dụng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là trong phân hủy các chất màu độc hại như methylene blue (MB). Nghiên cứu cho thấy rằng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu này có thể đạt được ở cả điều kiện ánh sáng tự nhiên và nhân tạo.

4.1. Hiệu suất phân hủy methylene blue của hạt nano

Nghiên cứu cho thấy rằng hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce có khả năng phân hủy methylene blue hiệu quả, với tỷ lệ phân hủy lên đến 90% trong thời gian ngắn. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu trong ứng dụng thực tế.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Hạt nano này có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ một cách hiệu quả. Việc sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng cho quá trình quang xúc tác là một giải pháp bền vững.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về tính chất quang xúc tác của hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce mở ra nhiều triển vọng trong việc phát triển các vật liệu mới cho ứng dụng xử lý ô nhiễm. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện độ ổn định và khả năng tái sử dụng của vật liệu.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và đánh giá hiệu suất quang xúc tác trong các điều kiện thực tế khác nhau.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong bảo vệ môi trường

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong việc phát triển các giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay.

Luận văn thạc sĩ: Tính chất quang xúc tác của hạt nano ZrO2-CuO pha tạp Ce