Luận Văn Thạc Sĩ: Tổng Hợp Và Khảo Sát Hoạt Tính Xúc Tác Quang Của Vật Liệu Composite Titan Dioxit Trên Nền Graphit Cacbon Nitrua

• Tác giả: Lê Thị Anh
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Kim
• Trường học: Trường Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa lí và Hóa lý thuyết
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite Titan đioxit trên nền graphit cacbon nitrua
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Định

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG
• 1.1.1. Khái niệm xúc tác quang
• 1.1.2. Cơ chế phản ứng quang xúc tác
• 1.2. GIỚI THIỆU VỀ MELAMIN VÀ GRAPHIT CACBON NITRUA (g-C3N4)
• 1.2.1. Đặc điểm cấu tạo g-C3N4
• 1.2.2. Phương pháp tổng hợp g-C3N4
• 1.2.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của g-C3N4
• 1.3. GIỚI THIỆU VỀ TITAN ĐIOXIT
• 1.3.1. Các dạng thù hình của TiO2
• 1.3.2. Sự chuyển dạng thù hình của TiO2
• 1.3.3. Giản đồ năng lượng của tinh thể TiO2
• 1.3.4. Cơ chế quang xúc tác của TiO2
• 1.4. GIỚI THIỆU VẬT LIỆU COMPOSITE TiO2/g-C3N4
• 1.5. GIỚI THIỆU VỀ RHODAMINE B
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC
• 2.1.1. Tổng hợp vật liệu g-C3N4 từ melamin
• 2.1.2. Tổng hợp vật liệu composite TiO2/g-C3N4
• 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
• 2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray Diffraction, XRD)
• 2.2.2. Phương pháp phổ kế quang điện tử tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)
• 2.2.3. Phương pháp phổ tán xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-Vis DRS)
• 2.2.4. Phương pháp phổ năng lượng tia X hay EDS (Energy Dispersive X-ray, EDS)
• 2.2.5. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.2.6. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
• 2.3.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
• 2.3.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu
• 2.3.3. Phân tích định lượng RhB
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ DUNG MÔI ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TiO2/g-C3N4
• 3.1.1. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ
• 3.1.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composite TiO2/g-C3N4
• 3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA THỂ TÍCH TiCl4 ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TiO2/g-C3N4
• 3.2.1. Đặc trưng vật liệu
• 3.2.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composite TiO2/g-C3N4
• 3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG ĐẾN HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA COMPOSITE TiO2/g-C3N4
• 3.3.1. Đặc trưng vật liệu
• 3.3.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composite TiO2/g-C3N4
• 3.4. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU DƯỚI ÁNH SÁNG MẶT TRỜI
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC

I. Nghiên cứu tổng hợp TiO2

Nghiên cứu tổng hợp TiO2 là một phần quan trọng trong việc phát triển vật liệu composite. TiO2 có nhiều dạng thù hình, trong đó anatase và rutile là phổ biến nhất. Việc tổng hợp TiO2 từ các tiền chất như TiCl4 được thực hiện qua phương pháp thủy nhiệt, giúp tạo ra các hạt nano với kích thước và hình dạng mong muốn. TiO2 có khả năng hấp thụ ánh sáng và hoạt động như một chất xúc tác quang, đặc biệt trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của TiO2, mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường.

1.1. Các dạng thù hình của TiO2

Các dạng thù hình của TiO2 bao gồm anatase, rutile và brookite. Mỗi dạng có đặc điểm cấu trúc và tính chất quang học riêng. Anatase thường được ưa chuộng trong các ứng dụng quang xúc tác do khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn. Rutile, mặc dù có độ bền cao hơn, nhưng lại có hiệu suất quang xúc tác thấp hơn. Việc hiểu rõ các dạng thù hình này giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp và ứng dụng của TiO2 trong các lĩnh vực khác nhau.

II. Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite

Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite TiO2/g-C3N4 được khảo sát kỹ lưỡng trong nghiên cứu này. Graphit cacbon nitrua (g-C3N4) là một vật liệu bán dẫn không chứa kim loại, có năng lượng vùng cấm thấp, giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến. Sự kết hợp giữa TiO2 và g-C3N4 không chỉ cải thiện hiệu suất quang xúc tác mà còn giảm thiểu sự tái kết hợp của electron và lỗ trống quang sinh. Kết quả cho thấy composite TiO2/g-C3N4 có khả năng phân hủy Rhodamine B hiệu quả hơn so với từng thành phần riêng lẻ.

2.1. Cơ chế hoạt động của vật liệu composite

Cơ chế hoạt động của vật liệu composite TiO2/g-C3N4 dựa trên sự tạo ra cặp electron - lỗ trống khi được chiếu sáng. TiO2 cung cấp electron, trong khi g-C3N4 tạo ra lỗ trống. Sự chuyển giao electron giữa hai vật liệu này giúp tăng cường khả năng oxi hóa và khử, từ đó nâng cao hiệu suất phân hủy các hợp chất hữu cơ. Các gốc tự do như HO• và O2- cũng được tạo ra trong quá trình này, đóng vai trò quan trọng trong việc oxi hóa các chất ô nhiễm.

III. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu composite

Vật liệu composite TiO2/g-C3N4 có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực xử lý nước thải và ô nhiễm môi trường. Với khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại dưới ánh sáng mặt trời, vật liệu này có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Việc sử dụng năng lượng mặt trời để kích hoạt quá trình quang xúc tác không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả hơn trong tương lai.

3.1. Tiềm năng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm

Tiềm năng ứng dụng của vật liệu composite TiO2/g-C3N4 trong xử lý ô nhiễm là rất lớn. Các nghiên cứu cho thấy vật liệu này có thể phân hủy hiệu quả các hợp chất hữu cơ như Rhodamine B, một chất nhuộm phổ biến trong công nghiệp. Việc áp dụng vật liệu này trong các hệ thống xử lý nước thải có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời cải thiện chất lượng nước. Điều này không chỉ có lợi cho sức khỏe con người mà còn bảo vệ hệ sinh thái.