Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ xử lý khí ô nhiễm NOx

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM KẾT

1. CHƯƠNG 1: Thực trạng ô nhiễm khí thải NOx

1.1. Nguyên nhân phát thải NOx

1.2. Các nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm NOx

1.2.1. Nguồn gốc tự nhiên

1.2.2. Nguồn gốc từ con người

1.3. Tác hại của NOx

1.4. Một số phương pháp xử lý khí NOx

1.4.1. Phản ứng khử xúc tác chọn lọc

1.4.2. Phản ứng khử chọn lọc không xúc tác

1.4.3. Phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử

1.4.4. Phản ứng quang xúc tác

1.5. Vật liệu Perovskite

1.5.1. Vật liệu SrTiO3

1.5.2. Vật liệu SrTiO3 pha tạp nitơ

1.6. Mục tiêu và định hướng của đề tài

2. CHƯƠNG 2: Hoá chất và thiết bị

2.1. Dụng cụ và thiết bị

2.2. Nội dung nghiên cứu

2.3. Quy trình chế tạo vật liệu perovskite N:STO

2.4. Phương pháp đánh giá các tính chất đặc trưng của vật liệu

2.4.1. Nhiễu xạ tia X

2.4.2. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

2.4.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao

2.4.4. Phổ phản xạ khuếch tán

2.4.5. Phương pháp Mott – Schottky

2.5. Thí nghiệm đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu N:STO

2.6. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các gốc tự do đến hoạt tính quang xúc tác

3. CHƯƠNG 3: Kết quả và bàn luận

3.1. Đặc trưng về cấu trúc và hình thái học của vật liệu N:STO

3.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X

3.1.2. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

3.1.3. Hình thái học của vật liệu N:STO

3.2. Tính chất quang của N:STO

3.2.1. Phổ phản xạ khuếch tán

3.2.2. Phương pháp Mott – Schottky

3.3. Hoạt tính quang xúc tác loại bỏ khí NO của vật liệu

3.4. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu

3.5. Vai trò của các gốc tự do đến hoạt tính quang xúc tác

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực xử lý khí ô nhiễm NOx. Vật liệu này không chỉ có cấu trúc ổn định mà còn thể hiện hiệu suất quang xúc tác vượt trội. Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển và tối ưu hóa vật liệu SrTiO₃ để cải thiện khả năng xử lý khí ô nhiễm, đặc biệt là NOx.

1.1. Tính chất và ứng dụng của vật liệu SrTiO₃

Vật liệu SrTiO₃ có cấu trúc perovskite, nổi bật với tính ổn định và khả năng quang xúc tác. Nghiên cứu cho thấy, vật liệu này có thể được sử dụng hiệu quả trong các ứng dụng xử lý khí ô nhiễm, đặc biệt là NOx.

1.2. Lý do chọn nitơ làm chất pha tạp

Nitơ được chọn làm chất pha tạp do bán kính nguyên tử tương đồng với oxy, giúp cải thiện tính chất quang của vật liệu. Việc pha tạp nitơ không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.

II. Vấn đề ô nhiễm khí NOx và thách thức hiện tại

Ô nhiễm khí NOx đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại nhiều đô thị lớn. Các nguồn phát thải chủ yếu đến từ giao thông và công nghiệp, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và môi trường. Việc tìm kiếm giải pháp hiệu quả để xử lý khí NOx là rất cần thiết.

2.1. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm NOx

Khí NOx chủ yếu phát sinh từ hoạt động giao thông và sản xuất công nghiệp. Theo thống kê, giao thông chiếm khoảng 41% tổng lượng khí thải, trong khi sản xuất năng lượng và công nghiệp cũng đóng góp đáng kể.

2.2. Tác động của NOx đến sức khỏe và môi trường

Khí NOx gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm bệnh hô hấp và tim mạch. Ngoài ra, nó còn góp phần vào hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và chất lượng nước.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ

Phương pháp tổng hợp vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ bao gồm nhiều bước quan trọng. Việc lựa chọn tiền chất và điều kiện phản ứng là rất cần thiết để đạt được hiệu suất tối ưu trong việc xử lý khí ô nhiễm NOx.

3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu SrTiO₃

Quy trình tổng hợp bắt đầu từ việc sử dụng tiền chất SrCl₂.6H₂O và Titanium tetraisopropoxide. Sau đó, Ethylenediamine được thêm vào để pha tạp nitơ, tạo ra vật liệu có tính chất quang xúc tác tốt.

3.2. Đánh giá các tính chất của vật liệu

Các tính chất của vật liệu được đánh giá thông qua các phương pháp như XRD, HRTEM, FTIR và UV-VIS DRS. Những phương pháp này giúp xác định cấu trúc và hiệu suất quang xúc tác của vật liệu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ có khả năng loại bỏ khí NO hiệu quả. Mẫu vật liệu 5% N:STO đạt hiệu suất 79,72% trong việc xử lý khí ô nhiễm, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong thực tiễn.

4.1. Hiệu suất loại bỏ khí NO

Mẫu 5% N:STO thể hiện hiệu suất loại bỏ khí NO cao nhất so với các mẫu khác. Điều này chứng tỏ rằng việc pha tạp nitơ đã cải thiện đáng kể khả năng quang xúc tác của vật liệu.

4.2. Ứng dụng trong xử lý khí ô nhiễm

Vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý khí thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

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

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ mở ra nhiều hướng đi mới trong việc xử lý khí ô nhiễm NOx. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn cho vấn đề ô nhiễm môi trường.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý khí ô nhiễm mà còn đóng góp vào việc bảo vệ môi trường sống. Việc phát triển vật liệu mới là cần thiết để đối phó với thách thức ô nhiễm hiện nay.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và khảo sát thêm các chất pha tạp khác để nâng cao hiệu suất quang xúc tác của vật liệu.

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SrTiO₃ pha tạp nitơ cho phản ứng xử lý khí ô nhiễm NOx