Nghiên cứu Vật liệu Nano TiO2 và Ứng dụng trong Xử lý Tác nhân Chiến tranh Hóa học

Luận văn thạc sĩ phân tích hoá phân tích phân tích cấu trúc và tính chất của nano tio2 tổng hợp theo phương pháp sol gel bằng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vật Liệu Nano
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Vật Liệu Nano TiO2 Trong Xử Lý Tác Nhân Chiến Tranh Hóa Học
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về vật liệu TiO2
• 1.2. Cấu trúc của TiO2
• 1.3. Tính chất quang xúc tác của vật liệu TiO2
• 1.4. Cơ chế xúc tác quang
• 1.5. Tổng hợp vật liệu nano TiO2
• 1.6. Ứng dụng nano TiO2 trong phân hủy chất độc hóa học
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất và thiết bị
• 2.2. Chế tạo vật liệu nano TiO2
• 2.3. Đánh giá hoạt tính xúc tác quang của nano TiO2
• 2.4. Các phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM
• 2.4.2. Phương pháp phân tích giãn đẳng nhiệt hấp phụ X tia X (XRD)
• 2.4.3. Phương pháp đường đẳng nhiệt hấp phụ BET
• 2.4.4. Phương pháp phổ tử ngoại khuếch kiến UV – Vis
• 2.4.5. Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS)
• 2.4.6. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS)
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hình thái học, cấu trúc, kích thước, diện tích bề mặt nano TiO2 chế tạo bằng phương pháp sol-gel
• 3.2. Xác định cấu trúc tinh thể của TiO2
• 3.3. Xác định kích thước tinh thể trung bình của vật liệu TiO2
• 3.4. Độ rỗng xốp cảm của nano TiO2
• 3.5. Quang phổ quang điện tử tia X (XPS) của mẫu TiO2-100
• 3.6. Hoạt tính quang xúc tác phân hủy của nano TiO2
• 3.7. Hoạt tính xúc tác quang của nano TiO2
• 3.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xúc tác quang của nano TiO2-100
• 3.9. Đánh giá định lượng của quá trình quang xúc tác của nano TiO2-100
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Nano TiO2 Ứng Dụng Tiềm Năng

Tổng quan về vật liệu nano TiO2 và tiềm năng ứng dụng rộng rãi của nó trong nhiều lĩnh vực. TiO2 là một oxit kim loại được biết đến với tính chất quang xúc tác và khả năng xử lý ô nhiễm môi trường. Bài viết sẽ trình bày về cấu trúc, tính chất vật lý và hóa học cơ bản của TiO2, đồng thời nhấn mạnh vai trò của nó trong việc giải quyết các vấn đề môi trường cấp bách. Đặc biệt, khả năng ứng dụng của TiO2 trong việc xử lý tác nhân chiến tranh hóa học sẽ được phân tích chi tiết, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực phòng thủ và an ninh.

1.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất của các dạng TiO2 Anatase Rutile

TiO2 tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau, trong đó phổ biến nhất là Anatase và Rutile. Mỗi dạng có cấu trúc tinh thể riêng biệt, ảnh hưởng đến tính chất vật lý TiO2 và hóa học TiO2 của chúng. Ví dụ, Anatase thường có hoạt tính quang xúc tác TiO2 cao hơn Rutile. Cấu trúc tinh thể cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các cặp electron-lỗ trống, yếu tố quan trọng trong quá trình phân hủy tác nhân chiến tranh hóa học.

1.2. Cơ chế quang xúc tác TiO2 Nguyên lý cơ bản và yếu tố ảnh hưởng

Quá trình quang xúc tác TiO2 dựa trên việc hấp thụ ánh sáng UV, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Các electron và lỗ trống này tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử trên bề mặt chất xúc tác TiO2, phân hủy tác nhân chiến tranh hóa học thành các sản phẩm vô hại. Hiệu quả của quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc tinh thể, kích thước hạt nano, diện tích bề mặt, và cường độ ánh sáng. “Khoảng vùng cấm rộng (3-3,2 eV) của TiO2 cho phép hấp thụ các photon ánh sáng tử ngoại (Ultra Violet: UV) tạo ra các cặp electron- lỗ trống di chuyển tới bề mặt chất xúc tác TiO2, tham gia vào quá trình oxy hóa”.

II. Thách Thức Tác Nhân Chiến Tranh Hóa Học Giải Pháp Khẩn Cấp

Giới thiệu về tác nhân chiến tranh hóa học và những hiểm họa mà chúng gây ra cho sức khỏe con người và môi trường. Tầm quan trọng của việc phát triển các phương pháp hiệu quả để giải độc chất độc hóa học và phân hủy tác nhân chiến tranh hóa học một cách nhanh chóng và an toàn. Nêu bật những hạn chế của các phương pháp xử lý truyền thống và sự cần thiết phải tìm kiếm các giải pháp mới dựa trên công nghệ nano. Các tác nhân này (CWAs) gây nguy hiểm cho con người, và các phương pháp như hấp phụ, xúc tác đang được ứng dụng để xử lý chúng.

2.1. Phân loại và đặc tính nguy hiểm của các tác nhân chiến tranh hóa học

Các tác nhân chiến tranh hóa học được phân loại dựa trên cơ chế tác động và độc tính. Một số loại phổ biến bao gồm chất độc thần kinh (như Sarin, VX), chất độc phồng rộp (như Mustard gas), và chất độc ngạt thở (như Phosgene). Mỗi loại có đặc tính hóa học và sinh học khác nhau, đòi hỏi các phương pháp xử lý riêng biệt. Việc hiểu rõ về đặc tính của từng tác nhân là rất quan trọng để phát triển các vật liệu nano TiO2 phù hợp.

2.2. Các phương pháp xử lý tác nhân chiến tranh hóa học truyền thống và hạn chế

Các phương pháp xử lý truyền thống như đốt, hấp phụ bằng than hoạt tính, hoặc sử dụng hóa chất trung hòa thường có hiệu quả hạn chế, tốn kém, hoặc tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Ví dụ, đốt có thể giải phóng các chất ô nhiễm vào không khí, trong khi hấp phụ chỉ đơn giản là di chuyển chất độc từ môi trường này sang môi trường khác. Vật liệu nano TiO2 hứa hẹn một giải pháp thay thế hiệu quả hơn, với khả năng phân hủy tác nhân chiến tranh hóa học hoàn toàn thành các sản phẩm vô hại.

III. Phương Pháp Tổng Hợp và Biến Tính Vật Liệu Nano TiO2

Phân tích các phương pháp tổng hợp vật liệu nano TiO2 khác nhau, bao gồm phương pháp sol-gel, thủy nhiệt, và lắng đọng pha hơi. Đánh giá ưu nhược điểm của từng phương pháp và lựa chọn phương pháp phù hợp để điều chế TiO2 với các tính chất mong muốn (kích thước hạt nano, diện tích bề mặt, cấu trúc tinh thể). Đồng thời, nghiên cứu các phương pháp biến tính TiO2 (ví dụ, pha tạp kim loại, tạo vật liệu composite) để tăng cường khả năng quang xúc tác TiO2.

3.1. Phương pháp sol gel để tổng hợp vật liệu nano TiO2 Quy trình và tối ưu hóa

Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật phổ biến để tổng hợp vật liệu nano TiO2 với kích thước hạt và hình dạng được kiểm soát. Quy trình bao gồm thủy phân tiền chất titan (ví dụ, titanium isopropoxide) trong dung dịch, sau đó là quá trình ngưng tụ để tạo thành gel. Gel được sấy khô và nung để thu được TiO2 tinh khiết. Các thông số như pH, nhiệt độ, và nồng độ tiền chất có thể được tối ưu hóa để điều chỉnh tính chất của vật liệu nano TiO2.

3.2. Biến tính vật liệu nano TiO2 bằng kim loại và vật liệu composite

Việc pha tạp kim loại (ví dụ, vàng, bạc, đồng) hoặc tạo vật liệu composite (ví dụ, TiO2/graphene) có thể cải thiện đáng kể khả năng quang xúc tác TiO2. Kim loại có thể hoạt động như các trung tâm bẫy điện tử, giảm thiểu sự tái hợp electron-lỗ trống. Vật liệu composite có thể tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng. Các vật liệu này được tạo ra qua phản ứng oxy hóa, để xử lý các tác nhân hóa học ít độc hơn.

3.3. Chất mang vật liệu nano TiO2 Lựa chọn và ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý

Sử dụng chất mang vật liệu nano TiO2 là một phương pháp quan trọng để tăng cường tính ổn định, phân tán và khả năng tái sử dụng của vật liệu. Các chất mang phổ biến bao gồm silica, alumina và zeolit. Việc lựa chọn chất mang phù hợp có thể ảnh hưởng đến diện tích bề mặt, độ xốp và khả năng tiếp xúc của TiO2 với tác nhân chiến tranh hóa học, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.

IV. Ứng Dụng Hiệu Quả Xử Lý Tác Nhân Hóa Học Bằng TiO2

Trình bày kết quả nghiên cứu về hiệu quả xử lý TiO2 đối với các tác nhân chiến tranh hóa học khác nhau. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý (ví dụ, nồng độ chất độc, cường độ ánh sáng, pH môi trường). So sánh hiệu quả của TiO2 với các phương pháp xử lý khác. Đánh giá khả năng ứng dụng của TiO2 trong thực tế (ví dụ, trong quân sự, phòng thủ dân sự).

4.1. Nghiên cứu về phân hủy tác nhân chiến tranh hóa học bằng quang xúc tác TiO2

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng quang xúc tác TiO2 trong việc phân hủy tác nhân chiến tranh hóa học như Sarin, VX, và Mustard gas. Cơ chế phân hủy thường bao gồm quá trình oxy hóa khử trên bề mặt TiO2, chuyển đổi các chất độc thành các sản phẩm vô hại như CO2, H2O, và các axit vô cơ. TiO2 được sử dụng như một chất xúc tác trong phản ứng oxy hóa để xử lý các tác nhân chiến tranh hóa học thành các sản phẩm ít độc hại hơn.

4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến hiệu quả xử lý TiO2

Các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ, và cường độ ánh sáng có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý TiO2. pH có thể ảnh hưởng đến điện tích bề mặt TiO2 và khả năng hấp phụ chất độc. Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Cường độ ánh sáng quyết định tốc độ tạo ra các cặp electron-lỗ trống. “Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đệm N-ethyl morpholine (A) và (B) của năng lượng ánh sáng của chất xúc tác TiO2-100”.

4.3. Phân tích tác nhân chiến tranh hóa học sau xử lý Đánh giá hiệu quả thực tế

Việc phân tích tác nhân chiến tranh hóa học sau xử lý là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả xử lý TiO2. Các phương pháp phân tích như sắc ký khí-khối phổ (GC-MS) và sắc ký lỏng-khối phổ (LC-MS) có thể được sử dụng để xác định nồng độ các chất độc còn lại và các sản phẩm phân hủy. Dữ liệu này cung cấp thông tin quan trọng để tối ưu hóa quy trình xử lý và đảm bảo an toàn cho môi trường và con người.

V. Tối Ưu Cải Tiến Vật Liệu Quy Trình Xử Lý Nano TiO2

Thảo luận về các hướng nghiên cứu để cải tiến vật liệu nano TiO2 và tối ưu hóa quy trình xử lý tác nhân chiến tranh hóa học. Đề xuất các giải pháp để tăng cường độ ổn định của vật liệu nano TiO2, giảm chi phí xử lý, và đảm bảo an toàn khi sử dụng.

5.1. Nâng cao độ ổn định của vật liệu nano TiO2 và khả năng tái sử dụng vật liệu nano TiO2

Một trong những thách thức lớn khi sử dụng vật liệu nano TiO2 là độ ổn định và khả năng tái sử dụng hạn chế. Các phương pháp để cải thiện độ ổn định bao gồm bao bọc TiO2 bằng lớp vỏ bảo vệ, cố định TiO2 trên chất mang, và biến tính bề mặt để ngăn chặn sự kết tụ hạt. Khả năng tái sử dụng vật liệu nano TiO2 có thể giảm chi phí xử lý và làm cho quy trình thân thiện với môi trường hơn.

5.2. Giảm chi phí xử lý TiO2 và đảm bảo an toàn khi sử dụng vật liệu nano TiO2

Để TiO2 trở thành một giải pháp xử lý tác nhân chiến tranh hóa học khả thi về mặt kinh tế, cần giảm chi phí xử lý TiO2. Các giải pháp bao gồm sử dụng tiền chất rẻ tiền, tối ưu hóa quy trình tổng hợp, và tái chế vật liệu nano TiO2. An toàn khi sử dụng vật liệu nano TiO2 cũng là một mối quan tâm quan trọng. Cần đánh giá độc tính của vật liệu nano TiO2 và thực hiện các biện pháp phòng ngừa để bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Hướng Phát Triển Vật Liệu Nano TiO2

Tóm tắt những thành tựu và thách thức trong việc ứng dụng vật liệu nano TiO2 để xử lý tác nhân chiến tranh hóa học. Nhấn mạnh tiềm năng to lớn của công nghệ này trong việc bảo vệ an ninh quốc gia và sức khỏe cộng đồng. Đề xuất các hướng nghiên cứu trong tương lai để khai thác tối đa tiềm năng của TiO2 trong lĩnh vực này.

6.1. Tiềm năng ứng dụng của TiO2 trong quân sự và phòng thủ dân sự

TiO2 có thể được ứng dụng rộng rãi trong quân sự và phòng thủ dân sự để bảo vệ binh lính và dân thường khỏi tác nhân chiến tranh hóa học. Ví dụ, TiO2 có thể được sử dụng trong các lớp phủ bảo vệ trên quần áo, mặt nạ phòng độc, và các hệ thống lọc không khí. Việc phát triển các ứng dụng này đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà khoa học, kỹ sư, và các chuyên gia quân sự.

6.2. Các hướng nghiên cứu mới nhất về TiO2 và tác nhân chiến tranh hóa học

Các hướng nghiên cứu mới nhất về TiO2 và tác nhân chiến tranh hóa học tập trung vào việc phát triển các vật liệu nano TiO2 với tính chất vượt trội, quy trình xử lý hiệu quả hơn, và các phương pháp đánh giá chính xác hơn. Các lĩnh vực nghiên cứu tiềm năng bao gồm sử dụng trí tuệ nhân tạo để thiết kế vật liệu nano TiO2, phát triển các cảm biến để phát hiện tác nhân chiến tranh hóa học, và nghiên cứu về cơ chế giải độc của TiO2 ở cấp độ phân tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

iii DANH MĀC BÀNG .vi DANH MĀC C䄃ĀC K䤃Ā HIÞU VÀ CHĀ VI¾T TÂT. 1 CH¯¡NG I: TßNG QUAN. Tßng quan về vÁt lißu TiO2. Cấu trwc c甃ऀa TiO2.

Tính chất quang xwc tác c甃ऀa vật liệu TiO2. C¡ chế xwc tác quang. Tính chất quang xwc tác c甃ऀa TiO2. Tổng hợp vật liệu nano TiO2.

Āng dāng nano TiO2 trong phân hÿy chãt đ⌀c h漃Āa h漃⌀c. Các ph°¢ng pháp tiêu đ⌀c. Tiêu độc bằng ph°¡ng pháp hóa học sử dụng các hệ vật liệu trên c¡ sở nano TiO2. C¡ chế quá trình phân h甃ऀy DMNP c甃ऀa nano TiO2.15 CH¯¡NG II: THĀC NGHIÞM.

Nguyên vÁt lißu, h漃Āa chãt và thi¿t bß. Ch¿ t¿o vÁt lißu nano TiO2. Đánh giá ho¿t tính xúc tác quang cÿa nano TiO2. Các ph°¢ng pháp nghiên cāu.

Ph°¡ng pháp hiển vi điện tử quét SEM. Ph°¡ng pháp phân tích gi¿n đ nhiễu x¿ tia X (XRD). Ph°¡ng pháp đ°ờng đẳng nhiệt hấp phụ BET. Ph°¡ng pháp phổ tử ngo¿i kh¿ kiến UV – Vis.

Ph°¡ng pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS). Ph°¡ng pháp quang điện tử tia X (XPS) .23 CH¯¡NG III: K¾T QUÀ VÀ THÀO LUÀN. Hknh thái h漃⌀c, cãu trúc, kích th°£c, dißn tích bề mặt nano TiO2 ch¿ t¿o bng ph°¢ng pháp sol-gel. Đánh giá hính thái học, kích th°ơꄁc vật liệu nano TiO2 điều chế đ°ợc 24 iv 3.

Xác định cấu trwc tinh thể c甃ऀa TiO2. Xác định kích th°ơꄁc tinh thể trung bình c甃ऀa vật liệu TiO2. Đ⌀ r⌀ng vwng cãm cÿa nano TiO2. Quang phß quang đißn tÿ tia X (XPS) cÿa m¿u TiO2-100.

Ho¿t tính quang xúc tác phân hÿy cÿa nano TiO2. Ho¿t tính xwc quang c甃ऀa nano TiO2. Các yếu tố ¿nh h°ởng đến quá trình xwc tác quang c甃ऀa nano TiO2-100. Đ⌀ ßn đßnh cÿa quá trknh quang xúc tác cÿa nano TiO2-100.

38 TÀI LIÞU THAM KHÀO. 39 v DANH MĀC BÀNG B¿ng 1. Mßt sá tính chĀt vật lí của TiO2. Kh¿ năng xử lý các tác nhân chiến tranh hóa hác của xwc tác nano TiO2 [20].

Kh¿ năng xử lý các tác nhân chiến tranh hóa hác của Ferrihydrit [20]. Dißn tích bề mặt, thể tích và đ°ãng kính mao qu¿n của các mÁu nano TiO2. Hißu qu¿ xử lý DMNP của các chĀt xwc tác. 36 vi DANH MĀC HÌNH Hình 1.

CĀu trwc tinh thể các dcng thù hình của TiO2. Đa dißn phái trí của TiO2. C¢ chế quang xwc tác. Phổ hĀp thÿ của TiO2 anatase tinh khiết.

CĀu trwc phân tử của DMNP. S¢ đ tóm tắt quy trình tổng h£p nano TiO2. S¢ đ tia ph¿n xc và tia tái trên tinh thể .1: Knh SEM của mÁu (a) TiO2-200 tci nng đß TTIP là 200 ml/L .2: Knh SEM của mÁu (b) TiO2-150 tci nng đß TTIP là 150 ml/L .3: Knh SEM của mÁu vật lißu nano (c) TiO2-100 và (d) TiO2-75 ln l°£t tci các nng đß TTIP khác nhau. Gi¿n đ nhiëu xc tia X (XRD) của các mÁu nano TiO2.

Đ°ãng đẳng nhißt hĀp phÿ/gi¿i hĀp phÿ N2 của các mÁu nano TiO2. Gi¿n đ UV-Vis. Biểu đ năng l°£ng vùng cĀm của vật lißu nano TiO2. (A) Phổ quang phát quang và (B) phổ trå kháng đißn hóa (EIS) của vật lißu TiO2.

Phổ XPS của vật lißu TiO2-100: (A) Phổ tổng, (B) Ti 2p và (C) O1s. Đß chuyển hóa DMNP sau ph¿n ứng xwc tác båi vật lißu nano TiO2. Knh h°ång của nng đß dung dßch đßm N-ethyl morpholine (A) và (B) của năng l°£ng ánh sáng của chĀt xwc tác TiO2-100. Đß bền của chĀt xwc tác TiO2-100 sau 4 chu kỳ ph¿n ứng.

37 vii DANH MĀC C䄃ĀC K䤃Ā HIÞU VÀ CHĀ VI¾T TÂT Kí hißu Ti¿ng Anh Ti¿ng Vißt SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi đißn tử quét XRD X-Ray Diffraction Gi¿n đ nhiëu xc tia X BET Brunauer-Emmett-Teller Ph°¢ng pháp đo dißn tích bề mặt UV-VIS Ultra Violet - Visible Quang phổ hĀp thÿ phân tử/quang phổ tử ngoci kh¿ kiến CWAs Chemical. Warfare Agents Tác nhân chiến tranh hóa hác OP Organophosphorus Các h£p chĀt c¢ photpho hÿu c¢ CNTs Carbon nanotube àng nano cacbon DMF Dimethyl formamide dimethylfuran GO Graphene oxide Graphite oxide MB Methylthioninium chloride Xanh methylen RG Reduced graphene oxide Graphene oxide dcng khử TBT Tetrabutyl titanate Tetrabutyl titanate TTIP Titanium tetraisopropoxide Titanium tetraisopropoxide Ti[OCH(CH3)2]4 DMNP Dimethyl 4-nitrophenyl Dimethyl 4-nitrophenyl phosphate phosphate MPA Methylphosphonic acid Axit methyl phosphonic Eg Band gap energy Năng l°£ng vùng cĀm EIS Electrochemistry Impedance Ph°¢ng pháp tổng trå đißn hóa spectrum XPS X-ray Photoelectron Ph°¢ng pháp quang phổ quang đißn Spectroscopy tử tia X VX Methylphosphonothioate ChĀt đßc thn kinh dùng trong chiến tranh 1 Mà Đ¾U Các h£p chĀt photpho hÿu c¢ (Organophosphorus: OP) và các chĀt đßc thn kinh có chứa flo (isopropyl methanefluorophos-phonate: GB) là các vũ khí hóa hác đßc hci, gây nguy hiểm cho con ng°ãi. Hißn nay, các ph°¢ng pháp nh° hĀp phÿ, xwc tác và sinh hác đ°£c ứng dÿng để tiêu đßc và xử lý các tác nhân chiến tranh hóa hác (CWAs) thành s¿n ph¿m ít đßc h¢n hoặc không đßc hci. Trong sá đó, ph°¢ng pháp oxi hóa sử dÿng chĀt xwc tác oxit để xử lý các tác nhân hóa hác thành các s¿n ph¿m ít đßc và hoặc không đßc hci đang rĀt đ°£c quan tâm.

Vật lißu oxit kim loci có kh¿ năng hĀp thÿ mcnh các tác nhân chiến tranh hóa hác (CWAs) qua các l÷ mao qu¿n của chwng. Các vật lißu oxit có cĀu trwc nano, dißn tích bề mặt cao giwp tăng dung l°£ng hĀp phÿ và tăng tác đß phân hủy các tác nhân chiến tranh. Trong nhÿng năm gn đây, vật lißu TiO2 đ°£c sử dÿng nh° mßt xwc tác quang hóa để xử lý nhÿng vĀn đề ô nhiëm môi tr°ãng đặc bißt là để loci các chĀt đßc hci có trong n°ác th¿i [1]. Vật lißu TiO2 đ°£c quan tâm båi vì chi phí thĀp, hoct tính cao, t°¢ng đái ổn đßnh và ít đßc hci [2].

Kho¿ng vùng cĀm rßng (3-3,2 eV) của TiO2 cho phép hĀp thÿ các photon ánh sáng tử ngoci (Ultra Violet: UV) tco ra các cặp electron- l÷ tráng di chuyển tái bề mặt chĀt xwc tác, tham gia vào quá trình oxy hóa [3]. Vì các ph¿n ứng trên c¢ så xwc tác quang chủ yếu x¿y ra trên bề mặt chĀt xwc tác TiO2 nên dißn tích bề mặt lán rĀt quan tráng trong vißc tăng hißu suĀt quá trình xwc tác quang. Để chế tco vật lißu TiO2 có nhiều ph°¢ng pháp khác nhau nh°: sol-gel, thủy nhißt, micelle, & Trong đó ph°¢ng pháp sol-gel đang đ°£c sử dÿng rßng rãi để chế tco nano TiO2 có cĀu trwc áng nano vái đ°ãng kính nhß, chiều dài lán, dißn tích bề mặt cao. Trên c¢ så đó, nghiên cứu: <Phân tích cấu trwc vc tính chất c甃ऀa nano TiO2 tổng hợp theo ph°¡ng pháp sol-gel bằng các ph°¡ng pháp hóa l礃Ā hiện đ¿i= đ°£c lāa chán làm đề tài luận văn.

 Mục tiêu chknh của luận văn: - Chế tco vật lißu cĀu trwc nano TiO2 bằng ph°¢ng pháp sol-gel; - Nghiên cứu cĀu trwc, hình thái hác bề mặt và tính chĀt quang của vật lißu nano TiO2; - Nghiên cứu tính chĀt quang xwc tác nano TiO2 đã tổng h£p đ°£c trong vißc phân hủy DMNP (Dimethyl 4-nitrophenyl phosphate). 2  N⌀i dung nghiên cứu: - Nghiên cứu chế tco nano TiO2 bằng ph°¢ng pháp sol-gel - Kh¿o sát đặc tr°ng hình thái hác bề mặt, cĀu trwc tinh thể của vật lißu nano TiO2 chế tco đ°£c bằng ph°¢ng pháp kính hiển vi đißn tử quét SEM và nhiëu xc tia X. - Kh¿o sát xác đßnh dißn tích bề mặt cĀu trwc mao qu¿n của vật lißu nano TiO2 chế tco đ°£c bằng ph°¢ng pháp đ°ãng đẳng nhißt hĀp phÿ N2 (BET). - Nghiên cứu tính chĀt quang xwc tác của vật lißu nano TiO2 chế tco đ°£c bằng phổ hĀp thÿ nguyên tử UV-Vis.

3 CH¯¡NG I: TßNG QUAN 1. Tßng quan về vÁt lißu TiO2 TiO2 là mßt oxit tā nhiên đ°£c phát hißn năm 1975 và bắt đu đ°£c s¿n xuĀt th°¢ng mci năm 1920. Kho¿ng 95% quặng titan đ°£c xử lý thành titan oxit, đây cũng là s¿n ph¿m đ°£c sử dÿng nhiều nhĀt. TiO2 đ°£c ứng dÿng trong l椃̀nh vāc vũ trÿ hàng không, s¿n xuĀt s¢n, nhāa, dßt may, māc in, các láp phủ cháng ăn mòn, kháng khu¿n, làm scch không khí, phÿ gia thāc ph¿m và các chĀt hĀp thÿ tia cāc tím trong s¿n xuĀt m礃̀ ph¿m [4, 5].

Hißn nay, TiO2 đ°£c ứng dÿng rßng rãi trong công nghißp s¿n xuĀt xwc tác quang, pin và các thiết bß c¿m biến [6]. CĀu tr甃Āc của TiO2 TiO2 å kích th°ác micromet rĀt bền hóa hác và không tan trong các axit. Tuy nhiên khi đ°a về kích th°ác nanomet (nm) TiO2 có thể tham gia mßt sá ph¿n ứng vái axit và kiềm mcnh. Các dcng oxit, hydroxit và các h£p chĀt của Ti (IV) đều có tính l°ơꄃng tính.

TiO2 tn tci d°ái dcng tinh thể, ngoài dcng vô đßnh hình, TiO2 có ba cĀu trwc tinh thể chính là dcng Rutile, Anatase và Brookite. Trong đó dcng Rutile và Anatase là phổ biến h¢n c¿. ä nhißt đß từ 600 oC - 1100 oC các dcng Anatase và Brookite sẽ chuyển thành Rutile. Kh¿ năng xwc tác quang tn tci nhiều å dcng Rutile và Anatase.

Các dcng tinh thể TiO2 tn tci trong tā nhiên trong các khoáng vật, nh°ng dcng Rutile và Anatase å dcng đ¢n tinh thể có thể đ°£c tổng h£p å nhißt đß thĀp. Hai pha này đ°£c sử dÿng trong thāc tế làm chĀt màu, chĀt đßn, chĀt xwc tác, & Còn dcng tinh thể Brookite cũng quan tráng về mặt ứng dÿng, tuy vậy Brookite bß hcn chế båi vißc điều chế Brookite scch không lÁn Rutile và Anatase là điều khó khăn. - Tinh thể Rutile thußc hß tứ ph°¢ng, cĀu tco từ các đ¢n vß bát dißn TiO62- chung ccnh và góc. Pha Rutile có đß rßng khe vùng cĀm là 3,05 eV, khái l°£ng riêng 4,2 g/cm3.

- Tinh thể Anatase có cĀu trwc tứ ph°¢ng giãn dài vái các bát dißn TiO62- không đều đặn. Anatase có thể chuyển thành dcng Rutile å các điều kißn nhißt đß thích h£p. Anatase là dcng có hoct tính mcnh nhĀt trong ba dcng tinh thể của TiO2, đß rßng vùng cĀm là 3,25 eV, khái l°£ng riêng là 3,84 g/cm3. - Tinh thể Brookite là mcng l°ái cation hình thoi vái cĀu trwc phức tcp h¢n, th°ãng hiếm gặp và có hoct tính xwc tác kém.

Brookite có đß rßng vùng 4 cĀm là 3,4 eV, khái l°£ng riêng là 4,1 g/cm3. Trong sá đó Brookite rĀt khó hình thành, chỉ hình thành trong mßt kho¿ng hẹp nhißt đß, thãi gian, áp suĀt nhĀt đßnh. Trcng thái tinh thể Anatase hình thành å nhißt đß thĀp h¢n Rutile, do đó khi tăng nhißt đß đến mßt giái hcn nào đó thì sẽ có sā chuyển trcng thái từ Anatase sang Rutile. CĀu trwc tinh thể các dcng thù hình của TiO2 CĀu trwc tinh thể của Rutile và Anatase đ°£c mô t¿ bằng các chu÷i bát dißn TiO6 .