Thạc Sĩ KHẢO SÁT BIẾN TÍNH TiO2 - RUTIL TỔNG HỢP CẤU TRÚC HÌNH THÁI VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC

MỞ ĐẦU

Ngày nay, môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi các chất thải từ sinh hoạt, từ công nghiệp và nông nghiệp, nên nhu cầu về xử lý các chất thải độc hại trong môi trường là vấn đề luôn được các nhà khoa học quan tâm. Nhiều nghiên cứu để phải phát triển các chất xử lý thành phần độc hại trong chất thải được thực hiện trong những năm gần đây. Một trong các chất xử lý được quan tâm là TiO2, là chất xúc tác quang hóa có hoạt tính mạnh dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại. TiO2 được ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực làm sạch nước và không khí. Tuy nhiên, hoạt tính quang xúc tác của TiO2 thông dụng lại không đáng kể trong vùng ánh sáng khả kiến. Vì vậy, nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 đã được nghiên cứu để làm tăng hoạt tính của TiO2 như phương pháp sol-gel, phương pháp oxy hóa từ pha khí, Một hướng nghiên cứu được tập trung nhiều đó là việc doping các ion kim loại và phi kim vào TiO2 để tăng hoạt tính quang xúc tác và chuyển vùng hoạt động của TiO2 về vùng ánh sáng khả kiến Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành biến tính TiO2 ở dạng rutil với các nhóm halogenur và hydroxid của kim loại kiềm bằng phương pháp sốc nhiệt nhằm tạo ra chất có hoạt tính xúc tác cao và hoạt động mạnh trong vùng ánh sáng khả biến.
LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU .iii
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ . v
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1 TỔNG QUAN . 2
1.1 Tổng quan về TiO2 2
1.1.1 Cấu trúc và các pha của TiO2 2
1.1.2 Tính chất vật lý . 4
1.1.3 Tính chất hóa học . 4
1.1.4 Tính chất xúc tác quang hóa của TiO2 . 6
1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến động học quang xúc tác của TiO2 8
1.1.6 Một số ứng dụng của TiO2 14
1.2 Một số phương pháp làm tăng hoạt tính xúc tác quang hóa của TiO2 17
1.2.1 Tổng quát . 17
1.2.2 Biến tính TiO2 bằng các kim loại chuyển tiếp . 18
1.2.3 Tạo màng mỏng TiO2 trên các tấm vật liệu . 18
1.2.4 TiO2 với chất mang . 18
1.3 Các nghiên cứu biến tính TiO2 đã công bố 19
1.3.1 Biến tính TiO2 bằng tác nhân Cl2 19
1.3.2 Biến tính TiO2-ruti bằng tác nhân HF . 22
1.3.3 Biến tính TiO2 bằng tác nhân KOH . 35
1.4 Sơ lược về metylen xanh (MB) . 49
1.5 Giới thiệu về Degussa P25 TiO2 50
Chương 2 THỰC NGHIỆM 52
2.1 Mục tiêu nghiên cứu . 52
2.2 Nội dung nghiên cứu . 52
ii
2.3 Dụng cụ – Thiết bị – Hóa chất 53
2.4 Phương pháp tạo mẫu . 54
2.4.1 Quy trình biến tính TiO2–rutil . 54
2.4.2 Khảo sát các yếu tố biến tính 55
2.5 Phương pháp khảo sát hoạt tính 57
2.5.1 Chuẩn bị các dung dịch . 57
2.5.2 Dựng đường chuẩn của metylen xanh . 57
2.5.3 Khảo sát khả năng hấp phụ của xúc tác . 63
2.5.4 Khảo sát khả năng giải hấp của EDTA . 64
2.5.5 Khảo sát hoạt tính của xúc tác 64
2.6 Phương pháp phân tích 65
2.6.1 Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 65
2.6.2 Phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 65
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 66
3.1 Khảo sát cấu trúc và hình thái sản phẩm 66
3.1.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể . 66
3.1.2 Khảo sát hình thái tinh thể 73
3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ MB trên xúc tác . 77
3.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol của tác nhân biến tính lên
khả năng hấp phụ của các mẫu xúc tác 77
3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian nung lên
khả năng hấp phụ của các mẫu xúc tác 79
3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung lên
khả năng hấp phụ của mẫu xúc tác 81
3.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác của các mẫu bằng MB 83
3.3.1 Khả năng phân hủy MB bằng bức xạ VIS và UV khi không có xúc tác. 83
3.3.2 Khả năng giải hấp của EDTA . 85
3.3.3 Khả năng giải hấp MB ra khỏi các mẫu xúc tác bằng EDTA 86
3.3.4 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang hóa của các mẫu biến tính bằng MB 87
3.3.5 So sánh hoạt tính quang xúc tác của các mẫu 99
Chương 4 KẾT LUẬN 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 104
Tiếng Việt . 104
Tiếng Anh . 104
PHỤ LỤC . 107