Báo Cáo Xúc tác quang hóa “micro nano composit” trên cơ sở tio2 - nano carbon mang trên vật liệu có cấu trúc

XÚC TÁC QUANG HÓA “MICRO NANO COMPOSIT”
TRÊN CƠ SỞ TIO2 - NANO CARBON MANG TRÊN VẬT
LIỆU CÓ CẤU TRÚC
“MICRO NANO COMPOSITES” BASED ON TIO2 – NANO CARBON
PHOTOCATALYST WITH MACROSCOPIC SHAPING

SVTH: Ngô Tuấn Anh,
Lớp 03H5 Trường Đại học Bách Khoa
GVHD: Nguyễn Đình Lâm
Trường ĐH Bách khoa, ĐH Đà Nẵng
TÓM TẮT
Xúc tác quang hóa trên cơ sở “composit” TiO2/Cacbon nano hiện đang được đầu tư nghiên
cứu rất nhiều trên thế giới bởi hoạt tính quang hóa cao và có khả năng hấp thụ hầu hết các
bức xạ từ mặt trời. Khi hấp thụ các photon, xúc tác này có thể ô-xy hóa hoàn toàn các hợp
chất hữu cơ, tạo sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Tuy nhiên, những nghiên cứu về loại
“composit” này chỉ dừng ở việc tổng hợp xúc tác ở dạng bột cho hệ thống phản ứng gián đoạn
và hoàn toàn không có khả năng áp dụng trong các hệ thống xử lý liên tục. Ở Việt Nam, loại
xúc tác này hầu như vẫn còn rất mới mẻ. Nghiên cứu của chúng tôi hướng đến một loại xúc
tác quang hóa hoàn toàn mới trên cơ sở “composit TiO2 thương mại, TiO2 sol-gel và Carbon
nano”, được mang trên vật liệu có cấu trúc. Loại xúc tác mới này cho phép tăng cường hoạt
tính quang hóa và giảm giá thành xúc tác. Xúc tác này đã được ứng dụng tại phòng thí nghiệm
trong hệ thống thiết bị phản ứng quang hóa liên tục để phân hủy các hợp chất hữu cơ ô nhiễm
trong nước thải.
ABSTRACT
“Composite TiO2/Carbon nano” based photocatalysts are being investigated abundantly in the
world because of their high photoactivity and their capacity in absorbing almost of sun’s
irradiation. By absorbing a photon, these catalysts can promote the total oxidation of organic
compounds to CO2, H2O products. However, researches about this “composite” are just for a
the powder catalysts applications in a batch reactor. Theirs uses in the continuous system
seem impossible. In Vietnam, these catalysts are completely untouched. Therefore, our
researches are now foccused onto the new photocatalysts based on “composite TiO2
commercial, sol-gel / Carbon nano” with macroscopic shaping. This new type of catalyst allows
amplifying the photoactivity and reducing the cost. These catalysts were successfully applied in
our laboratory for continuous systems to degradate organic compounds in waste water.
Từ khóa: TiO2, xúc tác quang hóa, carbon nanotube, carbon nanofiber, sol-gel
1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây, titan dioxit (TiO2) được sử dụng như một xúc tác quang hóa để xử
lý những vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là để loại các hợp chất độc hại trong nước thải
[1-3]. Tuy nhiên, chỉ có những bức xạ tử ngoại, chiếm khoảng 4% bức xạ mặt trời, ứng với các
photon có năng lượng lớn hơn 3,2eV mới được hấp thụ và tạo ra hiệu quả quang hóa [4].
Trong các nghiên cứu gần đây, người ta đặc biệt chú trọng đến việc áp dụng các dạng Cacbon
nano ống (CNT) và Cacbon nano sợi (CNF) nhờ vào các đặc tính ưu việt của nó: khả năng dẫn
điện rất tốt, đường kính có kích thước nano, độ hấp phụ cao và độ đen tuyệt đối [5]. Vật liệu
CNT-CNF tạo được hiệu ứng synergic rất tích cực với TiO2, dẫn đến việc hình thành một hệ
thống xúc tác có hoạt tính quang hóa rất mạnh ngay trên bề mặt [6]. Điều này cho phép tăng
khả năng quang hóa của TiO2 trong vùng ánh sáng khả kiến.
Tuy nhiên, hiện nay các loại xúc tác quang hóa trên cơ sở composit TiO2/CNT được tổng hợp dưới
dạng bột gây khó khăn cho việc ứng dụng vào thực tế vì tốn chi phí cao cho hệ thống lọc xúc tác
[7]. Hơn nữa, phương pháp phổ biến hiện nay để đưa TiO2 lên CNT là phương pháp sol-gel đi từ
các tiền chất của alkoxide titan khiến cho giá thành xúc tác tăng lên rất nhiều.
Với những lí do như trên, nghiên cứu của chúng tôi hướng đến việc tổng hợp ra một loại xúc
tác quang hóa hoàn toàn mới ở dạng composit của TiO2 và nano cacbon: cacbon nano ống
nhiều lớp MWNT và cacbon nano sợi CNF mang trên vật liệu có cấu trúc. Loại xúc tác mới
của chúng tôi có hoạt tính tăng cường nhiều lần so với các loại đã từng được công bố, đồng
thời giá thành giảm đáng kể nhờ việc tận dụng hoạt tính cao của pha anatase TiO2 thương mại
có trong thành phần xúc tác.