nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp quang xúc tác n-c-tio2 ac và ứng dụng trong xử lý chất hữu cơ ô nhiễm

Do vậy TiO2 là chất thích hợp ứng dụng trong xử lí môi trường .Tuy nhiên, hạn chế của xúc tác quang hóa TiO2 là xúc tác này chỉ có hoạt tính trong điều kiện chiếu sáng vùng tử ngoại UV,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN MINH PHƯƠNG PGS.TS NGUYỄN VĂN NỘI

HÀ NỘI – 2014

Hà Nội, 2014

Học viên

Ninh Thị Hiền

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu chung về vật liệu bán dẫn TiO2 và xúc tác quang hóa 4

1.1.1 Các dạng cấu trúc và một số tính chất vật lý, hóa học của TiO2 7

1.1.2 Hoạt tính xúc tác quang hoá và cơ chế hoạt động của vật liệu quang xúc tác bán dẫn TiO2 9

1.1.3 Các phương pháp điều chế vật liệu TiO2 dạng nano 12

1.1.4 Ứng dụng của TiO2 trong xử lý môi trường nước 15

1.2 Vật liệu TiO2 biến tính 16

1.3 Vật liệu TiO2 nano trên chất mang 17

1.3.1 Mục đích của việc đưa quang xúc tác lên chất mang 17

1.3.2 Những yêu cầu cơ bản đối với chất mang 18

1.3.3 Giới thiệu chung về than hoạt tính 18

1.3.4 Một số phương pháp cố định xúc tác trên than hoạt tính 20

Chương 2 THỰC NGHIỆM 23

2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 23

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 24

2.2 Phương pháp xác định các đặc trưng của vật liệu 24

2.3 Phương pháp xác định Rhodamine B ……… …… 26

2.4 Dụng cụ và hóa chất 27

2.4.1 Dụng cụ 27

2.4.2 Hóa chất 27

2.5 Tổng hợp vật liệu 27

2.5.1 Qui trình tổng hợp vật liệu TiO2 nano pha tạp bởi C và N (N-C-TiO2) bằng phương pháp sol-gel 27

2.5.2 Qui trình hoạt hoá than hoạt tính 28

2.5.3 Qui trình tổng hợp vật liệu N-C-TiO2 trên chất mang than hoạt tính 28

2.6 Phương pháp đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu với Rhodamin B 29

2.6.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamin B 29

2.6.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu 30

2.6.3 Khả năng tái sinh của vật liệu 30

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Khảo sát điều kiện tổng hợp vật liệu 31

3.1.1 Nghiên cứu quá trình hoạt hóa than hoạt tính 31

3.1.2 Khảo sát tỉ lệ AC đưa vào 32

3.1.3.Khảo sát nhiệt độ thủy nhiệt 33

3.1.4 Khảo sát thời gian thủy nhiệt 35

3.1.5 Khảo sát nồng độ dung dịch PSS dùng biến tính than 36

3.1.6 Khảo sát thời gian khuấy tạo gel 37

3.2 Các đặc trưng, tính chất của vật liệu 38

3.2.1 Phổ UV-VIS của vật liệu N-C-TiO2/AC 38

3.2.2 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 38

3.2.3 Hình ảnh hiển vi điện tử quét SEM của bề mặt vật liệu 39

3.2.4 Phổ hồng ngoại IR 40

3.2.5 Phổ EDX của vật liệu N-C-TiO2/AC 42

3.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu ……….……… 43

3.3.1 Khảo sát lượng xúc tác dùng để xử lý Rhodamine B 43

3.3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu N-C-TiO2/AC 44

3.3.3 Khả năng tái sinh của vật liệu 45

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật than hoạt tính Trà Bắc……… 19

Bảng 3.1 Hiệu suất xử lý RhB của AC/HNO3 và AC/PSS……….31

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của lượng AC đưa vào tới hiệu suất xử lý RhB……… 32

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt tới hiệu suất xử lý RhB ……….34

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt tới hiệu suất xử lý RhB ……….35

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ PSS tới hiệu suất xử lý RhB ………36

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian khuấy tạo gel tới hiệu suất xử lý RhB………37

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của lượng xúc tác tới hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-C-TiO 2 /AC.43 Bảng 3.8 Hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-C-TiO 2 /AC dưới ánh sáng đèn và ánh sáng mặt trời……….44

Bảng 3.9 Khả năng tái sử dụng vật liệu N-C-TiO 2 /AC……… 45

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1.1 Chất rắn bán dẫn……… 4

Hình 1.2 Hoạt động của hạt bán dẫn khi bị kích thích……… 5

Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể các hạt thù hình TiO 2……… ……….7

Hình 1.4 Hình khối bát diện TiO 2………8

Hình 1.5 Giản đồ năng lượng của anatase và rutile……….10

Hình 1.6 Doping chất bán dẫn làm giảm năng lượng vùng cấm……… 16

Hình 2.1 Công thức hóa học của Rhodamin B……… 23

Hình 2.2 Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg………24

Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B……… 29

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng quá trình tạo điện tích bề mặt – tự lắp ghép của TiO 2 /AC….32 Hình 3.2 Ảnh hưởng của lượng AC đưa vào tới hiệu suất xử lý RhB………33

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt tới hiệu suất xử lý RhB……… …34

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt tới hiệu suất xử lý RhB………35

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ PSS tới hiệu suất xử lý RhB……… 36

Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian khuấy tạo gel tới khả năng xử lý RhB………37

Hình 3.7 Phổ UV-VIS của một số vật liệu……….38

Hình 3.8 Phổ XRD của vật liệu N-C-TiO2/AC……… 39

Hình 3.9 Hình ảnh SEM của mẫu vật liệu N-C-TiO2/AC……… 40

Hình 3.10 Phổ IR của AC……… 40

Hình 3.11 Phổ IR của vật liệu N-C-TiO2/AC biến tính PSS……….41

Hình 3.12 Phổ IR của AC hoạt hóa bằng PSS……… 41

Hình 3.13 Phổ EDX của vật liệu N-C-TiO 2 /AC……… ……… 42

Hình 3.14 Ảnh hưởng của lượng xúc tác tới hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-C-TiO 2 /AC……….43

Hình 3.15 Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-C-TiO 2 /AC khi sử dụng ánh sáng dèn compact và khi sử dụng ánh sáng tự nhiên sau 150 phút……… 44

Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện khả năng tái sử dụng của vật liệu N-C-TiO 2 /AC……….45

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AC: Than hoạt tính

EDX: Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X

IR: Phương pháp phổ hồng ngoại

RhB: Rhodamin B

SEM: Phương pháp hiển vi điện tử quét

UV-VIS: Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến XRD: Phổ nhiễu xạ tia X

1

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại, môi trường sống của con người ngày càng bị ô nhiễm nặng nề Nước sạch dùng cho sinh hoạt hàng ngày đang trở nên cạn kiệt dần Quá trình công nghiệp hoá đã thải ra môi trường lượng lớn các hợp chất hữu cơ, trong số đó

có nhiều hợp chất bền vững, khó bị phân hủy sinh học trong môi trường nước Vì vậy, vấn đề

xử lý các hợp chất ô nhiễm này là cần thiết và cấp bách Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay là vấn đề cấp thiết đối với các cấp quản lí, các doanh nghiệp và của toàn xã hội Nó cũng đòi hỏi các nhà khoa học

và công nghệ phải nghiên cứu các phương pháp để xử lý các chất ô nhiễm môi trường

Trong hai thập kỷ gần đây, việc sử dụng quang xúc tác bán dẫn được xem là một kĩ thuật hứa hẹn cung cấp năng lượng sạch và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ bền và loại bỏ các kim loại độc hại Đặc điểm của loại xúc tác này là, dưới tác dụng của ánh sáng, sẽ sinh ra cặp electron (e-) và lỗ trống (h+) có khả năng phân hủy chất hữu cơ hoặc chuyển hóa các kim loại độc hại thành những chất không gây hại đến môi trường

Mặc dù có rất nhiều hợp chất quang xúc tác bán dẫn, nhưng hiện nay, TiO2 vẫn là một trong các chất quang xúc tác phổ biến nhất vì giá thành rẻ, bền hóa học, không độc và dễ điều chế Do vậy TiO2 là chất thích hợp ứng dụng trong xử lí môi trường Tuy nhiên, hạn chế của xúc tác quang hóa TiO2 là xúc tác này chỉ có hoạt tính trong điều kiện chiếu sáng vùng tử ngoại (UV), chỉ chiếm 3 – 5% năng lượng ánh sáng mặt trời, nên khó có khả năng ứng dụng rộng rãi, ít hiệu quả về mặt sử dụng năng lượng và làm tăng giá thành sử dụng Vì vậy, xu hướng mới trên thế giới hiện nay là biến tính TiO2 để nâng cao khả năng ứng dụng trong vùng ánh sáng khả kiến

Đến nay, đã có nhiều nghiên cứu biến tính TiO2 bởi các cation kim loại chuyển tiếp hay bởi các phi kim Trong số đó, TiO2 được biến tính bởi các phi kim đã cho thấy kết quả tốt, tăng cường tính chất quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến Chính vì vậy, chúng tôi

đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp quang xúc tác N-C-TiO 2 /AC và ứng dụng trong xử lý chất hữu cơ ô nhiễm”

Luận văn này trình bày một số kết quả đạt được trong việc nghiên cứu khả năng biến tính TiO2 để tạo ra vật liệu tổ hợp quang xúc tác N-C-TiO2 và sử dụng vật liệu chế tạo được

để xử lý chất hữu cơ ô nhiễm Các nội dung chính đã thực hiện trong Luận văn này bao gồm:

2

- Tổng hợp vật liệu N-C-TiO2/AC bằng phương pháp sol - gel

- Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu với Rhodamine B

- Khảo sát khả năng tái sinh của vật liệu chế tạo được và ứng dụng trong điều kiện ánh sáng tự nhiên

3

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về vật liệu bán dẫn TiO 2 và xúc tác quang hóa

Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Gọi là “bán dẫn” nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó còn ở điều kiện khác thì nó sẽ không dẫn điện Khi giải thích cơ chế dẫn điện của chất bán dẫn người ta phân thành chất bán dẫn loại n (dẫn electron) và bán dẫn loại p (dẫn lỗ trống dương) [8]

Theo phương pháp obitan phân tử, có thể hình dung sự tạo thành các vùng năng lượng trong mạng lưới tinh thể như sau: ở các nguyên tử riêng lẻ (khi chúng ở xa nhau như trong pha khí), electron chiếm giữ các mức năng lượng hoàn toàn xác định Khi các nguyên tử dịch lại gần nhau như trong mạng lưới tinh thể thì các obitan nguyên tử sẽ bị phân tách ra Nếu tổ hợp n nguyên tử sẽ tạo thành n mức năng lượng khác nhau của N obitan phân tử N mức năng lượng này sẽ tạo thành một miền năng lượng liên tục trong đó:

 Vùng năng lượng đã được lấp đầy các electron, gọi là vùng hóa trị (Valance band) Trong vùng này, điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động, chúng giữ vai trò liên kết trong mạng lưới tinh thể

 Vùng năng lượng còn để trống (cao hơn vùng hóa trị) gọi là vùng dẫn (Conductionband) Trong vùng này, điện tử sẽ linh động (như các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn, có nghĩa là chất sẽ có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên vùng đẫn Tính dẫn điện tăng khi mặt độ điện tử trên vùng dẫn tăng

Tùy thuộc vào cấu trúc nguyên tử và mức độ đối xứng của tinh thể mà vùng hóa trị và vùng dẫn có thể xen phủ nhau hoặc không xen phủ nhau Trong trường hợp không xen phủ nhau thì vùng hóa trị và vùng dẫn cách nhau một khoảng năng lượng gọi là vùng cấm Eg

(Forbidden band) Trong vùng cấm, điện tử không thể tồn tại Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay năng lượng vùng cấm (Band Gap) [15]

4

Hình 1.1 Chất rắn bán dẫn

Tùy theo giá trị vùng cấm, người ta phân ra thành các chất cách điện (Eg>3,5eV), chất bán dẫn (Eg <3,5eV) Chất dẫn điện kim loại có Eg = 0 Tính dẫn của chất bán dẫn có thể thay đổi nhờ các kích thích năng lượng như nhiệt độ, ánh sáng Khi chiếu sáng, các điện tử sẽ hấp thu năng lượng từ photon, và có thể nhảy lên vùng dẫn nếu năng lượng đủ lớn Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron (e-) mang điện tích âm được gọi là electron quang sinh và trên vùng hóa trị sẽ có các lỗ trống (h+) mang điện tích dương được gọi là lỗ trống quang sinh Chính các electron và lỗ trống quang sinh này là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hóa học xảy ra, bao gồm quá trình khử electron quang sinh và quá trình oxi hóa các lỗ trống quang sinh Khả năng khử và oxi hóa của các electron và lỗ trống quang sinh là rất cao (từ +0,5 eV đến -1,5 eV đối với các electron quang sinh; và từ +1,0 eV đến 3,5 eV đối với các lỗ trống quang sinh) Các electron và lỗ trống quang sinh có thể di chuyển tới bề mặt của hạt xúc tác

và tác dụng với các chất trên bề mặt xúc tác [4]

Hình 1.2 Hoạt động của hạt bán dẫn khi bị kích thích bằng ánh sáng

Vùng hoá trị Vùng cấm (Eg < 3 eV)

Vùng dẫn Vùng dẫn

Hiện nay, nhiều chất bán dẫn có hoạt tính xúc tác quang đã được nghiên cứu như: TiO2

(Eg = 3,2 eV), SrTiO3 (3,4 eV), Fe2O3 (2,2 eV), CdS(2,5 eV), WO3 (2,8 eV), ZnS (3,6 eV),

V2O5 (2,8 eV) ….[10]

Trong các chất bán dẫn trên cũng như trong các xúc tác quang, TiO2 được nghiên cứu

và sử dụng nhiều nhất vì nó có năng lượng vùng cấm trung bình, không độc, diện tích bề mặt riêng cao, giá thành rẻ, có khả năng tái chế, hoạt tính quang học cao, bền về mặt hóa học và lỗ trống sinh ra trong TiO2 có tính oxi hóa cao Hiện nay vật liệu TiO2 là một chất xúc tác quang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Quá trình quang xúc tác của vật liệu TiO2 là một trong những quá trình ôxi hoá nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng và được xem là một quá trình có tầm quan trọng trong việc xử lí nước và nước thải

Thế oxi hóa của lỗ trống sinh ra trên bề mặt TiO2 là +2,53 eV so với thế điện cực chuẩn của điện cực hidro, trong dung dịch nước có pH = 7 Lỗ trống này dễ dàng tác dụng với phân tử nước hoặc anion hydroxyl trên bề mặt của TiO2 tạo thành gốc hydroxyl tự do Thế của cặp OH•/OH‾ chỉ nhỏ hơn so với thế oxi hóa của lỗ trống một chút nhưng vẫn lớn hơn thế oxi hóa của ozon (O3/O2) [10]

6

•O2- + H+ → HO2 

HO2• + H2O → H2O2 + •OH

Tất cả các tiểu phân sinh ra trong quá trình quang hóa trên, bao gồm các lỗ trống, gốc

•OH, •O2-, H2O2 và oxi, đóng vai trò quan trọng trong cơ chế phản ứng xúc tác quang Chúng

là các tiểu phân hoạt động, dễ dàng tham gia vào các phản ứng oxi hóa các hợp chất hữu cơ, sinh ra CO2 và H2O Chính vì tính chất oxi hóa mạnh này, TiO2 được sử dụng làm chất diệt khuẩn, nấm, khử mùi, xử lý nước thải ô nhiễm, làm sạch không khí [10]

1.1.1 Các dạng cấu trúc và một số tính chất vật lý, hóa học của TiO 2

Các dạng cấu trúc

TiO2 tồn tại chủ yếu dưới ba dạng thù hình là dạng anatase, rutile và brookite Trong

đó, dạng rutile, anatase có cấu trúc tetragonal, còn brookite có dạng ortho Ba cấu trúc này khác nhau bởi sự biến dạng và bởi kiểu liên kết

Rutile là dạng bền phổ biến nhất của TiO2, có mạng lưới tứ phương trong đó mỗi ion

Ti4+ được ion O2- bao quanh kiểu bát diện, đây là cấu trúc điển hình của hợp chất có công thức MX2 Anatase và brookite là các dạng giả bền và chuyển thành rutile khi nung nóng

Dạng anatase Dạng rutile Dạng brookite

Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình TiO 2

Hình 1.4 Hình khối bát diện của TiO 2

Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến dạng của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các bát diện Hình tám mặt trong rutile không đồng đều, hơi bị biến dạng thoi Các bát diện của anatase bị biến dạng mạnh hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ là thấp hơn Khoảng cách Ti-Ti trong anatase lớn hơn trong rutile nhưng khoảng cách Ti-O trong anatase lại ngắn hơn so với rutile

Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase

8

Tính chất hóa học của TiO 2

TiO2 trơ về mặt hóa học (nhất là dạng đã nung), không phản ứng với các dung dịch axit vô cơ loãng, kiềm, amoniac, các axit hữu cơ TiO2 không tan đáng kể trong dung dịch kiềm Chúng bị phân hủy ở 2.0000C, ở nhiệt độ cao phản ứng với cabonat và oxit kim loại

Do đó, TiO2 dễ pha tạp các chất khác vào mạng tinh thể, đặc biệt ở dạng anatase, từ đó tạo ra các tính chất điện, từ, quang hoàn toàn mới so với cấu trúc ban đầu

2TiO 2 Ti 2 O 3 + 1/2O 2

Titan dioxit bị axit H2SO4 đặc nóng, HF phân hủy

Titan dioxit bị hiđrô, cacbon monoxit, titan kim loại khử ở nhiệt độ cao

1.1.2 Hoạt tính xúc tác quang hoá và cơ chế hoạt động của vật liệu quang xúc tác bán dẫn TiO 2

TiO2 ở dạng anatase có hoạt tính quang hóa cao hơn hẳn các dạng tinh thể khác Anatase có năng lượng vùng cấm là 3,2 eV, tương đương với năng lượng của một lượng tử ánh sáng có bước sóng 388 nm Rutile có năng lượng vùng cấm là 3,0 eV tương đương với năng lượng của một lượng tử ánh sáng có bước sóng 413 nm Giản đồ năng lượng của Anatase và Rutile được chỉ ra như hình vẽ

9

Hình 1.5 Giản đồ năng lượng của anatase và rutile

Vùng hóa trị của Anatase và Rutile như chỉ ra trên giản đồ là xấp xỉ bằng nhau và cũng rất dương, điều này có nghĩa là chúng có khả năng oxy hóa mạnh Khi được kích thích bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp, các electron hóa trị sẽ tách ra khỏi liên kết, chuyển lên vùng dẫn, tạo ra một lỗ trống mang điện tích dương ở vùng hóa trị Các electron khác có thể nhảy vào vị trí này để bão hòa điện tích tại đó, đồng thời tạo ra một lỗ trống mới ngay tại vị trí mà

nó vừa đi khỏi Như vậy lỗ trống mang điện tích dương có thể tự do chuyển động trong vùng hóa trị

Các lỗ trống này mang tính oxy hóa mạnh và có khả năng oxy hóa nước thành OH•, cũng như một số gốc hữu cơ khác:

Vùng dẫn của rutile có giá trị gần với thế khử nước thành khí hidro (Eo= 0,00V), trong khi với anatase thì cao hơn mức này một chút, đồng nghĩa với một thế khử mạnh hơn Theo như giản

đồ thì anatase có khả năng khử O2 thành , như vậy là ở anatase các electron chuyển lên vùng dẫn có khả năng khử O2 thành

10

Chính các gốc và với vai trò quan trọng ngang nhau có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ thành H2O và CO2

Cơ chế hoạt động của vật liệu quang xúc tác bán dẫn TiO 2 được mô tả như sau:

Quá trình xúc tác quang trên bề mặt chất bán dẫn TiO2 được khơi mào bằng sự hấp thụ một photon với năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm E của chất bán dẫn (với TiO2 là 3,2eV) tạo ra cặp electron – lỗ trống

(e-/h+)TiO2 → e- (TiO2) + h+ (TiO2) Tiếp sau sự bức xạ, hạt TiO2 có thể hoạt động vừa như một trung tâm cho, vừa như một trung tâm nhận electron cho các phần tử xung quanh Sự oxi hóa nước hay OH- bị hấp phụ trên bề mặt các hạt TiO2 sẽ sinh ra gốc tự do hoạt động OH•, tác nhân chính của các quá trình oxi hóa nâng cao

TiO2 (h+) + H2O → TiO2 + OH• + H+TiO2 (h+) + OH- → TiO2 + OH•Một phản ứng quan trọng khác xảy ra trong vùng dẫn của các e- là sử khử O2 bị hấp phụ, tạo ra ion •O2-

11

e-(TiO2) + h+(TiO2) → TiO2 + (nhiệt/ánh sáng) Như vậy, sự khác biệt là dạng anatase có khả năng khử O2 thành •O2-, còn rutile thì không Do đó, dạng anatase có khả năng nhận đồng thời oxi và hơi nước từ không khí cùng

với ánh sáng tử ngoại để phân hủy các hợp chất hữu cơ Tinh thể anatase dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại đóng vai trò như một cầu nối trung chuyển điện tử từ H2O sang O2, chuyển hai chất nay thành dạng •O2- và OH• là hai dạng có hoạt tính oxi hóa cao, có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành H2O và CO2

1.1.3 Các phương pháp điều chế vật liệu TiO 2 dạng nano

a Phương pháp sol - gel

Sol - gel là phương pháp đã được áp dụng nhiều nhất do có ưu điểm là dễ điều khiển kích thước hạt, sản phẩm thu được có độ đồng nhất và độ tinh khiết cao, bề mặt riêng lớn, phân

bố kích thước hạt hẹp Tuy nhiên, để tổng hợp được nano TiO2 thì nguồn nguyên liệu thường được dùng là các alkoxide titanium, giá thành rất cao

Phương pháp sol – gel hiện nay là phương pháp hữu hiệu nhất để điều chế tạo nhiều loại vật liệu kích thước nanomet dạng bột hoặc màng mỏng với cấu trúc thành phần mong muốn Trong đó sol là một hệ keo chứa các cấu tử có kích thước từ 1–100 nm tồn tại trong dung dịch, rất đồng thể về mặt hóa học Gel là một hệ rắn, “bán cứng” chứa dung môi trong mạng lưới Sau khi gel hóa, tức là ngưng tụ sol đến khi độ nhớt của hệ tăng lên một cách đột ngột

Sol được tạo thành bằng phương pháp phân tán các tiểu phân rắn trong dung môi hoặc

đi từ phản ứng hóa học giữa chất đầu và dung môi mang bản chất phản ứng thủy phân

-MOR + H2O → - MOH + ROH Gel được hình thành tiếp theo bằng phản ứng ngưng tụ:

-MOH + ROM - → - MOM - + ROH Tùy vào dạng khung không gian của gel mà nó có thể là gel keo hoặc gel polime Thông thường, sol keo sẽ cho gel keo còn sol polime sẽ cho gel polime Trong phương pháp sol – gel, để điều chế được các hạt TiO2 cỡ nanomet, các ankoxit của titan hoặc các muối

12

titanat vô cơ thường được sử dụng làm tiền chất Bằng phương pháp sol – gel không những tổng hợp được oxit siêu mịn có tính đồng nhất và độ tinh khiết cao, mà còn có thể tổng hợp được các tinh thể có kích thước cỡ nanomet Phương pháp sol – gel trong những năm gần đây phát triển rất đa dạng, có thể quy tụ vào ba hướng chính:

 Thủy phân các muối

 Theo con đường tạo phức

 Thủy phân các ankoxit

Các ankoxit của Titan có công thức tổng quát là Ti(OR)4 với gốc R thường là etyl (C2H5-), isopropyl (i-C3H7-), n – butyl (n-C4H9-) phản ứng rất mạnh với nước

Ti(OR)4 + 4H2O → Ti(OH)4 + 4ROH Thực tế phản ứng này xảy ra phức tạp hơn nhiều Nó bao gồm hai quá trình chính là thủy phân và ngưng tụ:

♦ Quá trình thủy phân xảy ra theo cơ chế ái nhân SN:

- Giai đoạn 1: Cộng ái nhân (AN), các tác nhân ái nhân (nucleophile) tấn công vào nhân Ti4+ của ankoxit

- Giai đoạn 2: Hình thành trạng thái chuyển tiếp

- Giai đoạn 3: Vận chuyển proton từ phân tử H2O sang nhóm OR

- Giai đoạn 4: Giai đoạn loại rượu ROH

13

thể là H2O, ROH tùy thuộc vào nồng độ của H2O có trong môi trường Như vậy, bốn phản ứng thủy phân, alkoxolation, oxolation, olation tham gia vào sự biến đổi ankoxit thành khung oxit do đó cấu trúc, hình thái học của các oxit thu được phụ thuộc rất nhiều vào sự đóng góp tương đối của mỗi phản ứng Sự đóng góp này có thể tối ưu hóa bằng các điều kiện thực nghiệm liên quan như: thông số nội (bản chất của kim loại và các nhóm alkyl, cấu trúc của ankoxit), thông số ngoại (tỷ số thủy phân r = H2O/ankoxit, xúc tác, nồng độ, dung môi và nhiệt độ)

Các phản ứng thủy phân ankoxit có thể tiến hành theo các bước sau:

-Ti-O-R + H2O → -Ti-O-H + ROH -Ti-O-H + -Ti-O-H → -Ti-O-Ti- + H2O -Ti-O-R + -Ti-O-H → -Ti-O-Ti- + ROH Thời gian phản ứng thường kéo dài trong khoảng 2 – 10h Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng sản phẩm trung gian thu được từ quá trình thủy phân các ankoxit thường ở dạng vô định hình hoặc các dạng bột ở pha anatase với kích thước hạt sơ cấp trong khoảng 4 – 6 nm

Trong số các ankoxit được sử dụng, Titan tetraisopropoxit (TiOT) được dùng nhiều nhất và cho sản phẩm tốt nhất

* Sơ đồ tổng quát điều chế bột TiO 2 từ các ankoxit bằng phương pháp sol–

gel:

b Phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thuỷ nhiệt đi từ nguồn nguyên liệu titan oxit anatase TiO2.nH2O là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất đang được áp dụng hiện nay Phương pháp thủy nhiệt tức là phương pháp dùng nước dưới áp suất cao và nhiệt độ cao hơn điểm sôi bình thường Lúc đó, nước thực hiện hai chức năng: thứ nhất vì nó ở trạng thái hơi nên đóng chức năng môi trường truyền áp suất, thứ hai nó đóng vai trò như một dung môi có thể hoà tan một phần chất phản ứng dưới áp suất cao, do đó phản ứng được thực hiện trong pha lỏng hoặc có sự tham gia một phần của pha lỏng hoặc pha hơi Thông thường, áp suất pha khí ở điểm tới hạn

14

chưa đủ để thực hiện quá trình này Vì vậy, người ta thường chọn áp suất cao hơn áp suất hơi cân bằng của nước để tăng hiệu quả của quá trình điều chế Nhiệt độ, áp suất hơi nước và thời gian phản ứng là các nhân tố vô cùng quan trọng quyết định hiệu quả của phương pháp thủy nhiệt, ngoài ra cũng có thể sử dụng các dung môi phân cực như NH3, dung dịch nước chứa HF, các axit, bazơ khác để điều chỉnh pH hoặc các dung môi không phân cực để mở rộng khả năng ứng dụng của phương pháp tổng hợp này Tuy nhiên, cách làm này có một nhược điểm là dễ làm cho nồi phản ứng bị nhiễm độc và ăn mòn Thông thường đối với mỗi loại tiền chất, người ta thường đặt sẵn các thông số vật lý và hóa học khác nhau trong suốt quá trình điều chế Điều này tương đối phức tạp do các thông số này bị ảnh hưởng lẫn nhau và sự ảnh hưởng qua lại này vẫn chưa được giải quyết một cách thoả đáng [6, 7]

Thủy nhiệt là một trong những phương pháp tốt để điều chế bột TiO2 tinh khiết với kích thước nhỏ [Xiangxin] Phương pháp này có ưu điểm so với các phương pháp khác ở chỗ:

 Là phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ tương đối thấp, không gây hại môi trường vì phản ứng được tiến hành trong một hệ kín

 Bột sản phẩm được hình thành trực tiếp từ dung dịch, sản phẩm có thể thu theo từng

mẻ hoặc trong các quá trình liên tục

 Có thể điều chỉnh được kích thước, hình dáng, thành phần hóa học của hạt bằng điều chỉnh nhiệt độ, hóa chất ban đầu, cách thức thực hiện phản ứng

 Phương pháp thủy nhiệt kích thích quá trình hình thành tinh thể

1.1.4 Ứng dụng của TiO 2 trong xử lý môi trường nước

a Ứng dụng của TiO 2

TiO2 là một vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, trong suốt, chiết suất cao, từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như xử lý các hợp chất độc hại trong pha khí (xử lý khí NOx, CO; xử lý các dung môi hữu cơ dễ bay hơi độc hại như toluen, xylen,…trong các nhà máy sản xuất và sử dụng sơn), pha lỏng (các hợp chất hữu cơ độc trong nước thải từ công nghiệp dệt nhuộm, giấy, mạ, in,…) và trong pha rắn (các chất bảo quản thực vật, chất diệt sâu bọ như DDT trong đất) Ngoài ra nano TiO2 được áp dụng để đưa vào sơn tạo sản phẩm sơn cao cấp, có khả năng chống mốc, diệt khuẩn,…

15

Trên thế giới, công nghệ nano đang là một cuộc cách mạng sôi động trong đó nano TiO2

là một hướng nghiên cứu rất triển vọng Nhiều sản phẩm nano TiO2 đã được thương mại hoá như: Vật liệu nano TiO2 (Mỹ, Nhật Bản,…), máy làm sạch không khí khỏi nấm mốc, vi khuẩn, virus và khử mùi trong bệnh viện, văn phòng, nhà ở (Mỹ); khẩu trang nano phòng chống lây nhiễm qua đường hô hấp (Nhật Bản); vải tự làm sạch, giấy khử mùi diệt vi khuẩn (Đức, Úc), gạch lát đường phân huỷ khí thải xe hơi (Hà Lan); pin mặt trời (Thụy Sỹ, Mỹ,…)

Ở Việt Nam, vật liệu nano TiO2 đã được nhiều nhà khoa học quan tâm với những thành công đáng khích lệ: Nhiều công trình về vật liệu nano TiO2 đã được công bố trong và ngoài nước Tuy nhiên, các kết quả này thiên về nghiên cứu cơ bản Việc đưa vào ứng dụng thực tiễn còn bị hạn chế do cần phải vượt qua rào cản về hiệu quả kinh tế, khoa học và công nghệ

b Ưu, nhược điểm của việc ứng dụng vật liệu TiO 2 dạng nano trong xử lý nước

- Ưu điểm: là vật liệu sạch, có thể ứng dụng để xử lý nhiều loại nước ô nhiễm, các phẩm màu hữu cơ, thuốc trừ sâu,

- Nhược điểm: trên thế giới thì TiO2 là vật liệu có giá thành rẻ, nhưng ở Việt Nam thì nguồn tiền chất để tổng hợp TiO2 lại có giá thành cao Sau khi xử lý thì rất khó thu hồi lại xúc tác do TiO2 dạng nano, kích thước rất nhỏ

1.2 Vật liệu TiO 2 biến tính

Hạn chế lớn nhất của chất bán dẫn TiO2 là có năng lượng vùng cấm cao, năng lượng vùng cấm của rutile là 3,0 eV; của anatase là 3,2 eV nên chỉ có tia UV với bước sóng < 388 nm là có khả năng kích hoạt nano TiO2 anatase để tạo ra các cặp e-cb/h+vb Trong khi đó, ánh sáng mặt trời

có hàm lượng tia UV chỉ chiếm 3-5% nên việc ứng dụng khả năng xúc tác quang hóa TiO2 sử dụng nguồn năng lượng sạch là ánh sáng mặt trời hiện vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi

Một trong những giải pháp được đưa ra để mở rộng khả năng xúc tác quang hoá của TiO2 là việc sử dụng kỹ thuật doping, tức là đưa các kim loại chuyển tiếp (như Fe, Cr, Mn, Pt,…) hoặc phi kim (như N, C, S,…) vào trong mạng lưới tinh thể của TiO2 để là giảm năng lượng vùng cấm và làm tăng khả năng hấp phụ bước sóng dài ở vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng 400-600 nm) Đây là phương pháp hiện đang thu hút được quan tâm nghiên cứu của

nhiều nhà khoa học

16

Hình 1.6 Doping chất bán dẫn làm giảm năng lượng vùng cấm

Có hiện tượng chuyển dịch mạnh của dải hấp thụ ánh sáng của TiO2 biến tính bởi N Vùng cấm hẹp lại do có sự pha trộn các trạng thái p của nguyên tử N pha tạp với trạng thái 2p của nguyên tử O trong vùng hóa trị của TiO2.

Khi thực hiện doping các kim loại chuyển tiếp, một phần Ti4+ trong khung mạng được thay thế bởi cation kim loại chuyển tiếp và khi doping với các phi kim, một phần O2- được thế bởi các anion phi kim Đặc biệt khi doping với các phi kim ngoài việc O2- được thay thế bởi

các anion phi kim, còn có thể tạo ra các tâm khuyết tật có khả năng xúc tác quang hóa cao

Khi doping TiO2 với kim loại chuyển tiếp (V, Cr, Fe ) và doping TiO2 với á kim (N) ta

có thể nhận thấy sự dịch chuyển bước sóng từ vùng ánh sáng tử ngoại (bước sóng ~ 380 nm) sang vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng 400 – 500 nm)

Để tăng cường hoạt tính quang xúc tác của TiO2 trong vùng ánh sáng trông thấy, xúc tác quang hoá TiO2 nano được tổng hợp bằng các phương pháp mới như sol - gel thuỷ nhiệt trong môi trường axit, đồng thời biến tính nano TiO2 (doping) với kim loại chuyển tiếp và phi kim bằng phương pháp trực tiếp (đưa vào trong gel) và gián tiếp (đưa vào sau tổng hợp)

Biến tính nano TiO2 với các kim loại chuyển tiếp như Cr, V, Fe bằng phương pháp đưa các muối trực tiếp vào trong gel sau đó kết tinh thủy nhiệt tạo ra vật liệu TiO2 nano biến tính

Biến tính TiO2 nano với các kim loại chuyển tiếp bằng phương pháp sau tổng hợp: đưa kim loại chuyển tiếp (Fe) vào khung mạng TiO2 bằng phương pháp cấy nguyên tử (atomic implantation) - FeCl3 được hoá hơi ở nhiệt độ cao và được cấy vào khung mạng của TiO2 Biến tính nano TiO2 bởi các phi kim như N, F, S, Cl, P,…bằng phương pháp biến tính đưa vào gel sau tổng hợp: trộn cơ học nano TiO2 đã tổng hợp với các hợp chất chứa N, F, Cl, P và

xử lý ở nhiệt độ cao khoảng 500oC

17

1.3 Vật liệu TiO2 nano trên chất mang

1.3.1 Mục đích của việc đưa quang xúc tác lên chất mang

Do vật liệu nano TiO2 có kích thước rất nhỏ nên sau khi xử lý nước sẽ rất khó để thu hồi xúc tác, gây lãng phí, không có hiệu quả kinh tế Vì vậy ta cần đưa vật liệu lên chất mang giúp dễ dàng thu hồi lại vật liệu xúc tác sau khi sử dụng Ngoài ra, một số chất mang còn giúp tăng hoạt tính xúc tác của vật liệu

1.3.2 Những yêu cầu cơ bản đối với chất mang

Chất mang là phần chứa các pha hoạt động của xúc tác, các hạt xúc tác thường được phân bố trên bề mặt của chất mang Do nằm trên bề mặt chất mang nên các hạt xúc tác được khuếch tán tốt, hoạt tính xúc tác được nâng cao Một số yêu cầu cơ bản về tính chất vật lý và hóa học đối với chất mang:

- Có diện tích bề mặt lớn

- Độ bền cơ học tốt

- Khối lượng thể tích phù hợp

- Tối ưu hóa độ xốp chất xúc tác

- Trơ với các phản ứng hóa học

- Ổn định dưới các điều kiện phản ứng và tái sinh

- Làm giảm thiểu sự nhiễm độc chất xúc tác

- Giúp tăng hoạt tính của xúc tác

1.3.3 Giới thiệu chung về than hoạt tính

Trong đề tài này chúng tôi chọn than hoạt tính làm chất mang, do than hoạt tính là chất

có diện tích bề mặt, kích thước lỗ lớn và có khả năng hấp phụ tốt, giá thành rẻ

Than hoạt tính là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp,

do đó có diện tích bề mặt rất lớn Than hoạt tính là chất hấp phụ quý và linh hoạt, được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích như loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không khí, trong kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ, trong làm sạch nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm và nhiều ứng dụng trong pha khí Chúng được sử dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực luyện kim để thu hồi vàng, bạc, và các

18

kim loại khác, làm chất mang xúc tác Chúng cũng được biết đến trong nhiều ứng dụng trong

y học, được sử dụng để loại bỏ các độc tố và vi khuẩn của một số bệnh nhất định

a Các đặc trưng, tính chất của than hoạt tính Trà Bắc

Cacbon là thành phần chủ yếu của than hoạt tính với hàm lượng khoảng 85 – 95% Bên cạnh đó than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác như hidro, nitơ, lưu huỳnh và oxi Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với cacbon trong suốt quá trình hoạt hóa và các quá trình khác Thành phần các nguyên tố trong than hoạt tính thường là 88% C, 0.5% H, 0.5% N, 1%S, 6 – 7% O Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 1.000 đến 2.500 m2/g

*Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính

Than hoạt tính với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể và với liên kết ngang bền giữa chúng làm cho than hoạt tính có một cấu trúc lỗ xốp khá phát triển Chúng có tỷ trọng tương đối thấp (nhỏ hơn 2g/cm 3) và mức độ graphit hoá thấp

Lỗ xốp của than hoạt tính có 3 loại, bao gồm lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn Mỗi nhóm này thể hiện một vai trò nhất định trong quá trình hấp phụ Lỗ nhỏ chiếm diện tích bề mặt và thể tích lớn, do đó đóng góp nhiều vào khả năng hấp phụ của than hoạt tính, miễn là kích thước phân tử của chất bị hấp phụ không quá lớn để có thể đi vào lỗ nhỏ Lỗ nhỏ được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối thấp trước khi bắt đầu ngưng tụ mao quản Lỗ trung được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối cao với sự xảy ra ngưng tụ mao quản Lỗ lớn có thể cho phân tử chất bị hấp phụ di chuyển nhanh tới lỗ nhỏ hơn

Trong đề tài này, than hoạt tính Trà Bắc được sử dụng làm chất mang Than hoạt tính của công ty cổ phần Trà Bắc được sản xuất từ than sọ dừa dạng hạt, theo phương pháp vật lý, hoạt hóa bằng hơi nước quá nhiệt từ 850oC đến 950 oC Chất lượng sản phẩm được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình hoạt hóa Than hoạt tính sọ dừa được sử dụng chủ yếu để hấp phụ chất khí và chất lỏng trong các ngành công nghiệp: dầu mỏ, hóa chất, y dược, luyện vàng, chế biến thực phẩm, lọc nước, xử lý khí bị ô nhiễm…; có tác dụng tinh chế, khử mùi vị lạ, thu hồi các kim loại quý, làm chất xúc tác, mặt nạ phòng độc, đầu lọc thuốc lá…

* Đặc tính kĩ thuật của than hoạt tính Trà Bắc:

- Tỷ trọng: 520-550 kg/m3

- Hình dạng: Dạng hạt màu đen, hạt không định hình, khô, rời

- Cỡ hạt: 0,075 mm đến 4,75 mm

19

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật than hoạt tính Trà Bắc

Thông số kĩ thuật Đơn vị Giá trị

b Một số phương pháp hoạt hoá bề mặt của than hoạt tính

Đặc điểm quan trọng và thú vị nhất của than hoạt tính là bề mặt có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích hợp hơn trong các ứng dụng đặc biệt Sự biến tính bề mặt than hoạt tính có thể được thực hiện bằng sự tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác nhau Các nhóm chức này bao gồm các nhóm chức oxy - cacbon được tạo thành khi oxy hóa bề mặt than với các khí hoặc các dung dịch oxy hóa Nhóm chức

bề mặt cacbon - hydro tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với khí hydro ở nhiệt độ cao Nhóm chức cacbon - lưu huỳnh bằng quá trình xử lý than hoạt tính với lưu huỳnh nguyên

tố, CS2, H2S, SO2 Cacbon - nitơ trong quá trình xử lý than hoạt tính với amoniac Cacbon - halogen được tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với halogen trong pha khí hoặc dung dịch Vì các nhóm chức này được liên kết và được giữ ở cạnh và góc của lớp vòng thơm, và bởi vì thành phần các cạnh và góc này chủ yếu là bề mặt hấp phụ, nên người ta hi vọng khi biến tính, than hoạt tính sẽ thay đổi đặc trưng hấp phụ và tương tác hấp phụ của các than hoạt tính này Thêm vào đó, sự biến tính bề mặt than cũng được thực hiện bằng quá trình khử khí và bằng việc mang kim loại lên bề mặt

- Biến tính than hoạt tính bằng Nitơ

- Biến tính bề mặt than hoạt tính bằng Halogen

- Biến tính bề mặt than bằng sự lưu huỳnh hóa

- Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm

20

1.3.4 Một số phương pháp cố định xúc tác trên than hoạt tính

Than hoạt tính thường được lựa chọn làm chất mang vì nó có diện tích bề mặt và kích thước lỗ lớn, có khả năng hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ, bền Ngoài ra, sử dụng than hoạt tính làm chất mang cũng có khả năng tăng cường quá trình quang phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm, do nó có khả năng giữ tác nhân quang hóa, không để các gốc OH sinh ra bởi xúc tác quang hóa rời xa khỏi tâm hoạt động của xúc tác, đồng thời than hoạt tính có ái lực lớn đối với chất ô nhiễm, do đó làm tăng khả năng tiếp xúc của chất ô nhiễm với tâm xúc tác Các kỹ thuật thường được sử dụng để cố định các hợp chất của titan lên chất mang bao gồm: sol-gel,

xử lý nhiệt, bay hơi – kết tủa, kết tủa điện cực, thủy nhiệt, tạo điện tích bề mặt- tự lắp ghép, tẩm nhiệt độ thấp,

* Phương pháp sol-gel:

Sol-gel là phương pháp được sử dụng khá phổ biến để đưa xúc tác TiO2 lên trên than hoạt tính Phương pháp này được sử dụng khá hiệu quả trong việc nâng cao khả năng phân tán các hạt xúc tác TiO2 với kích thước nano lên trên bề mặt chất mang [6, 7] Quá trình này bao gồm 2 giai đoạn:

 Thủy phân

Ti(OR)n + H2O → Ti(OR)n-1(OH) + ROH

 Phản ứng trùng ngưng

Ti(OR)n + Ti(OR)n-1(OH) → Ti2O(OR)2n-1(OH) + ROH

2Ti(OR)n-1(OH) → Ti2O(OR)2n-2 + H2O

Lớp oxopolymer của Ti sẽ chuyển thành dạng mạng lưới và tạo thành một lớp xúc tác bao phủ trên bề mặt của than hoạt tính

* Phương pháp lắng đọng hóa học (chemical vapor deposition - CVD)

Phương pháp CVD là quá trình sử dụng phản ứng hóa học dưới dạng pha khí của các chất lắng đọng trên bề mặt của chất nền Tiền chất sử dụng trong phương pháp này thường là những chất dễ bay hơi, khi gia nhiệt và trong điều kiện áp suất phù hợp, chúng sẽ được phân tán đều trên bề mặt chất mang Tại đây, tiền chất có thể phản ứng hoặc phân hủy, tạo thành lớp màng mỏng, đồng nhất của xúc tác trên bề mặt chất nền Một ưu điểm của phương pháp này đó là các sản phẩm phụ hoặc các chất không mong muốn sinh ra trong quá trình phản ứng

có thể được loại bỏ nhờ dòng khí mang [3]

* Phương pháp tẩm [7]