HIỆN TƯỢNG QUANG XÚC TÁC (TiO2) VÀ ỨNG DỤNG

KHÁI NIỆMQuang xúc tác là hiện tượng sử dụng ánh sáng để kích hoạt các phản ứng hoá học... - Không bền, khả năng chịu nhiệt kém - Hoạt tính quang xúc tác cao nhất -Chuyển sang pha rutile

GVHD: Th.s NGUYỄN THANH LÂM

SVTH: NGÔ THỊ NGÂN HÀ ( 1113113)

TRẦN NGỌC PHƯƠNG UYÊN(1113489)

HIỆN TƯỢNG QUANG XÚC TÁC (TiO2)

VÀ ỨNG DỤNG

MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN THIẾT

 Tài liệu công nghệ nano: http://

mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html

 https://

drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing

I

•Qu an

g x

úc t

ác l

à g ì??

•Giớ

i t hiệu vậ

t l iệ

u T iO 2

II.

•CẤ

U T RÚC

VẬ

T L IỆ

U T IO 2

III

III

.

•TÍN

H C HẤ

T V ẬT LIỆ

U T IO 2

IV

IV

.

•Ứn

g d ụn

g v

ật l iệu TIO 2

NỘI DUNG

Giải Pháp: Thực Trạng

KHÁI NIỆM

Quang xúc tác là hiện tượng sử dụng ánh sáng để kích hoạt các phản ứng hoá học.

Đáp ứng: Titanium dioxide (TiO2)

 Ổn định hoá học

 Không gây độc

 Giá thành thấp

Có 3 dạng thù hình chính:

- Anatase

- Rutile

- Brookite

Cấu trúc

Cấu trúc rutile, anatase, brookite đều được xây dựng từ các đa diện phối trí 8 mặt Ti06

Cấu trúc mạng lưới khác nhau

=> Sự khác nhau về mật độ điện tử

=> Khác biệt về tính chất

- Không bền, khả năng chịu nhiệt kém

- Hoạt tính quang xúc tác cao nhất

-Chuyển sang pha rutile ở nhiệt độ 915oC

-Bát diện xếp tiếp xúc cạnh với nhau và trục c tinh thể kéo dài

- Bát diện, tiếp xúc nhau ở đỉnh.

- Khả năng xúc tác quang của Brookite yếu, hầu như không có

Rutile Quá trình xảy ra hoàn toàn khi ở nhiệt độ 900C

TÍNH CHẤT CỦA TIO2

Tính chất Anatase Rutile

• Không tác dụng với nước, dd axit loãng (trừ HF) và kiềm

• Tác dụng với axit khi đun nóng lâu, với kiềm nóng chảy

Một vài tính chất vật lý của TiO2

I Tính chất quang của vật liệu TiO2

Nguyên tắc của quá trình xúc tác quang

Trong quá trình quang xúc tác khuếch tán trên bề mặt chất xúc tác sẽ sản sinh ra e- và h+ => tính xúc tác quang hóa của bán dẫn

Electron khử các phân tử nhận e-

Lỗ trống oxi hóa các phân tử cho e-

Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang:

Có hoạt tính quang hoá

hoặc ánh sáng nhìn thấy

Quá trình xúc tác quang hóa

Khuếch tán chất phản

Hấp thụ photon và khuếch tán đến bề mặt

Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc

4

Cơ chế xúc tác quang

Các phân tử của chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại:

Quá trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn nếu các phân tử chất hữu cơ và

vô cơ bị hấp phụ trước trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC)

hυ + (SC) e- + h+

A + e-

A-D + h+ A-D+

Cơ chế xúc tác quang

Cơ chế xúc tác quang

Sự hình thành gốc OH* và

O2-Chính các gốc OH* và O2- với vai trò quan trọng ngang nhau có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ thành H2O và CO2

Tính siêu thấm nước

TÍNH KỴ NƯỚC VÀ SIÊU THẤM ƯỚT

Cơ chế chuyển từ tính kỵ nước sang tính ưa nước của TiO2 khi được chiếu sáng

cơ chế chuyển từ kỵ nước sang siêu ưa nước:

Bề mặt kỵ nước của TiO2 Sự phân huỷ các chất hữu cơ làm lộ nhóm –OH

Quá trình hấp phụ vật lý các phân tử nước Nước khuếch tán vào trong bề mặt vật liệu

Yếu tố ảnh hưởng tới tính năng quang xúc tác:

Vật liệu TiO2 pha tạp

TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn Năng lượng vùng cấm của rutile là 3,0 eV và của anatase là 3,2 Ev nên chỉ có tia UV < 388nm là có khả năng kích thích để tạo e- và h+.

Giải pháp: là đưa kim loại hoặc phi kim vào để mở rộng khả năng xúc tác quang

hóa.

TiO2 pha kim loại

TiO2 được biến tính bởi các kim loại chuyển tiếp như W, V, Fe, Cr,… đã cho kêt quả tốt tăng cường tính chất quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến.

Mn+ + hν M(n+1)+ + Mn+ + hν M(n-1)+ + h+

e-Trong đó M và Mn+1 lần lượt là kim loại và ion kim loại pha tạp

TiO2 pha phi kim

Còn việc biến tính bởi các phi kim như N, S, C, P, và các halogen cũng làm tăng hoạt tính của TiO2 trong vùng ánh sánh khả kiến.

Không giống như các ion kim loại (cation), các anion ít có khả năng hình thành các trung tâm tái hợp và do đó nâng cao hiệu quả hoạt tính quang hoá hơn

Phân huỷ NO2

Ứng dụng :

1 Tách H2 từ Nước

Hiệu suất phân ly nước còn thấp:

Giải pháp

Giảm kích thước hạt (d<10-15 nm)

Chuyển về vùng khả kiến

Phân huỷ khí NOx

-Phân huỷ NOx

Bãi đậu xe bằng gạch ứng dụng quang xúc tác ở Leien

Phân huỷ NOx

Vỉa hè được lát bằng gạch ứng dụng ở

Nhật

khử mùi

Biểu đồ cho thấy khả năng khử mùi của TiO2

Xử lí nước

 Tối thiểu hoá Trihalomethane trong quá trình xử lí nước bằng Clorine

Xử lí nước

Xử lí nước thuỷ cục Mô hình PC

Diệt khuẩn

Cơ chế diệt khuẩn

Tự làm sạch

Với khả năng tự làm sạch, chất quang xúc tác được ứng dụng để ngăn quá trình bám bẩn của đồ dùng hàng ngày

Tự làm sạch

Khả năng chống mờ của màng TiO2

Tự làm sạch

Diệt khuẩn

Cơ chế diệt khuẩn trong các thiết bị

 Màng quang xúc tác TiO2 chế tạo bằng phương pháp phún xạ phản ứng magnetrondc (Vũ Thị Hạnh Thu, Nguyễn Hữu Chí, Lê Văn Hiếu, Huỳnh Thành Đạt, Phạm Kim Ngọc)

 Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Construction Materials

(Yoshihiko Ohama-Van Gemert)

 “Quang học Ứng Dụng” (TS Lê Vũ Tuấn Hùng)