Nghiên cứu biến tính TiO2 bằng cacbon và sắt làm chất xúc tác quang hóa trong vùng ánh sáng trông thấy

Tổng quan về chất xúc tác quang hóa TiO2: Giới thiệu về vật liệu bán dẫn và chất xúc tác quang hóa; Đặc điểm cấu trúc và tính chất của Nano TiO2; Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quan

Nghiên cứu biến tính TiO 2 bằng cacbon

và sắt làm chất xúc tác quang hóa trong

vùng ánh sáng trông thấy

Nguyễn Diệu Thu

Trường đại học Khoa học Tự Nhiên; Khoa Hóa học Chuyên ngành: Hóa vô cơ; Mã số: 60 44 25

Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đình Bảng

Năm bảo vệ: 2012

Abstract Tổng quan về chất xúc tác quang hóa TiO2: Giới thiệu về vật liệu bán

dẫn và chất xúc tác quang hóa; Đặc điểm cấu trúc và tính chất của Nano TiO2; Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của Nano TiO2; Các phương pháp điều chế Nano TiO2; Biến tính Nano TiO2; Ứng dụng của Nano TiO2 và Nano TiO2 biến tính; Than hoạt tính và cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính; Các phương pháp xác định đặc tính sản phẩm Tiến hành thực nghiệm: Dụng cụ

và hóa chất; Tổng hợp vật liệu; Đặc trưng vật liệu; Khảo sát tính chất quang xúc tác của vật liệu Trình bày kết quả và thảo luận: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp TiO2 biến tính bởi cacbon và sắt; Nghiên cứu đưa vật liệu 0,57% Fe-C-TiO2 lên than hoạt tính; Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc của vật liệu 0,57% Fe-C-TiO2 và 0,57% Fe-C-TiO2-AC

Keywords Hóa vô cơ; Chất xúc tác; Cacbon; Sắt; Vật liệu bán dẫn

Content

Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay

là tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người gây ra Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai Trong những năm đầu thực hiện đường lối đổi mới, vì tập trung ưu tiên phát triển kinh tế và cũng một phần do nhận thức hạn chế nên việc gắn phát triển kinh tế với bảo vệ môi trường chưa chú trọng đúng mức Đối tượng gây ô nhiễm môi trường chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu công nghiệp, hoạt động làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớn

Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh CNH, HĐH hiện nay là vấn đề cấp thiết đối với các cấp quản lí, các doanh nghiệp, là trách nhiệm

của cả hệ thống chính trị 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

Sử dụng quang xúc tác bán dẫn là một trong nhiều 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 “sạch” với môi trường [32] Mặc dù có rất nhiều hợp chất quang xúc tác bán dẫn, TiO2 vẫn là một trong các chất quang xúc tác phổ biến nhất vì giá thành rẻ và bền hóa học, không độc, dễ điều chế Do vậy TiO2 là chất thích hợp ứng dụng trong xử lí môi trường Ngoài việc sử dụng TiO2 làm chất xúc tác quang hóa xử lí các chất hữu cơ độc hại, các kim loại nặng trong nước thải công nghiệp (dệt, nhuộm,…), TiO2 còn được sử dụng để làm sạch không khí, chống mốc, diệt khuẩn, hay phân hủy thuốc trừ sâu,… Vì TiO2 có năng lượng vùng cấm ~ 3,2 eV nên chỉ có một phần nhỏ ánh sáng mặt trời, khoảng 5% trong vùng tia UV có thể được sử dụng [6,15] Do vậy, đã có nhiều nghiên cứu trong việc điều chế quang xúc tác TiO2 có khả năng sử dụng hiệu quả 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 cation kim loại chuyển tiếp đã cho thấy kết quả tốt, tăng cường tính chất quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến Trong nhiều báo cáo, các hạt tinh thể nano TiO2 được biến tính bởi cation sắt đã thể hiện hoạt tính quang xúc tác tốt hơn so với TiO2 tinh khiết dưới ánh sáng nhìn thấy Ngoài ra, việc biến tính bởi các phi kim, chẳng hạn như N, C, S, P và các halogen cũng tăng hoạt tính của TiO2 trong vùng ánh sáng nhìn thấy Trong nhiều phi kim, cacbon biến tính TiO2

đã cho kết quả nghiên cứu có nhiều triển vọng

Gần đây, việc biến tính đồng thời cả kim loại và phi kim vào TiO2 đã thu hút nhiều sự quan tâm, vì nó có thể làm tăng mạnh hoạt tính quang xúc tác so với việc biến tính chỉ bởi riêng kim loại hoặc phi kim [15]

Chính vì vậy mà tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu biến tính TiO 2 bằng cacbon

và sắt làm chất xúc tác quang hóa trong vùng ánh sáng trông thấy”

Xúc tác là sự làm làm thay đổi tốc độ của các phản ứng hóa học được thực hiện bởi một số chất mà ở cuối quá trình chất này vẫn còn nguyên vẹn Chất gây

ra sự xúc tác được gọi là chất xúc tác [1, 2] Nhiều loại xúc tác khác nhau đang được sử dụng, trong đó xúc tác quang hiện đang thu hút nhiều sự quan tâm Trong hoá học nó dùng để nói đến những chất có hoạt tính xúc tác dưới tác dụng ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra

Việc sử dụng chất bán dẫn làm xúc tác quang hóa, áp dụng vào xử lý môi trường đang được quan tâm nhiều hơn so với các phương pháp thông thường khác Nguyên nhân là do bản thân chất xúc tác không bị biến đổi trong suốt quá trình, ngoài ra, phương pháp này còn có các ưu điểm như: có thể thực hiện trong nhiệt

độ và áp suất bình thường, có thể sử dụng nguồn UV nhân tạo hoặc thiên nhiên, chất xúc tác rẻ tiền và không độc

Tùy theo giá trị vùng cấm mà người ta phân ra thành các chất cách điện (Eg

> 3,5 eV), 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 thụ 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 (photogenerated electron)

và trên vùng hóa trị sẽ có những lỗ trống (h+

) mang điện tích dương – được gọi là

lỗ trống quang sinh (photogenerated hole) [16] 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 +0,5eV đến -1,5eV đối với các electron quang sinh và từ +1,0eV đến +3,5eV đối với các

lỗ trống quang sinh) Các electron quang sinh và các lỗ trống quang sinh có thể di chuyển tới bề mặt của các hạt xúc tác và tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp với các chất bị hấp phụ bề mặt Khi có sự kích thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao đổi electron với các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn Thông thường, một chất cho electron (electron donor – D) như nước, sẽ bị hấp thụ và phản ứng với lỗ trống trong vùng hóa trị;

một chất nhận electron (electron acceptor – A), như oxi hòa tan, sẽ bị hấp phụ và phản ứng với electron trong vùng dẫn [16, 24]:

XT(h+) + D → XT + D+

(1.1) XT(e-) + A → XT + A- (1.2) Cũng theo nguyên tắc này, các chất hữu cơ độc hại trong nước sẽ bị phân hủy dần thành các chất vô cơ

TiO2 ở dạng anatase có hoạt tính quang hóa cao hơn hẳn các dạng tinh thể khác, điều này được giải thích dựa vào cấu trúc vùng năng lượng Như chúng ta đã biết, trong cấu trúc của chất rắn có 3 miền năng lượng là vùng hóa trị, vùng cấm

và vùng dẫn Tất cả các hiện tượng hóa học xảy ra đều là do sự dịch chuyển electron giữa các miền với nhau

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 [32, 49]

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 Như đã biết, các electron quang sinh có tính khử rất mạnh còn các lỗ trống quang sinh có tính oxi hóa rất mạnh Chúng sẽ tham gia phản ứng với các chất hấp phụ tại bề mặt chất xúc tác như H2O, ion OH-, các hợp chất hữu cơ hoặc oxi hòa tan 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

Việc doping ion kim loại vào mạng tinh thể của TiO2 đã được các nhà khoa học nghiên cứu rất nhiều Năm 1994, Choi và các cộng sự đã làm việc trên 21 ion kim loại khác nhau nhằm nghiên cứu khả năng tăng cường hoạt tính quang xúc tác của TiO2 Kết quả cho thấy rằng việc doping với ion kim loại có thể mở rộng vùng hoạt động của TiO2 đến vùng phổ khả kiến Nguyên nhân là do các ion kim loại có thể xâm nhập vào cấu trúc mạng của TiO2 và hình thành nên các mức năng lượng pha tạp ở vùng cấm của TiO2 Hơn nữa, electron (hoặc lỗ trống) hoán chuyển giữa ion kim loại và TiO2 có thể giúp cho quá trình kết hợp electron - lỗ trống bị chậm lại Các kết quả nghiên cứu cho thấy Cr, Ag, Cu, Fe và Mn là các kim loại cho kết quả tốt nhất [19]

Để tổng hợp các vật liệu TiO2 có kích thước nanomet, người ta có thể dùng

cả các phương pháp điều chế nano như đã trình bày ở trên Trong phần này, chúng tôi chỉ trình bày cơ sở lý thuyết của hai phương pháp được chúng tôi sử dụng để điều chế nano TiO2 đó là phương pháp sol - gel và phương pháp thủy nhiệt 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 Để tổng hợp được TiO2 giá thành rẻ, thì phương pháp thuỷ nhiệt đi từ nguồn nguyên liệu titan oxit anatase TiO2.nH2O hiện là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất

- Phương pháp sol - gel

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

Gel được hình thành tiếp theo bằng phản ứng ngưng tụ

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 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

- Phương pháp thủy nhiệt (Hydrothermal treatment)

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 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 [8, 9]

Thủy nhiệt là một trong những phương pháp tốt để điều chế bột TiO2 tinh khiết với kích thước nhỏ [12, 17, 20, 28, 33, 45] 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

Trong các chất bán dẫn có thể nói TiO2 là một chất xúc tác quang hóa triển vọng, đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ để ứng dụng vào những vấn đề quan trọng của môi trường là phân hủy các hợp chất hữu cơ, diệt khuẩn, sơn chống mốc,

bám bẩn,… dưới tác động của ánh sáng mặt trời Tuy nhiên, một yếu tố hạn chế 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 < 388 nm là có khả năng kích hoạt nano TiO2 anatase để tạo ra các cặp e

-cb/h+vb [30, 43, 44] 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 [27]

Một trong những khó khăn gặp phải khi ứng dụng TiO2 làm chất quang xúc tác trong thực tế là việc tách chất xúc tác đưa khỏi môi trường phản ứng rất khó khăn (thường phải dùng biện pháp ly tâm) vì TiO2 ở dạng nano rất nhỏ không thể gạn lọc bình thường được Để khắc phục nhược điểm này, gần đây các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu đưa bột xúc tác TiO2 nano lên bề mặt của các chất mang khác nhau như SiO2, than hoạt tính, tro trấu, bề mặt thủy tinh, thép, vải,…Trong số các chất mang đó thì than hoạt tính là một chất mang có ưu điểm vượt trội vì nó có diện tích bề mặt lớn, đồng thời còn có khả năng hấp phụ lớn các tạp chất có trong môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình quang xúc tác của TiO2

Có rất nhiều định nghĩa về than hoạt tính, tuy nhiên có thể nói chung rằng, 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 quí 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 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

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 1000 đến 2500m2/g

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/cm3) và mức độ graphit hóa 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 lớn vào khả năng hấp phụ của than hoạt tính, miễn là kích thước phân tử của chất bị hấp phụ không quá lớn để 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 luận văn này, tôi sử dụng than hoạt tính Trà Bắc của Việt Nam 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 850o

C 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, phân ly, khử mùi vị lạ, thu hồi các kim loại quý, làm chất xúc tác, mặt nạ phòng độc, đầu lọc thuốc lá…

Để khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu, vật liệu được dùng để phân hủy Rhodamin |B Rhodamin B là chất màu đỏ Rhodamin B có thể được tạo nên từ yếu tố tự nhiên hoặc qua con đường tổng hợp hóa học Nếu bằng con đường tự nhiên thì chúng có trong màu đỏ của những hoa, quả tự nhiên như hạt điều, quả gấc Rhodamin B dạng này không độc Tuy nhiên, nếu sử dụng Rhodamin B tự nhiên thì không thể đáp ứng quy mô sản xuất lớn nên người ta phải sản xuất chúng bằng phương pháp tổng hợp hóa học Rhodamin B dạng này thường là sản phẩm của công nghệ hóa dầu Rhodamin B được xếp vào nhóm thuốc nhuộm công nghiệp, Rhodamin B hay được sử dụng để nhuộm quần áo, vải vóc… Tuy nhiên, với công nghệ nhuộm màu hiện nay, việc sử dụng Rhodamin B cũng không được

sử dụng nhiều vì chất này hay phôi màu Việc phôi nhiễm cũng có thể gây hại cho sức khỏe con người do chất Rhodamin B có thể ngấm qua da Khá nhiều quốc gia

đã ban hành việc cấm sử dụng chất này trong công nghệ nhuộm màu Rhodamin B tổng hợp có một hoặc nhiều vòng thơm benzen Rhodamin B là loại thuốc nhuộm tổng hợp dạng tinh thể, màu nâu đỏ, ánh xanh lá cây, có công thức C28H31ClN2O3,

dễ hòa tan trong nước, cồn Khi hòa tan, nó có màu đỏ, phát huỳnh quang ánh xanh lục Khoa học đã chứng minh, vòng thơm benzen là một tổ hợp hóa học khá bền nhưng đã được cho là nguyên nhân gây ung thư cao Rhodamin B có độ hấp thụ quang cực đại tại bước sóng λmax = 553 nm

Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn, chúng tôi đã đạt được các kết quả như sau:

1 Đã tổng hợp và nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến quá trình tổng hợp TiO2 biến tính bởi cacbon, sắt và thu được một số kết quả sau:

- Biến tính TiO2 đồng thời bởi cacbon và sắt cho kết quả phân hủy Rhodamin B tốt hơn so với TiO2 biến tính chỉ bởi riêng sắt và cacbon

- Hàm lượng sắt tối ưu dùng để biến tính TiO2 là 0,57% mol sắt so với titan

- Ở 1800C, thời gian thủy nhiệt tối ưu khi tổng hợp mẫu TiO2 được biến tính đồng thời bởi cacbon và sắt là 10h

- Một số đặc trưng hóa lý của mẫu 0,57%Fe-C-TiO2 đã cho thấy mẫu có cấu trúc anatase, hạt đồng đều, kích thước nhỏ cỡ nano, sắt và cacbon đã có mặt trong vật liệu TiO2 và mẫu TiO2 biến tính đã chuyển dịch phổ hấp phụ sang vùng

ánh sáng khả kiến cho hiệu quả xử lý Rhodamin B cao ngay cả dưới ánh sáng mặt

trời tự nhiên

2 Đã đưa được vật liệu 0,57%Fe-C-TiO2 lên than hoạt tính và xác định đặc

trưng cấu trúc vật liệu Mẫu vật liệu thể hiện hoạt tính tốt khi phân hủy Rhodamin

B

3 Khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác, nguồn sáng và khả năng thu hồi

tái sử dụng xúc tác 0,57%Fe-C-TiO2 đã cho kết quả:

- Lượng xúc tác 0,57%Fe-C-TiO2 tối ưu để phân hủy 100 ml dung dịch

RhodaminB nồng độ 20 mg/L là 1,2 g/L

- Rhodamin B đã bị phân hủy bởi 0,57%Fe-C-TiO2 ngay dưới ánh sáng mặt

trời (sau 120 phút, hiệu suất xử lý là 98,84%)

- Mẫu vật liệu khi tái sử dụng vẫn có hoạt tính tốt sau 3 lần sử dụng

References

Tiếng Việt

1 Vũ Đăng Độ (2003), Các phương pháp vật lý trong hóa học, Đại học quốc

gia Hà Nội

2 Vũ Đăng Độ (2007), Cơ sở lý thuyết các quá trình hóa học, Nhà xuất bản

Giáo dục

3 Lê Kim Long, Hoàng Nhuận dịch (2001), Tính chất vật lý, hóa học các chất

vô cơ, R.A.Lidin, V.A Molosco, L.L Andreeva, NXBKH&KT Hà Nội

4 Nguyễn Hữu Phú (2003), Hóa lý và hóa keo, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà

Nội

5 Nguyễn Hữu Phú (1999), Vật liệu vô cơ mao quản trong hấp phụ và xúc

tác, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội

6 Trần Mạnh Trí (2005), “Sử dụng năng lượng mặt trời thực hiện quá trình

quang xúc tác trên TiO2 để xử lý nước và nước thải công nghiệp”, Tạp chí

khoa học và công nghệ, tập 43, số 2

7 Vũ Anh Tuấn, Nguyễn Văn Hòa, Đặng Tuyết Phương (2007), “Tổng hợp

và ứng dụng xúc tác quang hóa kích thước nanomet trong xử lý môi

trường”, Báo cáo tổng kết đề tài độc lập nghiên cứu phát triển khoa học và

công nghệ