NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ XÚC TÁC QUANG TiO2 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Từ năm 1972, khi Fujishima và Honda phát hiện ra khả năng phân tách nước bằng quang xúc tác của TiO2, vật liệu này đã được rất nhiều tác giả nghiên cứu. Khả năng quang xúc tác kỷ lục của TiO2 cùng các tính chất quí báu khác mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi vật liệu này trong nhiều lĩnh vực quan trọng như công nghệ môi trường, chuyển đổi năng lượng mặt trời, các dụng cụ quang tử và quang điện tử, … Quang xúc tác (Photocatalyst) là 1 nhánh trong ngành vật lý hóa học có liên quan với các hiệu ứng hóa học của ánh sáng. Nói chung, thuật ngữ này được sử dụng để mô tả phản ứng hóa học do hấp thụ tia cực tím (có bước sóng từ 100 đến 400 nm), hấp thụ ánh sáng khả kiến ​​(400 750 nm) hoặc bức xạ hồng ngoại (750 2500 nm). Chất xúc tác (ở đây là TiO2) không tự thay đổi hoặc mất đi trong phản ứng hóa học, nó chỉ đóng vai trò là xúc tác

Đề tài

Tìm hiểu về xúc tác quang TiO2

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Nhom sinh viên thưc hi n ê

2 Nguyễn Đức Hoan 20141705

3 Trần Thị Kiều Trinh 20144647

1 Tổng quan 1.1 Tính chất vật lý

- CTHH TiO2

- Phổ biến thứ 9

- Dạng thường thấy

FeTiO3 hay FeO-TiO2

Tính chất vật lý của TiO2 [1]

 Trơ về mặt hóa

học(không tan, tác dụng với nước, kiềm)

 Tan chậm trong dung

dịch axit đun nóng lâu

 Tác dụng với kiềm nóng

chảy

Một số phản ứng của TiO2 [1]

(1400 °C)

o Hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại, cho ánh

sáng trong vùng hồng ngoại và khả kiến truyền

qua.

o Là vật liệu có độ xốp cao, vì vậy tăng cường khả

năng xúc tác bề mặt.

o Bền, không độc hại, giá thành thấp.

o Ái lực bề mặt TiO2 đối với các phân tử rất cao, do

đó dễ dàng phủ một lớp TiO2 lên các loại đế với

độ bám dính rất tốt.

o Các chất bẩn thường bị khoáng hóa hoàn toàn trên

TiO2, hoặc ít nhất thì nồng độ sản phẩm và chất

bẩn đủ nhỏ có thể chấp nhận được.

 Anatase

3 dạng thù hình chính

Tinh thể Anatase trong tự nhiên

• Ưu điểm: Hoạt tính mạnh

nhất trong 3 pha

• Dễ rỗ bề mặt, các vết xước có

màu trắng

 Rutile

3 dạng thù hình chính

 trạng thái tinh thể bền

 pha có độ xếp chặt cao nhất

Tinh thể rutile: (a) dạng trong tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể

 Brookite

3 dạng thù hình chính

Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng brookite

Hoạt tính quang hóa rất yếu, thường rất ít gặp nên ít được đề cập đến.

 Chất màu sắc tố trắng được sử dụng rất rộng rãi vì độ sáng của nó và chỉ số khúc xạ

rất cao, vượt trội hẳn so với nhiều vật liêu khác

cung cấp độ trắng và độ đục cho các sản phẩm như sơn, chất phủ, giấy, mực, các loại thực phẩm, thuốc men

 Kem chống nắng và ngăn

chặn tia cực tím

 Xúc tác quang hóa

Đặc biệt là ở dạng anatase là một xúc tác quang dưới tia cực tím

TiO2 dạng màng mỏng và các hạt nano hình thức có tiềm năng để sản xuất năng lượng, quang xúc tác thủy phân, phá vỡ nước thành H2 và O2

Ứng dụng quang xúc tác của TiO2

2 Một số dạng vật liệu

2.1 Màng 2.2 Hạt 2.3 Ống

- i-C3H7OH khan, Meck.

- Acetyl Acetone, Meck.

- Axit Axetic 100%, Meck.

- HNO3 0,1M.

- NaOH 0,1M.

Dụng cụ – thiết bị

- Cốc thủy tinh 100ml, 200ml, 800ml.

- Khuấy từ, máy khuấy từ gia nhiệt.

- Kính thủy tinh

- Máy kéo màng phủ nhúng.

- Tủ nung, tủ sấy.

2.1 Màng

Tạo màng bằng phương pháp sol - gel

kính thủy tinh

2.1 Màng

Quá trình tạo sol

Dung dịch sau khi cho thêm acetyl acetone

2.1 Màng Xác định hoạt tính màng

 đánh giá bằng khả năng quang xúc tác khử Cr(VI) trong môi trường axit.

Cơ chê khử Cr(VI) về Cr(III)

2.1 Màng

Sự thay đổi nồng độ Cr(VI) (mg/l) đối với mẫu 400°C, số lớp màng khác nhau

 5 lớp màng phủ lên tấm kính thủy tinh, hoạt tính xúc tác của tấm kính là tốt nhất

bằng cồn hoặc nước ất, sấy khô

TB thủy nhiệt phân, 160 C,

3h;6h;9h;24h Rửa sản phẩm

bằng cồn hoặc nước ất, sấy khô

2.2 Hạt

Đặc trưng vật liệu

• Nhận thấy sự xuất hiện của pha anatase

• Các hạt hình thành trong thời gian ngắn, không phát triển thêm về kích thước.

• Kích thước phụ thuộc vào dung môi, loại tiền chất, pH dung dich.

2.2 Hạt

Ảnh FESEM mẫu bột TiO2 tổng hợp trong các khoảng thời gian thủy nhiệt:

a) 3h; b) 9h; c)24h

Đặc trưng vật liệu

 Các hạt có kích thước đồng đều

 Kéo dài thời gian phân hủy nhiệt các hạt có xu hướng kéo dài ra gần giống dạng thanh

2.2 Hạt

Hoạt tính xúc tác:

 Tiến hành phản ứng phân hủy metylen xanh (MB)

 Sau 1h phân hủy được 75% M.B

 Sau 2h phân hủy được 97.2 %

2.3 Ống Phương pháp tổng hợp

Sơ đồ minh họa bình điện phân

Phương pháp anod hóa với anod Ti trong

dung môi ethylene glycol hòa tan nước với

sự hiện diện của NH4F

2.3 Ống Khảo sát đặc trưng vật liệu

 Thành phần pha trên bề mặt là Anatase

2.3 Ống

Ảnh SEM của mẫu 40V–5h–0,5%–4%–3h

2.3 Ống Hoạt tính xúc tác trong phản ứng với methylene blue

Biến thiên độ chuyển hóa MB (%) theo điện thế điện phân với các mẫu xV–4h–0,5%–4%–3h Biến thiên độ chuyển hóa MB (%) theo thời gian

2.3 Ống

Biến thiên độ chuyên hoa MB (%) theo hàm

lượng nước với các mẫu 40V–4h–0,5%–x%–3h Biến thiên độ chuyên hoa MB (%) theo hàm lượng nước với các mẫu 40V–4h–0,5%–x%–3h

2.3 Ống

• Điều chế thành công TiO2 ống nano với cấu trúc anatase có độ bám tốt trên nền kim loại

bằng phương pháp điện phân anod hóa trong dung môi ethylene glycol–dung dịch NH4F.

• Các yếu tố hàm lượng F– và H2O trong dung dịch điện phân, điện thế điện phân và thời

gian điện phân ảnh hưởng đến hình thái ống nano TiO2, qua đó ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác quang hóa.

• Sản phẩm TiO2 ống nano được tổng hợp ở điện thế điện phân 40V, dung dịch điện phân có thành phần 0,5% khối lượng NH4F và 4% thể tích nước, thời gian điện phân 4 giờ, thời

methylene xanh dưới bức xạ UV A so với các mẫu khác.

 Kết quả

 Dạng ống dễ dàng thu hồi nhưng lại có bề mặt xúc tác nhỏ nên hiệu suất chưa cao.

 Nhược điểm của xúc tác quang TiO2 là nawng lượng vùng cấm còn cao, nên cần sử dụng tia UV để xúc tác phản ứng Do vậy, xu hướng gần đây là biến tính TiO2 với các kim loại chuyển tiếp để hạ năng lượng vùng cấm xuống, tuy nhiên điều này cũng đồng thời làm giảm hoạt tính xúc tác của TiO2.

Thanks for watching!!!