ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUANG TRUNG CHUYÊN NGÀNH : HÓA VÔ CƠ MÃ SỐ: 60.4425 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Tiến sĩ: NGUYỄN QUỐC CHÍNH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2011 ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG HÓA TRÊN CƠ SỞ GẮN KẾT TiO 2 TRÊN NỀN CHẤT MANG XỐP LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Chính đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đóng góp những ý kiến quí báu trong quá trình thực hiện đề tài này. Em xin cảm ơn tất cả các thầy cô bộ môn hóa vô cơ và ứng dụng, các bạn và anh chị cao học viên K16 và K17 đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ trong khi thực hiện đề tài. i MỤC LỤC 3.1KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ 42 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA NHÔM PHOTPHAT VÀ CANXI PHOTPHAT ĐƯỢC ĐÁNH GIÁ DỰA TRÊN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DUNG DỊCH MB BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG 42 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Một số tính chất các đa hình rutil, anatase, brooktie của TiO 2 6 - ii Bảng 1.2: Giá trị diện tích bề mặt riêng thực nghiệm và lý thuyết của các mẫu TiO 2 không tẩm và tẩm AlPO 4 theo các tỉ lệ khối lượng AlPO 4 /TiO 2 khác nhau 20 - Bảng 1.3: Diện tích bề mặt của các mẫu xúc tác 25 - Bảng 2.1: Danh sách sử dụng thiết bị 29 - Bảng 2.2: Danh sách sử dụng dụng cụ 29 - Bảng 2.3: Danh sách sử dụng hóa chất 29 - Bảng 2.4: Kí hiệu các mẫu sản phẩm Al 2 O 3 -AlPO 4 trước khi tẩm TiO 2 31 - Bảng 2.5: Kí hiệu mẫu sản phẩm Ca 3 (PO 4 ) 2 trước khi tẩm TiO 2 35 - Bảng 2.6: Kí hiệu các mẫu sản phẩm Al 2 O 3 -AlPO 4 đã tẩm TiO 2 , nung tại nhiệt độ 550 0 C 37 - Bảng 2.7: Kí hiệu các mẫu sản phẩm Ca 3 (PO 4 ) 2 đã tẩm TiO 2 , nung tại nhiệt độ 550 0 C 38 - Bảng 2.8: Hiệu suất giải hấp bằng EDTA tại các nồng khác nhau 39 - Bảng 2.9: Độ hấp thu quang A của các dung dịch MB dùng để dựng đường chuẩn 41 - Bảng 3.1: Nồng độ MB còn lại sau thời gian khảo sát là 60, 90 và 120 phút 43 - Bảng 3.2: Nồng độ MB còn lại sau thời gian khảo sát là 60, 90 và 120 phút 48 - iii Bảng 3.3: Các giá trị d và I của mẫu AP 5 -1000-11-23 và giá trị d và I của phổ tham chiếu TiO 2 , Al 2 O 3 , AlPO 4 và AlPO 4 (tridimit) 54 - Bảng 3.4: Các giá trị d và I của mẫu AP 10 -1000-11-23 và giá trị d và I của phổ tham chiếu TiO 2 , Al 2 O 3 , AlPO 4 và AlPO 4 (tridimit) 54 - Bảng 3.5: Các giá trị d và I của mẫu AP 15 -1000-11-23 và giá trị d và I của phổ tham chiếu TiO 2 , Al 2 O 3 , AlPO 4 và AlPO 4 (tridimit) 54 - Bảng 3.6 : Các giá trị d và I của mẫu CP 1,5 -800-8-23 và giá trị d và I của phổ tham chiếu TiO 2 , Ca 4 P 2 O 9 và Ca 3 (PO 4 ) 2 56 - Bảng 3.7: Diện tích bề mặt riêng của các mẫu 59 - Bảng 3.8: Phần trăm khối lượng và phần trăm số nguyên tố trong mẫu CP 1,5 -800-8- 23 61 - Bảng 3.9: Phần trăm khối lượng của các nguyên tố và phần trăm số lượng nguyên tử trong mẫu AP 5 -1000-11-23 63 - Bảng 3.10: Nồng độ MB và hiệu suất của các mẫu sau thời gian xử lí 4 giờ 64 - Bảng 3.11: Giá trị hằng số tốc độ phản ứng của các mẫu 66 - Bảng 3.12: Nồng độ, hiệu suất xử lí và phân hủy MB sau khoảng thời gian 4 giờ 67 - Bảng 3.13: Độ truyền qua của mẫu TiO 2 tại các bước sóng khác nhau 68 - Bảng 3.14: Độ truyền qua của mẫu AP 15 -1000-11-23 tại các thời gian khác nhau 68 - iv DANH MỤC HÌNH VẼ. Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của AlPO 4 2 - Hình 1.2: Cấu trúc của β-Ca 3 (PO 4 ) 2 3 - Hình 1.3: Cấu trúc bát diện của TiO 2 5 - v Hình 1.4: Cấu trúc tinh thể TiO 2 6 - Hình 1.5: Giản đồ nhiễu xạ XRD của các mẫu tại các nhiệt nung khác nhau 18 - Hình 1.6: Ảnh sem của các mẫu sau khi nung tại 500 0 C ( gel khí: mẫu được làm khô khi sấy tại 90 0 C; gel khô: mẫu được làm khô bằng phương pháp trích li siêu tới hạn; CTAC-gel biến tính: mẫu được ngâm trong chất hoạt hóa bề mặt cetyltrimethylammonium chloride; BTAC-gel biến tính: mẫu được ngâm trong chất hoạt hóa bề mặt benzyltrimethylammonium chloride) 19 - Hình 1.7: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nung tại các nhiệt độ khác nhau 21 - Hình 1.8: Đồ thị biểu diễn khả năng phân hủy methyl cam của các mẫu xúc tác không nung tại những nhiệt độ khác nhau 22 - Hình 1.9: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu TiO 2 /α-Ca 3 (PO 4 ) 2 theo tỉ lệ khối lượng (30%/70%) nung tại các nhiệt độ khác nhau 24 - Hình 1.10: Giản đồ nhiễu xạ của mẫu composit được xử lí nhiệt tại 120 0 C trong 24 giờ 24 - Hình 1.11: Hình a là ảnh SEM mẫu Ca 3 (PO 4 ) 2 chưa tẩm và hình b là ảnh SEM của mẫu Ca 3 (PO 4 ) 2 đã tẩm TiO 2 24 - Hình 1.12: Đồ thị biểu diễn quá trình chuyển hóa MB của các mẫu xúc tác dạng bột và dạng nén nung tại các nhiệt độ khác nhau 25 - Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp Al 2 O 3 -AlPO 4 34 - vi Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp Ca 3 (PO 4 ) 2 35 - Hình 2.3: Công thức phân tử của methylen xanh 36 - Hình 2.4: Đường biểu diễn độ hấp thu quang A của dung dịch methylen xanh theo bước sóng λ 41 - Hình 2.5: Đường biểu diễn độ hấp thu quang A theo nồng độ của methylen xanh 42 - Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lí MB của các mẫu nhôm photphat sau thời gian 120 phút ( (a): AP 5 -500-7→AP 5 -500-11, (b): AP 5 -700-7→AP 5 -700-11, (c): AP 5 - 1000-7→AP 5 -1000-11, (d): AP 10 -500-7→AP 10 -500-11, (e): AP 10 -700-7→AP 10 -700-11, (f): AP 10 -1000-7→AP 10 -1000-11, (g): AP 15 -500-7→AP 15 -500-11, (h): AP 15 -700- 7→AP 15 -700-11, (j): AP 15 -1000-7→AP 15 -1000- 11) 48 - Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lí MB của canxi photphat sau thời gian 120 phút 49 - Hình 3.3: Giản đồ phân tích nhiệt vi sai của TiO 2 50 - Hình 3.4: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu AP 5 -1000-11-23 51 - Hình 3.5: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu AP 10 -1000-11-23 52 - Hình 3.6: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu AP 15 -1000-11-23 52 - Hình 3.7: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu AP 1,5 -800-8-23 53 - vii Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu AP 5 -1000-11, AP 5 -1000-11-23; AP 10 - 1000-11, AP 10 -1000-11-23; AP 15 -1000-11, AP 15 -1000-11-23; CP 1,5 -800-8, CP 1,5 -800-8- 23 53 - Hình 3.9: (a): AP 5 -1000-11, (b): AP 5 -1000-11-23, (c): AP 10 -1000-11, (d): AP 10 -1000- 11-23, (e): AP 15 -1000-11, (f): AP 15 -1000-11-23, (g): CP 1,5 -800-11 và (h): CP 1,5 -800-11- 23. 59 - Hình 3.10: Hình 3.9: Bản đồ phân bố nguyên tố trên mẫu CP 1,5 -800-8-23. (a) diện tích bề mặt mẫu khoảng 1,26.10 4 μm (b) : diện tích bề mặt mẫu khoảng 875 μm 61 - Hình 3.11: Bản đồ phân bố nguyên tố trên mẫu AP 5 -1000-11-23, (a) diện tích bề mặt mẫu 108.10 4 μm (b) : diện tích bề mặt mẫu 875 μm 63 - Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn % xử lí MB của các vật liệu xúc tác quang hóa sau thời gian 4 giờ 65 - Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn tốc độ hấp phụ của các mẫu: AP 5 -1000-11-23, AP 15 -1000- 11-23, CP 1,5 -800-8-23, AP 5 -1000-11-24 và CP 1,5 -800-8-24 65 - Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn độ truyền quang tại các thời gian khác nhau của mẫu AP 15 - 1000-11 23 - 70 - BẢNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT • MB: Methylen xanh • EDTA: Etilen diamin tetranatriaxetat • CHC: Chất hữu cơ • STT: Số thứ tự viii MỞ ĐẦU Gần đây xử lý ô nhiễm môi trường bằng quá trình xúc tác quang hóa của TiO 2 là một trong những qui trình không còn xa lạ gì đối với chúng ta. Ngoài những ứng dụng làm chất màu cho sơn và mỹ phẩm thì TiO 2 còn có khả năng làm sạch môi trường một cách tự nhiên, chỉ cần sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời, oxy và nước trong không khí [...]... trình điều chế phức tạp, chi phí cao khơng mang tính kinh tế Để khắc phục những nhược điểm trên chúng tơi đã nghiên cứu gắn kết TiO 2 trên các vật liệu mang khác nhau AlPO 4 và Ca3(PO4)2 với cấu trúc xốp, có diện tích bề mặt cao, khả năng hấp phụ các chất hữu cơ và vơ cơ tốt nên rất thích hợp làm chất mang cho TiO2 Trong đề tài này chúng tơi tập trung điều chế hai hợp chất composit AlPO 4Al2O3 -TiO2 và. .. hoạt động Trong đó chất mang xốp là một vật liệu trơ hoặc ít hoạt động Tuy nhiên có khơng ít trường hợp chất mang xốp tương tác với cấu tử hoạt động làm ảnh hưởng đến tính chất của chúng Nhìn chung q trình tẩm xúc tác lên chất mang xốp bao gồm các giai đoạn như sau:  Đuổi khí ra khỏi lỗ xốp chất mang xốp  Xử lý chất mang xốp bằng dung dịch chứa cấu tử  Loại dung mơi dư  Sấy khơ và nung để chuyển các... tác được tiến hành theo những pháp phương trên đã đem lại một số kết quả quan trọng trong xử lí ơ nhiễm mơi trường Sau đây là một số cơng trình nghiên cứu về loại vật liệu quang xúc tác này đã được cơng bố 1.5 Một số nghiên cứu về việc gắn kết TiO2 trên những chất mang khác nhau đã cơng bố 1.5.1 Tổng hợp hệ xúc tác TiO2- Al2O3 Q trình tổng hợp TiO2 trên chất mang là Al2O3 được thực hiện bởi Silvester... Ca3(PO4)2 -TiO2 và khảo sát khả năng xúc tác quang hóa của TiO 2 bằng q trình phân hủy MB 1 Chương 1 Tổng Quan 1.1 Tính chất, cấu trúc của nhơm photphat và canxi photphat 1.1.1 Tính chất và cấu trúc của nhơm photphat Nhơm photphat là một chất vơ cơ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xúc tác, vật liệu chịu nhiệt, được dùng trong kĩ thuật hàn kín đặc biệt với cấu trúc xốp AlPO4 được sử dụng làm chất. .. khuẩn và khử mùi của TiO 2-HAP phủ trên chất nền alumina.[17] 1.2 Tính chất, cấu trúc, cơ chế tạo gốc *OH của xúc tác quang hố của TiO2 1.2.1 Giới thiệu TiO2 là một trong những vật liệu cơ bản trong cuộc sống, nó đã được biết và nghiên cứu khá lâu Trước đây nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như làm bột màu trắng trong sơn, trong mỹ phẩm Tuy nhiên, việc nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang hóa. .. photphat rất thích hợp làm chất mang trong q trình tổng hợp vật liệu composit Đã có nhiều nghiên cứu việc điều chế vật liệu composit đa chức năng bằng cách phủ lên bề mặt Ca 3(PO4)2 hợp chất quang xúc tác TiO2, ở đây Ca3(PO4)2 hấp phụ các chất ơ nhiễm và TiO 2 phân hủy các chất này Ngồi ra, còn có nhiều nghiên cứu đề nghị phát triển lý thuyết về xúc tác quang hố với những vật liệu sinh học có ái lực lớn... 2, trong khi đó hoạt tính quang hóa xúc tác của TiO 2 chịu ảnh hưởng bởi các tính chất đặc trưng như thành phần pha, tính chất bề mặt, kích thước hạt…[1] 1.2.5 Động học q trình quang hóa xúc tác trên TiO2 Q trình phân hủy quang xúc tác tn theo phương trình động học Langmuir- Hinshelwood đặc trưng cho q trình xúc tác dị thể: tốc độ phản ứng r tỉ lệ với phần bề mặt bị che phủ bởi chất phản ứng θ như sau...  Chất phản ứng di chuyển đến bề mặt xúc tác (1)  Hấp phụ ít nhất một tác chất phản ứng trên bề mặt xúc tác (2)  Phản ứng trong pha hấp phụ (trên bề mặt xúc tác) (3)  Giải hấp các sản phẩm phản ứng (4)  Các sản phẩm phản ứng di chuyển ra khỏi bề mặt ranh giới giữa hai pha (5) Sự khác nhau duy nhất giữa q trình quang hóa xúc tác với q trình xúc tác dị thể truyền thống là kiểu hoạt hóa của xúc tác, ... động học phản ứng quang hóa xúc tác 1.2.6.1 Nhiệt độ Phản ứng quang hóa khơng nhạy với sự thay đổi nhiệt độ Chất xúc tác được kích thích bằng photon ánh sáng nên khơng đòi hỏi hoạt hóa bằng nhiệt Năng lượng hoạt hóa thực tế nhỏ, vì vậy sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình quang hóa xúc tác là rất ít 1.2.6.2 Khối lượng xúc tác Vận tốc phản ứng liên quan trực tiếp với khối lượng xúc tác ban đầu, vận... của chất hấp phụ Ea=E(θ) Nếu cho rằng khả năng bị hấp phụ tương ứng số khoảng trống bị che phủ trên bề mặt chất hấp phụ thì f(θ) sẽ tương ứng với (1-θ); ở đây ví dụ, θ là những khoảng trống bị che phủ.[2] 1.4 1.4.1 Các phương pháp điều chế TiO2 trên chất mang xốp Phương pháp tẩm Phương pháp này dựa trên cơ sở gắn kết cấu tử hoạt động lên chất mang xốp bằng dung dịch chứa cấu tử hoạt động Trong đó chất . VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG HÓA TRÊN CƠ SỞ GẮN KẾT TiO 2 TRÊN NỀN CHẤT MANG XỐP LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Chính đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đóng góp những. và khử mùi của TiO 2 -HAP phủ trên chất nền alumina.[17] 1.2 Tính chất, cấu trúc, cơ chế tạo gốc * OH của xúc tác quang hoá của TiO 2 . 1.2.1 Giới thiệu. TiO 2 là một trong những vật liệu cơ. hợp làm chất mang cho TiO 2 . Trong đề tài này chúng tôi tập trung điều chế hai hợp chất composit AlPO 4 - Al 2 O 3 -TiO 2 và Ca 3 (PO 4 ) 2 -TiO 2 và khảo sát khả năng xúc tác quang hóa của