CÔNG NGHỆ TITANDIOXIT (TiO2) -VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG Sinh viên: Nguyễn Thị Ánh Tuyết Nội dung Tổng quan Cấu trúc,tính chất,cơ chế hoạt động Ứng dụng Phương pháp sản xuất Tổng quan Chất bán dẫn xúc tác quang hóa TiO₂  Chất bán dẫn: vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện  Xúc tác quang hóa: xúc tác kích hoạt nhân tố ánh sáng thích hợp giúp phản ứng xảy VD: CH3CHO + 5/2 O2 2CO2 + 2H2O TiO₂ TiO₂ dùng làm xúc tác quang dị thể thỏa đk sau : - Có hoạt tính quang hóa - Có lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng cực tím nhìn thấy - Ổn định hóa học, khơng gây độc, giá thành thấp Biến tính TiO₂  Mục đích biến tính: • • • Đưa lượng vùng cấm TiO2 vùng ánh sáng khả kiến Tạo “bẫy điện tích” để giảm tái kết hợp electron lỗ trống Tăng tốc độ di chuyển electron từ tăng hiệu suất lượng tử phản ứng quang hóa    Phương pháp đưa ion kim loại không kim loại lên bề mặt vào cấu trúc TiO2 Phương pháp tạo TiO2 kich thước nano Phương pháp kết hợp CNT (cacbon nanotubes) TiO2 (Composit) Cấu trúc, tính chất, chế hoạt động  TiO2 chất bán dẫn, tồn dạng bột màu trắng tuyết điều kiện thường, đun nóng lại có màu vàng Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (Tnc =1870ᵒC)  Tồn dạng thù hình: vơ định hình, anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) brookite (orthorhombic) Cấu trúc Rutile Dạng phổ biến Brookite Anatase Hình 2.1.3 Cấu trúc tinh thể dạng brookite TiO₂ Tính chất     Là chất rắn màu trắng, đun nóng có màu vàng, làm lạnh lại trở lại màu trắng Độ cứng cao, khó nóng chảy(1870 ᵒC) Có tính chất lưỡng tính Khơng tác dụng với nước, axit loãng(trừ HF) kiềm Tác dụng với axit đun nóng lâu, với kiềm nóng chảy Đặc tính quang xúc tác nano TiO2 - Khi đc chiếu sáng, nano TiO2 trở thành chất oxy hóa khử mạnh số chất biết( gấp 1.5 lần ozon, gấp lần clo- chất thông dụng đc dùng xử lý môi trường) - Dưới tác dụng as, nano TiO2 trợ nên kỵ nước hay nước tùy thuộc vào công nghệ chế tạo - Nano TiO2 kháng khuẩn chế phân hủy, tác động vào vsv phân hủy hợp chất hữu Vì vậy, tránh đc tượng ‘nhờn thuốc’ công cụ hữu hiệu chống lại biến đổi gen vsv gây bệnh - Nano Tio2 hoạt động theo chế xúc tác nên thân k bị tiêu hao, nghĩa đầu tư lần sd lâu dài - Bản thân nano TiO2 không độc hại, sp phân hủy chất an toàn Cơ chế xúc tác hv + SC -> e- + h + A(ads) + e- -> A (ads) + + D(ads) + h -> D (ads) Sự hình thành OH* O₂ Chính gốc OH* O₂ với vai trò quan trọng ngang có khả phân hủy hợp chất hữ thành CO₂ H₂O Hiện tượng siêu thấm ướt TiO2 Ứng dụng c tá c ú bệnh hC c s CN chất dẻo m ự t u ệ li ật v c ệ g n a u q n Pi Vật liệu khô siêu nhanh Diệt VK, VR, nấm mốc gây h n nhiễm ất Xử lý nước, khơng khí x Chất màu Tiêu diệt tế bào ung thư Vật liệu tự làm Xử lý nước, khơng khí bị nhiễm  Phân hủy hợp chất hữu gây ô nhiễm khói thải xe cộ, khói thuốc hóa chất độc nước thải, thuốc trừ sâu  Gạch men có khả tự làm diệt vi khuẩn dùng cho bệnh viện, hệ thống lọc nước sử dụng ánh sáng tử ngoại TiO2 để khử chất độc hữu sót lại nước sau xử lý phương pháp thơng thường, thiết bị làm khơng khí mùi…  Các nhà khoa học thiết kế chế thử thành cơng panen quang xúc tác TiO2 có cấu trúc nano xốp để đưa vào số thiết bị làm môi trường máy khử mùi, làm khơng khí, hệ thống lọc nước Tiêu diệt tế bào ung thư Phân tử nano tiếp cận khối u kích thích loạt xung xạ điện từ Năng lượng làm sắt nhân nóng lên, phá vỡ liên kết hydro phóng thích thuốc vào khối u Tế bào ung thư bị tiêu diệt Điều chế nano TiO₂ Điều chế bột titan dioxit kích thước nanomet biến tính S theo pp thủy phân TiCl dung dịch Na2SO4 Điều chế nano TiO₂ TIO2 NANOROD PHA TẠP AL2O3 TĂNG HIỆU QUẢ XÚC TÁC QUANG TRONG XỬ LÝ VOCs Al2O3  Al2O3 biết đến vật liệu ứng dụng nhiều lĩnh vực khác (trong sản xuất đồ gốm, phủ lên vật liệu để chống ăn mòn, )  Ngồi sử dụng kết hợp với TiO2 để tăng cường trình xúc tác quang học Khả tăng cường hoạt tính xúc tác quang kết hợp với TiO2:   Tăng diện tích tiếp xúc bề mặt + Tăng khả bắt giữ điện tử, dẫn đến giảm khả tái tổ hợp e-h giảm khử ion + H Từ tăng hoạt tính xúc tác quang  Khả chịu nhiệt chịu áp lực học tốt →Tăng tính bền cho vật liệu Quá trình pha tạp Al2O3 với TiO2 nanorod  Sử dụng tiền chất Al (ATSB – aluminium tri-s-butylate) pha vào nước khử ion pH =5 khuấy 48h (thủy phân) Sau đó, bổ sung bazo để kết tủa Al tạo hydroxyde  Tiền chất TiO2 (TTIP) thủy phân hỗn hợp dung môi Etanol nước pH từ 1-2 Sau sấy thu bột TiO2  Tạo cấu trúc nanorod cho TiO2:  B1: Cân lấy 0,6 g bột TiO2 hòa vào 80ml dd NaOH 10M khuấy, lắc 30 phút để hỗn hợp phân tán  B2: Cho hỗn hợp vào bình phản ứng Teflon vỏ thép nung nhiệt độ 180 C 48 h (chú ý rửa lõi Teflon trước cho hỗn hợp vào)  B3: Để nguội đến nhiệt độ phòng, rời tiến hành trao đổi ion dung dịch bình phản ứng với dd 0,2M HCl (Na₂Ti₈O₁₇ → H₂Ti₈O₁₇)  B4: Lọc rửa với nước khử ion  o B5: Sấy 80 C 2h  TiO2 nanorod thu đem hòa với hydroxyde nhơm nước khử ion theo tỷ lệ thích hợp Sau tiến hành khuấy lắc 1h Hỗn hợp đêm phủ lên kính sấy khơ rời nung nhiệt độ khác 2h  o Khi nhiệt độ tăng từ 600-900 C, kích thước tinh thể dạng rutile tăng nhanh từ 31-145nm chiếm thành phần chủ yếu, o kích thước tinh thể anatase tăng chậm (54-60nm) Nhiệt độ nung hiệu quả: 500-600 C  Theo kết Riazian kích thước TiO nanorod thu trung bình là: 43nm đường kính 400nm chiều dài, có mẫu lên đến 560nm Tổng kết • • • • • • • Có tính quang hóa cao Bền mặt hóa học Khơng bị biến đổi trình xúc tác Giá thành thấp, độc hại tính chất trơ chất oxy hóa mạnh Khơng bị phân hủy q trình quang hóa xúc tác ZnO, CdS, GaP,… Có thể thực nhiệt độ thấp áp suất thường, sử dụng UV thiên nhiên ánh sáng nhân tạo TiO2 chất hóa học ổn định khơng hòa tan nước, acid, base, dung mơi hữu Biến tính TiO2 làm tăng hiệu xúc tác Cảm ơn thầy bạn lắng nghe ! ...  Xúc tác quang hóa: xúc tác kích hoạt nhân tố ánh sáng thích hợp giúp phản ứng xảy VD: CH3CHO + 5/2 O2 2CO2 + 2H2O TiO₂ TiO₂ dùng làm xúc tác quang dị thể thỏa đk sau : - Có hoạt tính quang. .. mòn, )  Ngồi sử dụng kết hợp với TiO2 để tăng cường trình xúc tác quang học Khả tăng cường hoạt tính xúc tác quang kết hợp với TiO2:   Tăng diện tích tiếp xúc bề mặt + Tăng khả bắt giữ điện... dung Tổng quan Cấu trúc,tính chất,cơ chế hoạt động Ứng dụng Phương pháp sản xuất Tổng quan Chất bán dẫn xúc tác quang hóa TiO₂  Chất bán dẫn: vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện  Xúc