Nghiên cứu điều chế, khảo sát hoạt tình quang xúc tác bột titan đioxit kìch thước nano biến tình photpho Đỗ Thị Tuyên Trường Đại học Khoa học Tư nhiên Luận văn ThS Chun ngành: Hóa vơ cơ; Mã số: 60 44 01 13 Người hướng dẫn: PGS TS Ngô Sỹ Lương Năm bảo vệ: 2013 Abstract: Khảo sát yếu tố trính điều chế TiO2 biến tình photpho có ảnh hưởng đến hoạt tình quang xúc tác sản phẩm vùng ánh sáng nhín thấy: nồng độ TBOT, tỷ lệ % mol PO43-/TBOT, nhiệt độ nung, thời gian nung, hiệu suất phân hủy quang thành phần pha, kìch thước hạt bột điều chế Xác định điều kiện thìch hợp cho trính điều chế bột titan đioxit biến tình photpho có hoạt tình quang xúc tác cao theo phương pháp sol-gel Từ xây dựng quy trính điều chế sản phẩm bột titan đioxit biến tình photpho kìch thước nm theo phương pháp sol-gel từ chất đầu TBOT H3PO4 có hoạt tình quang xúc tác cao vùng ánh sáng nhín thấy Thử khả ứng dụng vật liệu sản phẩm PTiO2 điều chế thông qua hiệu quang phân hủy hoạt chất paraquat thuốc trừ cỏ Niconson dung dịch nước tác dụng kìch thìch ánh sáng nhín thấy Keywords: Hóa vơ cơ; Quang xúc tác Bột titan đioxit; Nano Content MỞ ĐẦU Titan đioxit (TiO2) kìch thước nano mét vật liệu lĩnh vực cơng nghệ nano ví có tình chất lý, hóa, quang điện tử đặc biệt, có độ bền cao thân thiện với môi trường Titan đioxit có nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực sống hóa mỹ phẩm, chất màu, sơn, chế tạo loại thủy tinh, men gốm chịu nhiệt [12], [15], [18] Ở dạng hạt mịn kìch thước nano mét, TiO2 ứng dụng nhiều lĩnh vực chế tạo pin mặt trời, sensor, ứng dụng làm chất quang xúc tác xử lý môi trường, chế tạo vật liệu tự làm sạch, … [1, 2, 5] Hiện TiO2 xúc tác quang hóa nghiên cứu rộng rãi với nhiều ứng dụng, đặc biệt TiO2 quan tâm lĩnh vực làm xúc tác quang hóa phân hủy hợp chất hữu xử lý mơi trường ví khơng độc hại, bền vững rẻ tiền TiO2 chất bán dẫn có dải trống lượng rutin 3.05 eV anata 3.25 eV nên có khả thực phản ứng quang xúc tác Khả quang xúc tác TiO2 thể hiệu ứng: quang khử nước điện cực TiO2, tạo bề mặt siêu thấm nước quang xúc tác phân hủy chất hữu ánh sáng tử ngoại λ < 380 nm Ví hiệu vật liệu TiO2 nghiên cứu sử dụng nhiều, lĩnh vực xử lý mơi trường nước khì với vai trò xúc tác quang Tuy nhiên phần xạ tử ngoại quang phổ mặt trời đến bề mặt trái đất chiếm ~4% nên việc sử dụng nguồn xạ vào mục đìch xử lý mơi trường với xúc tác quang TiO2 bị hạn chế Để mở rộng khả sử dụng lượng xạ mặt trời vùng ánh sáng nhín thấy vào phản ứng quang xúc tác, cần giảm lượng vùng cấm TiO2 Để đạt mục đìch đó, nhiều cơng trính nghiên cứu tiến hành đưa ion kim loại không kim loại lên bề mặt vào cấu trúc TiO2 Hiện nay, người ta nghiên cứu điều chế, ứng dụng loại vật liệu quang xúc tác sở TiO2: TiO2 tinh khiết, TiO2 biến tình phi kim, TiO2 biến tình kim loại TiO2 biến tình hỗn hợp kim loại phi kim Cho đến nay, số cơng trính nghiên cứu biến tình TiO2 kìch thước nm lớn, nhiên tập trung có số ìt cơng trính nghiên cứu biến tình TiO2 kìch thước nm hợp chất chứa photpho Sở dĩ biến tình TiO2 kìch thước nm hợp chất photpho chưa nghiên cứu nhiều ví hợp chất chứa photpho ìt sử dụng trính điều chế N, S, Tuy nhiên, có số cơng trính nghiên cứu cho thấy hợp chất photpho có khả làm thay đổi cấu trúc tình chất quang xúc tác vật liệu bột TiO2 kìch thước nm Tuy nhiên số cơng trính cơng bố chưa nhiều ví nhiều vấn đề trính điều chế cần phải làm rõ Ví tơi đặt vấn đề nghiên cứu xây dựng quy trính: “Nghiên cứu điều chế, khảo sát hoạt tính quang xúc tác bột titan đioxit kích thước nano biến tính photpho” REFERENCES Nguyễn Thị Kim Giang (2009), Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nano mét khảo sát khả quang xúc tác chúng, Luận văn thạc sỹ, Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội Ngô Sỹ Lương (2005),“Ảnh hưởng yếu tố trính điều chế đến kìch thước hạt cấu trúc tinh thể TiO2” Tạp chí Khoa học, Khoa học tự nhiên công nghệ, ĐHQG HN, T.XXI, N.2, tr 16-22 Nguyễn Thị Lan (2004), Chế tạo màng nano TiO2 dạng anata khảo sát hoạt tính xúc tác quang phân hủy metylen xanh, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội Ngô Sỹ Lương (2006), “Khảo sát trính điều chế titan đioxit dạng bột kìch thước nano phương pháp thuỷ phân tetra n-butyl octotitanat dung mơi hỗn hợp etanolnước”, Tạp chí Phân tích Hố, Lý Sinh học, T 11, No 3B Tr 52-56 Ngô Sỹ Lương, Lê Diên Thân (2012), “Điều chế khảo sát hoạt tình quang xúc tác ánh sáng nhín thấy bột TiO2 kìch thước nano pha tạp Fe, N” Tạp chí Phân tích Hóa, Lý sinh học, Tr- , tr Đặng Thanh Lê, Mai Đăng Khoa, Ngô sỹ Lương (2008), “Khảo sát hoạt tình xúc tác quang bột TiO2 kìch thước nano mét trính khử màu thuốc nhuộm”, Tạp chí hóa học T.46 (2A), Tr.139-143 Ngơ Sỹ Lương, Đặng Thanh Lê (2008), “Ảnh hưởng thành phần nhiệt độ dung dịch, nhiệt động nung đến kìch thước hạt cấu trúc tinh thể TiO2 điều chế phương pháp thủy phân TiCl4”, Tạp chí hóa học, T.46 (2A), Tr.169-177 Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng (2009), “Nghiên cứu quy trính điều chế titan đioxit kìch thước nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh phương pháp axit sunfuric, khảo sát quy trính nghiền phân hủy tinh quặng inmenit Hà Tĩnh phương pháp axit sunfuric quy mơ phòng nghiệm” Tạp chí hóa học, T.47 (2A), Tr.145-149 Ngơ Sỹ Lương, Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Văn Hưng, Thân Văn Liên, Trần Minh Ngọc (2009) “Nghiên cứu quy trính điều chế titan đioxit kìch thước nanomet từ tinh quặng inmenit Hà Tĩnh phương pháp axit sunfuric, khảo sát trính thủy phân đồng thể dung dịch titanyt sunfat có mặt ure để điều chế titan đioxit kìch thước nanomet” , Tạp chí hóa học, T.47 (2A), Tr.150-154 10 Hồng Nhâm (2005), Hóa vơ tập III, NXB GD, Hà Nội 11 Nguyễn Hoàng Nghị (2002), Lý thuyết nhiễu xạ tia X, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 12 Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2002), “Khử amoni nước nước thải phương pháp quang hóa với xúc tác TiO2”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ, , Vol 40(3), tr 20-29 13 Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Thị Hoài Nam (2004), “Nghiên cứu xử lý nước rác Nam Sơn màng xúc tác TiO2 lượng mặt trời”, Tạp chí Hóa học ứng dụng (8) 14 Lê Diên Thân (2011), “Nghiên cứu trình điều chế, khảo sát cấu trúc tính chất bột TiO2 kích thước nano biến tính số kim loại chuyển tiếp”, Luận án tiến sĩ khoa học, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội 15 Dương Thị Khánh Toàn (2006), “Khảo sát q trình điều chế ứng dụng TiO2 kích thước nanomet”, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh 16 A Hazra, S Das, J Kanungo, C.K Sarkar, S Basu (2013), “Studies on a resistive gas sensor based on sol–gel grown nanocrystalline p-TiO2 thin film for fast hydrogen detection” Sensors and Actuators B 183, p 87–95 17 Céline J Bodson, Stéphanie D Lambert, Christelle Alié, Xavier Cattn, Jean-Paul Pirard, Catherine Bied, Michel Wong Chi Man, Bent Heinrichs (2010) “Effects of additives and solvents on the gel formation rate and on the texture of P- and Si-doped TiO2 materials” Microporous and Mesoporous Materials 134, p 157–164 18 G.Em Romanosa, C.P Athanasekoua, F.K Katsarosa, N.K.Kanellopoulosa, D.D Dionysioub, V Likodimosa, P Falarasa (2012) “Double-side active TiO2-modified nanofiltration membranes in continuous flow photocatalytic reactors for effective water purification” Journal of Hazardous Materials 211–212, p 304–316 19 Hui Feng, ThanhThuy Tran T, Lan Chen, Lijuan Yuan, Qingyun Cai (2013) “Visible lightinduced efficiently oxidative decomposition of p-Nitrophenol by CdTe/TiO2 nanotube arrays” Chemical Engineering Journal 215–216, p 591–599 20 J.choi, H Park, M R Hoffmann (2010), “effects of single Metals-Ion Doping on the VisibleLight Photoreactivity of TiO2”, J Phys, Chem C, 114, p 783-792 21 K Lee and et (2006), “Hydrothermal synthesis and photocatalytic characterizations of transition metals doped nano TiO2 sols”, Materials science and Engineering B, 129, p 109-115 22 K.Yang Y.Dai, B.Huang, J.Phys.Chem C111 (2007) 18985 23 Kais Elghniji, Olfa Hentati, Najwa Mlaik, Ayman Mahfoudh, Mohamed Ksibi (2012) “Photocatalytic degradation of 4-chlorophenol under P-modified TiO2/UV system: Kinetics, intermediates, phytotoxicity and acute toxicity” Journal of Environmental Sciences, 24(3), p 479–487 24 Li - Heng Kao, Tzu - Chien Hsu, Hong - Yang Lu (2007), “Sol - gel synthesis and morphological control of nanocrystalline TiO2 via urea treatment”, Journal of Colloid and Interface Science, Vol 316, pp 160 - 167 25 Ling Xu, Chao-Qun Tang, Jun Qian, Zong-Bin Huang (2010) “Theoretical and experimental study on the electronic structure and optical absorption properties of P-doped TiO2” Applied Surface Science 256, p 2668–2671 26 Ling-Jung Hsu, Li-Ting Lee, Chia-Chang Lin (2011), Adsorption and photocatalytic degradation of polyvinyl alcohol in aqueous solutions using P-25 TiO2 Chemical Engineering Journal 173, p 698–705 27 Ludivine Tasseroul, Sophie L Pirard, Stéphanie D Lambert, Carlos A Páeza, Dirk Poelman, Jean-Paul Pirard, Bent Heinrichs (2012) “Kinetic study of p-nitrophenol photodegradation with modified TiO2 xerogels” Chemical Engineering Journal 191, p 441–450 28 Mihai Anastasescu, Adelina Ianculescu, Ines Niţoi, Virgil Emanuel Marinescu, Silvia Maria Hodorogea (2008), “Sol–gel S-doped TiO2 materials for environmental protection”, Journal of Non-Crystalline Solids, Volume 354, Issues 2-9, p 705-711 29 O Carp, C.L.Huisman, A.Reller (2004), “Photoinduced reactivity of titanium dioxide”, (32), p.33-177 30 P Raja, V Nadtochenko, U Klehmc, J Kiwi (2008) “Structure and performance of a novel TiO2-phosphonate composite photocatalyst” Applied Catalysis B: Environmental 81, p 258–266 31 Qi Zhao, Chen Liu, Xueju Su, Shuai Zhang, Wei Song, Su Wang, Guiling Ning, Junwei Ye, Yuan Lin, Weitao Gong (2013) “Antibacterial characteristics of electroless plating Ni– P–TiO2 coatings” Applied Surface Science 274, p 101–104 32 Qing Shi, Dong Yang, Zhongyi Jiang, Jian Li (2006) “Visible-light photocatalytic regeneration of NADH using P-doped TiO2 nanoparticles” Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 43, p 44–48 33 R Asahi, T Morikawa, T Ohwaki, K Aoki, Y Taga (2001), “Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides”, Sience, 293, p 269-271 34 S Ranganatha, T.V Venkatesha, K Vathsala (2010) “Development of electroless Ni–Zn– P/nano-TiO2 composite coatings and their properties” Applied Surface Science 256, p 7377-7383 35 ShaohuaWang, Shaoqi Zhou (2011) “Photodegradation of methyl orange by photocatalyst of CNTs/P-TiO2 under UV and visible-light irradiation” Journal of Hazardous Materials 185, p 77–85 36 Soumen Dasa, Dae-Young Kima, Han-Seok Choi, Yoon-Bong Hahna (2011) “Studying trivalent/bivalent metal ion doped TiO2 as p-TiO2 in bipolar heterojunction devices” Materials Chemistry and Physics 129, p 887–891 37 Ting Han, Tongxiang Fan, Suk-Kwun Chow, Di Zhang (2010) “Biogenic N–P-codoped TiO2: Synthesis, characterization and photocatalytic properties” Bioresource Technology 101, p 6829–6835 38 X Chen and S.S Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, properties, Modification, and Applications”, Chem Rev 107 p 2891-2959 39 Zhizhong Han, Jiejie Wang, Lan Liao, Haibo Pan, Shuifa Shen, Jianzhong Chen (2013) “Phosphorus doped TiO2 as oxygen sensor with low operating temperature and sensing mechanism” Applied Surface Science 273, p 349-356  ... nghiên cứu xây dựng quy trính: Nghiên cứu điều chế, khảo sát hoạt tính quang xúc tác bột titan đioxit kích thước nano biến tính photpho REFERENCES Nguyễn Thị Kim Giang (2009), Nghiên cứu điều. .. bột TiO2 kìch thước nano pha tạp Fe, N” Tạp chí Phân tích Hóa, Lý sinh học, Tr- , tr Đặng Thanh Lê, Mai Đăng Khoa, Ngô sỹ Lương (2008), Khảo sát hoạt tình xúc tác quang bột TiO2 kìch thước nano. .. TiO2 biến tình kim loại TiO2 biến tình hỗn hợp kim loại phi kim Cho đến nay, số cơng trính nghiên cứu biến tình TiO2 kìch thước nm lớn, nhiên tập trung có số ìt cơng trính nghiên cứu biến tình