Năng lượng mặt trời

80 534 4
Năng lượng mặt trời

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Năng lượng mặt trời

MỞ ĐẦUMặt trời cung cấp cho bề mặt trái đất một lượng năng lượng khổng lồ vào khoảng 3.1024 J/năm. Việc nghiên cứu chuyển hóa có hiệu quả nguồn năng lượng này thành các dạng hữu dụng khác phục vụ đời sống con người là một trong những thách thức đối với sự phát triển nghiên cứu khoa học và công nghệ trong tương lai. Một trong những hướng nghiên cứu đó là sử dụng các chất bán dẫn đóng vai trò quang xúc tác để chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện hoặc hóa học.Titan đioxit (TiO2) là chất xúc tác bán dẫn. Gần một thế kỷ trở lại đây, bột TiO2 với kích thước cỡ µm đã được điều chế ở quy mô công nghiệp và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: làm chất độn trong cao su, nhựa, giấy, sợi vải, làm chất màu cho sơn, men đồ gốm, sứ… [16]. Gần đây, bột TiO2 tinh thể kích thước nm ở các dạng thù hình rutile, anatase, hoặc hỗn hợp rutile và anatase, và brookite đã được nghiên cứu ứng dụng vào các lĩnh vực pin mặt trời, quang phân hủy nước và làm vật liệu quang xúc tác tổng hợp các hợp chất hữu cơ, xử lý môi trường chế sơn tự làm sạch, chế tạo thiết bị điện tử, đầu cảm biến và trong lĩnh vực diệt khuẩn [21,29]. Các ứng dụng mới của vật liệu TiO2 kích thước nm chủ yếu dựa vào tính chất bán dẫn của nó. Với hoạt tính quang xúc tác cao, cấu trúc bền và không độc, vật liệu TiO2 được cho là vật liệu triển vọng nhất để giải quyết rất nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng và thách thức từ sự ô nhiễm. TiO2 đồng thời cũng được hy vọng sẽ mang đến những lợi ích to lớn trong vấn đề khủng hoảng năng lượng qua sử dụng năng lượng mặt trời dựa trên tính quang điện và thiết bị phân tách nước.Tuy nhiên do dải - trống của titan đioxit khá lớn (3,25 eV đối với anatase và 3,05 eV đối với rutile) nên chỉ ánh sáng tử ngoại với bước sóng < 380 nm mới kích thích được điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng quang xúc tác. Điều này hạn chế khả năng quang xúc tác của titan đioxit, thu hẹp phạm vi ứng dụng của vật liệu này. Để sử dụng được ánh sáng mặt trời vào quá trình quang xúc tác của titan đioxit, cần thu hẹp dải trống của nó. Để thực hiện mục đích này nhiều ion kim loại và không kim 1 loại đã được sử dụng để biến tính hoặc kích hoạt (doping) các thù hình của titan đioxit. Có thể thực hiện biến tính cấu trúc của titan đioxit bằng các phương pháp sol – gel, thủy nhiệt, đồng kết tủa,… hoặc biến tính bề mặt với các phương pháp tẩm, nhúng, phun, hấp phụ,…Biến tính TiO2 bằng những ion phi kim khác nhau là cách thức hiệu quả để mở rộng ánh sáng hấp phụ từ vùng UV sang vùng nhìn thấy và giảm sự tái kết hợp của những electron và lỗ trống được phát quang của TiO2. Từ khi Umebayashi đã công bố rằng việc biến tính S đã chuyển giới hạn hấp thụ của TiO2 sang mức năng lượng thấp hơn [37], thể hiện bằng sự phân hủy quang xúc tác của xanh metylen dưới bức xạ nhìn thấy, nhiều nghiên cứu đã tiến hành trên TiO2 biến tính S [42] . Tuy nhiên, việc biến tính S đạt được tiến hành bằng quá trình nhiệt độ cao, sử dụng những chất đầu hoặc những thiết bị điều chế đắt tiền. Để giảm sự lãng phí năng lượng, việc tiến hành ở nhiệt độ cao thường dẫn diện tích bề mặt thấp do sự thiêu kết không mong muốn của các tinh thể nano. Đã có một số bài báo về sự tổng hợp chất quang xúc tác TiO2 biến tính S có hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy bằng phương pháp thủy phân đơn giản - phương pháp tiếp cận đầy hứa hẹn để điều chế nhiều loại vật liệu vô cơ khác nhau ở dạng tinh thể nano. Từ những nghiên cứu nền tảng đó, với mong muốn được đóng góp một phần nhỏ cho sự phát triển của ngành vật liệu mới, tác giả đã nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc và tính chất TiO2 kích thước nano mét được biến tính bằng lưu huỳnh”.2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN1.1. GIỚI THIỆU VỀ TITAN ĐIÔXIT KÍCH THƯỚC NANO MÉT1.1.1. Cấu trúc và tính chất vật lý của titan đioxit Titan đioxit là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm lạnh thì trở lại màu trắng. Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (Tnc0 = 18700C) [2,7].a. Các dạng thù hình của titan đioxitTiO2 có bốn dạng thù hình. Ngoài dạng vô định hình, nó có ba dạng tinh thể là anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) và brookite (orthorhombic) (Hình 1).Dạng anatase Dạng rutile Dạng brookiteHình 1: Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2Rutile là dạng bền phổ biến nhất của TiO2, có mạng lưới tứ phương trong đó mỗi ion Ti4+ được ion O2- bao quanh kiểu bát diện, đây là kiến trúc điển hình của hợp chất có công thức MX2, anatase và brookite là các dạng giả bền và chuyển thành rutile khi nung nóng. Tất cả các dạng tinh thể đó của TiO2 tồn tại trong tự nhiên như là các khoáng, nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng đơn tinh thể là được tổng hợp ở nhiệt độ thấp. Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc qua đỉnh oxi chung. Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2-3 Hình 2: Hình khối bát diện của TiO2.Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến dạng của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các octahedra. Hình tám mặt trong rutile là không đồng đều do đó có sự biến dạng orthorhombic (hệ trực thoi) yếu. Các octahedra của anatase bị biến dạng mạnh hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ là thấp hơn hệ trực thoi. Khoảng cách Ti – Ti trong anatase lớn hơn trong rutile nhưng khoảng cách Ti - O trong anatase lại ngắn hơn so với rutile. Trong cả ba dạng tinh thể thù hình của TiO2 các octahedra được nối với nhau qua đỉnh hoặc qua cạnh (hình1 và hình 2).Những sự khác nhau trong cấu trúc mạng lưới dẫn đến sự khác nhau về mật độ điện tử giữa hai dạng thù hình rutile và anatase của TiO2 và đây là nguyên nhân của một số sự khác biệt về tính chất giữa chúng. Tính chất và ứng dụng của TiO2 phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc tinh thể các dạng thù hình và kích thước hạt của các dạng thù hình này. Chính vì vậy khi điều chế TiO2 cho mục đích ứng dụng thực tế cụ thể người ta thường quan tâm đến kích thước, diện tích bề mặt và cấu trúc tinh thể của sản phẩm.Ngoài ba dạng thù hình tinh thể nói trên của TiO2, khi điều chế bằng cách thuỷ phân muối vô cơ của Ti4+ hoặc các hợp chất cơ titan trong nước ở nhiệt độ thấp người ta có thể thu được kết tủa TiO2 vô định hình. Tuy vậy, dạng này không bền để lâu trong không khí ở nhiệt độ phòng hoặc khi được đun nóng thì chuyển sang dạng anatase.Trong các dạng thù hình của TiO2 thì dạng anatase thể hiện hoạt tính quang xúc tác cao hơn các dạng còn lại.4 b. Sự chuyển dạng thù hình của titan đioxit Hầu hết các tài liệu tham khảo đều chỉ ra rằng quá trình thuỷ phân các muối vô cơ đều tạo ra tiền chất titan đioxit dạng vô định hình hoặc dạng cấu trúc anatase hay rutile.Khi nung axit metatitanic H2TiO3 một sản phẩm trung gian chủ yếu của quá trình sản xuất TiO2 nhận được khi thuỷ phân các dung dịch muối titan, thì trước hết tạo thành anatase. Khi nâng nhiệt độ lên thì anatase chuyển thành rutile [2]. Quá trình chuyển dạng thù hình của TiO2 vô định hình - anatase - rutile bị ảnh hưởng rõ rệt bởi các điều kiện tổng hợp và các tạp chất, quá trình chuyển pha từ dạng vô định hình hoặc cấu trúc anatase sang cấu trúc rutile xảy ra ở nhiệt độ trên 4500C. Ví dụ: Với các axit metatitanic sạch, không có tạp chất, thì nhiệt độ chuyển pha từ anatase thành rutile sẽ nằm trong khoảng 610÷730OC. Với axit metatitanic thu được khi thuỷ phân các muối clorua và nitrat của titan thì quá trình chuyển thành rutile dễ dàng hơn nhiều (ở gần 5000C). Trong khi đó, với axit metatitanic đã được điều chế bằng cách thuỷ phân các muối sunfat thì nhiệt độ chuyển pha sẽ cao hơn, nằm trong khoảng 850÷900OC. Điều này có thể là do có sự liên quan đến sự có mặt của các sunfat bazơ hoặc là các anion sunfat nằm dưới dạng hấp phụ [2] .Ngoài ion SO42- nhiệt độ chuyển anatase thành rutile cũng bị tăng cao khi có mặt một lượng nhỏ tạp chất SiO2, cũng như khi có mặt HCl trong khí quyển bao quanh.Theo tác giả công trình [9] thì năng lượng hoạt hoá của quá trình chuyển anatase thành rutile phụ thuộc vào kích thước hạt của anatase, nếu kích thước hạt càng bé thì năng lượng hoạt hoá cần thiết để chuyển anatase thành rutile càng nhỏ.Theo các tác giả công trình [6] thì sự có mặt của pha brookite có ảnh hưởng đến sự chuyển pha anatase thành rutile: Khi tăng nhiệt độ nung thì tốc độ chuyển pha brookite sang rutile xảy ra nhanh hơn tốc độ chuyển pha anatase sang rutile nên tạo ra nhiều mầm tinh thể rutile hơn, đặc biệt với các mẫu TiO2 chứa càng nhiều pha brookite thì sự chuyển pha anatase sang rutile xảy ra càng nhanh. Quá trình xảy ra hoàn toàn ở 9000C.1.1.2. Tính chất hóa học của titan đioxit kích thước nano mét 5 TiO2 bền về mặt hố học (nhất là dạng đã nung), khơng phản ứng với nước, dung dịch axit vơ cơ lỗng, kiềm, amoniac, các axit hữu cơ [11] . TiO2 tan chậm trong các dung dịch kiềm nóng cháy tạo ra các muối titanat.2 2 3 2TiO 2NaOH Na TiO H O+ → +(1.1)TiO2 tan rõ rệt trong borac và trong photphat nóng chảy. Khi đun nóng lâu với axit H2SO4 đặc thì nó chuyển vào trạng thái hồ tan (khi tăng nhiệt độ nung của TiO2 thì độ tan giảm). TiO2 tác dụng được với axit HF hoặc với kali bisunfat nóng chảy.0100 200 C2 2 4 4 2 2TiO 2H SO Ti(SO ) 2H + → +(1.2)[ ]2 2 6 2TiO 6HF H TiF 2H O+ → +(1.3)2 2 2 7 4 2 2 4TiO 2K S O Ti(SO ) 2K SO+ → +(1.4)Ở nhiệt độ cao TiO2 có thể phản ứng với cacbonat và oxit kim loại để tạo thành các muối titanat. o800 1100 C2 3 3 2TiO MCO (MTi)O C+ → +(1.5)(M là Ca, Mg, Ba, Sr)o1200 1300 C2 3TiO MO (MTi)+ →(1.6)(M là Pb, Mn, Fe, Co)2 2 3 2 3 2TiO +Na CO Na TiO +CO→(1.7)TiO2 dễ bị hidro, cacbon monooxit và titan kim loại khử về các oxit thấp hơn. 041000 C2 2 2 3 2TiCl2TiO H Ti O H O+   → +(1.8)o1750 C2 2 2TiO H TiO H O+ → +(1.9)o800 C2 2 3 22TiO CO Ti O CO+ → +(1.10)o900 1000 C2 2 33TiO Ti 2Ti + →(1.11)2 4 2 2 33TiO TiCl 2H O 2Ti O 4HCl+ + → +(1.12)6 2TiO Ti 2TiO+ →(1.13)1.1.3. Các phương pháp điều chế titan đioxit kích thước nano mét 1.1.3.1 Các phương pháp vật lý Để điều chế bột titan đioxit kích thước nano mét theo phương pháp vật lý thường sử dụng 2 phương pháp sau [3]: + Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD): Sử dụng thiết bị bay hơi titan kim loại ở nhiệt độ cao, sau đó cho kim loại dạng hơi tiếp xúc với oxi không khí để thu được oxit kim loại. Sản phẩm thu được là TiO2 dạng bột hoặc màng mỏng.+ Phương pháp bắn phá ion: Các phân tử được tách ra khỏi nguồn rắn nhờ quá trình va đập của các khí ví dụ Ar+, sau đó tích tụ trên đế. Phương pháp này thường được dùng để điều chế màng TiOx đa tinh thể nhưng thành phần chính là rutile và không có hoạt tính xúc tác.1.1.3.2. Một số phương pháp hoá học • Phương pháp sol-gel Phương pháp sol-gel là phương pháp hữu hiệu hiện nay để chế tạo các loại vật liệu kích thước nm dạng bột hoặc màng mỏng với cấu trúc, thành phần như ý muốn. Ưu điểm của phương pháp này là dễ điều khiển kích thước hạt và đồng đều, đặc biệt là giá thành hạ [32,41].Quy trình chung của phương pháp sol - gel thực hiện theo sơ đồ sau:7Tiền chấtThiêu kếtThiêu kếtSolGel hóagelGià hóaXerogelVật liệu rắn mang bản Sol là một hệ keo chứa các hạt có kích thước 1-1000 nm trong môi trường phân tán rất đồng đều về mặt hóa học. Gel là hệ 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 đột ngột.• Phương pháp thủy nhiệt: [26, 41]Phương pháp thủy nhiệt đã được biết đến từ lâu và ngày nay nó vẫn chiếm một vị trí rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và công nghệ mới, đặc biệt là trong công nghệ sản xuất các vật liệu kích thước nano mét.Thủy nhiệt là những phản ứng hóa học hỗn tạp xảy ra với sự có mặt của một dung môi thích hợp (thường là nước) ở trên nhiệt độ phòng, áp suất cao (trên 1atm) trong một hệ thống kín.Tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt thường được chúng ta kiểm soát trong bình thép tạo áp suất, thiết bị này được gọi là autoclave, nó có thể gồm lớp Teflon chịu nhiệt độ cao và chịu được điều kiện môi trường axit và kiềm mạnh,có thể điều chỉnh nhiệt độ cùng hoặc không cùng với áp suất và phản ứng xảy ra trong dung dịch nước. Nhiệt độ có thể được đưa lên cao hơn nhiệt độ sôi của nước, trong phạm vi áp suất hơi bão hòa. Nhiệt độ và lượng dung dịch hỗn hợp đưa vào autoclave sẽ tác động trực tiếp đến áp suất xảy ra trong quá trình thủy nhiệt. Phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để tổng hợp các sản phẩm trong công nghiệp gốm sứ với các hạt mịn kích thước nhỏ.Trong phương pháp thủy nhiệt, nước thực hiện hai chức năng:+ Môi trường truyền áp suất, vì nó có thể ở trạng thái lỏng hoặc hơi, tồn tại chủ yếu ở dạng phân tử H2O phân cực.+ Làm dung môi hòa tan một phần chất phản ứng dưới áp suất cao, do đó phản ứng được thực hiện trong pha lỏng hay có sự tham gia của một phần pha lỏng hoặc pha hơi.8 Thiết bị sử dụng trong phương pháp này thường là bình phản ứng chịu áp suất (autoclave). Vì quá trình thủy nhiệt được thực hiện trong buồng kín nên liên quan chặt chẽ tới mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất.• Phương pháp thuỷ phânTrong số các muối vô cơ của titan được sử dụng để điều chế titan oxit dạng anatase thì TiCl4 được sử dụng nhiều nhất và cũng cho kết quả khá tốt. + Thủy phân TiCl4 trong dung dịch nước hoặc trong etanol [2]:Chuẩn bị dung dịch nước TiCl4 bằng cách nhỏ từ từ TiCl4 98% vào nước hoặc hỗn hợp rượu-nước đã được làm lạnh bằng hỗn hợp nước đá-muối để thu được dung dịch trong suốt. Sau đó dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ thích hợp để quá trình thuỷ phân xảy ra. Quá trình xảy ra theo phản ứng sau: TiCl4 + 3H2O Ti(OH)4 + 4HCl Sau đó, Ti(OH)4 ngưng tụ loại nước để tạo ra kết tủa TiO2.nH2O. Kết tủa sau đó được lọc, rửa, sấy chân không, nung ở nhiệt độ thích hợp để thu được sản phẩm TiO2 kích thước nano. Kết quả thu được từ phương pháp này khá tốt, các hạt TiO2 kích thước nano mét dạng tinh thể rutile có kích thước trung bình từ 5 đến 10,5 nm và có diện tích bề mặt riêng là 70,3 đến 141 m2/g.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân.Chất lượng sản phẩm TiO2 và hiệu suất quá trình điều chế chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nồng độ, nhiệt độ, sự có mặt của các chất điện ly, thời gian thuỷ phân, nhiệt độ nung .v.v.► Ảnh hưởng của nồng độ TiCl4Theo tác giả công trình [7], ở nhiệt độ thấp, nồng độ TiCl4 có ảnh hưởng không đáng kể đến cấu trúc của sản phẩm TiO2. Nồng độ TiCl4 dù cao hay thấp thì sản phẩm thu được luôn luôn có cấu trúc rutile. Tuy nhiên nồng độ TiCl4 lại có ảnh hưởng đáng kể 9 đến tốc độ quá trình thuỷ phân và hiệu suất điều chế. Ở vùng nồng độ TiCl4 thấp thì tốc độ thuỷ phân và hiệu suất tăng lên khi tăng nồng độ TiCl4 và ngược lại khi nồng độ TiCl4 khá cao, việc tăng nồng độ TiCl4 sẽ làm giảm tốc độ và hiệu suất quá trình thuỷ phân.► Ảnh hưởng của ion 24SO−[2].Ở cùng nhiệt độ thuỷ phân (70OC), khi có mặt ion sunfat, các mẫu TiO2 sau khi sấy ở nhiệt độ phòng trong chân không có cấu trúc tinh thể đơn pha anatase và kích thước hạt trung bình là 3.5nm. Còn khi không có mặt ion 24SO−, sản phẩm thu được sau khi sấy là hỗn hợp anatase và rutile (rutile chiếm 63.4%) và kích thước hạt trung bình của anatase và rutile lần lượt là 5.9nm và 4.3nm .Các kết quả cho thấy việc thêm ion 24SO− có ảnh hưởng tương đối rõ trong việc kìm hãm sự hình thành dạng rutile, thúc đẩy sự tạo thành anatase khi thuỷ phân ở 70OC và làm giảm kích thước hạt trung bình của các tinh thể TiO2. Ảnh hưởng của ion SO42- được giải thích là do ion 24SO− bị hấp phụ lên các hạt TiO2. Do vậy nó gây ra lực đẩy tĩnh điện tránh được sự keo tụ giữa các hạt với nhau, do đó thu được TiO2 bột siêu mịn.Cơ chế của việc thêm ion 24SO− xúc tiến sự tạo thành anatase có thể được giải thích là do ion 24SO− gây ra sự phát triển các cluster TiO2 thành anatase. Nghiên cứu về ảnh hưởng của ion 24SO− đến nay vẫn chưa được sáng tỏ.Ngoài ra, ion SO42- cũng gây ảnh hưởng đến quá trình chuyển pha anatase - rutile [8]. Từ các kết quả phân tích nhiệt cho thấy khi có mặt ion 24SO− trong sản phẩm TiO2, quá trình chuyển pha anatase - rutile xảy ra ở nhiệt độ cao hơn và quá trình này diễn ra chậm hơn so với TiO2 không có mặt ion 24SO−.► Ảnh hưởng của nhiệt độ thuỷ phân [7].10 [...]... dụng của vật liệu TiO2 kích thước nano là được dựa trên khả năng quang xúc tác của nó Tuy nhiên, hiệu suất của quá trình quang xúc tác này đôi khi bị 11 ngăn cản bởi độ rộng vùng cấm của nó Vùng cấm của TiO 2 nằm giữa vùng UV (3.05 eV đối với pha rutile và 3.25 eV đối với pha anatase), mà vùng UV chỉ chiếm một phần nhỏ của năng lượng mặt trời (< 10%) Do dó, một trong những mục đích khi cải tiến hiệu... nhiều lĩnh vực khác như: Vật liệu gốm, chất tạo màu, chất độn, làm vật liệu chế tạo pin mặt trời, làm sensor để nhận biết các khí trong môi trường ô nhiễm nặng, trong sản xuất bồn rửa tự làm sạch bề mặt trong nước (tự xử lý mà 27 không cần hoá chất), làm vật liệu sơn trắng do khả năng tán xạ ánh sáng cao, bảo vệ bề mặt khỏi tác động của ánh sáng Sử dụng TiO2 tạo màng lọc quang xúc tác trong máy làm sạch... brookite, và một lượng nhỏ hematit cùng tồn tại ở pH thấp (1,8 đến 3,6) khi đó hàm lượng của Fe(III) thấp, khoảng bằng 0,5% và sự sắp xếp của ion sắt không đồng nhất giữa các phần của hỗn hợp, nhưng khi tăng pH cao hơn (6,0), dung dịch rắn đồng nhất của sắt và titan lại được hình thành [41] TiO2 nano tinh thể đã được kích hoạt bởi Fe với hàm lượng Fe thấp hơn (mức tối ưu là 0,05% về khối lượng) đã được... phòng, sau đó nung trong không khí Chất quang xúc tác P25 doping S có tỷ lệ khối lượng TU : P25 khác nhau 0:1, 0.25:1, 3:1, và 5:1 đã được điều chế và nghiên cứu Hoạt tính quang xúc tác của P25 doping S đã điều chế được khảo sát bằng sự mất màu quang của thuốc nhuộm azo Orange II dưới bức xạ ánh sáng mặt trời [46] Một lượng xác định Degussa P25 (1g) đã được pha tạp với thioure (TU) theo phương pháp... phản ứng xảy ra Nguyên lý cơ bản về khả năng quang xúc tác trên các chất bán dẫn là khi được kích thích bởi ánh sáng có năng lượng lớn hay bằng độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn (thường là tia tử ngoại do độ rộng vùng cấm của nó khá lớn ~3.2eV) sẽ tạo ra cặp electron - lỗ trống (e, h+) ở vùng dẫn và vùng hóa trị Những cặp electron – lỗ trống này sẽ di chuyển ra bề mặt để thực hiện phản ứng oxi hóa- khử... phụ trên bề mặt TiO2 và bị oxi hoá bởi OH• và HO• 2 Sản phẩm cuối cùng của phản ứng quang hoá là CO 2 ,H 2O Trong quá trình xúc tác quang, hiệu suất phản ứng có thể bị giảm bởi sự tái kết hợp của các electron và lỗ trống [36]: e- + h+ → (SC) + E (1.23) Trong đó (SC) là tâm bán dẫn trung hoà và E là năng lượng được giải phóng ra dưới dạng bức xạ điện từ (hv’ ≤ hv) hoặc nhiệt Và hiệu suất lượng tử của... KÍCH THƯỚC NANO MÉT Hiện nay, sản lượng titan đioxit trên thế giới không ngừng tăng lên (Bảng 1): Bảng 1: Sản lượng titan đioxit trên thế giới qua một số năm Năm Sản lượng (tấn) 1958 800.000 1967 1.200.000 2003 4.200.000 Gần 58% titan đioxit sản xuất được được dùng làm chất màu trắng trong công nghiệp sản xuất sơn Chất màu trắng titan đioxit cũng đã được sử dụng một lượng lớn trong sản xuất giấy, cao... gạch, sơn sẽ tự tạo ra một lớp màng mỏng bám chắc vào bề mặt Nguyên lý hoạt động của loại sơn trên như sau: Sau khi các vật liệu được đưa vào sử dụng, dưới tác dụng của tia cực tím trong ánh sáng mặt trời, oxi và nước trong không khí, TiO2 sẽ hoạt động như một chất xúc tác để phân huỷ bụi, rêu, mốc, khí độc hại, hầu 26 hết các chất hữu cơ bám trên bề mặt vật liệu thành H2O và CO2 TiO2 không bị tiêu hao... + 2h+ → H2O + 1/2 O2 v.v (1.29) Rất nhiều ion kim loại nhạy với sự chuyển quang hóa trên bề mặt chất bán dẫn như là Au, Pt, Pd, Ag, Ir, Rh Đa số chúng đều kết tủa trên bề mặt vật liệu Ngoài sự khử bằng điện tử, các ion còn bị oxi hóa bởi lỗ trống trên bề mặt tạo oxit Những chất kết tủa hoặc hấp phụ trên bề mặt được tách ra bằng phương pháp cơ học hoặc hóa học d Các ứng dụng khác của bột titan đioxit... nhiệt độ thấp (20OC), dù có mặt hay không có mặt ion SO 2− sản phẩm thu được sau khi sấy khô trong chân không đều là dạng vô định 4 hình Do ở nhiệt độ thấp, phản ứng thuỷ phân xảy ra quá chậm nên khó tạo thành các mầm tinh thể TiO2 Ở nhiệt độ thuỷ phân cao hơn (70OC), cấu trúc của TiO2 tuỳ thuộc vào sự có mặt của ion SO 2− như đã nêu ở trên Nhiệt độ thuỷ phân càng cao thì hàm lượng TiO2 4 anatase trong . MỞ ĐẦUMặt trời cung cấp cho bề mặt trái đất một lượng năng lượng khổng lồ vào khoảng 3.1024 J/năm. Việc nghiên cứu chuyển hóa có hiệu quả nguồn năng lượng. các chất bán dẫn đóng vai trò quang xúc tác để chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện hoặc hóa học.Titan đioxit (TiO2) là chất xúc

Ngày đăng: 06/11/2012, 11:22

Hình ảnh liên quan

Hình 3: Điều chế chất quang xúc tác P25 doping S - Năng lượng mặt trời

Hình 3.

Điều chế chất quang xúc tác P25 doping S Xem tại trang 18 của tài liệu.
Hình 4: Cơ chế của phản ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2 khi được chiếu sáng - Năng lượng mặt trời

Hình 4.

Cơ chế của phản ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2 khi được chiếu sáng Xem tại trang 22 của tài liệu.
Hình 6: Lượng TiO2 sử dụng hằng năm trong lĩnh vực quang xúc tác. a.  Ứng dụng trong xúc tác quang hóa xử lý môi trường  - Năng lượng mặt trời

Hình 6.

Lượng TiO2 sử dụng hằng năm trong lĩnh vực quang xúc tác. a. Ứng dụng trong xúc tác quang hóa xử lý môi trường Xem tại trang 26 của tài liệu.
Hình 8: Nhiễu xạ kế ti aX D8- Advance 5005 (CHLB Đức). - Năng lượng mặt trời

Hình 8.

Nhiễu xạ kế ti aX D8- Advance 5005 (CHLB Đức) Xem tại trang 30 của tài liệu.
Trên hình 9 đưa ra sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua. - Năng lượng mặt trời

r.

ên hình 9 đưa ra sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua Xem tại trang 31 của tài liệu.
Hình10: Chu trình điều chế bột titan đioxit kích thước nano mét biến tính lưu huỳnh bằng tác nhân NaSOtừ TiCl. - Năng lượng mặt trời

Hình 10.

Chu trình điều chế bột titan đioxit kích thước nano mét biến tính lưu huỳnh bằng tác nhân NaSOtừ TiCl Xem tại trang 35 của tài liệu.
Hình 13: Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu biến tính lưu huỳnh - Năng lượng mặt trời

Hình 13.

Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu biến tính lưu huỳnh Xem tại trang 42 của tài liệu.
Hình 12 :Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu không biến tính lưu huỳnh - Năng lượng mặt trời

Hình 12.

Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu không biến tính lưu huỳnh Xem tại trang 42 của tài liệu.
Giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 14.    - Năng lượng mặt trời

i.

ản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 14. Xem tại trang 43 của tài liệu.
Hình 17:a. Phổ FT –IR của mẫu TiO2 không biến tính; b. Phổ FT –IR của mẫu TiO2 biến tính với tỷ lệ % mol Na2SO4/TiO2 8% - Năng lượng mặt trời

Hình 17.

a. Phổ FT –IR của mẫu TiO2 không biến tính; b. Phổ FT –IR của mẫu TiO2 biến tính với tỷ lệ % mol Na2SO4/TiO2 8% Xem tại trang 47 của tài liệu.
Từ hình 17 cho thấy: - Năng lượng mặt trời

h.

ình 17 cho thấy: Xem tại trang 48 của tài liệu.
Hình 19: Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 19.

Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 51 của tài liệu.
Giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 21. - Năng lượng mặt trời

i.

ản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 21 Xem tại trang 52 của tài liệu.
Hình 22. Đồ  thị  biểu  diễn  ảnh  hưởng  của  thời gian nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 22..

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 54 của tài liệu.
Giản đồ XRD của các mẫu được đưa ra trong hình 24. - Năng lượng mặt trời

i.

ản đồ XRD của các mẫu được đưa ra trong hình 24 Xem tại trang 55 của tài liệu.
Các kết quả thực nghiệm được đưa ra ở bảng 5 và các hình 2 4- 26. Từ đó, có thể thấy rằng: - Năng lượng mặt trời

c.

kết quả thực nghiệm được đưa ra ở bảng 5 và các hình 2 4- 26. Từ đó, có thể thấy rằng: Xem tại trang 56 của tài liệu.
Hình 25. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 (mol/l) đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 25..

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 (mol/l) đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 57 của tài liệu.
Hình 28. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian thủy phân dung dịch đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 28..

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian thủy phân dung dịch đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 60 của tài liệu.
Hình 29. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian thủy phân dung dịch đến kích thước hạt trung bình - Năng lượng mặt trời

Hình 29..

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian thủy phân dung dịch đến kích thước hạt trung bình Xem tại trang 61 của tài liệu.
Giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 31 - Năng lượng mặt trời

i.

ản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 31 Xem tại trang 62 của tài liệu.
Bảng 7: Các kết quả tính toán kích thước hạt trung bình (r ), thành phần pha hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) và hiệu suất điều chế (%) phụ thuộc vào tỷ lệ % mol  H2SO4/TiO2 trong dung dịch khi thủy phân - Năng lượng mặt trời

Bảng 7.

Các kết quả tính toán kích thước hạt trung bình (r ), thành phần pha hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) và hiệu suất điều chế (%) phụ thuộc vào tỷ lệ % mol H2SO4/TiO2 trong dung dịch khi thủy phân Xem tại trang 63 của tài liệu.
Hình 32. Ảnh hưởng của tỷ lệ% mol H2SO4/TiO2 đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 32..

Ảnh hưởng của tỷ lệ% mol H2SO4/TiO2 đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 64 của tài liệu.
Giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 33. - Năng lượng mặt trời

i.

ản đồ XRD của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong hình 33 Xem tại trang 65 của tài liệu.
Bảng 8. Các kết quả tính toán kích thước hạt trung bình (r ), thành phần pha hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) và hiệu suất điều chế (%) phụ thuộc vào nhiệt độ   nung - Năng lượng mặt trời

Bảng 8..

Các kết quả tính toán kích thước hạt trung bình (r ), thành phần pha hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) và hiệu suất điều chế (%) phụ thuộc vào nhiệt độ nung Xem tại trang 66 của tài liệu.
Hình 34. Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 34..

Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 67 của tài liệu.
Hình 36. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 36..

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 70 của tài liệu.
Hình 38. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 (mol/l) đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) - Năng lượng mặt trời

Hình 38..

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 (mol/l) đến hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) Xem tại trang 72 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan