ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT CẤU TRÚC, HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANO TỪ CHẤT ĐẦU TiCl 4 VÀ AMIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT CẤU TRÚC, HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANO TỪ CHẤT ĐẦU TiCl 4 VÀ AMIN Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60 44 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Sỹ Lương Hà Nội - 2011   1   3 1.1.       . 3  3 1.1.2.  4 1.2.            5 1.2 2 5 1.2.2.  7 1.2.3 TiO 2 9 1.2.4.  10 1.2.5.  2  11 1.3.           o          nito 15 1.3.1.  2  15 1.3.2.  2   16 1.3.3.  TiO 2    18 1.4.       tan io                           21 2 23  23 2.1.1.  23 2.1.2.  23 2.2.  23  23  24  o nano  4 v hydroxylammine 24  26  26 2.4.2. (  ) 29 2.4.3. (TEM) [1] 30 31  34  35  35 3.1.1. N-TiO 2 khi        35 3.1.2. N-TiO 2 khi        38  4 41 3.2.1.  4 N-TiO 2 khi        41 3.2.2.  4 N-TiO 2 khi    43  hydroxylammine 45 3.3.1.  45 3.3.2.  47  49 3.4.1.  N-TiO 2 khi        49 3.4.2. N-TiO 2 khi        51  54 3.5.1. N-TiO 2       azine 54 3.5.2. N-TiO 2        56 3.6.  58 3.6.1. N-TiO 2      58 3.6.2. N-TiO 2       59 3.7.  60 3.7.1.     2 -     60 3.7.2.    N-TiO 2      61 3.8.  62 3.8.1. N-TiO 2 khi  62 3.8.2. N-TiO 2 khi  63 3.9.       N-TiO 2            64 3.9.1.  64 3.9.2.    64 3.9.3.      65  69  70 DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ. Danh mục bảng. Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutil và anatase. 7 Bảng 1.2. Sản lượng titan đioxit trên thế giới qua một số năm. 11 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine. 36 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine. 40 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ TiCl 4 đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine. 43 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ TiCl 4 đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine. 45 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ hidrazine đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 . 47 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ hydroxylammine đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 . 49 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian nung đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine. 51 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của thời gian nung đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine. 53 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine. 55 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến các đặc trưng của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine 57 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine. 58 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine. 59 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của thời gian lưu mẫu trước li tâm đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine. 60 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của thời gian lưu mẫu trước li tâm đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine. 61 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của điều kiện rửa đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine. 62 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của điều kiện rửa đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine 63 Danh mục hình. Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO 2 6 Hình 1.2. Hình khối bát diện của TiO 2 7 Hình 1.3. Giản đồ miền năng lượng của anatase và rutil 8 Hình 1.4. Lượng TiO 2 sử dụng hàng năm trong lĩnh vực quang xúc tác 12 Hình 1.5. Sơ đồ khối mô tả quy trình điều chế TiO 2 theo phương pháp sol – gel 18 Hình 1.6. Công thức cấu tạo của hydrazine 21 Hình 1.7. Công thức cấu tạo của hydroxylamine 21 Hình 2.1. Quy trình điều chế bột titan đioxit kích thước nano được biến tính nito theo phương pháp thủy phân dung dịch từ TiCl 4 có mặt hydrazine hoặc hydroxylamine 25 Hình 2.2. Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể 27 Hình 2.3. Xác định cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X 27 Hình 2.4. Nhiễu xạ kế tia X D8 – Advance 5005 (CHLB Đức) 28 Hình 2.5. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 31 Hình 2.6. Công thức cấu tạo của xanh metylen 32 Hình 2.7. Thiết bị phản ứng phân hủy xanh metylen 33 Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine điều chế ở nhiệt độ nung khác nhau 35 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine 36 Hình 3.3. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine điều chế ở nhiệt độ nung khác nhau 38 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine 39 Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine điều chế ở nồng độ TiCl 4 khác nhau 41 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ TiCl 4 đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine 42 Hình 3.7. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine điều chế ở nồng độ TiCl 4 khác nhau 44 Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ TiCl 4 đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine 44 Hình 3.9. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 điều chế ở nồng độ hydrazine khác nhau 46 Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ hydrzine đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 46 Hình 3.11. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 điều chế ở nồng độ hydroxylammine khác nhau 48 Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ hydroxylammine đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 48 Hình 3.13. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine điều chế ở thời gian nung khác nhau 50 Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine 50 Hình 3.15. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine điều chế ở thời gian nung khác nhau 52 Hình 3.16. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất phân hủy xanh metylen của mẫu sản phẩm N-TiO 2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine 52 [...]... và nội dung nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu Nghiên cứu điều chế bột titan đioxit kích thước nano biến tính bằng nitơ có hoạt tính quang xúc tác cao từ chất đầu TiCl4 2.1.2 Các nội dung nghiên cứu Để thực hiện được mục đích trên, cần triển khai các nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 đến khả năng quang xúc tác, kích thước và tính chất của bột N-TiO2 kích thước nano điều chế bằng... Đồng thời nhiều công trình nghiên cứu cho thấy N3- có tham gia vào cấu trúc TiO2 làm thay đổi cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu 1 Luận văn thạc sĩ khoa học Trần Thị Thu Trang – K20 Vì vậy, trong công trình này chúng tôi đặt vấn đề: Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thƣớc nano từ chất đầu TiCl4 và amin 2 Luận văn thạc sĩ khoa học... nano điều chế bằng cách thủy phân TiCl4 trong dung dịch nước với sự có mặt của hydrzine hoặc hydroxylammine - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ hydrazine và hydroxylammine đến khả năng quang xúc tác, kích thước và tính chất của bột N-TiO2 kích thước nano điều chế bằng cách thủy phân TiCl4 trong dung dịch nước với sự có mặt của hydrazine hoặc hydroxylammine - Xác định điều kiện thích hợp (nhiệt độ nung,... rằng vài thập niên cuối của thế kỉ XX là thời kì mà các nhà vật lí, hóa học và vật liệu học quan tâm mạnh mẽ đến việc điều chế, nghiên cứu tính chất và sự chuyển hóa của các phần tử có kích cỡ nano Điều này do các phần tử nano thể hiện những tính chất điện, từ, cơ, quang hóa… khác biệt rất nhiều so với vật liệu khối thông thường Có thể nhận thấy rằng ở vật liệu nano, do kích thước hạt vô cùng nhỏ nên... kích thước nano Kết quả thu được từ phương pháp này khá tốt, các hạt TiO2 kích thước nano dạng tinh thể rutile có kích thước trung bình từ 5 đến 10,5 nano và có diện tích bề mặt riêng là 70,3 đến 141 m2/g 20 Luận văn thạc sĩ khoa học Trần Thị Thu Trang – K20 1.4 Giới thiệu về titan đioxit kích thƣớc nano đƣợc biến tính bằng nitơ với tiền chất cung cấp N là hydrazine và hydroxylammine Hydrazine là chất. .. TiO2 là xúc tác quang hóa được nghiên cứu rộng rãi nhất với nhiều ứng dụng, đặc biệt TiO2 được quan tâm trong lĩnh vực làm xúc tác quang hóa phân hủy các hợp chất hữu cơ và xử lý môi trường vì nó không độc hại, bền vững và rẻ tiền Xúc tác quang TiO2 do có dải trống rộng (của rutile là 3.05 eV và của anatase là 3.25 eV) nên chỉ có hoạt tính trong vùng UV Trong khi đó, phần bức xạ tử ngoại trong quang. .. 2 được biến tính nitơ 15 Luận văn thạc sĩ khoa học Trần Thị Thu Trang – K20 1.3.2 Tính chất của TiO2 kích thước nano biến tính bằng nitơ a Các tính chất điện của các vật liệu nano TiO2 đã được biến tính Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm gần đây [14] đã cho thấy rằng sự thu hẹp dải trống của TiO2 cũng có thể thu được khi sử dụng các chất thêm là không kim loại Người ta đã tính toán cấu trúc dải... Ni, và các ion không kim loại như N, C, S, F, Cl, Trong số đó, đặc biệt phải kể đến là biến tính bằng nitơ Sở dĩ biến tính TiO2 kích thước nano bằng nitơ được nghiên cứu nhiều vì các hợp chất chứa nitơ (NH3, urê, các muối amoni, các hợp chất amin) được sử dụng phổ biến trong quá trình điều chế TiO2 kích thước nano với vai trò điều chỉnh pH, làm chất định hướng cấu trúc… Đồng thời nhiều công trình nghiên. .. lĩnh vực quang xúc tác Nhìn vào hình 1.4 ta có thể thấy lượng TiO2 sử dụng cho lĩnh vực quang xúc tác chiếm gần 50% trong những ứng dụng của TiO2 và tăng dần theo thời gian Tấn Năm Hình 1.4 Lượng TiO2 sử dụng hằng năm trong lĩnh vực quang xúc tác a Ứng dụng trong xúc tác quang hóa xử lý môi trường Khi titan thay đổi hóa trị tạo ra cặp điện tử - lỗ trống ở vùng dẫn và vùng hóa trị dưới tác dụng của ánh... nghệ nano 1.1.1 Công nghệ nano và vật liệu nano Công nghệ nano nghiên cứu và ứng dụng các hệ bao gồm các cấu tử có kích cỡ nano (10-9 m) với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh trong việc chuyển hóa vật chất, năng lượng và thông tin Công nghệ nano không thể xuất hiện nếu như không có vật liệu nano Khó có thể xác định chính xác thời điểm xuất hiện của khoa học vật liệu nano, song người ta nhận thấy rằng vài . TRẦN THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT CẤU TRÚC, HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANO TỪ CHẤT ĐẦU TiCl 4 VÀ AMIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA. NHIÊN TRẦN THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT CẤU TRÚC, HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANO TỪ CHẤT ĐẦU TiCl 4 VÀ AMIN Chuyên ngành: Hóa vô cơ. đặt vấn đề: Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thƣớc nano từ chất đầu TiCl 4 và amin . Luận văn thạc sĩ khoa học Trần Thị Thu Trang