Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác bột titan đioxit kích thước nano từ chất đầu TiCL4 Amin : \ Luận văn ThS Hóa học: 60 44 25 \ Trần Thị Thu Trang ; Nghd : PGS.TS Ngô Sỹ Lương Titan đioxit (TiO2) kích thước nano vật liệu ngành công nghệ nano có tính chất lý, hóa, quang điện tử đặc biệt, có độ bền cao thân thiện với môi trường Vì vậy, titan đioxit có nhiều ứng dụng sống hóa mỹ phẩm, chất màu, sơn, chế tạo loại thủy tinh, men gốm chịu nhiệt, Ở dạng hạt mịn kích thước nano, TiO2 có nhiều ứng dụng 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, … Hiện nay, 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 môi trường không độc hại, bền vững rẻ tiền Xúc tác quang TiO2 có dải trống rộng (của rutile 3.05 eV anatase 3.25 eV) nên có hoạt tính vùng UV Trong đó, phần xạ tử ngoại quang phổ mặt trời đến bề mặt trái đất chiếm ~ 4% khiến cho việc sử dụng nguồn xạ vào mục đích xử lý môi trường với xúc tác quang TiO2 bị hạn chế Để mở rộng khả sử dụng lượng xạ mặt trời vùng ánh sáng nhìn thấy vào phản ứng quang xúc tác, cần giảm lượng vùng cấm TiO2 Với mục đích trên, nhiều nghiên cứu gần biến tính bề mặt vào cấu trúc TiO2 nhiều phương pháp tiến hành, cách đưa ion kim loại Zn, Fe, Cr, Eu, Y, Ag, Ni, ion không kim loại N, C, S, F, Cl, Trong số đó, đặc biệt phải kể đến biến tính nitơ Sở dĩ biến tính TiO2 kích thước nano nitơ nghiên cứu nhiều hợp chất chứa nitơ (NH3, urê, muối amoni, hợp chất amin) sử dụng phổ biến 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 cứu cho thấy N3- có tham gia vào cấu trúc TiO2 làm thay đổi cấu trúc tính chất quang xúc tác vật liệu Vì vậy, công trình đặt vấn đề: “Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác bột titan đioxit kích thước nano từ chất đầu TiCl4 amin” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung công nghệ nano 1.1.1 Công nghệ nano vật liệu nano Công nghệ nano nghiên cứu ứng dụng hệ bao gồm cấu tử có kích cỡ nano (10-9 m) với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh việc chuyển hóa vật chất, lượng thông tin 1.1.2 Ứng dụng công nghệ nano a Lĩnh vực điện tử, công nghệ thông tin truyền thông Công nghệ nano có ảnh hưởng rõ rệt đến lĩnh vực điện tử, công nghệ thông tin truyền thông Điều phản ánh rõ số lượng transitor kiến tạo nên vi mạch máy tính, số lượng transitor chip tăng lên làm tăng tốc độ xử lý nó, giảm kích thước linh kiện, dẫn tới giảm giá thành, nâng cao hiệu kinh tế b Lĩnh vực sinh học y học Ứng dụng công nghệ nano lĩnh vực sinh học để tạo thiết bị cực nhỏ đưa vào nơi thể người để tiêu diệt virut tế bào ung thư, tạo chip sinh học tiến tới khả tạo máy tính sinh học với tốc độ truyền đạt thông tin não… c Lĩnh vực vật liệu Vật liệu composit gồm vật liệu khác cấu trúc thành phần, sử dụng hạt nano vật liệu nano composit làm tăng tính chất lí, giảm khối lượng, tăng khả chịu nhiệt hóa chất, thay đổi tương tác với ánh sáng nhìn thấy xạ khác d Ứng dụng lĩnh vực xử lý môi trường Những năm gần đây, giới nói chung Việt Nam nói riêng ngày coi trọng vấn đề xử lí ô nhiễm môi trường đặc biệt ô nhiễm nguồn nước chất thải hữu gây e Vấn đề lượng Nhu cầu lượng thách thức nghiêm trọng tồn phát triển giới Trước thực tế nguồn lượng truyền thống ngày cạn kiệt việc tìm nguồn lượng khác thay nhiệm vụ cấp bách đặt 1.2 Giới thiệu vật liệu titan đioxit kích thước nano 1.2.1 Cấu trúc TiO2 TiO2 [8, 22] chất rắn màu trắng, đun nóng có màu vàng, làm lạnh trở lại màu trắng Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy ( t nco = 1870oC) TiO2 có bốn dạng thù hình Ngoài dạng vô định hình, có ba dạng tinh thể anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) brookite (orthorhombic) 1.2.2 Giản đồ miền lượng anatase rutile TiO2 dạng anatase có hoạt tính quang hóa cao hẳn dạng tinh thể khác, điều giải thích dựa vào cấu trúc vùng lượng Như biết, cấu trúc chất rắn có miền lượng vùng hóa trị, vùng cấm vùng dẫn Tất tượng hóa học xảy dịch chuyển electron vùng với 1.2.3 Sự chuyển pha TiO2 Hầu hết tài liệu tham khảo trình thuỷ phân muối vô tạo tiền chất titan đioxit dạng vô định hình dạng cấu trúc anatase hay rutile Khi nung axit metatitanic H2TiO3, sản phẩm trung gian chủ yếu trình sản xuất TiO2 nhận thuỷ phân dung dịch muối titan, trước hết tạo thành anatase Khi nâng nhiệt độ lên anatase chuyển thành rutile 1.2.4 Tính chất hóa học titan đioxit TiO2 bền mặt hoá học (nhất dạng nung), không phản ứng với nước, dung dịch axít vô vơ loãng, kiềm, amoniac, axit hữu 1.2.5 Các ứng dụng vật liệu TiO2 kích thước nano Hiện nay, sản lượng titan đioxit giới không ngừng tăng lên Bảng 1.2: Sản lượng titan đioxit giới qua số năm Năm 1958 1967 2003 Sản lượng (tấn) 800.000 1.200.000 4.200.000 Gần 58% titan đioxit sản xuất được dùng làm chất màu trắng công nghiệp sản xuất sơn Chất màu trắng titan đioxit sử dụng lượng lớn sản xuất giấy, cao su, vải sơn, chất dẻo, sợi tổng hợp lượng nhỏ công nghiệp hương liệu Các yêu cầu đòi hỏi sản phẩm đa dạng phụ thuộc vào công dụng chúng a Ứng dụng xúc tác quang hóa xử lý môi trường b Ứng dụng làm chất độn lĩnh vực sơn tự làm sạch, chất dẻo c Xử lý ion kim loại nặng nước d Diệt vi khuẩn, vi rút, nấm, tế bào ung thư e Bề mặt siêu thấm ướt vật liệu TiO2 [9] g Các ứng dụng khác bột titan đioxit kích thước nano 1.3 Giới thiệu titan đioxit kích thước nano biến tính nitơ 1.3.1 Các kiểu TiO2 biến tính Ngoài titan đioxit tinh khiết, người ta có kiểu titan đioxit biến tính sau: - TiO2 biến tính nguyên tố kim loại (Fe, Zn, Cu, ) - TiO2 biến tính nguyên tố không kim loại [17, 19] (N, B, C, F, S, ) - TiO2 biến tính hỗn hợp (vật liệu nano đồng biến tính Cl‾ Br‾ ) Trong báo cáo này, quan tâm chủ yếu đến vật liệu TiO2 biến tính nitơ 1.3.2 Tính chất TiO2 kích thước nano biến tính nitơ a Các tính chất điện vật liệu nano TiO2 biến tính Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm gần [14] cho thấy thu hẹp dải trống TiO2 thu sử dụng chất thêm không kim loại Người ta tính toán cấu trúc dải chuyển điện tử TiO2 dạng anatase với chất thay khác nhau, gồm C, N, F, P S Trong nghiên cứu này, chất thêm C tạo nên trạng thái vị trí thấp dải trống b Các tính chất quang học vật liệu nano TiO2 biến tính TiO2 biến tính phi kim [10, 11, 12] có màu sắc từ trắng tới vàng chí màu xám sáng, bắt đầu phổ hấp thụ, ánh sáng đỏ dịch chuyển bước sóng dài Ở vật liệu nano TiO2 biến tính N, dải trống hấp thụ bắt đầu dịch chuyển từ 380 nano tới 600 nano, TiO2 không biến tính, hấp thụ mở rộng đến 600 nano Sự hấp thụ quang TiO2 biến tính N vùng ánh sáng nhìn thấy c Các tính chất quang điện vật liệu nano TiO2 biến tính 1.3.3 Các phương pháp điều chế TiO2 kích thước nano biến tính nitơ a Một số phương pháp vật lý - Phương pháp bốc bay nhiệt: - Phương pháp bắn phá ion (sputtering): - Phương pháp ăn mòn quang điện b Một số phương pháp hóa học điển hình * Phương pháp sol-gel Quy trình chung phương pháp sol - gel thực theo sơ đồ hình 1.5 Tiền chất Peptit hóa Sol Thiêu kết Gel hóa gel Già hóa Xerogel Vật liệu rắn mang chất oxit * Phương pháp sử dụng sóng siêu âm Sóng siêu âm sử dụng lĩnh vực khoa học vật liệu vài năm gần đây, tác giả công trình [2] đưa phương pháp dùng sóng siêu âm để điều chế TiO2 kích cỡ nano từ chất đầu TiCl4 * Phương pháp thủy nhiệt Phương pháp thủy nhiệt [20] biết đến từ lâu ngày chiếm vị trí quan trọng nhiều ngành khoa học công nghệ mới, đặc biệt công nghệ sản xuất vật liệu kích thước nano * Phương pháp kết tủa đồng thể Các tác giả [21] sử dụng dung dịch TiCl4 làm chất đầu để điều chế bột TiO2 phương pháp kết tủa đồng thể Dung dịch TiCl4 làm lạnh 0oC, sau thêm mẩu đá nhỏ vào để thực phản ứng thuỷ phân tạo thành dung dịch màu vàng nhạt TiOCl2 Thêm nước cất vào dung dịch TiOCl2 để thu dung dịch suốt có nồng độ Ti4+ 0.5M, dùng cho trình kết tủa đồng thể * Phương pháp thuỷ phân dung dịch Trong số muối vô titan sử dụng để điều chế titan oxit dạng anatase TiCl4 [24] sử dụng nhiều cho kết tốt Chuẩn bị dung dịch nước TiCl4 cách rót TiCl4 vào nước hỗn hợp rượu-nước làm lạnh hỗn hợp nước đá-muối để thu dung dịch đồng Sau dung dịch đun nóng để trình thuỷ phân xảy 1.4 Giới thiệu titan đioxit kích thước nano biến tính nitơ với tiền chất cung cấp N hydrazine hydroxylammine Qua tổng quan tài liệu thấy: - Vật liệu TiO2 kích thước nano có hoạt tính quang xúc tác cao, ứng dụng tốt lĩnh vực xử lý môi trường để phân hủy hợp chất hữu bền môi trường nước khí - Vật liệu TiO2 biến tính nitơ có hoạt tính quang xúc tác cao so với vật liệu không biến tính, cho hiệu suất quang xúc tác cao vùng ánh sáng nhìn thấy - Có thể điều chế TiO2 dạng bột kích thước nano nhiều phương pháp khác nhau, phương pháp thủy phân có nhiều ưu việt: điều kiện tổng hợp đơn giản, dễ tiến hành, sản phẩm có độ kết tinh cao đồng nhất, diện tích bề mặt riêng lớn - Chọn hydrazine hydroxylammine làm tác nhân tăng pH trình thủy phân cung cấp nitơ Do đó, khóa luận này, chọn phương pháp thủy phân dung dịch, từ chất đầu TiCl4 dung môi nước với có mặt hydrazine hydroxylammine CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu Nghiên cứu điều chế bột titan đioxit kích thước nano biến tính nitơ có hoạt tính quang xúc tác cao từ chất đầu TiCl4 2.1.2 Các nội dung nghiên cứu Để thực mục đích trên, cần triển khai nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ TiCl4 đến khả quang xúc tác, kích thước tính chất bột N-TiO2 kích thước nano điều chế cách thủy phân TiCl4 dung dịch nước với có mặt hydrzine hydroxylammine - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ hydrazine hydroxylammine đến khả quang xúc tác, kích thước tính chất bột N-TiO2 kích thước nano điều chế cách thủy phân TiCl4 dung dịch nước với có mặt hydrazine hydroxylammine - Xác định điều kiện thích hợp (nhiệt độ nung, thời gian nung, nhiệt độ thủy phân, thời gian thủy phân, thời gian lưu mẫu trước li tâm, điều kiện rửa ) cho trình điều chế bột titan đioxit biến tính N có hoạt tính quang xúc tác cao theo phương pháp thủy phân TiCl4 dung dịch nước với có mặt hydrazine hydroxylammine 2.2 Hóa chất thiết bị 2.2.1 Hóa chất + TiCl4 99% (Trung Quốc) loại P + Etanol tuyệt đối (Trung Quốc) loại P + Xanh metylen (C16H18ClN3S.3H2O) (Trung Quốc) loại P + Hydrazine (Trung Quốc) loại P + Hydroxylammine (Trung Quốc) loại P + Nước cất hai lần 2.2.2 Dụng cụ thiết bị + Cốc thủy tinh 100ml, 150ml, 250ml + Đũa thủy tinh + Pipet 0,5ml, 1ml, 5ml, 10ml, 25ml + Buret 25 ml + Nhiệt kế + Bình tia nước cất + Ống li tâm V=50ml + Chén nung + Máy khuấy từ gia nhiệt Bibby Sterilin HC 502 (Anh) + Máy ly tâm Hettich Zentrifugen D78532 Tuttlingen (Đức) + Tủ sấy chân không SheLab 1425-2 (Mỹ) + Bơm lọc hút chân không Neuberger (Đức) + Lò nung Lenton (Anh) 2.3 Phương pháp thực nghiệm điều chế bột titan đioxit kích thước nano biến tính nitơ theo phương pháp thuỷ phân từ chất đầu TiCl4 với có mặt hydrazine hydroxylammine Qúa trình điều chế TiO2 biến tính nitơ tiến hành theo hình 2.1 Pha chế dung dịch đầu (TiCl4 3M): + Làm lạnh nước cất chai TiCl4 hỗn hợp nước đá muối đến gần 0oC, tỉ lệ thể tích H2O/TiCl4 2/1 + Dùng pypet thật khô lấy lượng xác TiCl4 sau nhỏ từ từ giọt vào cốc nước lạnh khuấy trộn để hạn chế thuỷ phân thu dịch suốt Quá trình khuấy làm lạnh thực tiếp tục thu dung dịch suốt Ta thu dung dịch TiCl4 3M chất đầu trình điều chế N-TiO2 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) sử dụng để xác định thành phần pha kích thước hạt trung bình hạt sơ cấp sản phẩm điều chế 2.4.2 Phổ tán xạ tia X (EDX EDS) Sự có mặt nitơ mẫu sản phẩm TiO2 biến tính xác định theo pic đặc trưng phổ EDX 2.4.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 2.4.4 Phương pháp khảo sát khả quang xúc tác titan đioxit Thử hoạt tính quang xúc tác bột N-TiO2 kích thước nano với tiền chất cung cấp N hydrazine hydroxylammine Hiệu suất phản ứng quang xúc tác tính theo công thức: H(%)= Cd -Cc 100 Cd (2.5) Trong Cd Cc nồng độ xanh metylen trước sau phản ứng 2.4.5 Phương pháp tính hiệu suất trình điều chế CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến mẫu N-TiO2 sử dụng chất đầu cung cấp N hydrazine Vì vậy, chọn 600ºC nhiệt độ nung thích hợp cho trình điều chế 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến mẫu N-TiO2 sử dụng chất đầu cung cấp N hydroxylammine Vì vậy, chọn 600ºC nhiệt độ nung thích hợp cho trình điều chế 3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ TiCl4 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ TiCl4 đến mẫu N-TiO2 sử dụng chất đầu cung cấp N hydrazine Như vậy, nồng độ TiCl4 0,19 M sản phẩm thu có hiệu suất phân hủy quang xúc tác tốt nên chọn 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ TiCl4 đến mẫu N-TiO2 sử dụng chất đầu cung cấp N hydroxylammine Như vậy, nồng độ TiCl4 0,31 M hiệu suất phân hủy quang tốt nên chọn 3.3 Khảo sát hydroxylammine ảnh hưởng nồng độ hydrazine 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ hydrazine Như vậy, nồng độ hydrazine 7,5.10-3 M sản phẩm thu có hiệu suất quang xúc tác tốt nên chọn 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ hydroxylammine Như vậy, nồng độ hydroxylammine 0.125M sản phẩm thu có hiệu suất quang xúc tác tốt nên chọn 3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydrazine Như vậy, thời gian nung 1.5h sản phẩm thu có hiệu suất quang xúc tác tốt nên chọn 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydroxylammine Như vậy, thời gian nung 2h sản phẩm thu có hiệu suất quang xúc tác tốt nên chọn 3.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân 3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydrazine Như vậy, thời gian thủy phân 2h sản phẩm thu có hiệu suất quang xúc tác tốt nên chọn 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydroxylammine Như vậy, thời gian thủy phân 2h sản phẩm thu có hiệu suất quang xúc tác tốt nên chọn 3.6 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân 3.6.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydrazine Tại nhiệt độ 50oC 90oC hiệu suất phân hủy quang tốt nhất, nhiệt độ 50oC hiệu suất trình điều chế thấp nên chọn nhiệt độ thủy phân 90oC 3.6.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydroxylammine Tại nhiệt độ 60oC 90oC hiệu suất phân hủy quang tốt nhất, nhiệt độ 60oC hiệu suất trình điều chế thấp nên chọn nhiệt độ thủy phân 90oC 3.7 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu mẫu trước li tâm 3.7.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu mẫu trước li tâm với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydrazine Từ kết đo quang cho thấy tăng thời gian lưu mẫu trước li tâm không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phân hủy quang sản phẩm 3.7.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu mẫu trước li tâm với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydroxylammine Từ kết đo quang cho thấy tăng thời gian lưu mẫu trước li tâm không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phân hủy quang sản phẩm 3.8 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện rửa 3.8.1 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện rửa với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydrazine Vì rửa lần nước lần cồn 3.8.2 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện rửa với mẫu N-TiO2 dùng chất đầu cung cấp N hydroxylammine Vì rửa lần nước lần cồn (xen kẽ nhau) 3.9 Điều chế bột N-TiO2 kích thước nano với tiền chất cung cấp N hydrazine hydroxylammin 3.9.1 Sơ đồ điều chế Nước cất 0ºC Khuấy, trộn mạnh Làm lạnh TiCl4 nhỏ giọt Hỗn hợp chứa TiCl4 3M Hydrazin hydroxylammine Khuấy Dung dịch suốt Khuấy Thủy phân 90oC 2h Huyền phù TiO2.nH2O sau biến tính Nung 600oC 1.5h (với tiền chất hydrazine) 2h (với tiền chất hydroxylammine) TiO2 biến tính Nitơ 3.9.2 Thuyết minh quy trình: + Tiến hành pha loãng dung dịch TiCl4 3M đến nồng độ xác định, thêm vào hỗn hợp dung dịch lượng nhỏ xác định hydrazine hydroxylammine điều kiện khuấy trộn Quá trình khuấy trộn tiếp tục thu dung dịch suốt + Nâng nhiệt độ dung dịch đến 90oC để trình thủy phân xảy Quá trình thủy phân thực điều kiện khuấy trộn mạnh 2h, để lắng dung dịch 24h Sau li tâm tách pha rắn khỏi pha lỏng, rửa chất rắn thu lần nước lần cồn (xen kẽ nhau), ly tâm Sau đem sấy khô tủ sấy nhiệt độ thời gian xác định, sau đem nung lò nung 600oC 1.5h (với mẫu N-TiO2 dùng tiền chất cung cấp N hydrazine), 2h (với mẫu N-TiO2 dùng tiền chất cung cấp N hydroxylammine) để thu sản phẩm Sản phẩm mang chụp XRD để xác định thành phần pha kích thước hạt trung bình, thử quang xúc tác để xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen 3.9.3 Kết điều chế theo quy trình a Kết điều chế N-TiO2 dùng tiền chất cung cấp N hydrazine Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau a11 d=3.245 400 d=1.360 d=1.346 d=1.480 d=1.452 d=1.624 d=1.699 d=2.053 d=2.332 d=2.296 d=2.428 d=2.378 100 d=1.666 d=2.186 200 d=1.891 d=2.485 Lin (Cps) d=3.513 d=1.687 300 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Mau a11.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 1) Left Angle: 24.590 ° - Right Angle: 25.940 ° - Left Int.: 2.00 Cps - Right Int.: 2.00 Cps - Obs Max: 25.326 ° - d (Obs Max): 3.514 - Max Int.: 219 Cps - Net Height: 217 Cps - FWHM: 0.298 ° - Chord Mid.: 2) Left Angle: 26.930 ° - Right Angle: 28.250 ° - Left Int.: 2.00 Cps - Right Int.: 2.00 Cps - Obs Max: 27.449 ° - d (Obs Max): 3.247 - Max Int.: 322 Cps - Net Height: 320 Cps - FWHM: 0.226 ° - Chord Mid.: 00-004-0551 (D) - Rutile - TiO2 - Y: 96.40 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.59400 - b 4.59400 - c 2.95800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - 62.4281 - F 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 62.78 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - b Kết điều chế N-TiO2 dùng tiền chất cung cấp N hydroxylammine 70 d=3.227 Faculty of Chem istry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - M au Ndo nung M 2-600C 50 d=1.682 d=1.476 d=1.449 d=1.661 d=2.048 d=1.620 d=2.178 d=2.287 d=2.368 d=2.418 10 d=1.885 20 d=1.357 d=2.475 30 d=3.493 Lin (Cps) 40 0 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File : Ma u Nd o n un g M2 -6 00 raw - T yp e : L o cked Co up le d - S tar t: 0 0 ° - End : 70 01 ° - Ste p: 03 ° - S tep time : s - Te mp : 25 °C (Ro om ) - Ti me Sta rte d: 11 s - -Th eta : 00 ° - Th eta : 10 00 ° - C h 1) L eft A ng le : 4.7 60 ° - Rig h t A n gle : 26 29 ° - Le ft In t.: 00 Cp s - Rig ht In t.: 00 Cps - Ob s Ma x: 25 49 ° - d (O b s M ax): 3.4 91 - Ma x Int.: 14 Cp s - Ne t He igh t: 14 Cp s - FW HM : 0.2 77 ° - Cho rd Mi d.: 2) L eft A ng le : 6.9 50 ° - Rig h t A n gle : 28 33 ° - Le ft In t.: 00 Cp s - Rig ht In t.: 00 Cps - Ob s Ma x: 27 61 ° - d (O b s M ax): 3.2 27 - Ma x Int.: 48 Cp s - Ne t He igh t: 48 Cp s - FW HM : 0.2 35 ° - Cho rd Mi d.: 01 -0 89 -4 20 (C) - Rutil e, syn - TiO - Y: 5.5 % - d x b y: - W L : 40 - Te tra go n al - a 40 - b 4.5 40 - c 95 00 - al ph a 0.0 0 - b eta 90 00 - ga mm a 0.0 00 - Prim itive - P 42 /mn m ( 13 6) - - 62 01 -0 89 -4 21 (C) - An ata se , syn - TiO - Y : 0.0 % - d x by: - WL : 1.5 40 - Tetr ag on a l - a 77 00 - b 77 70 - c 9.5 01 0 - a lp 90 00 - be ta 0.0 00 - g am ma 90 00 - B o dy- cen ter ed - I41 /am d ( 14 1) - 70 KẾT LUẬN Đã khảo sát trình điều chế bột TiO2 biến tính nitơ cách thuỷ phân TiCl4 dung môi nước với có mặt hydrazine hydroxylammine Kết khảo sát cho thấy, điều kiện thích hợp cho trình biến tính là: 1.1 Điều chế bột TiO2 biến tính nitơ cách thuỷ phân TiCl4 dung môi nước với có mặt hydrazine + Nồng độ TiCl4 dung dịch thủy phân 0.19M + Nồng độ hydrazine 0.0075M + Thời gian thủy phân 2h 90oC + Nung 600oC 1.5h Hiệu suất phân hủy quang: 97.39 1.2 Điều chế bột TiO2 biến tính nitơ cách thuỷ phân TiCl4 dung môi nước với có mặt hydroxylammine + Nồng độ TiCl4 dung dịch thủy phân 0.31M + Nồng độ hydroxylammine 0.125M + Thời gian thủy phân 2h 900C + Nung 600oC 2h Hiệu suất phân hủy quang: 97.73 Với điều kiện biến tính trên, nitơ có mặt thành phần cấu trúc bột TiO2, hoạt tính quang xúc tác sản phẩm dịch chuyển vùng ánh sáng nhìn thấy có hiệu suất phân huỷ xanh metylen cao Bột TiO2 biến tính nitơ cách thuỷ phân TiCl4 dung môi nước với có mặt hydrazine hydroxylammine, có hiệu suất phân huỷ xanh metylen (lớn 95%) cao hẳn so với mẫu sản phẩm không biến tính (lớn 80%) Phương pháp điều chế có ưu điểm điều kiện tổng hợp đơn giản, dễ tiến hành, cho hiệu suất cao từ chất đầu có giá thành rẻ [...]... nung thích hợp cho quá trình điều chế 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 đến mẫu N-TiO2 khi sử dụng chất đầu cung cấp N là hydrazine Như vậy, tại nồng độ TiCl4 là 0,19 M thì sản phẩm thu được có hiệu suất phân hủy quang xúc tác tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TiCl4 đến mẫu N-TiO2 khi sử dụng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine... hưởng của điều kiện rửa 3.8.1 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện rửa với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine Vì thế chúng tôi rửa bằng 2 lần nước và 2 lần cồn 3.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện rửa với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine Vì thế chúng tôi rửa bằng 2 lần nước và 2 lần cồn (xen kẽ nhau) 3.9 Điều chế bột N-TiO2 kích thước nano với tiền chất cung... hiệu suất quang xúc tác tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân 3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine Như vậy, tại thời gian thủy phân là 2h thì sản phẩm thu được có hiệu suất quang xúc tác tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung... được có hiệu suất quang xúc tác tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine Như vậy, tại thời gian nung là 1.5h thì sản phẩm thu được có hiệu suất quang xúc tác tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung cấp N... suất quang xúc tác tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.6 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân 3.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydrazine Tại nhiệt độ 50oC và 90oC thì hiệu suất phân hủy quang là tốt nhất, nhưng tại nhiệt độ 50oC hiệu suất quá trình điều chế thấp hơn nên chúng tôi chọn nhiệt độ thủy phân là 90oC 3.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của. .. 1) - 70 KẾT LUẬN 1 Đã khảo sát quá trình điều chế bột TiO2 được biến tính bởi nitơ bằng cách thuỷ phân TiCl4 trong dung môi nước với sự có mặt của hydrazine hoặc hydroxylammine Kết quả khảo sát cho thấy, điều kiện thích hợp cho quá trình biến tính là: 1.1 Điều chế bột TiO2 được biến tính bởi nitơ bằng cách thuỷ phân TiCl4 trong dung môi nước với sự có mặt của hydrazine + Nồng độ TiCl4 trong dung dịch... đo quang cho thấy khi tăng thời gian lưu mẫu trước li tâm không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm 3.7.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu mẫu trước li tâm với mẫu N-TiO2 khi dùng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine Từ kết quả đo quang cho thấy khi tăng thời gian lưu mẫu trước li tâm không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phân hủy quang của sản phẩm 3.8 Khảo sát ảnh hưởng của. .. hydroxylammine Như vậy, tại nồng độ TiCl4 là 0,31 M thì hiệu suất phân hủy quang là tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.3 Khảo sát hydroxylammine ảnh hưởng của nồng độ hydrazine và 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hydrazine Như vậy, tại nồng độ hydrazine là 7,5.10-3 M thì sản phẩm thu được có hiệu suất quang xúc tác tốt nhất nên chúng tôi chọn 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hydroxylammine Như vậy,...CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến mẫu N-TiO2 khi sử dụng chất đầu cung cấp N là hydrazine Vì vậy, chúng tôi chọn 600ºC là nhiệt độ nung thích hợp cho quá trình điều chế 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến mẫu N-TiO2 khi sử dụng chất đầu cung cấp N là hydroxylammine Vì vậy, chúng... TiO2, hoạt tính quang xúc tác của sản phẩm dịch chuyển về vùng ánh sáng nhìn thấy và có hiệu suất phân huỷ xanh metylen cao Bột TiO2 được biến tính bởi nitơ bằng cách thuỷ phân TiCl4 trong dung môi nước với sự có mặt của hydrazine và hydroxylammine, có hiệu suất phân huỷ xanh metylen (lớn hơn 95%) cao hơn hẳn so với mẫu sản phẩm không biến tính (lớn hơn 80%) 3 Phương pháp điều chế có ưu điểm là điều