(Tiểu luận) đồ án môn học i đề tài ứng dụng quang xúc tác của vật liệu tio2

 

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  
VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT 
-------- --------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC I 
ĐỀ TÀI 

ỨNG DỤNG QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU TiO2 
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Lương Hữu Bắc  
 Nhóm sinh viên thực hiện:
1. Đặng Thị Thơm
2. Đào Thị Trang
3. Nguyễn Văn Tâm 
4. Phạm Quốc Việt

 MSSV: 20196456
 MSSV : 20196464
 MSSV: 20196443
 MSSV: 20196477

Hà Nội, năm 2021 
1

h


 

MỤC LỤC 

MỤC LỤC .................................................................................................................. 2
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 3
I.

Khái niệm quang xúc tác ...................................................................................... 4

Giới thiệu về vật liệu quang xúc tác TiO 2 ............................................................ 4
1. Một số tính chất vật lí và hóa học .................................................................. 4
2. Đặc tính quang xúc tác của TiO 2 ................................................................... 5
III. Cơ chế hoạt động của quang xúc tác.................................................................. 6
IV. Ứng dụng của quang xúc tác TiO 2 ..................................................................... 7
1. Vật liệu tự làm sạch  ......................................................................................... 7
2. Xử lí ô nhiễm nguồn nước ............................................................................... 9
3. Xử lí ô nhiễm không khí .............................................................................. 10
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 15
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 16
II.

2

h


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

MỞ  ĐẦU 
Trong một vài thậ p k ỷ g ần

đây, cùng vớ i s ự phát triển nhanh chóng của đất nướ c,
các nghành cơng nghiệ p, nơng nghiệ p, các làng nghề ... ở  Việt Nam đã có những tiến
 bộ khơng ngừng cả về số  lượng cũng như chủng loại các sản phẩm và chất lượ ng
cũng ngày càng đượ c cải thiện. Bên cạnh những tác động tích cực do sự phát triển
mang lại thì cũng phải k ể  đến những tác động tiêu cực. Một trong những mặt tiêu
cực đó là các loại chất thải do các nghành công nghiệ p thải ra ngày càng nhiều làm
ảnh hưởng đến môi trườ ng s ống và sức khoẻ của người dân. Môi trườ ng sống của
người dân đang bị  đe dọa b ở i các chất th ải cơng nghiệ p. Chính vì v ậy, m ột v ấn đề 
đặt là cần tìm ra những cơng nghệ hữu hiệu, có thể xử lý triệt để các chất ơ nhiễm có
trong mơi trườ ng.
Hiện nay trên th ế giớ i có nhiều phương pháp xử lý ơ nhiễm như phương pháp
hấ p phụ, phương pháp sinh họ c, phương pháp oxi hóa - khử, phương pháp quang xúc

tác... Trong các phương pháp trên, phương pháp quang xúc tác có nhiêu ưu điể m nổi
tr ội như hiệu quả xử lý cao, khả năng chuyển đổi hoàn toàn các hợ 
 p chất hữu cơ độc
hai thành các hợ 
 p chất vơ cơ ít độc hại và đượ c quan tâm ứng d ụng r ộng rãi trong xử 
lí mơi trườ ng.
Trong q trình nghiên cứu và ứng d ụng phương pháp quang xúc tác trong xử 
lí ơ nhiễm mơi trườ ng, TiO2 với vai trị như mộ t chất xúc tác quang hóa tiêu biểu đã

đượ c nhiều quốc gia phát triển vì TiO2 có giá thành r ẻ, an tồn với mơi trườ ng, khơng
 bị hao hụt trong q trình sử d ụng. Vì vậy hiện nay, vật liệu TiO2 đang đượ c nghiên
cứu và sử d ụng nhiều, nhất là trong lĩnh vực xử lí mơi trng nướ c và khí vớ i vai trị
xúc tác trong phản ứng quang hóa. Khơng chỉ d ừng lại ở  vai trị xúc tác, TiO2 cịn có
nhiều ứng d ụng quan tr ọng trong các lĩnh vực vật liệu, điện tử, năng lượ ng, mỹ phẩm,
y học… 
Cụ th ể TiO2 có những tính chất gì? Những ứng d ụng

ưu việt như thế nào? Để 
tr ả l ờ i câu hỏi này, chúng em đã tìm hiểu v ề  đề  tài “Tìm hiểu ứng d ụng quang xúc
tác vớ i vật liệu TiO2”. 

3

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

I. Khái niệm quang xúc tác
Chất xúc tác là chất có tác d ụng làm giảm năng lượ ng hoạt hóa của phản ứng hố
học và khơng bị mất sau khi phản ứng. Nếu q trình xúc tác đượ c kích thích bằng

ánh sáng thì đượ c gọi là quang xúc tác. Chất có tính năng kích hoạt các phản ứng
hố học khi đượ c chiếu sáng gọi là chất quang xúc tác. Nhiều hợ 
 p chất bán d ẫn như
TiO2, ZnO, CdS, … có tính năng quang xúc tác, nhưng vật liệu nano TiO2 là một vật
liệu quang xúc tác tiêu biểu.
Ví d ụ: Phản ứng oxy hóa các hợ 
 p chất hữu cơ dướ i tác d ụng cúa ánh sáng thơng
qua TiO2.

Hình 1. Cơ chế quang xúc tác  

II. Giới thiệu về vật liệu quang xúc tác TiO 2 

1. Một số tính chất vật lí và hóa học  

TiO2 là vật liệu bán dẫn loại n có vùng cấm rộng (3.0 - 3,2 eV).  
TiO2 tồn tại ở dạng bột, thường có màu trắng ở dạng điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt
độ phòng, áp suất khí quyển). 

4

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

Khối lượ ng phân tử là 79,87 g/mol, tr ọng lượ ng riêng từ 4,13 –  4,25 g/cm3, nóng
chảy ở  nhiệt độ cao 1780˚C, khơng tan trong nước và các axit như axit sunfuric và

clohydric… ngay cả khi đun nóng. 
Tinh thể TiO2 có ba d ạng thù hình chính là anatase, rutile và brookite. Vì brookite
khá là khơng bền nên trong tự nhiên d ạng tinh thể anatas và rutile thườ ng phổ biến
hơn, đượ c s ử d ụng trong hầu h ết các ứng d ụng của titan oxit. Cả  hai đều là chất
 bán d ẫn có vùng cấm r ộng, đều có cấu trúc kiểu bát diện bao gồm một nguyên tử 
titan ở  chính giữa cùng vớ i sáu ngun tử oxy xung quanh.

 Hình 2. Hình ảnh 2 d ạng thù hình chính c ủa TiO2 lần lượ t t ừ  trái sang là Anatase và Rutile
 Nguồn: Internet

2. Đặc tính quang xúc tác của TiO 2 

TiO2 chỉ thể hiện khả năng xúc tác quang khi kích thướ c hạt dướ i 100nm. 

Khi được chiếu sáng TiO 2  trở thành chất oxy hóa khử mạnh . Điều này tạo cho vật
liệu nhiều ứng d ụng phong phú, đa dạng và quý giá.
 Nano TiO2 có thể phân hủy được các chất độc hại bền vững như: đioxin, thuốc
trừ sâu, benzen... cũng như một số virut, vi khuẩn gây bệnh với hiệu suất cao .
5

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

Dưới tác dụng của ánh sáng , TiO2 kỵ nước hay ái nước tùy thuộc vào công nghệ
chế tạo. Khả năng này được ứng dụng để tạo ra các bề mặt từ tẩy rửa mà khơng
cần hóa chất và tác động cơ học.  
 Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế phân huỷ, tác động vào vi sinh vật như phân
huỷ m ột hợ 
 p ch ất h ữu cơ. Vì vậy, nó tránh đượ c hiện tượng “nhờ n thuốc” và là
một công cụ hữu hiệu chống lại sự biến đổi gen của vi sinh vật gây bệnh. Bản thân
TiO2  khơng độc hại và có thể tái sử dụng nhiều lần vì tính chất của chất xúc tác.
Các sản phẩm của sự phân hủy cũng là những chất sạch, an tồn với mơi trường.  
 Những đặc tính này tạo cho nano TiO2 những lợ i thế vượ t tr ội về hiệu quả kinh tế 
và k ỹ thuật trong việc làm sạch mơi trường nướ c và khơng khí khỏi các tác nhân
ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và sinh học.
III. Cơ chế hoạt động của quang xúc tác
Do cấu trúc điện tử được đặc trưng bởi vùng hoá trị (VB) và vùng dẫn (CB), các

chất bán dẫn như TiO2 có thể hoạt động như những chất xúc tác cho các q trình
oxy hố khử do ánh sáng và sự hình thành gốc tự do OH * là vấn đề mấu chốt của
 phản ứng quang xúc tác trên TiO2.
TiO2 có cấu trúc anatase có độ rộng vùng cấm là 3,2eV. Do đó dưới tác dụng của
 photon có năng lượng từ 3,2eV trở lên sẽ xảy ra quá trình phản ứng như sau: 
TiO2 + hv → e-CB + h+VB 

Khi xuất hiện các lỗ trống mang điện tích dương (h+VB) trong mơi trường là nước,
thì xảy ra các phản ứng tạo gốc OH*.
h+VB + H 2O → OH* + H + 

Mặt khác, khi xuất hiện electron trên vùng dẫn (e-CB) nếu có mặt O2 trong mơi
trường nước thì cũng sẽ xảy ra phản ứng tạo gốc OH * theo quá trình sau:
e-CB + O2 → O2 –  
2O2 - + 2H 2O → H 2O2 + 2HO- + O2 
 H 2O2 + e-CB → OH* + HO- 

6

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

 Hình 3. Hình ảnh: Cơ chế quang xúc tác của TiO2 

 Nguồn: Internet  
IV. Ứng dụng của quang xúc tác  TiO2 
1. Vật liệu tự làm sạch  

Vật liệu TiO2 được sử dụng trong sản xuất vật liệu tự làm sạch như sơn, gạch men,
kính tự làm sạch…Sơn tự làm sạch hay còn gọi là sơn quang xúc tác. Về bản chất
chúng được tạo ra từ những hạt TiO2 có kích thước nano phân tán trong huyền phù
hoặc nhũ tương với dung môi là nước.   Tương tự, TiO2 c ó thể được phối trộn vào
lớp men phủ trên bề mặt gạch men hoặc được tráng phủ thành lớp mỏng trên bề mặt
gạch men, tấm kính,…  
Hiện nay, trong một số phịng vơ trùng, phịng mổ bệnh viện  trên thế giới sử dụng
những vật liệu có TiO 2 và một đèn chiếu tia tử ngoại để diệt vi khuẩn, vi rút, hạn
chế việc lây nhiễm bệnh tật đồng thời giảm đáng kể lượng thuốc sát trùng và những
chất tẩy rửa độc hạ i.
 Ngồi ra các cửa kính với một lớp TiO2 siêu mỏng, chỉ dày cỡ micro, vẫn cho phép
ánh sáng thường đi qua nhưng lại hấp thụ tia tử ngoại để kích thích phản ứng quang
hóa phân hủy các hạt bụi nhỏ, các vết dầu mỡ do các phương tiện giao thông thải
ra. Các vết bẩn này cũng dễ dàng bị loại bỏ chỉ nhờ nước mưa, khi nước rơi trên
7

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

mặt kính tạo ra hiệu ứng thấm nước.   Nước trải đều ra bề mặt thay vì thành giọt,
cuốn theo chất bẩn đi xuống .

 Hình 4. Hình ảnh: Tịa chung cư tại NewYork có cửa kính phủ TiO2 

 Nguồn: theculturetrip.com 

 Hình 5. Hình ảnh bụi bẩ n và vết nước bám trên kính thơng thường sau mưa 

8

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

 Hình 6. a) quá trình quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ ; b) q trình quang hóa ưa nước giúp

nước dàn đều cuốn đi bụi bẩn 
 Nguồn: Internet  
2. Xử lí ơ nhiễm nguồn nướ c

 Nước đang ngày càng bị  ô nhiễm bở i nhiều tác nhân như nướ c thải công nghiệ p từ 
các nhà máy d ệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm, … đó là các chấ t màu, thuốc nhuộm
hoạt tính, các ion kim lo ại nặng, các chất hữu cơ, từ hóa chất bảo vệ thực vật của
ngành nông nghiệp như thuốc tr ừ sâu, thuốc diệt cỏ… Hầu hết chúng đều là những
chất r ất khó phân hủy theo thờ i gian và không gian, ảnh hưở ng tr ực tiếp đến sức khỏe
con ngườ i và các sinh vật sống khác.
 Người ta đã nghiên cứu ra phương pháp quang xúc tác để  xử lí nướ c bị ơ nhiễm. Các

gốc tự do OH*, O2*-, ... đóng vai trị quan trọng trong cơ chế  phân huỷ hợ 
 p chất hữu
cơ. Trong đó gốc tự do OH* là một tác nhân oxi hố r ất mạnh, khơng chọn lọc và có
khả năng oxi hố nhanh chóng hầ u hết các chất hữu cơ cho sản phẩm phân hủy cuối
cùng là CO2 và H2O.

Ưu điểm: Có thể xử lí nhiều chất độc hại trong nướ c cùng lúc
 Nhược điểm:

9

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

Khi tr ộn nano TiO2  vào

nướ c thành dung d ịch tr ắng đục, ánh sáng từ  đèn cực tím
khơng thể xun qua d ẫn đến chỉ có nano TiO2 trên bề m ặt phát huy tác d ụng, làm
giảm hiệu quả.
Khi sử d ụng TiO2 để xử lý mơi trường nước, q trình oxi hóa thườ ng tạo huyền
 phù trong dung d ịch nướ c nên khó tách loại ra khỏi mơi trường nướ c sau khi xử lý.

 Hình 7. N ướ c thải t ừ một công ty nhuộm xả ra môi trườ ng 

 Nguồn: Internet

3. Xử  lí ơ nhiễm khơng khí
 Ngày nay, vớ i sự phát triển mạnh mẽ và thiếu kiểm sốt về mặt xử lý chất thải ơ
nhiễm của nhiều ngành kinh tế đã tạo ra sự ô nhiễm môi trườ ng nghiêm tr ọng. Nhiều
ngành công nghiệp đã thải vào môi trườ ng các chất độc hại huỷ hoại môi sinh, gây
ra bệnh hiểm

nghèo cho con ngườ i. Một giải pháp có thể h ạn chế  đượ c v ấn đề này
nếu ứng d ụng công nghệ nano để chế tạo vật liệu nano TiO2 vớ i hiệu ứng quang xúc
tác để xử lý ô nhiễm mơi trườ ng.
 Nano TiO2 vớ i hoạt tính quang xúc tác nên gần

đây đã đượ c t ậ p trung nghiên cứu
như một trong những giải pháp có triển vọng nhất để xử lý các chất thải độc hại phân
tán trong môi trường. Đặc biệt là diệt vi khuẩn, nấm mốc trong phòng bệnh, nhà ở ,
10

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

khử  mùi

hơi trong văn phịng, phân hủ y các khí NOx, SOx, VOCs,.... trong mơi
trườ ng khơng khí để tạo ra các khí khơng độc hại như CO2, H2O.

 Hình 8. Hình ảnh q trình x ử  lí khơng khí ơ nhiễ m vớ i hiệu ứ ng quang xúc tác của nano TiO2 
 Nguồn: Internet  

Trên thế giới, người ta đã sả n xuất ra nhiều máy lọc khơng khí có sử d ụng nano
TiO2.

 Hình 9. Hình ảnh sơ đồ hoạt động của hệ thố ng xử  lý khí quang xúc tác
 Nguồn:Internet  

11

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

 Hình 10. Hình ảnh máy lọc khơng khí ơ tơ có s ử  d ụng bộ lọc xúc tác TiO2 

 Nguồn: Internet
4. Tách H2 từ nước 
Tìm m ột loại

năng lượ ng m ớ i thay thế  năng lượ ng hóa th ạch hiện đang là một
nhiệm vụ s ống cịn c ủa nhân loại. Hydro đượ c hi vọng l à một năng lượ ng tiềm
năng trong nhiều năm tớ i. B ằng phương pháp quang điện h óa phân r ã  nướ c c ó 
thể nhận đượ c hydro từ nước, năng lượ ng mặt tr ời  và chất xúc tác quang.

 Hình 11. Hình ảnh: Quá trình t ạo ra H 2 bằ ng phản ứ ng quang xúc tác  
 Nguồn: Internet

12

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

Quá tr ình này hoạt động như sau: 

+ Khi đượ c chiếu nhân tố ánh sáng thích hợ  p tại điện cực anod xảy ra quá 
tr ình:
−
+
  + 2hv → 2  + 2ℎ  
+ Các lỗ tr ống quang sinh di chuyển đến bề mặt tiế p xúc giữa anod và 
chất điện ly, còn điện tử quang sinh di chuyển về điện cực catod.
+ Tại điện cực anod:
   2ℎ

+

 → 2+ 

1



  

+ Các ion H+ di chuyển về Catod và bị khử bở i các điện tử:
2+  2 − →   
Hiện nay việc sản xuất thương mại hydro bằng q tr ình quang điện hóa
có hiệu suất thấ p do các nguyên nhân: sự tái hợ 
 p của lỗ tr ống và điện tử,
quá tr ình xảy ra trong vùng UV, phản ứng tái hợ 
 p H2 và O2. Nếu giái
quyết đượ c các khó khăn này thì năng lượ ng hydro là triển vọng của k ỷ 

ngun năng lượ ng sạch.

 Hình 12. Hình ảnh một số mẫu ơ tô sử dụng pin nhiên liệu hydro: a) Xe bus Mercedes Benz
(2005), b) Xe Honda FCX (2006), c: Xe Toyota FCV (2015), d: Xe Huyndai Tuson
 Internet  

13

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99

 Nguồn:


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

 Những ưu điểm và hạn chế của nano TiO2 trong vai trò làm chất xúc tác quang cho
các ứng d ụng xử lý mơi trườ ng, TiO2 có các ưu điểm sau:
- TiO2 khống hóa hồn tồn chất hữu cơ độc hại thành chất vơ cơ không độ c hại là
CO2, H2O và các muối.
- Sử d ụng ở  điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thườ ng, khơng sinh ra chất độc hại. Cách
sử d ụng đa dạng, thích hợ 
 p cả nơi có nồng độ  chất ơ nhiễm cao như tại nguồn thải,
hoặc nơi có nồng độ ơ nhiễm thấp hơn như khơng khí mơi trườ ng xung quanh hoặc
trong nhà.
- Nguồn ngun liệu d ồi dào, giá thành r ẻ, ch ế ph ẩm phong phú. Tuy nhiên, do có
d ải cấm r ộng nên TiO2 gần như chỉ hấ p thụ bức xạ trong vùng tử ngoại. Đây là một
hạn chế lớn vì khơng quá 5% năng lượ ng bức xạ mặt tr ời  chiếu xuống bề mặt trái đất
thuộc vùng tử ngoại. Các cặp điện tử - lỗ tr ống sinh ra khi TiO2 đượ c chiếu sáng có

khuynh hướ ng d ễ tái hợ  p tr ở  lại, d ẫn đến hiệu suất lượ ng tử thấ p.
Mặt khác, sự khơng có mặt các lỗ xố p của TiO2 cho phép sự chiếu sáng lên các hạt

là đồng đều, song chính điều này lại làm cho khả năng thu hút các chất ơ nhiễm của
TiO2 kém.
 Ngồi ra, sự hoạt động mạnh của quang xúc tác TiO2 d ẫn tớ i sự phá hủy các vật liệu
khi chúng tiế p xúc vớ i TiO2.
Mong muốn tạo đượ c các chất xúc tác vừa hoạt động trong vùng ánh sáng khả kiến,
vừa có khả năng hấ p phụ cao, đồng thờ i khơng phá hủy các vật liệu khác đã trở  thành
xu thế mớ i. Vì vậy, ngày nay các vật liệu xúc tác quang trên cơ sở  nano TiO2 hầu hết

đều dùng dướ i d ạng pha tạ p.

14

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

 

KẾT LUẬN
Đồ án cho thấy cái nhìn tổng quát về vật liệu nano TiO2, những hiểu biết cơ bản
và những ứng d ụng thực tế của nano TiO2. Hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu nano
TiO2  đượ c coi là  cơ sở   khoa học đầy triển vọng cho các giải phá p k ỹ thu ật x ử l ý ơ
nhiễm. Trong l ĩ nh vực cơng nghệ nano thật khó để tìm thấy một vật liệu nào có nhiều
ứng d ụng q giá, thậm chí khơng thể thay thế như nano TiO2.
Việc ứng d ụng nano TiO2  vào thực tế  gặ p nhiều khó  khăn

đó  chính là  năng
lượ ng v ùng c ấm r ộng, việc thu hồi l ại sau khi sử d ụng và việc các cặp điện t ử - lỗ 
tr ống sinh ra khi TiO2 đượ c chiếu sáng có khuynh hướ ng d ễ tái hợ 
 p tr ở  lại, d ẫn đến
hiệu suất lượ ng t ử thấ p. C ác giải pháp đã  được đưa ra như biến tính TiO2 v ớ i m ột
nguyên tố kim loại (Fe, Cr, Ni, Ag,..) và phi kim (N, S, C,...) có thể l àm giảm năng
lượ ng v ùng cấm từ  đó mở   r ộng v ùng quang xúc tác sang vùng ánh s áng khả ki ến.
Việc thu hồi TiO2 ta có thể bọc lớ 
 p TiO2 bên ngồi nhân là một chất từ tính, phân tán
hạt TiO2 trong nước dướ i d ạng huyền phù, như vậy bề mặt tiế p xúc lớ n mà ta d ễ 
d àng thu hồi lại bằng từ trườ ng.
 Những ứng d ụng từ ý tưởng đượ c ứng d ụng vào cuộc sống đang đượ c tiế p tục
nghiên cứu để  đưa

vào th ực tiễn, có những ý tưởng đã làm đượ c và nh ững ý tưở ng
chưa thể thực hiện. Tuy nhiên đây đều là những ý tưở ng r ất khả thi và nếu thành cơng
nó sẽ hứa hn mang lại r ất nhiều lợ i ích cho cuộc sống của chúng ta.

15

h
37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99


37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66

37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99