Khảo sát biến tính tio2 rutil tổng hợp, cấu trúc, hình thái và hoạt tính xúc tác

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




ĐẶNG THANH PHONG



KHẢO SÁT BIẾN TÍNH TiO
2
-rutil
TỔNG HỢP, CẤU TRÚC, HÌNH THÁI
VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC


CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ
MÃ SỐ: 60 44 25




LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC




NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. Tiến sĩ Huỳnh Thị Kiều Xuân

2. Thạc sĩ Nguyễn Hữu Khánh Hưng





THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2011






Lời cảm ơn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn
Thầy Nguyễn Hữu Khánh Hưng
Cô Huỳnh Thị Kiều Xuân
đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi rất nhiều để
thực hiện đề tài này.
Cảm ơn gia đình đã động viên tôi, tạo mọi điều
kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài.
Chúng tôi cũng xin cảm ơn quý Thầy Cô và các
bạn Sinh viên, Cao học viên bộ môn Hóa Vô Cơ đã tạo
điều kiện thuận lợi và giúp đỡ chúng tôi trong thời gian
thực hiện đề tài.

1

MỞ ĐẦU

Ngày nay, môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi các chất
thải từ sinh hoạt, từ công nghiệp và nông nghiệp, nên nhu cầu về xử lý các chất thải
độc hại trong môi trường là vấn đề luôn được các nhà khoa học quan tâm. Nhiều
nghiên cứu để phải phát triển các chất xử lý thành phần độc hại trong chất thải được
thực hiện trong những năm gần đây. Một trong các chất xử lý được quan tâm là
TiO
2
, là chất xúc tác quang hóa có hoạt tính mạnh dưới tác dụng của ánh sáng tử
ngoại. TiO
2
được ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực làm sạch nước và không khí.
Tuy nhiên, hoạt tính quang xúc tác của TiO
2
thông dụng lại không đáng kể
trong vùng ánh sáng khả kiến. Vì vậy, nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu xúc tác
quang hóa TiO
2
đã được nghiên cứu để làm tăng hoạt tính của TiO
2
như phương
pháp sol-gel, phương pháp oxy hóa từ pha khí,… Một hướng nghiên cứu được tập
trung nhiều đó là việc doping các ion kim loại và phi kim vào TiO

2
để tăng hoạt tính
quang xúc tác và chuyển vùng hoạt động của TiO
2
về vùng ánh sáng khả kiến
Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành biến tính TiO
2
ở dạng rutil với các nhóm
halogenur và hydroxid của kim loại kiềm bằng phương pháp sốc nhiệt nhằm tạo ra
chất có hoạt tính xúc tác cao và hoạt động mạnh trong vùng ánh sáng khả biến.

i






MỤC LỤC


MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU iii

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 2

1.1

Tổng quan về TiO
2
2

1.1.1

Cấu trúc và các pha của TiO
2
2

1.1.2

Tính chất vật lý 4

1.1.3

Tính chất hóa học 4

1.1.4

Tính chất xúc tác quang hóa của TiO
2
6

1.1.5

Các yếu tố ảnh hưởng đến động học quang xúc tác của TiO

2
8

1.1.6 Một số ứng dụng của TiO
2
14

1.2

Một số phương pháp làm tăng hoạt tính xúc tác quang hóa của TiO
2
17

1.2.1

Tổng quát 17

1.2.2 Biến tính TiO
2
bằng các kim loại chuyển tiếp 18

1.2.3

Tạo màng mỏng TiO
2
trên các tấm vật liệu 18

1.2.4

TiO

2
với chất mang 18

1.3

Các nghiên cứu biến tính TiO
2
đã công bố 19

1.3.1 Biến tính TiO
2
bằng tác nhân Cl
2
19

1.3.2

Biến tính TiO
2
-ruti bằng tác nhân HF 22

1.3.3

Biến tính TiO
2
bằng tác nhân KOH 35

1.4

Sơ lược về metylen xanh (MB) 49

1.5

Giới thiệu về Degussa P25 TiO
2
50

Chương 2 THỰC NGHIỆM 52

2.1

Mục tiêu nghiên cứu 52

2.2

Nội dung nghiên cứu 52

ii


2.3

Dụng cụ – Thiết bị – Hóa chất 53

2.4

Phương pháp tạo mẫu 54

2.4.1

Quy trình biến tính TiO
2
–rutil 54

2.4.2

Khảo sát các yếu tố biến tính 55

2.5

Phương pháp khảo sát hoạt tính 57

2.5.1

Chuẩn bị các dung dịch 57

2.5.2

Dựng đường chuẩn của metylen xanh 57

2.5.3 Khảo sát khả năng hấp phụ của xúc tác 63

2.5.4

Khảo sát khả năng giải hấp của EDTA 64

2.5.5

Khảo sát hoạt tính của xúc tác 64

2.6

Phương pháp phân tích 65

2.6.1

Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 65

2.6.2 Phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 65

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 66

3.1

Khảo sát cấu trúc và hình thái sản phẩm 66

3.1.1

Khảo sát cấu trúc tinh thể 66

3.1.2

Khảo sát hình thái tinh thể 73

3.2

Khảo sát khả năng hấp phụ MB trên xúc tác 77

3.2.1

Ảnh hưởng của tỉ lệ mol của tác nhân biến tính lên
khả năng hấp phụ của các mẫu xúc tác 77

3.2.2

Ảnh hưởng của thời gian nung lên
khả năng hấp phụ của các mẫu xúc tác 79

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung lên
khả năng hấp phụ của mẫu xúc tác 81

3.3

Khảo sát hoạt tính xúc tác của các mẫu bằng MB 83

3.3.1

Khả năng phân hủy MB bằng bức xạ VIS và UV khi không có xúc tác. 83

3.3.2 Khả năng giải hấp của EDTA 85

3.3.3

Khả năng giải hấp MB ra khỏi các mẫu xúc tác bằng EDTA 86

3.3.4

Khảo sát hoạt tính xúc tác quang hóa của các mẫu biến tính bằng MB 87
3.3.5

So sánh hoạt tính quang xúc tác của các mẫu 99
Chương 4 KẾT LUẬN 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Tiếng Việt 104

Tiếng Anh 104

PHỤ LỤC 107

iii





DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

CHƯƠNG I
Bảng 1.1

Một số tính chất cơ lý của TiO
2
5

Bảng 1.2

Diện tích bề mặt, thể tích lỗ xốp, kích thước lỗ xốp của các mẫu 37

Bảng 1.3

Tính chất của Degussa P25 TiO
2
51

CHƯƠNG II
Bảng 2.1 Danh sách dụng cụ sử dụng 53
Bảng 2.2 Danh sách thiết bị sử dụng 53
Bảng 2.3 Danh sách hóa chất sử dụng 53
Bảng 2.4 Bảng kí hiệu của A – tác nhân biến tính 54
Bảng 2.5 Bảng kí hiệu mẫu xúc tác 55
Bảng 2.6 Các dung dịch MB dùng để dựng đường chuẩn 58
Bảng 2.7 Giá trị độ hấp thu quang A của đường chuẩn A1 – đường chuẩn
không có dung dịch giải hấp lần 1 58
Bảng 2.8 Giá trị độ hấp thu quang A của đường chuẩn A2 – đường chuẩn
không có dung dịch giải hấp lần 2 59
Bảng 2.9 Các dung dịch MB dùng để dựng đường chuẩn 60
Bảng 2.10 Giá trị độ hấp thu quang A của đường chuẩn B1 – đường chuẩn
có dung dịch giải hấp lần 1 61
Bảng 2.11 Giá trị độ hấp thu quang A của đường chuẩn B2 – đường chuẩn
có dung dịch giải hấp lần 2 62
CHƯƠNG III
Bảng 3.1 Bảng giá trị d, I của các mẫu TO, TO-5-950 và tham chiếu 71
iv


Bảng 3.2

Bảng giá trị d, I của các mẫu ClTO-2,0-5-950, FTO-3,0-5-950

và tham chiếu 72

Bảng 3.3

Dung lượng hấp phụ MB của các mẫu xúc tác trong 180 phút
theo tỉ lệ mol của tác nhân biến tính trên TiO
2
78

Bảng 3.4

Dung lượng hấp phụ MB của các mẫu xúc tác trong 180 phút
theo thời gian nung 80

Bảng 3.5 Dung lượng hấp phụ MB của các mẫu xúc tác trong 180 phút
theo nhiệt độ nung 82

Bảng 3.6

Hiệu suất chuyển hóa MB sau 3 giờ khi không có xúc tác 84

Bảng 3.7

Hiệu suất chuyển hóa MB sau 3 giờ khi không có xúc tác 84

Bảng 3.8

Hiệu suất giải hấp bằng EDTA ở các tỉ lệ thể tích khác nhau 85

Bảng 3.9

Hiệu suất giải hấp MB của EDTA trên các mẫu xúc tác 86

Bảng 3.10

Độ chuyển hóa MB theo tỉ lệ mol tác nhân biến tính dưới bức xạ VIS 90

Bảng 3.11

Độ chuyển hóa MB theo tỉ lệ mol tác nhân biến tính dưới bức xạ UV . 91

Bảng 3.12

Giá trị độ chuyển hóa MB theo thời gian nung dưới bức xạ VIS 93

Bảng 3.13

Giá trị độ chuyển hóa MB theo thời gian nung dưới bức xạ UV 95

Bảng 3.14

Giá trị độ chuyển hóa MB theo nhiệt độ nung dưới bức xạ VIS 97

Bảng 3.15

Giá trị độ chuyển hóa MB theo nhiệt độ nung dưới bức xạ UV 99

Bảng 3.16

Hiệu suất chuyển hóa MB sau 180 phút của các mẫu so sánh 100

v





DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ,
HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

CHƯƠNG I
Hình 1.1 Ô mạng cơ sở của anatas (trái) và rutil (phải) 3

Hình 1.2 Sơ đồ minh họa giản đồ vùng năng lượng của TiO
2
7

Hình 1.3 Sơ đồ minh họa cơ chế xúc tác của TiO
2
7

Hình 1.4 Ứng dụng của TiO
2
15

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống ống chứa mẫu và lò nung 20

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống phản ứng 20

Hình 1.7 Giản đồ XRD của các mẫu TiO

2
khảo sát 20

Hình 1.8 Phổ XPS của mẫu Cl-TiO
2
, 300, 2h 21

Hình 1.9 Hoạt tính xúc tác của Cl-TiO2 và TiO2 vùng VIS 21

Hình 1.10 Hoạt tính xúc tác của Cl-TiO
2
và TiO
2
vùng UV 21

Hình 1.11 Giản đồ XRD của TiO2 (a) và F-TiO2 (b)

24

Hình 1.12 Độ truyền qua của TiO
2
(a) và F-TiO
2
(b) 24

Hình 1.13 Lượng H
2
thoát ra trên TiO
2
(▲) và F-TiO

2
(■) từ dung dịch
metanol/nước dưới bức xạ UV của đèn thủy ngân cao áp 400W 25

Hình 1.14 Sự phân hủy của acetaldehyd trên TiO
2
(▲) và F-TiO
2
(■) dưới bức xạ
của đèn Xe 300W 26

Hình 1.15 Độ giảm hiệu suất hấp phụ MB trên bề mặt của TiO
2
(▲) và F-TiO
2
(■)
dưới đèn UV có cường độ 0,1 mW/cm
2
26

vi


Hình 1.16 (a) Sự thay đổi của góc thấm ướt dưới bức xạ UV yếu (
20 µ
W/cm
2
)
trên TiO
2

(▲) và F-TiO
2
(■); (b) Sự thay đổi của góc thấm ướt theo
thời gian trên TiO
2
(▲) và F-TiO
2
(■) sau khi tắt bức xạ UV 28

Hình 1.17 Phổ Raman của TiO
2
-rutil (a) và F-TiO
2
(b) 29

Hình 1.18 Phổ XPS của TiO
2
(a) và F-TiO
2
(b) 30

Hình 1.19 Phổ XPS của F trong TiO
2
(a) và F-TiO
2
(b) với 40 lần quét 30

Hình 1.20 Phổ ATR-FTIR của F trong TiO
2
(đường nét đứt) và F-TiO

2

(đường nét liền), (a) 1000–2000 cm
–1
, (b) 3200–3800cm
–1
34

Hình 1.21 Giản đồ XRD của các mẫu K1, K4, TiO
2
được điều chế
theo nhiệt độ nung 38

Hình 1.22 Kích thước tinh thể của anatas và rutil
trong các mẫu TiO
2
tinh khiết và K1. 40

Hình 1.23 Phổ Raman của các mẫu K1, K4, TiO
2
được điều chế
theo nhiệt độ nung 40

Hình 1.24 Ảnh SEM của mẫu K1 nung ở 973K 41

Hình 1.25 Phổ phản xạ khuếch tán UV-VIS của các mẫu TiO
2
, K1, K4
được điều chế theo nhiệt độ nung. 41

Hình 1.26 Sự tiến triển của phổ UV-VIS theo thời gian chiếu bức xạ
đối với sự phân hủy quang xúc tác của BRL trong dung dịch nước. 44

Hình 1.27 Đồ thị của k
app
theo nhiệt độ nung của các mẫu K1, K2, K3, K4,
và mẫu TiO
2
tinh khiết. 45

Hình 1.28 Đồ thị logarit của nồng độ BRL
theo thời gian với pH ban đầu thay đổi 46

Hình 1.30 Ảnh hưởng của nồng độ đầu lên tốc độ xúc tác 47
Hình 1.31 Công thức cấu tạo của metylen xanh 50

CHƯƠNG II
Hình 2.1 Đường chuẩn không có dung dịch giải hấp lần 1 59

Hình 2.2 Đường chuẩn không có dung dịch giải hấp lần 2 60

Hình 2.3 Đường chuẩn có dung dịch giải hấp lần 1 61

vii


Hình 2.4 Đường chuẩn có dung dịch giải hấp lần 2 62

CHƯƠNG III
Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu TO 67

Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu TO-5-950 67

Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu ClTO-2,0-5-950 68

Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu FTO-3,0-5-950 68

Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NaTO-3,0-5-900 69
Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu KTO-2,0-5-900 69

Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu (a) ClTO-2,0-5-950;
(b) FTO-3,0-5-950; (c) KTO-2,0-5-900; (d) NaTO-3,0-5-900 70

Hình 3.8 Ảnh SEM của mẫu TO (trái) và mẫu TO-5-950 (phải) 74

Hình 3.9 Ảnh SEM của mẫu ClTO-2,0-5-950 (trái)
và mẫu FTO-3,0-5-950 (phải) 75

Hình 3.10 Ảnh SEM của mẫu NaTO-3,0-5-900 (trái)
và mẫu KTO-2,0-5-900 (phải) 76

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ MB của các mẫu xúc tác
theo tỉ lệ mol 79

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ MB của các mẫu xúc tác
theo thời gian nung 81

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ MB của các mẫu xúc tác
theo nhiệt độ nung 83

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa MB
theo tỉ lệ mol A/TiO
2
dưới bức xạ VIS 92

Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa MB
theo tỉ lệ mol A/TiO
2
dưới bức xạ UV 92

Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa MB
theo thời gian nung dưới bức xạ VIS 94

Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa MB
theo thời gian nung dưới bức xạ UV 94

viii


Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa MB
theo nhiệt độ nung dưới bức xạ VIS 98

Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa MB
theo nhiệt độ nung dưới bức xạ UV 98
Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa MB
sau 180 phút của các mẫu so sánh 9810



2

Chương 1
TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về TiO
2

1.1.1
Cấu trúc và các pha của TiO
2

TiO
2
có 3 dạng thù hình chính là [1, 2]:
 Rutil có mạng tinh thể tứ phương
 Anatas có mạng tinh thể tứ phương sai lệch
 Brookit có mạng tinh thể trực thoi
Anatas và rutil là hai dạng thù hình phổ biến nhất, trong đó, rutil là pha ổn
định hơn anatas. Anatas có khuynh hướng chuyển sang rutil ở nhiệt độ cao. Các
nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, tùy thuộc chủ yếu vào điều kiện tổng hợp
mà nhiệt độ chuyển pha anatas sang rutil có thể xảy ra ở khoảng nhiệt độ rất rộng,
từ 400–1000
0

C [21], hoặc từ 350–1175
0
C [28]. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự
chuyển pha như khuyết tật, các chất thêm (doping), kích thước tinh thể,…
Có nhiều ý kiến trái ngược nhau về ảnh hưởng của kích thước tinh thể tới sự
chuyển pha. Theo [10], kích thước tinh thể giảm có thể làm tăng tính ổn định của
pha anatas; trong khi đó, các ý kiến khác cho rằng kích thước tinh thể nhỏ sẽ thúc
đẩy sự chuyển pha anatas sang rutil. Tỉ lượng và áp suất của phản ứng cũng ảnh
3


hưởng đến sự chuyển pha. Gần đây, có ý kiến cho rằng với sự có mặt của một lượng
nhỏ pha brookit trong pha anatas sẽ thúc đẩy sự chuyển pha sang rutil [21].
Sự chuyển pha anatas sang rutil tỏa nhiệt với năng lượng hoạt hóa chuyển pha
là 12,6 kJ/mol kèm theo sự sắp xếp lại không đáng kể mạng tinh thể [6, 21]. Tuy
vậy, vận tốc chuyển pha lại phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian nung, phương pháp
điều chế, phân bố kích thước hạt, sự hiện diện của các tạp chất [23],… Quá trình
chuyển pha đi qua giai đoạn trung gian được đặc trưng bởi sự tạo thành hỗn hợp đa
hình gồm cả dạng anatas và rutil.


Hình 1.1 Ô mạng cơ sở của anatas (trái) và rutil (phải)
Cấu trúc của anatas và rutil được hình thành bởi những chuỗi bát diện TiO
6
. Sự
khác biệt của hai dạng tinh thể này xuất phát từ mức độ sai lệch của từng bát diện
cũng như cách sắp xếp của những chuỗi bát diện đó. Mỗi ion Ti
4+
được bao quanh
bởi 1 bát diện gồm 6 ion O

2–
. Đối với rutil, các bát diện hơi lệch về dạng trực thoi,
được sắp xếp không đồng đều, trong khi độ sai lệch của các bát diện anatas lớn đến
mức cấu trúc của dạng thù hình này còn kém đối xứng hơn hệ trực thoi. Khoảng
4


cách Ti–Ti trong anatas lớn hơn so với trong rutil (3,79 và 3,04Å so với 3,57 và
2,96Å). Tuy nhiên, khoảng cách giữa Ti–O trong anatas lại nhỏ hơn trong rutil.
Trong cấu trúc của rutil, mỗi bát diện tiếp xúc với 10 bát diện lân cận (2 bát
diện dùng chung 8 cặp oxygen ở đỉnh, 8 bát diện còn lại dùng chung các nguyên tử
oxygen ở góc). Khác với rutil, trong mạng lưới tinh thể của anatas, mỗi bát diện tiếp
xúc với 8 bát diện xung quanh (4 bát diện dùng chung 1 đỉnh và 4 bát diện dùng
chung 1 góc). Sự khác biệt về cấu trúc này đã tạo ra các khác biệt về khối lượng
riêng, cấu trúc vùng điện tử giữa 2 dạng đa hình của TiO
2
[8].
Trong cả 2 dạng thù hình trên của TiO
2
thì anatas thể hiện hoạt tính tốt nhất
dưới ánh sáng mặt trời. Một nguyên nhân có thể là do sự khác biệt về cấu trúc vùng
năng lượng của anatas so với rutil, dẫn đến một số tính chất đặc biệt của anatas.
1.1.2 Tính chất vật lý [2]
TiO
2
nóng chảy ở khoảng 1800
0
C. Ở trên 1000
0
C, áp suất riêng phần của

oxygen gia tăng vì nó được giải phóng và hình thành các oxid có số oxy hóa thấp
của titanium. Điều này kèm theo sự thay đổi màu sắc và độ dẫn điện riêng.
Rutil có tỉ khối cao nhất và cấu trúc đặc khít nhất, có độ cứng Mohs 6,5–7,0;
cứng hơn anatas (5,5–6,0).
1.1.3 Tính chất hóa học [2]
TiO
2
rất trơ về mặt hóa học, không phản ứng với nước, các dung dịch loãng
của acid (trừ HF) và kiềm, chỉ tác dụng chậm với acid đun nóng hoặc kiềm nóng
chảy, thể hiện tính lưỡng tính với cả hai tính acid và baz đều rất yếu.
Với HF:
TiO
2
+ 6HF  H
2
TiF
6
+ 2H
2
O
Với dung dịch acid đặc và nóng:
TiO
2
+ 2H
2
SO
4
 H
2
[TiO(SO

4
)
2
] + H
2
O
Với kiềm nóng chảy: Tùy thuộc vào nồng độ MOH sẽ tạo thành các dạng
M
x
TiO
y
khác nhau:
TiO
2
+ 2NaOH  Na
2
TiO
3
+ H
2
O
5


Bảng 1.1 Một số tính chất cơ lý của TiO
2

Tính chất Rutil Anatas
Phân tử khối 79,890 79,890
Hệ tinh thể Tứ phương Tứ phương sai lệch

Ô mạng cơ sở
a = b Å

c Å

Thể tích Å
3


4,5845
2,9533
62,07

3,7842
9,5146
136,25
Nhiệt độ nóng chảy
0
C

1850 1800
Khối lượng riêng g/cm
3

4,2743 3,895
Tỉ khối 4,2 3,84
Độ cứng Mohs 6–7 5,5–6,0
Chỉ số khúc xạ 550nm

2,71 2,52

Năng lượng vùng cấm eV

3,02 3,25
Bước sóng hấp thu nm

410 380
Hằng số điện môi 114 31
Nhiệt dung riêng cal/mol.
0

13,2 12,96

Do tính chất lưỡng tính với cả hai tính acid và baz đều rất yếu nên các muối
titanium bị thủy phân mạnh trong nước.
TiOSO
4
+ 3H
2
O  Ti(OH)
4
+ H
2
SO
4

TiOCl
2
+ 3H
2
O  Ti(OH)

4
+ 2HCl
Sản phẩm của phản ứng là acid metatitanic. Đó là hợp chất có cấu trúc polyme
mà thành phần và tính chất biến đổi trong khoảng rộng, tùy thuộc vào điều kiện điều
chế. Có 2 dạng là acid - và -titanic, dạng -titanic được tạo thành khi tiến hành
phản ứng ở nhiệt độ thấp và hợp chất polyme trong đó các bát diện Ti(OH)
6
liên kết
6


với nhau qua cầu nối OH, dạng -titanic khó tan trong cả acid và kiềm do sự mất
nước và chuyển từ cầu nối OH trong dạng  sang dạng .
TiO
2
tác dụng với một số chất khác:
TiO
2
+ 4NaHSO
4
 Ti(SO
4
)
2
+ 2Na
2
SO
4
+ 2H
2

O
1.1.4 Tính chất xúc tác quang hóa của TiO
2

Anatas có năng lượng vùng cấm là 3,2eV, tương đương với một lượng tử ánh
sáng có bước sóng 388nm. Rutil có năng lượng vùng cấm là 3,0eV tương đương với
một lượng tử ánh sáng có bước sóng 413nm.
Khi TiO
2
hấp thu một photon có năng lượng tương đương hoặc lớn hơn năng
lượng vùng cấm của xúc tác này, nó có thể thúc đẩy quá trình kích thích, electron sẽ
di chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống ở vùng hóa trị. Khi đó,
electron này sẽ đóng vai trò chất khử còn lỗ trống hoạt động như một chất oxy hóa.
TiO
2
+ h → TiO
2
+ e

+ h
+

Trong dung dịch nước, những lỗ trống sẽ bị bẫy bởi những chất cho electron
như H
2
O, OH
–
và những phân tử hữu cơ R bị hấp phụ lên bề mặt xúc tác TiO
2
để

hình thành các gốc tự do hydroxyl OH

và R

.
H
2
O + h
+
 H
+
+ OH


OH

+ h
+
 OH


R + h
+
 R


Các electron quang sinh phản ứng với các chất cho electron như O
2
để hình
thành những anion superoxid.

e
–
+ O
2
 O
2
–

O
2
–
+ H
+
 HO
2


2HO
2

 H
2
O
2
+ O
2

e
–
+ H

2
O
2
 HO

+ HO
–

H
2
O
2
+ O
2
–
 O
2
+ HO

+ HO
–

Vùng dẫn của rutil có giá trị gần với thế khử nước thành khí hydro (thế chuẩn
= 0,00V), trong khi với anatas thì cao hơn mức này một chút, đồng nghĩa với một
7


thế khử mạnh hơn. Theo như giản đồ thì anatas có khả năng khử O
2
thành O

2
–
, như
vậy là ở anatas các electron chuyển lên vùng dẫn có khả năng khử O
2
thành O
2
–
.
Vậy sự khác biệt là do dạng anatas có khả năng khử O
2
thành O
2
–
còn rutil thì
không. Do đó anatas có khả năng nhận đồng thời oxygen và hơi nước từ không khí
cùng ánh sáng UV để phân hủy các hợp chất hữu cơ. Tinh thể anatas dưới tác dụng
của ánh sáng UV đóng vai trò như một cầu nối trung chuyển điện tử từ H
2
O sang
O
2
, chuyển hai chất này thành dạng OH

và O
2
–
là hai dạng có hoạt tính oxy hóa cao
có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành H
2

O và CO
2
.

Hình 1.2 Sơ đồ minh họa giản đồ vùng năng lượng của TiO
2


Hình 1.3 Sơ đồ minh họa cơ chế xúc tác của TiO
2

8


Bên cạnh đó, quá trình tái kết hợp các tiểu phân mang điện cũng diễn ra, quá
trình này có thể làm giảm hiệu quả xúc tác của TiO
2
:
TiO
2
+ h
+
+ e
–
 TiO
2

Tất cả các quá trình trên có thể được minh họa trong Hình 1.3.
1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến động học quang xúc tác của TiO
2

[9]
Các mẫu TiO
2
thương mại thường có hoạt tính quang hóa khác nhau dưới cùng
các điều kiện phản ứng như nhau. Sự khác nhau này thường được giải thích là do sự
khác nhau về các đặc trưng hóa-lý của TiO
2
như yếu tố thành phần cấu trúc tinh thể,
hình dạng hạt, kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, mật độ nhóm hydroxyl bề mặt,
thành phần cấu tạo chất,… của các mẫu TiO
2
khác nhau.
Chưa có nghiên cứu một cách hệ thống về ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau
đến hoạt tính quang xúc tác của TiO
2
. Điều đó có lẽ do mối quan hệ tương hỗ phức
tạp giữa các yếu tố, hơn nữa, với phương pháp điều chế khác nhau thì mỗi yếu tố có
mức độ ảnh hưởng đến hoạt tính quang hóa khác nhau. Nhằm định hướng cho nội
dung nghiên cứu điều chế vật liệu xúc tác TiO
2
, một số yếu tố chủ yếu ảnh hưởng
đến hoạt tính quang hóa của TiO
2
được tổng quan tóm tắt trong các phần sau.
1.1.5.1 Ảnh hưởng của hiệu ứng tái hợp electron – lỗ trống [4]
Tốc độ tái hợp của electron và lỗ trống phải nhỏ trong phản ứng quang xúc tác
vì cặp e
–
và h
+

quang sinh tái hợp sẽ không tham gia phản ứng hóa học với các chất
hấp thụ trên bề mặt nữa. Gần đây phổ laser siêu nhanh có thể giúp chúng ta xác định
tốc độ tái hợp xảy ra trong một khoảng thời gian vài chục pico giây trong phản ứng
quang xúc tác của TiO
2
.
1.1.5.2 Ảnh hưởng của các chất “bẫy electron”, “bẫy gốc hydroxyl” [11, 12]
Khi hệ phản ứng có các chất O
2
, O
3
, H
2
O
2
hoặc S
2
O
8
2–
thu nhận e
–
cb
trên vùng
hóa trị làm kéo dài thời gian sống của các lỗ trống h
+
vb
, thì hoạt tính xúc tác quang
sẽ tăng, thêm vào đó các chất này còn tạo ra gốc hydroxyl tự do:
O

2
+ e
–
cb
 O
2
–
(ion superoxid)
2O
2
–
+ 2H
2
O  H
2
O
2
+ 2OH
–
+ O
2

9


H
2
O
2
+ e

–
cb
 OH

+ OH
–

Hoạt tính xúc tác quang của TiO
2
sẽ giảm đi khi trong dung dịch có mặt các
ion như Cl
–
, CO
3
2–
, SO
4
2–
,… do các ion này bẫy OH
–
và làm giảm nồng độ OH

:
OH

+ Cl
–
 Cl

+ OH

–

OH

+ CO
3
2–
 CO
3
–
+ OH
–

OH

+ HCO
3
–
 CO
3
–
+ H
2
O
1.1.5.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
Tốc độ đầu của phản ứng tỉ lệ với hàm lượng xúc tác cho vào. Tuy nhiên, khi
C
TiO
2
vượt một giá trị giới hạn nào đó thì sự tăng tốc độ phản ứng chậm lại và trở

nên không phụ thuộc vào C
TiO
2
. Điều này được giải thích là do khi hàm lượng xúc
tác lớn hơn giá trị tới hạn, các hạt xúc tác dôi ra sẽ che chắn một phần bề mặt nhạy
sáng của xúc tác. Đối với các hệ quang hóa tĩnh trong phòng thí nghiệm, hàm lượng
xúc tác tối ưu khoảng 2,5 gTiO
2
/L. Vì vậy cần xác định hàm lượng xúc tác tối ưu để
tránh lãng phí xúc tác, đồng thời để đảm bảo hấp phụ tối đa lượng photon ánh sáng.
1.1.5.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Đa số các phản ứng quang xúc tác không nhạy với nhiệt độ hoặc thay đổi rất ít
theo nhiệt độ. Về mặt nguyên tắc, năng lượng hoạt hóa của quá trình quang hóa xúc
tác bằng 0, tuy nhiên việc tăng nhiệt độ có thể làm giảm tốc độ tái hợp giữa e
–
và h
+

nên trong một số ít trường hợp cho thấy sự phụ thuộc Arrhenius của quá trình phân
hủy quang hóa, với năng lượng hoạt hóa biểu kiến cỡ vài kJ/mol trong khoảng nhiệt
độ 20–80
0
C. Nhờ vậy, quá trình quang xúc tác không đòi hỏi cấp nhiệt, nhiệt độ tối
ưu trong khoảng 20–80
0
C. Đây cũng là ưu điểm của quá trình quang xúc tác đối với
các ứng dụng trong môi trường nước.
1.1.5.5 Ảnh hưởng của pH
Như các quá trình xúc tác xảy ra trên oxid kim loại, quá trình quang xúc tác
trên TiO

2
cũng bị ảnh hưởng của pH. pH của dung dịch phản ứng ảnh hưởng đáng
kể đến kích thước tổ hợp, điện tích bề mặt và thế oxy hóa khử của các biên vùng
10


năng lượng xúc tác. Điểm đẳng điện (pzc) của TiO
2
trong môi trường nước có giá
trị nằm trong khoảng 6–7. Khi dung dịch có pH > pzc, bề mặt TiO
2
tích điện âm
(TiOH + OH
–
TiO
–
+ H
2
O). Ngược lại khi dung dịch có pH < pzc, bề mặt TiO
2

tích điện dương (TiOH + H
+
TiOH
2
+
). Trạng thái này tác động đến các phân tử
chất cần phân hủy (ví dụ các phẩm màu), sự thay đổi pH ảnh hưởng đến quá trình
hấp phụ các chất này lên bề mặt hạt xúc tác [12].
Vì vậy, quá trình quang xúc tác trên TiO

2
chịu ảnh hưởng bởi pH dung dịch
phản ứng. Tuy nhiên sự thay đổi tốc độ của quá trình quang hóa xúc tác ở các pH
khác nhau thường không quá một bậc độ lớn. Đây cũng là một thuận lợi của quá
trình quang hóa xúc tác trên TiO
2
so với các quá trình oxy hóa nâng cao khác.
1.1.5.6 Ảnh hưởng của yếu tố độ tinh thể hóa
Rất nhiều công trình nghiên cứu đều cho rằng khi độ tinh thể hóa cao sẽ làm
tăng hoạt tính quang hóa. Nung ở nhiệt độ cao là một phương pháp xử lí thường
được dùng để tăng cường độ tinh thể hóa.
Trong các nghiên cứu về quá trình phân hủy quang hóa tricloroetylen bằng
TiO
2
được điều chế bằng phương pháp sol-gel cho thấy rằng, khi độ tinh thể hóa
cao sẽ làm tăng hoạt tính quang hóa. Nishimoto [15] cũng thông báo rằng việc nung
anatas ở nhiệt độ cao làm tăng độ tinh thể hóa và dẫn đến tăng hoạt tính quang hóa
của TiO
2
. Kurkin [11] và cộng sự đã quan sát thấy tốc độ cực đại của phản ứng phân
hủy aceton pha khí theo nhiệt độ nung xúc tác (được điều chế từ sự thủy phân TiCl
4

trong dung dịch amoniac hoặc NaOH). Họ nhận thấy khi tăng nhiệt độ nung, diện
tích bề mặt riêng của bột anatas sẽ giảm. Điều này được giải thích bởi sự tăng kích
thước tinh thể theo nhiệt độ, từ 11 đến 17nm với nhiệt độ từ 360 lên 500
0
C. Hoạt
tính quang hóa tăng, thể hiện cực đại ở khoảng 450
0

C có thể do sự tăng mức độ tinh
thể hóa và sự tăng tính linh động của các tiểu phân mang điện tích lên trên bề mặt
tinh thể.
Tuy nhiên việc tăng nhiệt độ nung có thể làm tăng kích thước hạt và giảm diện
tích bề mặt của TiO
2
, hơn nữa, khi tăng nhiệt độ quá cao sẽ dẫn đến sự hình thành
11


pha rutil kém hoạt tính hơn. Vì vậy mỗi phương pháp điều chế cần xác lập các chế
độ xử lý nhiệt độ tối ưu thích hợp nhằm tăng cường hoạt tính quang hóa của TiO
2
.
1.1.5.7 Ảnh hưởng của bước sóng và cường độ bức xạ
Sự phụ thuộc tốc độ quá trình quang xúc tác vào bước sóng của bức xạ cùng
dạng với phổ hấp thu của xúc tác và có giá trị ngưỡng tương ứng với năng lượng
vùng cấm của xúc tác. Xúc tác TiO
2
-anatas có năng lượng vùng cấm E
g
= 3,2eV,
tương ứng với khả năng hấp phụ bức xạ có bước sóng   387,5nm. Với các bức xạ
có  > 387,5nm, quá trình xúc tác quang hóa nói chung không xảy ra.
Tốc độ quá trình quang hóa tăng một cách tuyến tính (bậc nhất) cùng với
cường độ bức xạ UV-A trong khoảng 0–20 mW/cm
2
. Khi cường độ bức xạ vượt qua
một giá trị nhất định (khoảng 25 mW/cm
2

), tốc độ quá trình quang xúc tác tỷ lệ với
căn bậc 2 của cường độ bức xạ. Vì vậy, công suất nguồn UV tối ưu cần được chọn
tương ứng với vùng có cường độ bức xạ tỉ lệ tuyến tính với tốc độ quá trình quang
hóa.
1.1.5.8 Ảnh hưởng của nồng độ oxygen
Tốc độ và hiệu quả của quá trình quang xúc tác phân hủy các chất hữu cơ được
tăng cường nhờ sự tham gia của oxygen. Với vai trò làm tâm bẫy điện tử vùng dẫn,
phân tử oxygen đã ngăn chặn một phần sự tái hợp của cặp e
–
/h
+
cùng với việc tạo
thành một tác nhân oxy hóa hiệu quả là anion peroxid.
1.1.5.9 Ảnh hưởng của yếu tố kích thước hạt
Một thông số rất quan trọng ảnh hưởng đến các giai đoạn phản ứng quang hóa
là hình thái học của xúc tác, chủ yếu là kích thước hạt của TiO
2
. TiO
2
với kích
thước nanomet khắc phục được những yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình quang
xúc tác là hiệu suất lượng tử thấp và sự hình thành sản phẩm phụ không mong
muốn. TiO
2
nanomet có hoạt tính quang hóa cao hơn và chọn lọc hơn TiO
2
P25
Degussa thương mại [13]. Tùy theo kích thước tinh thể, TiO
2
nanomet có những

tính chất cấu trúc, tính chất điện và tính chất quang hóa khác nhau.
12


Tuy nhiên, các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, không phải kích thước
hạt càng bé sẽ dẫn đến hoạt tính càng cao mà tồn tại một kích thước hạt TiO
2
tối ưu
để cho các tốc độ phân hủy quang hóa đạt cực đại, chẳng hạn đối với quá trình
quang phân hủy cloroform trong nước, kích thước tối ưu của TiO
2
là 11nm, điều
này được giải thích rằng do tốc độ tái hợp e
–
/h
+
chủ yếu được xác định bằng số
lượng tâm khuyết tật trên bề mặt bán dẫn, vì vậy khi các hạt bé hơn kích thước tối
ưu thì xác suất gặp gỡ của các hạt điện tích tăng lên và dẫn đến tốc độ tái hợp e
–
/h
+

ở bề mặt sẽ tăng lên [16].
Kích thước hạt ảnh hưởng đáng kể đối với hệ quang hóa trong môi trường
nước. Ở kích thước nhỏ hơn 30nm, hoạt tính quang hóa tăng lên cùng với kích
thước hạt, do ảnh hưởng đáng kể của việc tăng kích thước hạt lên sự hấp phụ ánh
sáng và động lực của các hạt mang điện quang sinh trong khoảng kích thước này.
Kết quả nghiên cứu của Jung [17] chỉ ra rằng, kích thước hạt tối ưu của TiO
2

nằm
trong khoảng từ 25–40nm tương ứng với kích thước tinh thể pha anatas khoảng
25nm. Sự tồn tại kích thước hạt và kích thước tinh thể tối ưu là do có sự phụ thuộc
của hiệu quả hấp phụ và tán xạ ánh sáng và động lực của các hạt mang điện vào kích
thước hạt đối với các hạt có kích thước nhỏ hơn 30nm. Khi kích thước hạt lớn hơn
30nm, diện tích bề mặt có tính chất quyết định đến hoạt tính quang hóa và khi đó
hoạt tính giảm cùng với việc tăng kích thước hạt. Diện tích bề mặt lớn với mật độ
các chất trên bề mặt không đổi dẫn đến tốc độ phản ứng giữa các electron và lỗ
trống với các chất nhanh hơn bởi số luợng các chất bao quanh cặp e
–
/h
+
nhiều hơn.
Theo đó thì diện tích bề mặt càng lớn thì hoạt động quang xúc tác càng cao [4]. Đối
với titan dioxid có bề mặt và kích thước hạt xác định thì hoạt tính xúc tác sẽ tăng
tuyến tính theo kích thước tinh thể pha anatas cho đến khi không có sự xuất hiện
của pha rutil [18].
1.1.5.10 Ảnh hưởng của yếu tố thành phần pha tinh thể
TiO
2
được sử dụng làm xúc tác quang thường tồn tại ở hai pha tinh thể chủ yếu
là anatas và rutil, trong đó nói chung anatas được xem là có hoạt tính cao hơn. Pha
rutil tinh khiết thường không có hoạt tính. Tuy nhiên, cũng có một số thông báo
13


rằng pha rutil tinh khiết cũng có hoạt tính quang hóa nhưng lại phụ thuộc vào
phương pháp điều chế, bản chất của các nguyên liệu sử dụng [19] và bản chất của
chất phản ứng [20].
Có nhiều nghiên cứu giải thích ảnh hưởng của thành phần pha đến hoạt tính

quang hóa của TiO
2
:
Sự khác biệt giữa hoạt tính quang hóa của anatas và rutil có thể xuất phát từ
những sai khác về vị trí vùng dẫn (dương hơn với rutil) và về tốc độ tái kết hợp của
cặp e
–
/h
+
(nhanh hơn trong trường hợp của rutil). Một giải thích được đưa ra khi có
mặt của O
2
là để quá trình oxy hóa xảy ra, luôn cần có oxygen hấp phụ lên bề mặt
xúc tác trước phản ứng, trong khi hàm lượng oxygen hấp phụ phụ thuộc vào mức độ
hydroxyl hóa bề mặt, vì vậy, cũng phụ thuộc vào những tính chất acid-baz. Những
tính chất này được quyết định bởi quá trình điều chế và xử lý nhiệt TiO
2
. Nhìn
chung, bề mặt của anatas dễ bị hydroxyl hóa, khi mà những phân tử nước bị thay
thế bởi các nhóm hydroxyl trong xử lý nhiệt. Do đó, sự giảm mật độ các nhóm
hydroxyl bề mặt sẽ kéo theo sự sút giảm hoạt tính quang hóa xúc tác của TiO
2
. Đối
với rutil, dạng đa hình thường được điều chế ở nhiệt độ cao, có mật độ các nhóm
hydroxyl bề mặt rất thấp, thậm chí là không có mặt hydroxyl khi TiO
2
tiếp xúc với
nước. Vì vậy, dường như một trong những nguyên nhân chính cho hoạt tính cao của
anatas (hoặc thấp của rutil) xuất phát từ khả năng hấp phụ mạnh mẽ oxygen của
anatas (hay yếu trên rutil) [11].

Sommorijai [19] cho rằng hiệu suất quang xúc tác của pha rutil thấp hơn do sự
tái hợp của cặp e
–
/h
+
xảy ra trên bề mặt pha rutil nhanh hơn so với anatas, ngược lại
bề mặt pha anatas có khả năng hấp phụ chất hữu cơ và nhóm hydroxyl cao hơn so
với rutil. Tuy nhiên, theo Milis [13], sự giảm hoạt tính xúc tác khi chuyển từ pha
anatas sang pha rutil là do sự thay đổi diện tích bề mặt riêng và lỗ xốp hơn là do cấu
trúc tinh thể. Với hầu hết hệ phản ứng quang xúc tác, nói chung có thể chấp nhận là
anatas có hoạt tính quang hóa cao hơn rutil.
Cho đến nay TiO
2
P25 Degussa là một chất quang xúc tác thương mại có hoạt
tính nổi trội nhất, nó chứa hỗn hợp hai pha anatas và rutil và có hoạt tính hơn cả các
14


mẫu đơn pha anatas hoặc rutil. Nhờ sự tồn tại đồng thời hai pha anatas và rutil mà
hoạt tính quang hoá cao của mẫu P25 được qui cho thời gian tách các electron và lỗ
trống quang sinh trong mẫu P25 lâu hơn.
Do sự khác nhau của năng lượng vùng cấm giữa pha anatas và pha rutil nên
electron từ vùng dẫn của pha anatas có khuynh hướng di chuyển tới vùng dẫn của
pha rutil, vì vậy sự tách riêng electron và lỗ trống này sẽ ngăn chặn sự tái kết hợp và
kéo dài thời gian sống của các cặp e
–
/h
+
. Ngoài ra hoạt tính cao còn liên quan đến
kích thước hạt của P25 [5].

1.1.6 Một số ứng dụng của TiO
2
[22]
1.1.6.1 Lĩnh vực bột màu [23, 13]
TiO
2
là một trong các vật liệu cơ bản trong cuộc sống hàng ngày. TiO
2
có chiết
suất cao vượt trội, tính trơ tốt, và gần như trắng thuần khiết, tất cả những tính chất
trên khiến nó gần giống với bột màu trắng lý tưởng. Nó được sử dụng rộng rãi làm
bột màu trắng trong sơn, giấy, kem đánh răng, mực in,… mỹ phẩm và thực phẩm.
1.1.6.2 Tác dụng diệt khuẩn, khử trùng và khử mùi
Quá trình quang xúc tác có thể phá hủy các vật liệu sinh học như vi khuẩn, vi
rút và nấm mốc,… Cơ chế diệt khuẩn này chủ yếu là do các lỗ trống quang sinh,
electron quang sinh có trên bề mặt xúc tác có tác dụng phá hủy hoặc làm biến dạng
thành tế bào, làm đứt gãy chuỗi AND của các vật liệu sinh học kể trên làm cho
chúng không hoạt động hoặc chết ngay tức khắc [4].
Xúc tác quang hóa không chỉ tiêu diệt các tế bào vi khuẩn mà còn phân hủy
các tế bào đó. TiO
2
đã được tìm thấy là có hiệu quả hơn bất kì chất kháng khuẩn
nào, vì phản ứng quang xúc tác làm việc thậm chí khi có các tế bào bao phủ bề mặt
và trong khi vi khuẩn đang nhân đôi tích cực. Độc tố cuối cùng sinh ra khi tế bào
chết cũng bị phân hủy bởi hoạt động của quang xúc tác.
TiO
2
không bị hư hao và nó cho thấy hiệu quả chống khuẩn lâu dài. Nói theo
cách thông thường, việc khử trùng bằng TiO
2

mạnh gấp 3 lần chlorin và 1,5 lần
ozon.
15


Quang xúc
tác nano
TiO
2
Làm sạch
không khí
Khử
mùi
Chống
bẩn
Khử
trùng
Làm sạch
nước
NOx, SOx, CO, HCHO…
Mùi thuốc lá, mùi rác,
andehid, NH3, Mercapton,
chloroform, P-diclobenzen,
Gasline, H2S…
Chất bẩn dầu, nước,
bồ hóng, tự làm sạch,
hệ chống bám sương
Vi khuẩn, nấm, tảo
mốc, bèo tấm, sâu
bọ gây hại…

Chất hữu cơ chứa clo,
tinh bột, thuốc nhuộm…

Hình 1.4 Ứng dụng của TiO
2

Trong ứng dụng khử mùi, các gốc hydroxyl thúc đẩy nhanh q trình phá vỡ
của các hợp chất hữu cơ khơng bền hay VOCs bằng cách phá hủy các liên kết trong
phân tử. Điều này giúp kết hợp các khí hữu cơ để tạo thành các đơn phân tử mà
khơng gây hại cho con người vì thế làm tăng hiệu quả làm sạch khơng khí. Vài ví
dụ về các phân tử có mùi như mùi thuốc lá, HCHO, NO
2
, mùi nước tiểu và phân,
dầu hỏa và bất kì phân tử hydrocarbon nào trong khí quyển.
Máy làm sạch khơng khí với TiO
2
có thể ngăn khói thuốc và chất bẩn, phấn
hoa, vi khuẩn, virus và các khí độc cũng như bắt giữ các vi khuẩn tự do trong khơng
khí bằng cách lọc khoảng 99,9% với sự trợ giúp của quang xúc tác TiO
2
.
1.1.6.3 Hiệu quả làm sạch khơng khí
Khả năng phản ứng của TiO
2
có thể được dùng để khử hay làm giảm bớt các
hợp chất ơ nhiễm trong khơng khí như NO
x
, khói thuốc lá, cũng như các hợp chất
hữu cơ dễ bay hơi sinh ra từ các vật liệu xây dựng khác nhau. Khả năng phản ứng
cao của nó cũng có thể dùng để bảo vệ các nhà đèn và các bức tường trong các

đường hầm.
Các thành phần khơng khí như chlorofluorocarbon (CFCs) và CFC, các khí
nhà xanh, và các hợp chất nitrogen và lưu huỳnh trải qua các phản ứng quang hóa
học hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp khi có ánh sáng mặt trời. Trong vùng ơ nhiễm, các
chất ơ nhiễm này cuối cùng có thể bị loại bỏ.