xúc tác quang hóa tio2

GVHD: DIỆP KHANH
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
1
I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TIO
2
II. CẤU TRÚC, PHÂN LOẠI XÚC TÁC QUANG TIO
2
III. ỨNG DỤNG CỦA TIO
2
IV. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA XÚC TÁC QUANG TIO
2
V. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG TIO
2
VI. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XÚC TÁC QUANG TIO
2

Nội Dung
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
2
I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TiO
2
-
TiO
2
là một chất bán dẫn,
tồn tại ở dạng bột màu
trắng tuyết ở điều kiện

thường, nhưng khi đun
nóng lại có màu vàng. Tinh
thể TiO
2
có độ cứng cao,
khó nóng chảy (T
nc

=1870
0
C).
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
3
-
Xúc tác quang TiO
2
là xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp
thụ ánh sáng.
Vd: HCHO + 3/2 O
2
CO
2
+ H
2
O
TiO
2,
, hυ

XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
4

TiO
2
được dùng làm xúc tác quang dị thể vì thỏa 2 đk
sau:
- Có hoạt tính quang hóa
- Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh
sáng cực tím hoặc nhìn thấy.
I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TiO
2
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2

Xúc tác quang nano TiO
2:

I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TiO
2
- Xúc tác quang TiO
2
kích thước
nano.
- Xúc tác quang TiO
2
trên vật liệu

nano (composit): gồm
cacbonnanotubes (CNT) và TiO
2

+ CNT: cacbon nano đa lớp
(MWNT) và cacbon nano sợi
(CNF).
5
II. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦATiO
2
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
- Titandioxit (TiO
2
) là chất bán dẫn, có cấu trúc
tinh thể gồm 3 dạng thù hình chính: anatase, rutile và
brookite
Brookite
Rutile
Anatase
6
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2

Tính chất của xúc tác quang TiO
2

-

TiO
2
bền về mặt hóa học, ít độc hại, không phản ứng với
nước, acid vô cơ loãng, kiềm, amoniac và các hợp chất
hữu cơ.
-
Tính xúc tác quang.
-
Có tính oxi hóa
mạnh các chất hữu cơ
trên bề mặt do đó có
khả năng tự làm sạch,
diệt khuẩn, chống rêu
mốc.
7
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2

Tính chất của xúc tác
quang TiO
2

- Tính siêu thâm ướt
8
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
III. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG
9

XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2

Giải thích cơ chế:
10
-
Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng
hoặc khí đến bề mặt xúc tác
-
Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất
xúc tác.
-
Khi được chiếu sáng có năng lượng photon (hυ) thích
hợp, bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Egb (hυ ≥
Egb ), thì sẽ tạo ra các cặp electron (e- ) và lỗ trống (h+ ).
hυ + TIO
2


→ e
-
+ H
+

Các e được chuyển lên vùng dẫn, còn các lỗ trống ở lại
vùng hoá trị.
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2

 Gốc *O
2
-
và *OH mới sinh ra có tính oxj hóa rất mạnh.
Chúng oxj hóa các hợp chất hữu cơ bám trân bề mặt xúc
tác thành H
2
O và CO
2.

Giải thích cơ chế:
11
-
Khi đó, các electron ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các
phân tử có khả năng nhận electron  quá trình khử xảy ra.
e
-
+ O
2
→ *O
2
-
(gốc ion superoxit)
-
Còn các lỗ trống sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có
khả năng cho electron (D)  quá trình oxy hoá xảy ra.
H
+
+ H
2

O


→ *OH + H
+
IV. ỨNG DỤNG
Ứng dụng rộng rãi trong công nghệ vật liêu, hóa học và thực
phẩm.
- Pha chế tạo màu sơn, màu men, mỹ phẩm.
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
12
- Diệt vi khuẩn, virus, nấm mốc.
- Tiêu diệt các tế bào ung thư.
IV. ỨNG DỤNG
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
13
- Vật liệu tự làm sạch : gạch lát nền, cửa kính, sơn tường,
xe ô tô, sản phẩm sứ vệ sinh, sản phẩm phòng tắm , nhà
bếp,…
IV. ỨNG DUNG
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
14
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO

2
- Xử lý nước và không khí bị
ô nhiễm
IV. ỨNG DỤNG
15
- Hấp thụ tia tử ngoại  Làm vật liệu chống tia tử ngoại.
IV. ỨNG DUNG
- Sản suất pin mặt trời quang
điện hóa.
-
Chế tạo các linh kiện điện tử
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
16
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
V. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC
QUANG TiO
2
17
Phương pháp axit
sulfuric
Phương pháp axit
sulfuric
Phương pháp
clo hóa
Phương pháp
clo hóa

Phương pháp chính
Phương pháp chính

Ngoài ra, còn có quy trình sản xuất TiO
2
bằng axit HCl đậm đặc và
phương pháp dùng amoniflorua để flo hóa quặng ilmenite, phương
pháp dung nhiệt, phương pháp oxi hóa trực tiếp.
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
18
4
Nung
H
2
TiO
3
2
Tách Fe ra
khỏi dung
dịch
1
Phân hủy
tinh quặng
bằng H
2
SO
4
3

Thủy phân:
tạo ra
H
2
TiO
3
Phương pháp axit
sunfuric
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
19
Thủy phân trong pha khí
Thủy phân trong pha khí
Thủy phân dung dịch TiCl
Đốt TiCl
4
Phương
Pháp

Clo
hóa
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
20
Ưu Điểm Nhược Điểm
Phương
pháp
axit

sunfuric
- Chỉ dùng 1 loại hóa chất là
H
2
SO
4
.
- Có thể dùng nguyên liệu có
hàm lượng titan oxit thấp, rẻ
tiền
- Quy trình phức tạp.
- Thải ra nhiều sunfat sắt và axit
loãng.
- Khâu xử lí chất thải khá phức
tạp và tốn kém.
- Chi phí đầu tư lớn.
Phương
pháp
Clo hóa
- Lượng khí thải ít.
- Khí Clo được thu hồi và
dùng lại.
- Thành phẩm được sử dụng
rất rộng rãi trong ngành sơn,
giấy, plastic, vv…
- Sản phẩm phụ là clorua sắt ít
được sử dụng.
- Phản ứng ở nhiệt độ cao do đó
tốn nhiều năng lượng.
- Bình phản ứng phải chống lại

được sự ăn mòn của HCl khi có
mặt của hơi nước.
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
VI. ƯU – NHƯỢC CỦA XÚC TÁC QUANG TIO
2

Ưu điểm
-
Có tính quang hóa cao.
-
Bền về mặt hóa học. Không
bị biến đổi trong quá trình
xúc tác.
-
Ít độc hại.
-
Giá thành thấp.
-
Không bị phân hủy trong
quá trình quang hóa xúc tác
như ZnO, CdS, GaP,…

Nhược điểm
-
Xúc tác quang TiO
2
có
độ rộng vùng cấm hẹp

(3.2eV-3.5 eV) chỉ
trong vùng ánh sáng tử
ngoại (UV).
-
Cặp electron-lỗ trống
có xu hướng tái hợp lại
với nhau.

21
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
VI. ƯU – NHƯỢC CỦA XÚC TÁC QUANG TIO
2
-
Tuy nhiên nhược điểm đó giờ đã không còn là vấn đề
nữa khi khoa học đã tổng hợp xúc tác quang TiO
2
ở dạng
nano ( biến tính).
-
Nhờ có các tính năng
ưu việt của các ống
nano cacbon (CNT) như
độ dẫn điện tốt, độ hấp
phụ cao, đường kính với
kích thước nano,…
Tăng khả năng quang
hóa của TiO
2

trong
vùng ánh sáng khả
kiến. Tăng độ bền
nhiệt, hàm lượng trên
bề mặt và giảm kích
trước của TiO
2
.
22
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
23

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM
1. Trần Thị Thùy Dung
2. Trần Quốc Cường
3. Lâm Văn Đài
4. Hồ Văn Bự
5. Trần Anh Chiến
6. Nguyễn Viết Đại
7. Trần Thành Đôi
8. Tăng Tiến Dũng
9. Võ Văn Trường Định
10. Trần Văn Đệ
XÚC TÁC QUANG HÓA
TiO
2
24