Tải bản đầy đủ (.pdf) (70 trang)
  1. Trang chủ
    2. >>
  2. Thạc sĩ - Cao học
    3. >>
  3. Khoa học tự nhiên

Nghiên cứu điều chế bột TiO2 kích thước nano pha tạp nitơ và natri

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.79 MB, 70 trang )




TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





Vũ Thị Phƣơng Thúy




NGHIÊN CƢ
́
U ĐIÊ
̀
U CHÊ
́
BÔ
̣
T TiO
2

KCH THƢỚC NANO
PHA TA
̣
P NITƠ VA
̀
NATRI




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC







Hà Nội – Năm 2014



 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




Vũ Thị Phƣơng Thúy




NGHIÊN CƢ
́
U ĐIÊ
̀
U CHÊ

́
BÔ
̣
T TiO
2

KCH THƢỚC NANO
PHA TA
̣
P NITƠ VA
̀
NATRI





LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



PGS.TS NGÔ SỸ LƢƠNG


Hà Nội – Năm 2014




LƠ

̀
I CA
̉
M ƠN



















 









, 



, 









,








.

















 , 














 .















 ,  ,




































 , 






























.













, 
 















.
, 







MỤC LỤC





 1
1- 

 3
1.1 











 3
1.1.1 Ct va TiO
2
3
1.1.2. S chuyn da  5
c ca  6
ng dng ca vt liu TiO
2
c nm 6
1.2. 

U V TiO

2
C NANO 

 10
1.3. U CH VT LIU NANO TiO
2


 11
1.3.1. Mt s  11
1.3.2. Mt s  12
1.4. U CH TiO
2


BNG NaOH 15
1.5. 









 2 

BP
CHT N(-III). 16

1.6. MT S KT LU U THAM KHO 20
2- 



 22
2.1. M 22
2.1.1.  22
2.1.2.  22
2.2. , dng c  22
2.2.1. . 22
2.2.2.  23
2.3. Thc nghiu ch bt TiO
2
 24


u 25
2.4.1. nh hiu sua sn phm 25
u x tia X (XRD) 29
n t truyn qua TEM 31
2.4.4. Ph  ng tia X ( EDS ) 33
t 34
C3- 












 36
3.1. yu t n 



    












TiO
2
 36
3.1.1. % mol N/TiO
2
. 36
3.1.2. /TiO

2
. 41
3.1.3. Kh  nhi nung 45
3.1.4. Kh. 51
3.2. u ch N-Na.TiO
2
dng bc nm 52
3.2.1. 

. 52
3.2.2. . 53
t ca sn phm 53
3.2.3.1. Kt qu u x tia X (XRD) 54
3.2.3.2. Kt qu EDS 56
3.2.3.3. Kt qu  57




 59
U THAM KHO 60



DANH MỤC BẢNG
Bng 1.1. Mt s t ca d 5
Bng 1.2: S gii qua mt s  7
Bng 2.1. N ca dung d hp th quang. 28
Bng 3.1. hiu suy quang cu 37
Bng 3.2. Kc ht 





40
Bng 3.3. iu suy quang cu u 41
Bng 3.4. Kc ht 




45
Bng 3.5c ht 




49
Bng 3.6 iu sut y quang cu 49
Bng 3.7. Hiu suy quang cu  i gian nung
 51
DANH MỤC HÌNH
 a TiO
2
3
ng TiO
2
s dc quang  7
 c nghim % mol Na.TiO
2

24
 u Golsta 27
t b phn y xanh metylen (MB) 27
 th ng chun biu din s ph thuc gi hp
th  xanh metylen 29
 phn x  mt tinh th. 30
u x k tia X D8- c). 31
n t truyn qua (TEM). 31
 th biu din ng  t l % mol N.TiO
2
n hiu sut 
hy quang cu. 37
 c ca sn phm N-TiO
2
39
3.3. XRD ca mu sn phm N-TiO
2
u ch 

t l % mol
N.TiO
2
. 40


4 th biu din ng  tl % mol Na.TiO
2
n hiu sut 
hy quang cu. 42
5. Ph c ca sn phm N-Na.TiO

2
43
3.6.  XRD ca mu sn phm N-Na.TiO
2
u ch 

t l %
mol Na.TiO2

. 44
c ht tinh th  
c ch ra  bng 3.4). 44
7. Gi t ca mu 



 46
8. Gi t ca mu 



i 46
9. Gi XRD ph thu nung 48
10 th biu din ng ca nhi n 50
11.  th biu din ng ca thi gian nung

n hiu suy
 51
12. Gi XRD ph thu


 nung 52
13 c nghiu ch bt nano N-Na.TiO
2

. 53
14. Gi XRD mca hai mu sn phm ng vi % mol 55
15. Ph c ca sn phm N-Na.TiO
2
56
nh TEM ca bt N-Na. TiO
2
vi t l % mol N.TiO
2
= 2.4% t l %
mol N.TiO
2
= 0.54% 57




1

MƠ
̉
ĐÂ
̀
U



2
i trng c
      kh  c hi  n ng
 a TiO
2
th hin  3 hiu ng: quang
kh n cc TiO
2
, to b m
y cht h ngoi  y hin nay vt
liu TiO
2
 c dng nhiu, nhc x 
n bc x t
ngoi trong quang ph mt trn b mt ch chic
s dng ngun bc x  m ng v
TiO
2
b hn ch [30].
 m rng kh  dng bc x mt tri c  
n n


 vt liu TiO
2
bng nhi
i, oxit kim loi c ng tinh
th TiO
2


    ng th n h  
mng tinh th TiO
2
u ht nhng sn phc bi
i TiO
2
y [30].
n nay, s u 

TiO
2

lc bi

 b 

TiO
2
c nm b
u nhip cht ch
3
i amoni,
p chc s dng ph biu ch TiO
2

c nm vu chng c. ng thi
nhiu cho thy N
3-

2


i ca vt liu. 
2

u ch TiO
2
b

 




 dngun cung c
+
n ca
TiO
2
nha sn ph
n, kinh t u qu cao.
Vi mong mut phn nh  n ca
c vt liu m



 TiO
2
vc c nm 
, 






   

 : “Nghiên
cƣ
́
u điê
̀
u chê
́
bô
̣
t TiO
2
kch thƣớc nano pha tp nitơ và natri”.
3

CHƢƠNG 1- TÔ
̉
NG QUAN
1.1 GIƠ
́
I THIÊ
̣
U VÊ
̀
TITAN ĐIOXIT KI

́
CH THƢƠ
́
C NANÔ ME
́
T
1.1.1 Cấu trúc và tnh chất vật lý của TiO
2
t r
l lng. Tinh th TiO
2
 cy (T
nc
=
1870
o
C) [4,7].
TiO
2
n dng
tinh th        
 c s d
ca ba d



Dng anata Dng rutin Dng brukit
 a TiO
2


ng b bin nht ca TiO
2
, ci t 
trong i ion Ti
4+
c ion O
2-
bao quanh ki
a hp chc MX
2
ng gi bn
 Tt c ng tinh th a TiO
2

 tn ti trong t i d 
anata  d c tng hp  nhi thp.
Ci tinh th c
t (octahedra) TiO
6
ni vi nhau qua cnh honh oxi chung.
Mi ion Ti
4+
c bao quanh bt to b
2-
.
4

i tinh th ci s bin
dng ca mn kt git trong
 bin dng h trc thoi y

mt trong anata b bin dng my mi xng ca h p
Kho 
- O trong anata li ng so vi rutin. Trong cu
c gn kt vn
t chung ct chung oxy  nh). Trong
cc tin
(bn t chung ct chung oxy  
c xon quanh tr khi
nh  Ti l[29].
Nhng s i dn s au v
t khn t gia hai da TiO
2

a mt s s t v t ging
ng dng ca TiO
2
ph thuc rt nhi
c ht cy
u ch TiO
2
cho mng dng thc t c th ng quan
c, di m ca sn phm.
 a TiO
2
u ch bng
 a Ti
4+
hop chc 
nhi th c kt ta TiO
2

y,
d   nhi c
n sang dng anata.




5

Bng 1.1. Mt s t ca d
Tnh chất
Rutin
Anata
H tinh th
T 
T 
Kh
(g/cm
3
)
4,25
3,895
 
2,71
2,52
 cng
6,0-7,0
5,5-6,0
Hng s 
114

31
Nhi y (
o
C)
1858
Chuy
 nhi
cao

1.1.2. Sự chuyển dạng thù hình của titan đioxit


Hu hu tham khu ch ra r 
muu to ra tin chc
dng c    n. Khi nung axit metatitanic H
2
TiO
3,
mt sn
phm trung gian ch yu cn xut TiO
2
nhc khi thu 
ch muc ht t 

n da TiO
2
t 
rutin b t bu kin tng hp vp ch
chuyn pha t dc cy
ra  nhi 

0
: Vp
ch    chuyn pha t   n s nm trong khong
6

610730
O
C. Vc khi thu i nitrat ca
n d u ( gn 500
0
C).
5ng hon anata
n ph thuc ht ca anata, nc h
ng hon thi chuyn .
      8    t ca pha bru  nh
n s chuyn: Khi t 
chuyn pha brukit sang rutin x chuyn pha anata sang
rutin o ra nhiu mm tinh th rutin c bit vu TiO
2
cha
u pha bru chuyn pha anata sang rutin x.
 900
o
C.
1.1.3. Tính chất hóa học của titan đioxit
TiO
2
bn v mc (nhn ng vi
c, dung d
TiO

2
       ch kim t   i
titanat. TiO
2
y. 
i axit H
2
SO
4

nung ca TiO
2
 tan gim). TiO
2
tc vi axit HF hoc vi kali
y.  nhi cao TiO
2
 phn ng v
kim lo tng thi,
TiO
2
d b hidro, cacbon
i kh v 

1.1.4. Các ứng dụng của vật liệu TiO
2
kích thước nm
G        gi    
(Bng 1.2). G    n xu      
tr p sn xu    

c s dng mng ln trong sn xut giy, cao su, vt do, si
tng hng nh 
hi vi sn phng ph thung c
7



1958
1967
2003
Sng (tn)
800.000
1.200.000
4.200.000

   t vt li  n trong cuc sng h  a
 p cho r ti
mt qumi quan h rt gn vn cuc s3 
ra bi dng ct v ng TiO
2
s dng hc quang
.3  thng TiO
2
s dc
m gn 50% trong nhng ng dng ca TiO
2
n
theo thi gian.
t s ng da TiO
2

c nm:

2
2

1.1.4.1. Ứng dụng trong xúc tác quang hóa xử lý môi trường
 to ra cn t - l trng  
 ng cng c
di chuyn ra b m thc hin phn  tr
Tấn
8

tham gia trc tin ng oxc hi, ho tham
n trung gian tc t do ho tip tc oxi
p cht h hp ph  mt chn
phm cu
2
c hi nht [17].
1.1.4.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực sơn tự làm sạch, chất dẻo
TiO
2
c s dng trong sn xu 

2
). Thc cht dng dung dch ch  TiO
2

khong 8  25 nm. Do tinh th TiO
2
 ng trong dung d

lc g
2
ng,
 t to ra mt l mt vt liu.
ng ca lot liu
 dng ca tia ct tri,

2
s hot ch 
hu bc hi, hu ht h mt vt
li
2

2
. TiO
2
 i gian s d
 ca hing
n s quang - c bi
TiO
2
t ht  b 
bng cn t - l trt nano TiO
2
hp th 
ch khc bi
l t- kh mnh m i ta
 hin ra ri th c bi
bt nano TiO
2

.
1.1.4.3. Xử lý các ion kim loại nặng trong nước [10,12]
Khi TiO
2
b p gin t
hoi nng s b kh bn t t t mt
vt liu. Vt li     mi ha hn nhi 
9

dng trong x ng. Chn kt hp vc
 loi np cht ch kh
n trc kim loi t  c.
:
2h + TiO
2

+
(1.1)
Hg
2+
 (B hp ph  mt vt liu) (1.2)
Hg
2+
 (1.3)
2H
2

+
+ 2OH


(1.4)
2OH

+ 2h
+

2
O + (1/2) O
2
v.v (1.5)
Rt nhiu ion kim loi nhy vi s chuy mt cht
 u kt tb mt
vt li kh bn t i l tr
mt to oxit. Nhng cht kt ta hoc hp ph  mng
c hoc.
1.1.4.4. Diệt vi khuẩn, vi rút, nấm, tế bào ung thư
TiO
2
c ng d ch tng, c
n  t khu
m bnh viu su v  
c chiu vi mu t ngot li
kh t khui gian rt ngn.
Hin nay, TiO
2
 thi
cho viu tr i ta th nghit b
t i ung t dung dch cha TiO
2


i ta chii u, th
   
10

1.1.4.5. Các ứng dụng khác của bột titan đioxit kích thước nano mét
TiO
2
c s dng trong nhit liu gm,
cht tng, cht liu ch to pin mt tr
nhn bim, trong sn xut bn ra t 
sch b mc (t x g ct li
trng do kh  o v b mt khng c
 dng TiO
2
to



1.2. GIƠ
́
I THIU V TiO
2
KCH THƢỚC NANO MÉT PHA TA
̣
P
Rt nhiu ng dng ct liu nano TiO
2
t thin
t quang hc c ng dt liu
nano TiO

2
 cn tr bi b rng di trng ci trng ca TiO
2
tinh khit n ngoi g
pha anata), d chim m  d
 mt tri (~4%).
y, mt trong nhng m ci thin hoc ca
vt liu nano TiO
2
n dch di trng t  ngoi v 
  tn dng ngut tr
a TiO
2
 thc hin m
nh t vt liu nano TiO
2
vi nh 
kh p di trt quang hc ca vt liu
nano TiO
2
. Th  ho
2
bc h
     ci thi t quang hc ca  
y. Th  cng cng ca
electron trong di d mt ct nano kim loi vi electron trong
di dn ca nano TiO
2
t liu nano compozit kim loi - TiO
2

.
 bi mt nano TiO
2
bn
11

 i kh a TiO
2
vng
xung quanh, nh ng dng ct b s dng vt li
          u  
nhip b m ca TiO
2
b
i TiO
2
.
Theo nhiu tham kh n loi th h quang
 TiO
2

+ Th h th nht: TiO
2
tinh khit.
+ Th h th hai: TiO
2


 bi.
+ Th h th ba: TiO

2
c 

 b i.
+ Th h th 
2
c 

 ng thi bi hn ha
 kim loi.
Nhvt liu TiO
2
pha tp 
cu.
1.3. PHƢƠNG PHÁP ĐIU CH VẬT LIU NANO TiO
2
PHA TA
̣
P
1.3.1. Một số phương pháp vật lý [6]
-  i
ngun rn nh p c Ar
+
 .
 u ch 
x
 

- o ra TiO
2


c  mt rt l
sn phm ti  dng rutin.
12

1.3.2. Một số phương pháp hóa học điển hình
1.3.2.1. Phương pháp sol-gel [26,28]
-u hiu nht hi ch to
i vt lic nanomet dng bt hong vi c
m c u khi
c nhc bi.
  t h keo ch     c 1-   
u v m ng cha dung
  nht ca
h t ngt. Sau khi khuy trn tin chu kin
c dung dch sol,sau khi ngng khu 
 u ca vt liu
 th phun sol to bn mi hoc
so sn phm.
1.3.2.2. Phương pháp sử dụng sóng siêu âm
c s dc khoa hc vt li
  1
 u ch TiO
2
 
u ch c tiy 1g TiO
2

200 ml dung dn hp huyc khuy
by t ng tht bn s 2,5

i th a mu
bng dung dc cn khi dung dc lc thu

-
. Sy mu  100
o
C trong 24h
nung  400
o
a sn phnh bng
t qu thc nghim cho thy, bt TiO
2

13

x ng kim n  ng c
ng hc khom c
u kin tng hu r tin,sn ph lp li cao,
d s dng.
1.3.2.3. Phƣơng pháp thủy nhiệt [21,29]
y nhic bi n t   n
chim mt v t quan trng trong nhi mi,
c bi sn xut lic nanomet.
Thy nhing phn c hn tp xy ra vi s t ca
mc)   t cao
t h th
Tng hp by nhi
 gm lp teflon chu nhi u
kim m u chnh nhit cho
phn ng xy ra. Nhi   c,

trong ph ng dung dch hn h
 ng trc tit xy
nhic s dng r tng hn phm
p gm s vt mc nh.
1.3.2.4. Phương pháp kết tủa đồng thể.
  dng dung dch TiCl
4
 u ch bt
TiO
2
bt tng th. Dung dch TiCl
4
nh 
0
O
ng m  thc hin phn ng thu o
     t TiOCl
2
  c c   ch
TiOCl
2
 c dung dch trong su Ti
4+

t tng th.
14

t tng th c bu bng s i nhi ca
dung dch TiOCl
2

, t nhi n 100
o
n. Kt
tc lc bc l 0.2c
ra bc ct hoc etanol. St ta  50
O
c
sn phm cu
1.3.2.5. Phương pháp thuỷ phân dung dịch [9]
Trong s c s d u ch titan oxit
d
4
c s dng nhiu nht qu t.
+ Th
4
trong dung dc hoc trong etanol
Chun b dung dc TiCl
4
b
4
c hoc hn
hu-nh bng hn h-mu c
dung d ng nh       
y ra.
y ra theo phn ng sau:
TiCl
4
+ 4H
2
O Ti(OH)

4
+ 4HCl
i(OH)
4
 lo to ra kt ta TiO
2
.nH
2
O. Kt
tc lc, ra, s nhi  thu
c sn phm TiO
2
c nano. Kt qu c t 
t TiO
2
ng tinh th 
  mn
141 m
2
/g.
1.3.2.6. Phương pháp bốc bay hơi nhiệt
S dng thit b i  nhi 
loi d c oxit kim loi. Sn phm

2
dng bt hong.
15

1.4. CÁC NGHIÊN CU ĐIU CH TiO
2

PHA TA
̣
P BẰNG
CHẤT ĐẦU LÀ NaOH
u v bi
2
bi ki
Na n n chng hp nh
c :
-   u ch bt TiO
2
b
TiCl
4
 nhi t ra ht
ion Cl
-
s 100
o
C trong 24h ri nung 3 h   
kt qu y khi nhi c h
u  nhi nung 700
o
 y beta-
naphthol cao gp 2 ln Degussa P- ging
hp ph   t nano TiO
2
trong mu
ch n ti kh y.
- C u ch TiO

2
dng ng by nhit
vc trn vy
 130
o
a b 400
o
C trong
15h. Sn phng u vng
 10 ti 8 nm vi chi
micromet.
-  [11] khng ci kim bi
TiO
2
. Kt qu cho thy vu ch b-gel,cp
 tinh th a mu ph thun ch c
loi kiu gim dn t Li>Na>K bi 
2
  
nhn thi ki  
xut hi mt ch
16

thu kim loi ki
y tt chm h
-  [12] x t TiO
2
c
c h tr b u ch c tiy
1g TiO

2
n
hp huyc khuy by t ng tht
bn s c pha
i th a mu bng dung dch HCl c ct cho
n khi dung dc l
Cl
-
. Sy mu  100
o
 400
o
a
sn ph   nh b       
h t hiu qu cao. Kt qu tt nht  mu
x     ki    c ht gi    
n mn tr s truy
 di kim bi
2
t 
i hiu qu t h
u ch n, d trin khai. Nhn thc s thun l
vu ki n th
u ch bt TiO
2
c nanomet t TiCl
4
trong dung dt
 thi cao, d thc hiu tin khai
ng sn xut  

la chu.
1.5. MÔ
̣
T SÔ
́
NGHIÊN CƢ
́
U ĐIÊ
̀
U CHÊ
́
TiO2 PHA TA
̣
P BẰNG
CÁC HỢP CHẤT N(-III).
S u v TiO
2
bin. Bi
 nhu hp cht c
3

17

, NH
4
NO
3
, (NH
4
)

2
CO
3
, NH
4

p cht c to ra sn phm TiO
2
; th
hai, theo mt s u cho thc
u khin ca TiO
2
n pha [9, 19].
u ch vt liu TiO
2
bi
t nh   n th  -gel [22], th  5, 20],
ng kt ta [23] u qu 
tm [9, 13] Ch u ch TiO
2
dng, t mu
kim lo : tetra isopropyl octhotitanat (TTIP), tetra-n-butyl othortitanat
(TBOT); mu  
3
, TiCl
4
; mu  
4
)
2

 
sn ph  
ng hp 

 u 










.
  [22 u ch bt TiO
2
bi   ng
-gel  nhi i nguch NH
3

kt qu u cho thy tt c 
2

c tinh th c l  ng hp ph 
hng s ng hp ph c ci thin nh bic bin
 m rng vai hp th 
2
bin

c gii kh
        -mecaptobenzothiazon (MBT) cao
y. Thc nghim cho thy  t l n N/Ti ti
u bc l hoy cao nht.
Ho
2
bii
mu TiO
2
tinh khi--TiO
2
t
 n thy khi t l i
 c li vt lun rng, vi quang
18

 d.TiO
2
ch yn vic ci
thin kh p ph cht h
p electron-l trng do s t ca Ti
3+
.
  u ch: Trn 17 ml tetra-n-butyl titan vi 40 ml etanol
c dung dch a, nh tng git dung dch b
cht, 10 ml axit axetic c ct 2 ln,
y mc dung dch keo trong su 
dung dch NH
3
(  l N.

trong sut  
t, nung  400
o
C trong 2h, nghin li bng
c c bt cu
23u cht

2
xp bi y MB

2
biu ch bc mm tc
ng kt tng th u, ch  
phc ngc. T l mol
gia TiOSO
4
 u ch TiO
2
bi 
t .TiO
2
 dng anatase xp vc h
nm. Tt c u N.TiO
2
cho th
v
2
xp ku ch
t.
T [9u ch bt TiO

2
bing

4
- 
TiO
2
.nH
2
O vi dung dch NH
3
 t qu
u cho thn c
2
, hot
a sn phm dch chuyn v 

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay
×