VẬT LIỆU AG TIO2BENTONIT VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XÚC TÁC PHÂN HỦY PHENOL TRONG NƯỚC BỊ Ô NHIỄM

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

MỞ ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, ô nhiễm môi trường đã trở thành một vấn đề
mang tính toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống và sản xuất của con
người, làm thay đổi khí hậu dẫn đến những thảm hoạ thiên nhiên tàn khốc. Do
đó, việc quan tâm và xử lý ô nhiễm môi trường có một vai trò và ý nghĩa đặc
biệt quan trọng đối với cuộc sống hiện tại và tương lai của loài người.
Trong các chất gây ô nhiễm môi trường cần phải nhắc đến các hợp chất
phenol. Các hợp chất này được biết là rất bền vững và khó bị phân hủy sinh
học. Do đó, việc quan tâm và xử lý các hợp chất phenol có một vai trò và ý
nghĩa đặc biệt quan trọng đối với cuộc sống hiện tại và tương lai của loài
người.
Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp để xử lý các hợp chất
phenol, một trong những phương pháp quan trọng đã và đang hứa hẹn đem đến
những thành tựu to lớn cho con người đó là phương pháp quang xúc tác.
Phương pháp này có nhiều ưu điểm nổi trội như hiệu quả xử lý cao và có khả
năng khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ độc hại thành các hợp chất
vô cơ ít độc hơn. Một trong những chất được sử dụng rộng rãi làm xúc tác
quang hóa là TiO2, tuy nhiên chất này chỉ phát huy tối đa hiệu quả xúc tác
dưới tác dụng của bức xạ UV, điều đó gây khó khăn cho việc ứng dụng vào
thực tiễn. Một vài nghiên cứu gần đây trên vật liệu TiO 2 được cấy thêm một số
nguyên tố khác đã chỉ ra rằng vật liệu mới có khả năng xúc tác ngay trong vùng
ánh sáng khả kiến.
Trên những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, chúng tôi chọn đề tài khóa
luận: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag - TiO 2/bentonit và ứng dụng để xúc
tác phân hủy phenol trong nước bị ô nhiễm”.
Nghiên cứu này được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hoá môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.

1

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

Chương 1 . TỔNG QUAN
1.1. Xúc tác quang hóa
1.1.1. Định nghĩa
- Xúc tác là những chất làm thay đổi tốc độ phản ứng hoá học nhưng
không bị thay đổi về lượng và tính chất sau phản ứng.
- Xúc tác quang hoá là một loại xúc tác hoạt động nhờ sự kích thích của
ánh sáng UV hoặc ánh sáng thường…

1.1.2. Nguyên lý cơ bản của xúc tác quang hoá
Phản ứng quang hoá chỉ xảy ra khi có bức xạ ánh sáng với năng lượng đủ
lớn phá vỡ liên kết hoá học của chất tham gia phản ứng để hình thành các liên
kết hoá học mới. Chất xúc tác quang hoá là những chất nhạy sáng, trong quá
trình bức xạ quang, các chất này thường sinh ra các hạt có khả năng oxy hoá
và khử mạnh, chúng có tác dụng đẩy nhanh tốc độ của phản ứng quang hoá.
Trong phản ứng oxy hoá quang hoá, khi không có xúc tác quang hầu
hết các chất hydrocacbon bị oxy hoá chậm. Một hệ xúc tác quang dị thể có
chứa các hạt bán dẫn đóng vai trò xúc tác quang. Chất xúc tác quang có tác
dụng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng. Khi các chất này bị bức xạ
ánh sáng nó sẽ tạo ra trạng thái bị kích thích. Từ trạng thái kích thích này khơi
mào thành các trạng thái tiếp theo như các phản ứng oxy hoá khử và sự biến
đổi phân tử…
Dưới đây là sơ đồ minh hoạ cơ chế hoạt động của một hệ xúc tác quang
dị thể có chứa các hạt bán dẫn ( Hình 1 ) đóng vai trò xúc tác quang.
Vùng dẫn

Vùng cấm (Eg < 3 eV)

Vùng hoá trị

Hình 1: Chất rắn bán dẫn

2


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
Do cấu trúc điện tử được xác định bởi vùng hoá trị (VB) và vùng dẫn
trống (CB), các chất bán dẫn như ZnO, CdS, TiO2, Fe2O3, ZnS… có thể hoạt
động như các chất làm nhạy cho các quá trình oxy hoá khử có tác nhân là ánh
sáng. Sự chênh lệch về năng lượng giữa mức nặng lượng thấp nhất của vùng
dẫn trống (CB) và mức năng lượng cao nhất của vùng hoá trị (VB) được gọi là
khe năng lượng vùng cấm Eg. Nó tương ứng với năng lượng tối thiểu của ánh
sáng kích thích cần có để làm cho vật liệu trở nên dẫn điện.

A• ¯
hν

Khử

A
E E
σ

g

D
Oxy hóa

D• +

Hình 2:Hoạt động của hạt bán dẫn khi bị kích thích bằng ánh sáng
Trong hệ xúc tác dị thể sự tác động của các photon lên các phân tử và
những phản ứng quang hoá chủ yếu xảy ra trên bề mặt xúc tác. Chất mang
điện tích linh động có thể được tạo ra bằng ba cơ chế khác nhau: kích thích
nhiệt, kích thích quang và pha tạp. Khi chiếu một photon có năng lượng hν
cao hơn năng lượng của vùng cấm thì một electron (e-) bị đẩy ra khỏi vùng hoá
trị tới vùng dẫn để lại một lỗ trống (h +). Trong các vật liệu dẫn (kim loại) các
chất mang điện tích ngay lập tức tái kết hợp. Trong các chất bán dẫn một bộ
phận các cặp electron - lỗ trống bị kích thích bằng ánh sáng này khuếch tán
trên bề mặt của hạt xúc tác (các cặp electron- lỗ trống bị giữ lại trên bề mặt )
và tham gia vào phản ứng hoá học với các phân tử nhận (A) hoặc các phân tử
cho (D) bị hấp thụ. Các lỗ trống có thể oxy hoá các phân tử cho (a), trong khi
đó các electron vùng dẫn có thể khử các phân tử nhận electron thích hợp (b) .
D + h+

→ D•+

A + e-

→

(a)

A•-

3

(b)


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
Một tính chất đặc trưng của các oxit kim loại bán dẫn là các lỗ trống h +
có năng lượng oxy hoá mạnh. Chúng có thể oxy hoá nước để tạo ra gốc
hydroxyl hoạt động mạnh (•OH). Các lỗ trống và các gốc hydroxyl là các chất
oxy hoá rất mạnh, chúng có thể được dùng để oxy hoá hầu hết các chất ô
nhiễm hữu cơ.
•

H2O + h+ →

OH + H+

(c)

Nhìn chung, oxy không khí hoạt động như là một chất nhận electron
bằng cách tạo thành ion •O2O2 + e-

→

•

O2-

(d)

Ion này cũng có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ.

1.2. Xúc tác Ag - TiO2
1.2.1. Titanium dioxide (TiO2)
1.2.1.1. Giới thiệu chung về TiO2
Titan là nguyên tố có hàm luợng đứng thứ chín trong lớp vỏ trái đất. Nó
tồn tại dưới dạng hợp chất với một số nguyên tố trong đó có oxi. Titan đioxit
nằm trong quặng cùng với sắt dưới dạng FeTiO 3 hoặc FeO-TiO2 và một số
hợp chất khác. TiO2 là một trong các vật liệu cơ bản trong cuộc sống hàng
ngày, nó được sử dụng rộng rãi làm phẩm màu trắng trong sơn, mỹ phẩm…
TiO2 là vật liệu bán dẫn có thể được kích hoạt hoá học bằng ánh sáng.
Dưới tác dụng của ánh sáng, vật liệu này có thể thúc đẩy quá trình phân huỷ
các chất hữu cơ. Hiệu ứng này đưa tới một hiện tượng là các thành phần hữu
cơ của chất màu bị phân huỷ do tác động của quá trình xúc tác quang hoá.
TiO2 có hai dạng tinh thể là rutil và anatas, cấu trúc của dạng tinh thể
anatas và rutil đều thuộc hệ tinh thể tetragonal, cả 2 dạng tinh thể trên đều
được tạo nên từ các đa diện phối trí TiO 6 cấu trúc theo kiểu bát diện (Hình 3)
các đa diện phối trí này sắp xếp khác nhau trong không gian. Tuy nhiên trong
tinh thể anatas các đa diện phối trí 8 mặt bị biến dạng mạnh hơn so với rutil,
khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn và khoảng cách Ti-O dài hơn. Điều này ảnh
hưởng đến cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo sự khác nhau về
các tính chất vật lý và hóa học.

4


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

Hình 3 : Cấu trúc bát diện của TiO6
Trong hai dạng thù hình là rutil và anatas thì anatas được cho là có hoạt
tính xúc tác quang hóa tốt hơn.

Anatas

Rutil

Hình 4: Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2
1.2.1.2 Một số tính chất quan trọng của titanium dioxide
- Là vật liệu có thể sử dụng làm xúc tác quang hóa rất tốt để phân huỷ
các hợp chất hữu cơ.
- Ái lực cao của bề mặt TiO2 với nhiều loại phân tử giúp dễ dàng biến
đổi bề mặt.

1.2.1.3. Sử dụng TiO2 làm xúc tác quang hóa
TiO2 là một chất bán dẫn có khe năng lượng vùng cấm được xác định:
Eg = 3,2 eV. Nếu nó được bức xạ bằng photon có năng lượng lớn hơn 3,2 eV
(bước sóng < 388 nm) thì vùng cấm bị vượt quá và một electron bị đẩy từ
vùng hoá trị đến vùng dẫn, theo đó quá trình chính là tạo thành chất mang
điện tích (e).
TiO2 + hν → h+ + e‾

5

(e)


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

Nước hấp phụ trên bề mặt của TiO 2 bị oxy hoá bởi các lỗ trống và sau
đó tạo ra gốc hydroxyl, tiếp theo gốc hydroxyl này phản ứng với các chất hữu
cơ. Cuối cùng các chất hữu cơ bị phân huỷ thành CO 2 và H2O. Mặt khác
electron khử oxy để tạo ra •O2-, sau đó ion này tạo ra peroxide là sản phẩm
trung gian của phản ứng oxy hoá, hoặc tạo ra nước thông qua hydrogen
peroxide.
•
OH - + h+ →
OH
O2

+

e-

→

1. TiO2 + hν → TiO2(e‾ + h+)

•

O2-

Điện t ử

O2

e-

2. e‾CB + (O2) → •O‾2

•

O‾2

3. h+VB + (H2O) → H+ + •OH

photor

4. h+VB + OH ‾ → •OH

3,2eV

5. O2• + H+ → HO2•

•

OH

6. HO2‾ + HO2• → H2O2 + O2
7. H2O2 + e‾ → •OH + OH ‾‾

Lỗ trống

h+

H2O

Hình 5 : Phản ứng oxy hoá khử trên bề mặt TiO2
Các gốc •OH, •O2- được tạo thành có hoạt tính oxi hoá cực mạnh. Tác

nhân oxy hoá •OH này mạnh gấp 2 lần so với Clo, và còn mạnh hơn cả O 3 là
tác nhân oxy hóa rất mạnh thường hay gặp ( Bảng 1).
Bảng 1. Năng lượng oxi hoá của một số tác nhân oxi hoá mạnh
Tác nhân

Năng lượng oxi hoá tương đối (eV)

F

3,06
2,80
2,42
2,08
1,78
1,36
1,27
1,23

HO•
O•
O3
H2 O2
Cl2
ClO2
O2

Nguồn: Carey 1992, Zhou and Smith 2002, Metcalf and Eddy 2003.

6

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
Do vậy nó có khả năng sa khoáng hoàn toàn các chất hữu cơ bền
vững, ngoài ra nó còn ưu việt hơn do tốc độ phản ứng của nó có thể nhanh
hơn O3 hàng tỷ lần
Mặt khác, TiO2 ở dạng anatas có hoạt tính quang hóa cao hơn dạng
rutil, điều này được giải thích dựa vào cấu trúc vùng năng lượng. Như đã nói
ở trên, trong cấu trúc của chất rắn có 3 miền năng lượng là vùng hóa trị, vùng
cấm và vùng dẫn. Tất cả các hiện tượng hóa học xảy ra đều là do sự dịch
chuyển electron giữa các miền với nhau. Dạng anatas có năng lượng vùng
cấm là 3,2eV, tương đương với một lượng tử ánh sáng có bước sóng 388nm.
Dạng rutil có năng lượng vùng cấm là 3,0 eV tương đương với một lượng tử
ánh sáng có bước sóng 413nm. Một tính chất quan trọng của TiO 2 là có dải
hoá trị rất sâu và đủ khả năng oxy hoá nhiều chất khác nhau. Nhưng do vị trí
vùng dẫn rất sát với điểm khử của nước và oxy lên ở một mức độ nào đó TiO 2
có lực khử yếu. Do vậy hoạt tính chung có thể được tăng lên bằng cách sử
dụng dạng anatas do có vị trí vùng dẫn cao hơn (Hình 6)

Hình 6 : Giản đồ năng lượng của anatas và rutil
1.2.2. Xúc tác Ag/TiO2
1.2.2.1. Kim loại bạc
Bạc là kim loại nặng, mềm, có ánh kim, màu trắng, kết tinh ở dạng tinh
thể lập phương tâm diện. Nóng chảy ở 960,5oC, sôi ở nhiệt độ 2167oC.[11]
Cấu hình electron của Ag là 4d 10 5s1 do đó bạc là kim loại kém hoạt
động, trong các hợp chất của nó bao gồm chủ yếu là liên kết cộng hóa trị.

7

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
1.2.2.2. Vật liệu Ag-TiO2
TiO2 có hoạt tính quang hóa cao, với khả năng khoáng hóa hoàn toàn
các hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ vô hại [11]. Tuy nhiên quá trình
này chỉ thực hiện được dưới tác động của tia UV do năng lượng vùng cấm Eg
vào khoảng 3,2 eV. Mà bức xạ này chỉ chiếm khoảng 4% ánh sáng mặt trời,
hơn nữa việc tạo ra bức xạ UV khá tốn kém, cần nhiều thiết bị chuyên dụng.
Vì vậy, tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu TiO 2 ở vùng có bước
sóng dài hơn có thể mang lại một tương lai mới cho việc ứng dụng xúc tác
quang hóa tại vùng khả kiến để xử lý ô nhiễm môi trường là một vấn đề đang
được nhiều nhà khoa học quan tâm.
Để tăng cường khả năng xúc tác quang hóa của TiO 2 ở vùng khả kiến,
đã có một số công trình nghiên cứu về cấy thêm các nguyên tố khác lên TiO 2.
Việc đưa thêm nguyên tố khác vào xúc tác TiO 2 làm tăng khả năng hấp thụ
ánh sáng ở bước sóng dài hơn, có thể tiến tới vùng khả kiến. Việc biến tính
TiO2 đã được thực hiện với nhiều kim loại như: Co, Cr, Mn, Ni, Cu, Ag
[15,19]… hay phi kim như N, S, C, …Vật liệu TiO 2 cấy thêm Ag cũng đã
được quan tâm nghiên cứu trong một số công trình.
Trong vật liệu Ag/TiO2, Ag có thể giữ chọn lọc các electron từ TiO 2 và
để lại những lỗ trống cho những phản ứng phân hủy các chất hữu cơ. Từ đó
kéo dài vùng bước sóng phản xạ hướng đến vùng khả kiến [12, 30]. Hơn nữa
các hạt Ag có thể dễ dàng kích thích các electron bằng việc tạo lên một
trường điện từ [26] và ảnh hưởng cộng hưởng của các hạt kim loại bạc cũng
là một lý do làm tăng hiệu quả của sự kích thích trên. Hiệu qủa của Ag cấy
lên TiO2 và hoạt tính xúc tác quang hóa của nó được nghiên cứu bởi Chao et
al bằng phương pháp sol- gel [21] . Và họ nhận thấy rằng vật liệu cấy Ag lên
TiO2 đã làm tăng hàm lượng pha anatas của TiO 2 do pha rutil chuyển thành.
Điều đó được cho là làm tăng diện tích bề mặt riêng của vật liệu xúc tác dẫn
đến cải thiện hoạt tính xúc tác quang hóa và nâng cao sự phân tách cặp

electron và lỗ trống.

1.3. Giới thiệu sét
Theo phiên họp của uỷ ban danh pháp quốc tế tổ chức tại Copenhagen
năm 1960 thì khoáng sét là một loại nhôm silicat lớp được hình thành từ các
tứ diện SiO4 sắp xếp thành mạng tứ diện liên kết với mạng bát diện AlO 6. Hạt
sét có kích thước nhỏ cỡ 2μm, khi kết hợp với nước tạo thành vật liệu dẻo.

8


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

1.3.1 Giới thiệu chung về sét
Đất sét là sản phẩm phân hủy các silicat thiên nhiên dưới tác dụng của
những tác nhân khí quyển, chủ yếu là nước và khí cacbonic [11]. Thành phần
hoá học của sét không ổn định, luôn thay đổi và phụ thuộc vào điều kiện tạo
thành sét. Thành phần chính của sét là SiO 2, Al2O3 và H2O. Đa số các loại
khoáng sét có chứa khoảng 60% lượng SiO 2 trong thành phần. Ngoài ra còn
các loại oxit kim loại khác như TiO 2, FeO, MnO, ZnO, MgO, CaO… và các
hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như axit humic. Tuỳ theo hàm lượng
của chúng có mặt trong sét mà ta có các loại sét khác nhau.
Dựa vào sự có mặt của 3 loại nguyên tố chủ yếu (không kể Si): Al, Fe,
Mg để phân biệt các loại sét khác nhau. Hiện nay người ta biết gần 40 loại
khoáng sét. Dựa vào tính trương nở của sét trong nước, ta có hai loại sét
trương nở và không trương nở (Bảng 2).
Bảng 2: Phân loại khoáng sét theo thành phần cơ bản Al, Fe, Mg
STT
1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Tên khoáng sét
Thành phần nguyên tố
Sét trương nở
Beidellit
Al
Montmorillonit
Al (ít Mg, Fe2+)
Nontronit
Fe3+
Saporit
Mg, Al
Vermiculit
Mg, Fe2+, Al (có ít Fe3+)
Sét không trương nở
Illit

K, Al (ít Fe, Mg)
Glauconit
K, Fe2+, Fe3+
Celaconit
K, Fe2+, Fe3+, Mg, Al
Clorit
Mg, Fe, Al
Berthierin
Fe2+, Al (ít Mg)
Kaolinit
Al
Halloysit
Al
Sepiolit
Mg, Al
Palygorskit
Mg, Al
Talc
Mg, Fe2+

1.3.2 Cấu trúc của sét.
Như đã nói ở trên sét có cấu trúc lớp. Qua nghiên cứu người ta thấy các
hạt sét có dạng lớp mỏng nhưng dài và rộng [29]. Tất cả các sét đều được tạo

9


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
ra từ những tứ diện SiO44 – và một lớp bát diện AlO6. Dạng đơn giản nhất đó

chính là cấu trúc của Kaolin .
Đơn vị cấu trúc tứ diện của SiO44 có dạng như sau :
: Oxy (O2-)
: Silic (Si4+)

Hình7: Đơn vị cấu trúc tứ diện của SiO44 –
Các tứ diện này liên kết với nhau qua các đỉnh O tạo thành từng lớp tứ
diện như hình 8.
: Oxi
: Silic
: Nhôm

Hình 8: Mạng cấu trúc tứ diện.
Đơn vị cấu trúc bát diện của MeO6 có dạng như sau :
: Oxi
: Kim Loại

Hình 9: Đơn vị cấu trúc bát diện.
Cũng giống như các tứ diện SiO 4, các bát diện MeO6 có cấu trúc mạng
như sau:

: Oxi
: Kim loại
10


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

Hình 10: Mạng cấu trúc bát diện

.Phân lớp tứ diện silic kết hợp với phân lớp bát diện nhôm theo các

kiểu khác nhau ta được các sét khác nhau. Thí dụ, một phân lớp tứ diện kết
hợp với một phân lớp bát diện ta có sét Cao Lanh cấu trúc 1:1. Mẫu hai phân
lớp tứ diện kết hợp với một phân lớp bát diện nhôm trong đó lớp bát diện
nhôm bị kẹp ở giữa, ta có sét 2:1. Đây là loại sét quan trọng nhất vì chúng có
tính trương nở thuận nghịch. Nó có tên gọi là Bentonit.

1.3.3. Bentonit
Trong các dạng khoáng sét được chia làm hai phân nhóm là Điocta và
Triocta, montmorillonite được nghiên cứu kĩ và nó là thành phần cơ bản của
khoáng sét Bent tự nhiên. Montmorillonite (Mont) có công thức chung là:
Mx[Al2-xMgx](Si4)O11(OH)2 và thuộc phân nhóm Điocta.
Trong Mont các nguyên tử Si nằm ở tâm của mạng tứ diện còn các
nguyên tử Al nằm ở tâm của mạng bát diện và một số ion nhôm bị thay thế
bằng ion magie, công thức khai triển như sau:
Mx[Al4-xMgx]o(Si8)TO20(OH)4
• Silic
o Oxi
● Magie
M Kim loại đền bù điện tích
x số ion magie

Hình 11: Cấu trúc của Montmorillonite
Mont có cấu trúc cấu trúc 2:1 vì cấu trúc của khoáng sét nhóm này được
hình thành từ hai mạng tứ diện liên kết với một mạng bát diện. Hai mạng tứ
diện cùng quay đỉnh chung vào phía mạng bát diện ở giữa.

11

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
Giữa các lớp nhômsilicat là những cation đền bù điện tích có khả năng
trao đổi và bị hidrat hóa. Chiều dày của lớp cấu trúc cơ bản của Mont là 9,6
A0. Chiều dày đó bị thay đổi nhiều hay ít tuỳ thuộc vào số lượng, bản chất
cation trao đổi và lượng nước hấp thụ thường lên tới 12,4A0.
Nếu Si4+ tứ diện hay Al3+ bát diện bị thay thế đồng hình bởi các cation
kim loại có điện tích dương thấp hơn thì các phần mạng mang điện tích âm.
Điện tích này phụ thuộc vào bản chất, số lượng cation thay thế và được bù trừ
bằng các cation mang điện tích dương Na +, K+, Ca2+, Fe2+... ở khoảng không
gian giữa các lớp. Các cation này có khả năng trao đổi với các cation kim loại
khác hay với các cation hữu cơ và chuyển từ sét ưa nước kị dầu sang ưa dầu
kị nước. Khả năng trao đổi cation của Mont là tương đương với điện tích của
các lớp. Kết quả của quá trình trao đổi ion có thể làm thay đổi một số tính
chất của khoáng sét nhóm này và làm cho chúng có nhiều ứng dụng đặc biệt
trong thực tiễn.

Lớp sét
Chiều dày lớp sét

Mn+ .n H2O

Cation kim loại bị hidrat hóa

12


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

Lớp sét

Hình 12: Sơ đồ cấu trúc không gian của Montmorillonite

1.4. Xúc tác Ag-TiO2/Bent và ứng dụng để xử lý phenol
1.4.1. Xúc tác Ag-TiO2/Bent
Vật liệu Ag-TiO2 có hoạt tính xúc tác ở vùng ánh sáng khả kiến, tuy
nhiên việc thu hồi vật liệu sau quá trình xử lý gặp nhiều khó khăn do TiO 2
bong ra tạo thành dung dịch đục [16]. Để khắc phục nhược điểm trên và tăng
khả năng phân tán các hạt Ag-TiO2, cần phải cố định Ag-TiO2 lên trên giá thể.
Một trong những giá thể đã và đang hứa hẹn sẽ đem đến nhiều ứng dụng
trong thực tế là Bentonit.

1.4.2. Các phương pháp đưa TiO2 lên chất mang
1.4.2.1. Phương pháp tẩm
Chất mang ở thể rắn hoặc huyền phù, được tẩm lên bởi các dung dịch
muối hay phức kim loại. Sau đó trộn đều, sấy khô rồi đem nung. Dung dich
muối kim loại thường là những hợp chất dễ bị phân hủy. Dạng hoạt động trên
chất mang sau khi nung có thể là kim loại, oxit, phức,…
Phương pháp này thực hiện tương đối đơn giản , có thể thu được đơn
lớp hay đa lớp trên chất mang. Tuy nhiên TiO 2 khó có thể phân bố đồng đều
lên chất mang.
1.4.2.2. Phương pháp kết tủa
Phương pháp này được thực hiện bằng cách khuấy trộn gel khô của
chất mang trong dung dịch muối hoặc phức kim loại, sau đó điều chỉnh pH và
thêm các hóa chất cần thiết để kết tủa hydroxit kim loại, rồi lọc rửa, sấy khô
và nung.
Với phương pháp kết tủa, cũng có thể thu được đơn lớp hay đa lớp oxit
kim loại trên chất mang. Nhược điểm của phương pháp này là sự phân tán của

13


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
oxit kim loại trên chất mang sẽ khó đồng đều. Phương pháp này thường được
sử dụng trong chế tạo vật liệu nền.
1.4.2.3. Phương pháp đồng kết tủa
Đồng kết tủa là sự kết tủa song song của một cấu tử tan bình thường
với một cấu tử lớn từ cùng một dung dịch bằng sự hình thành các tinh thể hỗn
hợp bằng cách hấp thụ, hấp phụ hay cơ học. Phương pháp đồng kết tủa là
phương pháp nhằm thu được nhiều vật liệu có kích thước nano mét dạng bột.
Nguyên tắc của phương pháp này là trộn dung dịch đầu lại với nhau, sau đó
tiến hành thủy phân nhằm thu được kết tủa. Tiến hành lọc rửa, đồng thời nung
nóng sẽ thu được vật liệu kích thước nanomet.
Vật liệu được tổng hợp theo phương pháp này có kích thước nhỏ (cỡ
nanomet), độ đồng đều cao do được trộn lẫn ở cấp độ phân tử. Tuy nhiên
nhược điểm của nó là là đòi hỏi phải chuẩn bị được hỗn hợp theo tỷ lệ hợp
thức, đồng thời cần phải khống chế các điều kiện tổng hợp khá nghiêm ngặt.
1.4.2.4. Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol-gel là phương pháp hữu hiệu nhất để chế tạo nhiều
loại vật liệu kích thước nanomet dạng bột hoặc màng mỏng với cấu trúc,
thành phần mong muốn. phương pháp này có ưu điểm là dễ điều khiển kích
thước hạt và hạt đồng đều, đặc biệt là giá thành hạ.
Quá trình sol-gel là một kỹ thuật đã được phát triển từ lâu và đến nay
đã đổi mới nhiều. Điểm đặc biệt về khoa học của phương pháp này hiện nay
là sử dụng nguyên liệu đầu có độ tinh khiết cao hơn, quá trình chế hóa phức
tạp hơn, nhiệt độ nung thường thấp hơn và điều chế được những loại vật liệu
có chất lượng cao hơn. Sol là một hệ keo chứa các cấu tử có kích thước từ 1100 nm, tồn tại trong dung môi, rất đồng thể về mặt hóa học. Gel là một hệ

rắn “bán cứng” chứa dung môi trong mạng lưới sau khi gel hóa tức là ngưng
tụ sol đến khi độ nhớt của hệ tăng lên đột ngột. Sol được tạo thành bằng
phương pháp phân tán các tiểu phân rắn trong dung môi hoặc đi từ phản ứng
hóa học giữa chất đầu và dung môi mang bản chất phản ứng thủy phân:
-MOR

+

H2O  -MOH +

ROH

Gel được hình thành tiếp theo bằng phản ứng ngưng tụ:
-MOR

+

ROM-  -MOM- + ROH

14


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
-MOH + HOM-  -MOM- + H2O
Khi đã hình thành gel ta chỉ mới thu được một loại sản phẩm mà trong
đó các nguyên tử kim loại và oxy liên kết với nhau thành mạng không gian
(không phải là mạng tinh thể) và ở giữa các khoảng trống của mạng không
gian vẫn chứa các phân tử dung môi. Gel được hình thành như vậy sẽ có dạng
một khối mềm, cấu trúc của đó dễ dàng bị phá vỡ khi tác động bởi lực bên

ngoài (gel là một trạng thái không bền). Để thu được cấu trúc bền hay cụ thể
là dạng bột có kích thước nano gel hình thành phải được xử lý. Nói chung vật
liệu xúc tác điều chế bằng phương pháp này có thể đạt được độ tinh khiết cao,
có thể thay đổi các đặc trưng vật lý như phân bố kích thước lỗ xốp và thể tích
lỗ xốp cũng như có thể làm thay đổi độ đồng nhất thành phần ở mức độ phân
tử. Mặt khác mẫu có thể đưa về các dạng vật lý khác nhau. Trong phương
pháp này, tiền chất được sử dụng thường là các ancolat kim loại hoặc có thể là
muối hòa tan trong một dung môi thích hợp hay một dung dịch huyền phù keo
của sol đã có sẵn. Các ancolat kim loại được sử dụng nhiều vì chúng có độ
tinh khiết cao hơn.
Ngoài ra phương pháp này còn được dử dụng để diều chế các loại vật
liệu xúc tác: kim loại xúc tác/chất nền , hỗn hợp các oxit …
Bentonit có diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ cao và giá thành rẻ
nên được lựa chọn để làm giá thể mang xúc tác.

1.4.3. Tổng quan về phnol
1.4.3.1. Khái niệm, cấu tạo và tính chất của phenol
● Khái Niệm
Phenol là một dãy các hợp chất hóa học, chất đại diện đầu tiên của dãy
hợp chất này là hidroxibenzen, được Runge tìm thấy năm 1834 khi cất phân
đoạn nhựa than đá. Vì mang tính axit, hợp chất này được gọi tên là axit
cacbolic hoặc axit phelic, và về sau để thể hiện mối quan hệ với các ancol,
người ta gọi nó là phenol.
Ngày nay khái niệm phenol được dùng để mở rộng để chỉ tất cả các
hợp chất có một hoặc nhiều nhóm hidroxi nối trực tiếp với cacbon của nhân
benzen. Và phenol được định nghĩa như một dẫn xuất hidroxibenzen và nhân
ngưng tụ của nó.
● Cấu tạo

15

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
Công thức cấu tạo của phenol :
OH

Phenol thường tồn tại ở dạng tinh thể không màu nhưng để lâu có màu
hồng. Tinh thể phenol dễ hút ẩm và chảy khi để lâu trong không khí. Dễ tan
trong nước, nóng chảy ở 41oC và sôi ở 182oC. Trong phân tử phenol giữa cặp
electron p trên oxi của nhóm hidroxi và hệ thống electron của nhân thơm có
sự liên hợp. Sự chuyển dịch mật độ electron vào phía nhân thơm đã khiến cho
liên kết O-H ở phenol phân cực mạnh hơn ở ancol. Do đó phenol tạo các liên
kết hidro mạnh hơn ancol, thể hiện ở điểm sôi cao hơn và độ tan trong nước
lớn hơn.
● Tính chất
Phenol có tính linh động của hidro trong nhóm hidroxyl lớn do ảnh
hưởng của nhân thơm. Chúng tạo thành những dẫn xuất kim loại-phenolat
không những tác dụng với kim lọai kiềm mà cả khi tác dụng với kiềm.
-

+

O Na

OH

+

+

Na

-

H2

+

O Na

OH

+

-

+

+

HO Na

H2O

Các phenolat không bị nước thủy phân, nhưng tương tự như muối của
axit yếu và bazơ mạnh, nó bị thủy phân một phần trong dung dịch nước và
dung dịch của nó có phản ứng kiềm.
Phenol tác dụng với axit thành este, đáng lưu ý là este của phenol với
axit hữu cơ.

16


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
O
O
OH

+

CH3

O

+

H3C

H2O

OH

Phản ứng tạo thành este từ axit và phenol (hoặc rượu) gọi là phản ứng
este hóa. Nó được ion hidro làm xúc tác, do đó tăng nhanh khi có mặt axit vô
cơ. Quá trình este hóa là quá trình thuận nghịch.

1.4.3.2. Nguồn gốc, ứng dụng và tính độc hại của phenol
● Nguồn gốc

Phenol đựoc tạo ra chủ yếu từ nguồn nhựa than đá, than bùn, do đó
trong các ngành công nghiệp có sử dụng than luôn có mặt phenol trong khí
thải. Nước thải của các lò luyện cốc, luyện kim và từ các quá trình chế biến đá
dầu, nhà máy giấy, nhà máy chế biến dầu mỏ, bột gỗ luôn có mặt
phenol...Phenol cũng có mặt trong các nhà máy sản xuất phenol và trong
những nơi sử dụng phenol làm nguyên liệu sản xuất. Ngoài ra trong tự nhiên,
phenol và các dẫn xuất của nó còn được hình thành trong quá trình phân hủy
thuốc trừ sâu, diệt cỏ.. trong giai đoạn phân hủy vi sinh các hợp chất hữu cơ,
nhựa cây cũng là nơi phát sinh nhiều dẫn xuất của phenol.
● Ứng dụng
Phenol và các dẫn xuất của phenol là nguyên liệu đầu rất quan trọng
trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Năm 1963, toàn thế giới sản
xuất khoảng 40 vạn tấn phenol. Hiện nay tổng sản lượng thế giới hàng năm
khoảng 3,5 trệu tấn. Phần lớn phenol dùng để sản xuất chất dẻo phenolfomandehit, sợi nilon, sợi caprolacton, nhựa epoxit. Ngoài ra còn để sản xuất
axit salyxilic, các chất màu, dược phẩm, chất hóa dẻo, chất chống oxi hóa, tẩy
uế côn trùng, thuốc trừ sâu, chất diệt cỏ, ...các sản phẩm nitro hóa phenol
được dùng làm thuốc nổ.
● Tính độc hại
Về khía cạnh môi trường, phenol và các dẫn xuất của nó đựoc liệt vào
các chất gây ô nhiễm môi trường có nguồn gốc hữu cơ. Phenol và các dẫn
xuất của phenol có mùi đặc trưng và độc tính mạnh. Chúng có khả năng
ngưng tụ protein và làm bỏng nặng trên da. Khi tấn công vào các tế bào,

17


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
chúng gây sự đốt cháy mạnh ở tế bào vì tiêu thụ nhiều oxi, làm tê liệt tác dụng

tổng hợp các dây nối photophonyl quan trọng trong quá trình oxi hóa của cơ
thể như ATP. Những biểu hiện của triệu chứng nhiễm độc các loại phenol là
chóng mặt, nôn mửa, rối loạn tim mạch, hôn mê, nước tiểu trở nên xanh nhạt
hoặc xám tro.
Do độc tính cao, phenol trong nước có tác dộng xấu đến môi trường
sống của các loại thủy sinh và hạn chế sự phân hủy sinh học. Phenol và các
dẫn xuất có thể gây cho các loài cá mất phương hướng trong chuyển động,
làm mất phản xạ trong điều chỉnh cân bằng cơ thể và cuối cùng làm mất tính
năng bơi trong nước, cá ngừng hô hấp và chết.
Để xử lí nước bị ô nhiễm các chất phenol, tùy theo yêu cầu, mục đích
cụ thể mà người ta có thể sử dụng một hay kết hợp nhiều phương pháp: cơ
học, hóa học, lí học, sinh học...

1.4.4. Vật liệu Ag-TiO2/Bent và ứng dụng để xử lý phenol
1.4.4.1. Phản ứng oxi hóa phenol trong dung dịch nước
Xử lý nguồn ô nhiễm phenol và các dẫn xuất của nó trong dung dịch
nước là một vấn đề vô cùng cấp thiết hiện nay. Có nhiều phương pháp xử lý
đã được đưa ra để giải quyết vấn đề này như :
● Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha. Tùy theo bản
chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà người ta chia
ra hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Trong rất nhiều quá trình hấp phụ, xảy
ra đồng thời cả hai hình thức hấp phụ này.
Các chất độc gây ô nhiễm trong môi trường nước có thể được xử lý
bằng phương pháp hấp phụ trên các chất có khả năng hấp phụ tốt như than
hoạt tính, zeolit, bentonit…
Phương pháp này có ưu điểm công nghệ xử lý đơn giản, hiệu quả, tốc
độ xử lý nhanh. Nhưng nhược điểm là giá thành cao, chất thải sau hấp phụ
khó xử lý và tái chế phục hồi chất hấp phụ hoặc là chất độc chưa được xử lý
triệt để, vẫn còn khả năng gây ô nhiễm thứ cấp sau khi giải hấp phụ vật liệu.

● Phương pháp sinh học

18


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng các hoạt động sống của vi
sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm hòa tan trong nước thải.
Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn
dinh dưỡng và sinh năng lượng để duy trì hoạt động của chúng.
Do độc tính cao của phenol nên nói chung việc xử lí nước chứa hàm
lượng tổng phenol > 200mg/l bằng kĩ thuật sinh học là rất khó, mặc dù
phương pháp xử lí này rẻ tiền song bị hạn chế khi nước thải chứa độc tố.
Người ta không sử dụng phương pháp sinh học khi nồng độ phenol trong
nước khoảng 50-70mg/l. Hầu hết các nguồn nước thải đều chứa tổng hàm
lượng phenol cao hơn nhiều so với giới hạn nói trên. Do đó người ta thường
tiến hành xử lí bằng phương pháp oxi hóa.
● Phương pháp oxi hóa sử dụng xúc tác quang hóa
Ngày nay, phương pháp oxi hóa sử dụng xúc tác quang hóa là một
trong những biện pháp phổ biến được sử dụng để xử lý các chất ô nhiễm do
đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu
trúc bền, độc tính chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ
bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị
phân hủy bởi vi sinh vật.
Xúc tác quang hóa ở pha rắn (thường là chất bán dẫn), tiếp xúc với pha
khí hoặc pha lỏng của chất phản ứng. Khi được chiếu sáng, xúc tác sẽ hấp thụ
năng lượng, một electron của lớp vỏ hoá trị sẽ nhảy lên lớp dẫn điện, tạo ra
một lỗ trống mang điện tích dương (h+) trong lớp vỏ hoá trị. Electron (e-) và
lỗ trống (h+) có thể kết hợp lại với nhau,giải phóng ra năng lượng, hoặc sẽ

định cư luôn trên bề mặt xúc tác. Khi đó sẽ tạo ra một tác nhân oxi hoá hoạt
động nhờ phản ứng của (e-) hoặc (h+)với một chất oxi hoá, chẳng hạn như
H2O2 và O3.

19


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

Hình 13: Mô tả cơ chế hoạt động của xúc tác quang hóa
Khi sử dụng H2O2 làm chất oxi hóa với xúc tác quang được chiếu sáng
sẽ tạo ra gốc hydroxyl (•OH) theo các phản ứng sau.
H 2O + h + 
→*OH + H +
OH − + h + 
→*OH
O 2 + 2 H + + 2e − 
→ H 2 O2
H 2 O2 + e − 
→*OH + OH −
hv
H 2 O2 →
2 * OH

O2 + e − 
→O2−
O 2 − + H 2 O2 
→*OH + OH − + O2

Như đã nói ở trên, khi cấy thêm Ag vào TiO 2 thì hoạt tính xúc tác
quang hóa của xúc tác có thể thể hiện chỉ với sự kích thích bằng ánh sáng khả
kiến. Sau khi tạo ra tác nhân oxi hoá hoạt động là gốc hydroxyl ( •OH), gốc
này sẽ tấn công vào các chất cần xử lý và gây ra các phản ứng oxi hóa.
Quá trình oxi hoá phenol bằng tác nhân oxi hoá H 2O2 sử dụng xúc tác
quang hóa Ag-TiO2/Bent cho kết quả rất khả quan trong vùng ánh sáng khả
kiến. Phản ứng oxi hoá xảy ra theo cơ chế phản ứng sau :

20


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

Hình 14: Sơ đồ tổng quát phản ứng oxi hoá phenol bằng H2O2
Từ sơ đồ trên ta thấy, quá trình oxi hóa đi qua nhiều giai đoạn và hình
thành một loạt sản phẩm trung gian. Tuỳ từng điều kiện tiến hành mà phản
ứng xảy ra đến mức độ nào và sản phẩm tạo ra là hợp chất gì. Trong hoá học
môi trường, chúng ta mong tìm được hệ xúc tác có khả năng oxi hoá mạnh,
quá trình oxi hoá sâu để oxi hoá phenol cho sản phẩm cuối cùng là CO 2 và
H2O. Hệ xúc tác oxi hóa H2O2 + Ag-TiO2/Bent đủ khả năng để oxi hóa hoàn
toàn phenol thành các chất vô cơ không độc như chúng ta mong đợi. Phản

21


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
ứng không dẫn đến các sản phẩm ngoài ý muốn và có thể dễ dàng kiểm soát
được mức độ xảy ra của phản ứng bằng cách khống chế các điều kiện thực

hiện phản ứng.
Có thể tóm tắt quá trình đó theo sơ đồ được nêu ra ở hình 15

O2
phenol
CB

H+
e-

H+
e-

Ag – TiO2 / Bent

hν

hν
+
VB

h+

Gốc hydroxyl

Phân hủy
hủy
Xúc tácPhân
quang
hóa

Xúc tác quang hóa

( OH)
H+

+
H2O

H2O

OH

CO2

+ Chất vô cơ

Hình 15 : Sơ đồ quá trình phân huỷ phenol bởi xúc tác quang hóa
Từ sơ đồ trên ta thấy việc tiến hành phân hủy phenol bằng hệ xúc tác quang hóa
H2O2 + Ag-TiO2/Bent tương đối dễ dàng trong quy mô phòng thí nghiệm và
có thể phát triển để áp dụng trong quy mô công nghiệp. Có thể nói đây là một
phương pháp tốt nhất hiện nay đang được quan tâm, nó xử lý được những
chất hữu cơ khó phân hủy mà các phương pháp xử lý thông thường chưa xử
lý được.

Chương 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Dụng cụ và hóa chất
2.1.1. Dụng cụ
- Cốc thuỷ tinh 250 mL và 500 mL, bình nón, đũa thuỷ tinh, pipet, chày và
cối sứ.

22


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
- Máy khuấy từ
- Tủ sấy: Model 1430D, Đức
- Máy đo pH Metler: Model XT 1200C, Thụy Sỹ
- Cân phân tích: AdventurerTM OHAUS, Thụy Sỹ
- Máy đo quang : Visble spectrophotometer NOVA SpecđII

2.1.2. Hóa chất
- Titanium tetra isopropoxide (TIOT) Ti(OC3H7)4 (merck)
- Axit acetic CH3COOH hóa chất PA
- Bạc nitrat 99% AgNO3 hóa chất PA
- Phenol C6H5OH hóa chất PA
- H2O2 30% hóa chất PA
- Dung dịch HNO3 63% hóa chất PA
- NaOH hóa chất PA
- NH4OH hóa chất PA
- 4-aminoantipyrin 98% C11H13N3O hóa chất PA
- Kali natri tatarat C4H4O6KNa.4H2O hóa chất PA
- Kali hexaferoat K3Fe(CN)6 hóa chất PA
- Amonihydroxit NH4OH hóa chất PA

2.2. Tổng hợp vật liệu
2.2.1. Tổng hợp vật liệu TiO2
Lấy 48 ml axit acetic cho vào cốc 250 ml sạch, khô và khuấy đều trên
bếp khuấy từ (trong tủ hút) sau đó cho từ từ 25 ml TIOT vào dung dịch,
khuấy liên tục cho đến khi thu được dung dịch sol trong suốt. Tiếp đó thêm

vào dung dịch từng giọt 150,0 ml nước cất. Khuấy liên tục trong vòng 8h đến

23


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng
khi thu được sol trong suốt. Sau thời gian trên, tiến hành làm khô dung dịch ở
nhiệt độ 100oC sau đó nung vật liệu ở 600oC trong 2h, thời gian gia nhiệt là 1h
ta thu được vật liệu TiO2.

2.2.2. Tổng hợp vật liệu Ag - TiO2
Lấy 48 ml axit acetic cho vào cốc 250 ml sạch, khô và khuấy đều trên
bếp khuấy từ (trong tủ hút) sau đó cho từ từ 25 ml TIOT vào dung dịch,
khuấy liên tục cho đến khi thu được dung dịch sol trong suốt. Tiếp đó thêm
vào dung dịch từng giọt 150,0 ml AgNO3 nồng độ 0.35%. Khuấy liên tục
trong vòng 8h đến khi thu được sol trong suốt. Sau thời gian trên, tiến hành
làm khô dung dịch ở nhiệt độ 100 oC sau đó nung vật liệu ở 600oC và 700oC
trong 2h, thời gian gia nhiệt là 1h ta thu được vật liệu Ag-TiO2.

2.2.3 Tổng hợp Ag - TiO2/Bent
Xúc tác Ag-TiO2/Bent được tổng hợp theo phương pháp sol – gel. Sử
dụng 2 g bentonit và 12,0 ml TIOT để điều chế xúc tác, ứng với tỉ lệ mol
TiO2/Bent bằng 20 mmol và thay đổi lượng Ag-TiO 2 theo hàm lượng lần lượt
là : 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 và 10,0% khối lượng.
Huyền phù sét 2% được điều chế bằng cách cho 2 g sét hòa trong 100
ml nước cất, khuấy liên tục trong vòng 1 ngày ( Cốc A)
Sau đó lấy 23,0 ml axit acetic cho vào cốc 250ml (Cốc B) và khuấy
trên bếp khuấy từ (trong tủ hút). Cho thêm 12,0 ml TIOT cho từ từ vào cốc B,
khuấy liên tục tới khi đạt được dung dịch sol trong suốt. Tiếp đó thêm từng

giọt 72,0 ml nước cất (hoặc dung dịch Ag có nồng độ khác nhau thỏa mãn
hàm lượng Ag-TiO2 được đưa ra ở trên ) vào dung dịch sol ở cốc B. Khuấy
liên tục trong vòng 4h đến khi thu được sol TiO2 trong suốt.
Nhỏ từ từ dung dịch sol ở cốc B vào huyền phù sét ở cốc A, khuấy
dung dịch qua đêm.
Lọc dung dịch để thu lấy vật liệu và sấy ở 100 0C trong vòng 1 đêm.
Tiếp đó nung ở các nhiệt độ khác nhau : 600 oC, 700oC và 8000C. Sau khi
nung nghiền thật nhỏ sẽ thu được vật liệu Ag-TiO 2/Bent ở các nhiệt độ nung
và tỉ lệ khác nhau.

2.3. Khảo sát tính chất vật liệu tổng hợp bằng các phương pháp vật lí
hiện đại

24


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dụcKhóa luận tốt nghiệp
Phạm Thanh Đồng

2.3.1. Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X
Nhiễu xạ tia X là một phương pháp quan trọng trong việc nghiên cứu
cấu trúc vật liệu rắn. Phương pháp sử dụng tia X với các bước sóng nằm trong
khoảng từ 1 đến 50Å. Các tia này có năng lượng lớn nên có khả năng xuyên
sâu vào cấu trúc vật liệu rắn. Khi chiếu tia X vào các mạng tinh thể, các tia X
phản xạ từ hai mặt liên tiếp nhau có hiệu quang trình :
∆ = 2.AC
Khi các tia này giao thoa với nhau, ta sẽ thu được cực đại nhiễu xạ thỏa
mãn phương trình Vulf- bragg:
∆ = 2dsinθ = nλ
Trong đó:

d: khoảng cách giữa hai mặt song song.
θ: là góc giữa tia X và mặt phẳng pháp tuyến.
n: là số bậc phản xạ (n = 1, 2, 3, 4...).
2'

2
1

1'
θ

I

O

B
II

θ

C

d

A

Hình 15: Sơ đồ tia tới và tia phản khi tia X lan truyền trong tinh thể
Giản đồ nhiễu xạ tia X của tất cả các mẫu được ghi trên máy SIEMENS
D5005. Điều kiện ghi nhiễu xạ đồ:
-

Ống phát tia X bằng Cu Kα = 1,5406 A0

- U= 30Kv
- I= 25Ma
-

Nhiệt độ : 250C

-

Góc quét 2θ (từ 0.5 đến 50°)

- Tốc độ quét 0,2 độ/ phút

25