bài thuyết trình về xúc tác quang hóa tio2

XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2

GVHD: DIỆP KHANH
1


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
 Nôôi Dung
I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TIO2
II. CẤU TRÚC, PHÂN LOẠI XÚC TÁC QUANG TIO2
III. ỨNG DỤNG CỦA TIO2
IV. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA XÚC TÁC QUANG TIO2
V. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG TIO2
VI. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XÚC TÁC QUANG TIO2
2


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TiO2
-TiO2 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 TiO2 có độ cứng cao,

khó nóng chảy (Tnc
=18700C).
3


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TiO2
- Xúc tác quang TiO2 là xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp
thụ ánh sáng.
TiO2, , hυ
Vd: HCHO + 3/2 O2
CO2 + H2O
 TiO2 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.
4


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
I. SƠ LƯỢC VỀ XÚC TÁC QUANG TiO2
 Xúc tác quang nano TiO2:
- Xúc tác quang TiO2 kích thước
nano.
- Xúc tác quang TiO2 trên vật liệu

nano (composit): gồm
cacbonnanotubes (CNT) và TiO2
+ CNT: cacbon nano đa lớp
(MWNT) và cacbon nano sợi
(CNF).
5


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
II. CÁC DẠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦATiO2
- Titandioxit (TiO2) là chất bán dẫn, có cấu trúc
tinh thể gồm 3 dạng thù hình chính: anatase, rutile và
brookite

Rutile

Anatase

6Brookite


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
 Tính chất của xúc tác quang TiO2
-TiO2 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

TiO2
 Tính chất của xúc tác
quang TiO2
- Tính siêu thâm ướt

8


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
III. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG

9


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
 Giải thích cơ chế:
- 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 + TIO2 → e- + H+
Các e được chuyển lên vùng dẫn, còn các lỗ trống ở lại
vùng hoá trị.
10


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
 Giải thích cơ chế:
-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- + O2 → *O2- (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+ + H2O → *OH + H+
 Gốc *O2- và *OH mới sinh ra có tính oxj hóa rất mạnh.
Chúng oxj hóa các hợp chất hữu cơ bám trân bề mặt xúc
11
tác thành H2O và CO2.

XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
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.

12


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
IV. ỨNG DỤNG
- Diệt vi khuẩn, virus, nấm mốc.
- Tiêu diệt các tế bào ung thư.

13


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
IV. ỨNG DUNG
- 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,…

14


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
IV. ỨNG DỤNG
- Xử lý nước và không khí bị
ô nhiễm

15


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
IV. ỨNG DUNG
- Hấp thụ tia tử ngoại  Làm vật liệu chống tia tử ngoại.
- Sản suất pin mặt trời quang
điện hóa.
- Chế tạo các linh kiện điện tử

16


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
V. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC

QUANG TiO2
Phương pháp chính

Phương pháp axit
sulfuric

Phương pháp
clo hóa

 Ngoài ra, còn có quy trình sản xuất TiO2 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. 17


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
Phương pháp axit
sunfuric
1

2

3

4

Phân hủy
tinh quặng
bằng H2SO4

Tách Fe ra
khỏi dung
dịch

Thủy phân:
tạo ra
H2TiO3

Nung
H2TiO3
18


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
Thủy phân dung dịch TiCl
Phương
Pháp

Thủy phân trong pha khí

Clo
hóa

Đốt TiCl4
19

XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
Ưu Điểm
- Chỉ dùng 1 loại hóa chất là
H2SO4.
Phương
- Có thể dùng nguyên liệu có
pháp hàm lượng titan oxit thấp, rẻ
axit
tiền
sunfuric

Nhược Điểm
- 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.

- Lượng khí thải ít.
- Khí Clo được thu hồi và
dùng lại.
Phương - Thành phẩm được sử dụng
pháp rất rộng rãi trong ngành sơn,
Clo hóa 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
20
mặt của hơi nước.


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
VI. ƯU – NHƯỢC CỦA XÚC TÁC QUANG TIO2
 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 TiO2 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

TiO2
VI. ƯU – NHƯỢC CỦA XÚC TÁC QUANG TIO2
- Tuy nhiên nhược điểm đó giờ đã không còn là vấn đề
nữa khi khoa học đã tổng hợp xúc tác quang TiO2 ở dạng
nano ( biến tính).
Tăng khả năng quang
- Nhờ có các tính năng
hóa của TiO2 trong
ưu việt của các ống
vùng ánh sáng khả
nano cacbon (CNT) như
kiến. Tăng độ bền
độ dẫn điện tốt, độ hấp
nhiệt, hàm lượng trên
phụ cao, đường kính với
bề mặt và giảm kích
kích thước nano,…
trước của TiO2 .
22


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2
 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM

1.
2.
3.
4.
5.

Trần Thị Thùy Dung
Trần Quốc Cường
Lâm Văn Đài
Hồ Văn Bự
Trần Anh Chiến

6. Nguyễn Viết Đại
7. Trần Thành Đôi
8. Tăng Tiến Dũng
9. Võ Văn Trường Định
10. Trần Văn Đệ

23


XÚC TÁC QUANG HÓA

TiO2

24