Nghiên cứu biến tính quặng ilmenite đã được làm giàu bằng n để ứng dụng xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm trong vùng khả kiến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------------------

Chu Thị Trà

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG ILMENITE
ĐÃ ĐƢỢC LÀM GIÀU BẰNG N ĐỂ ỨNG DỤNG XỬ LÝ
CÁC CHẤT HỮU CƠ Ô NHIỄM TRONG VÙNG KHẢ KIẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------------------

Chu Thị Trà

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG ILMENITE
ĐÃ ĐƢỢC LÀM GIÀU BẰNG N ĐỂ ỨNG DỤNG XỬ LÝ
CÁC CHẤT HỮU CƠ Ô NHIỄM TRONG VÙNG KHẢ KIẾN
Chuyên ngành: Hóa Môi Trƣờng
Mã số: 60440120
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HDKH: TS. NGUYỄN MINH PHƢƠNG

Hà Nội – Năm 2015

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Hóa Môi trường , Khoa
Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội.
Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới trường
Đại học Khoa học tự nhiên, Khoa Hóa học và đặc biệt TS. Nguyễn Minh Phương người trực tiếp giao cho em đề tài và đã hướng dẫn, dìu dắt em tận tình trong quá
trình thực hiện.
Xin chân thành cảm ơn em Lục Đức Việt – sinh viên K56B Khoa Hóa học đã
nhiệt tình giúp đỡ trong suốt quá trình hoàn thành luận văn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô và các bạn PTN Hóa môi
trường, Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội đã
tận tình chỉ bảo và tạo điều kiện cho em trong thời gian thực hiên đề tài.
Cuối cùng, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã quan tâm,
giúp đỡ em trong suốt khóa học này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2015
Học viên

Chu Thị Trà


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Abs: Độ hấp thụ quang
CB: Vùng dẫn
Eg: Năng lƣợng vùng cấm
RhB: Rhodamine B
VB: Vùng hóa trị

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tình hình khai thác ilmenite ở một số quốc gia trên thế giới giai đoạn
2001-2004 ........................................................................................................ 15
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của quặng ilmenit ................................................. 17
Bảng 2.1. Nồng độ dãy chuẩn của RhB ................................................................... 33
Bảng 3.1. Hiệu suất xử lý RhB của N-TiO2 điều chế theo phương pháp 1,2 và mẫu
TiO2 không biến tính ................................................................................................ 38
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ ure/TiO2 tới hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-TiO2
.................................................................................................................................. 39
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt tới hiệu suất xử lý RhB của vật liệu
.................................................................................................................................. 41
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến hiệu suất xử lý RhB của vật liệu
.................................................................................................................................. 42
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thể tích dung môi tới hiệu suất xử lý RhB của vật liệu ..
.................................................................................................................................. 44
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu xuất xử lý RhB của vật liệu....... 45
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất xử lý RhB của vật liệu ..... 47
Bảng 3.8. Hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-TiO2 dưới ánh sáng mặt trời ........... 50


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn .................................................. 4
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 ........................................ 5
Hình 1.3. Hình khối bát diện của TiO2 .................................................................... 5
Hình 1.4. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile............................................... 7
Hình 1.5. Sự hình thành các gốc OH• và O2- .......................................................... 8
Hình 1.6. Hình ảnh và cấu trúc của Ilmenite .......................................................... 16
Hình 1.7. Giản đồ X-ray của quặng ilmenite Hà Tĩnh ............................................. 17

Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ sản xuất TiO2 bằng phương pháp axit sunfuric ........... 20
Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ sản xuất TiO2 bằng phương pháp clo hóa ................... 22
Hình 1.10. Sơ đồ quy trình công nghê ̣ nung phân giải quặng ilmenit e bằ ng amoni
hyđrô sunfat .............................................................................................................. 22
Hình 1.11. Sơ đồ công nghệ điều chế TiO2 từ quặng ilmenite theo phương pháp
amoniflorua .............................................................................................................. 25
Hình 1.12. Công thức cấu tạo của RhB ................................................................... 25
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp vật liệu TiO2 không biến tính .......................................... 29
Hình 2.2. Sơ đồ tổng hợp vật liệu N-TiO2 theo phương pháp đồng kết tủa ............. 30
Hình 2.3. Sơ đồ tổng hợp vật liệu N-TiO2 theo phương pháp thủy nhiệt................. 31
Hình 2.4. Đường chuẩn xác định nồng độ RhB ....................................................... 34
Hình 2.5. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg .......................................................... 35
Hình 3.1. Hiệu suất xử lý RhB của mẫu TiO2 và mẫu N-TiO2 ................................ 39
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ ure/TiO2 tới hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-TiO

2

.................................................................................................................................. 40
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến hiệu suất xử lý RhB của vật liệu
.................................................................................................................................. 41
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến hiệu suất xử lý RhB của vật liệu
.................................................................................................................................. 43


Hình 3.5. Ảnh hưởng của thể tích dung môi đến hiệu suất xử lý RhB của vật liệu .
.................................................................................................................................. 44
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu xuất xử lý RhB của vật liệu ....... 46
Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất xử lý RhB của vật liệu ...... 47
Hình 3.8. Giản đồ XRD của mẫu bột sản phẩm N-TiO2

.................................... 48

Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu vật liệu N-TiO2 .......................................................... 49
Hình 3.10. Phổ UV-VIS của bột sản phẩm TiO2 và N-TiO2 .................................... 49
Hình 3.11. Hiệu suất xử lý RhB của vật liệu N-TiO2 dưới ánh sáng mặt trời ......... 51


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN ....................................................................................... 2
1.1. Tổng quan về vật liệu TiO2 .......................................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn .............................................................. 2
1.1.2. Xúc tác quang hóa ................................................................................ 3
1.1.3. Tính chất và cơ chế hoạt động của vật liệu quang xúc tác bán dẫn TiO2
....................................................................................................................... 4
1.1.4. Ứng dụng của TiO2 .............................................................................. 9
1.1.5. Các phƣơng pháp biến tính TiO2.......................................................... 11
1.2. Tổng quan về quặng ilmenite ....................................................................... 15
1.2.1. Nguồn gốc và trữ lƣợng ....................................................................... 15
1.2.2. Thành phần hóa học ............................................................................. 16
1.2.3. Ứng dụng của quặng ilmenite .............................................................. 18
1.2.4. Các phƣơng pháp làm giàu quặng ilmenite.......................................... 18
1.3. Thực trạng ô nhiễm phẩm nhuộm ở nƣớc ta ................................................ 25
1.4. Tổng quan về RhB ....................................................................................... 26
1.4.1. Công thức cấu tạo................................................................................. 26
1.4.2. Tính chất vật lí ..................................................................................... 27
1.4.3. Ứng dụng của RhB ............................................................................... 27
Chƣơng 2 - THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 28
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................... 28
2.2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................... 28

2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 28
2.4. Thực nghiệm ................................................................................................ 28
2.4.1. Hóa chất và dụng cụ ............................................................................ 28
2.4.2. Tổng hợp vật liệu N-TiO2 kích thƣớc nano từ quặng ilmenite đã đƣợc
làm giàu .............................................................................................. 29
2.4.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng trong quá trình tổng hợp vật liệu ...... 31


2.4.4. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu .................................... 32
2.5. Phƣơng pháp định lƣợng RhB..................................................................... 32
2.6. Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng của vật liệu ....................................... 34
2.6.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................... 34
2.6.2. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) .... 36
2.6.3. Phƣơng pháp phổ khuếch tán phản xạ UV – VIS (Ultra Violet –
Visible Diffuse Reflectance Spectrocospy) ..................................... 36
Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 38
3.1. So sánh hoạt tính quang xúc tác của vật liệu N-TiO2 và TiO2 ..................... 38
3.2. Khảo sát các điều kiện tổng hợp vật liệu theo phƣơng pháp thủy nhiệt ...... 39
3.2.1. Ảnh hƣởng của tỉ lệ Ure/TiO2 ............................................................ 39
3.2.2. Ảnh hƣởng của các điều kiện thuỷ nhiệt tới hiệu suất phân hủy RhB
của vật liệu.......................................................................................... 40
3.2.3. Ảnh hƣởng của các điều kiện nung tới hiệu suất xử lý RhB của N-TiO2
............................................................................................................ 45
3.3. Các đặc trƣng cấu trúc của vật liệu quang xúc tác N-TiO2 .......................... 48
3.3.1. Thành phần pha của vật liệu - phổ XRD ............................................. 48
3.3.2. Hình thái bề mặt vật liệu - ảnh SEM................................................... 49
3.3.3. Khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu - Phổ UV-VIS....................... 49
3.4. Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu trong điều kiện ánh sáng mặt
trời ............................................................................................................... 50
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 53
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 56


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học
MỞ ĐẦU

Trong xã hội hiện đại ngày nay, ô nhiễm môi trƣờng trở thành vấn đề quan
tâm hàng đầu của nhân loại. Loài ngƣời đang phải gánh chịu những hậu quả về ô
nhiễm môi trƣờng do các hoạt động của chính mình gây ra. Để khắc phục những
hậu quả đó, các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu, tìm tòi các phƣơng pháp
nhằm xử lý, hạn chế ảnh hƣởng của các chất ô nhiễm. Trong đó, nghiên cứu sử
dụng quang xúc tác bán dẫn để ứng dụng xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm đã đạt đƣợc
những thành tựu nhất định. TiO2 là một quang xúc tác quan trọng đã thu hút đƣợc
nhiều sự quan tâm bởi tính chất quang xúc tác mạnh, tính bền hóa học, chi phí thấp
và thân thiện với môi trƣờng [19]. TiO2 có năng lƣợng vùng cấm khoảng 3.0eV –
3.2eV, do đó TiO2 chỉ có khả năng xúc tác trong vùng ánh sáng UV, còn hiệu suất
quang xúc tác ngoài trời thấp do bức xạ UV chỉ chiếm khoảng 5% năng lƣợng mặt
trời. Để tăng hiệu suất quang xúc tác cần mở rộng phổ hấp thụ của TiO2 vào vùng
ánh sáng khả kiến (loại bức xạ chiếm đến 45% năng lƣợng mặt trời). Một phƣơng
pháp hiệu quả để chế tạo vật liệu có khả năng quang xúc tác tốt trên nền vật liệu
TiO2 là pha tạp các anion của C, N, F, S. Các nghiên cứu chỉ ra rằng việc pha tạp
nitơ có khả năng cải thiện hoạt tính của TiO2 trong vùng khả kiến vì các trạng thái
(N-2p) của chúng nằm trong vùng cấm, lân cận vùng hóa trị của trạng thái (O-2p).
Nhờ vậy năng lƣợng vùng cấm quang (Eg) đƣợc thu hẹp lại [20].
Có thể tổng hợp TiO2 từ nhiều nguồn nguyên liệu ban đầu khác nhau, tuy
nhiên, những phƣơng pháp tổng hợp từ các hoá chất tinh khiết có giá thành rất cao.
Việt Nam có nguồn tài nguyên ilmenite rất phong phú với hàm lƣợng TiO2 tƣơng

đối cao (~50%). Do đó, việc nghiên cứu tổng hợp TiO2 từ quặng ilmenite là một
hƣớng đi có ý nghĩa thực tiễn nhằm tận dụng nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền để chế tạo
đƣợc vật liệu xúc tác có chất lƣợng tốt, có khả năng ứng dụng vào thực tiễn.
Chính vì vậy, tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu biến tính quặng Ilmenite đã
được làm giàu bằng N để ứng dụng xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm trong vùng
khả kiến”.

Chu Thị Trà – K23

1

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Chƣơng 1 – TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về vật liệu TiO2
1.1.1. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn
Theo lý thuyết vùng, cấu trúc điện tử của kim loại gồm một vùng gồm những
obitan phân tử liên kết đƣợc xếp đủ electron, đƣợc gọi là vùng hóa trị và một vùng
gồm những obitan phân tử phản liên kết còn trống electron, đƣợc gọi là vùng dẫn.
Hai vùng này đƣợc chia cách bởi một hố năng lƣợng ngăn các đƣợc gọi là vùng
cấm, đặc trƣng bằng năng lƣợng vùng cấm Eg, chính là độ chênh nhau về năng
lƣợng giữa hai vùng nói trên.
Đối với vật liệu dẫn điện, vùng hóa trị và vùng dẫn nằm che phủ nhau và
không có vùng cấm, nhờ đó những electron chiếm đầy các obitan liên kết trong
vùng hóa trị có thể dễ dàng nhảy sang các obitan phản liên kết còn trống trong vùng

dẫn khi vật liệu đƣợc đặt dƣới một điện áp nào đó.
Ngƣợc lại, đối với vật liệu cách điện, hai vùng hóa trị và vùng dẫn nằm cách
nhau khá xa, Eg lớn, các electron trong vùng hóa trị không thể nào vƣợt qua vùng
cấm để nhảy vào vùng dẫn mặc dù đặt dƣới một điện áp đủ cao.
Vật liệu bán dẫn là vật liệu có tính chất trung gian giữa hai loại trên, những
electron của các obitan ở vùng hóa trị nếu bị một kích thích nào đó có thể vƣợt qua
vùng cấm nhảy sang vùng dẫn, trở thành chất dẫn điện có điều kiện.
Nói chung, những chất có Eg lớn hơn 3,5 eV là những chất cách điện, ngƣợc
lại khi Eg thấp hơn 3,5 eV là các chất bán dẫn. Chất dẫn điện có Eg ≈ 0 [11].
Tính dẫn điện của chất bán dẫn có thể thay đổi nhờ các kích thích năng
lƣợng nhƣ nhiệt độ, ánh sáng. Khi chiếu sáng, các điện tử sẽ hấp thụ năng lƣợng từ
photon, và có thể nhảy lên vùng dẫn nếu năng lƣợng đủ lớn. Kết quả là trên vùng
dẫn sẽ có các electron (e-) mang điện tích âm – đƣợc gọi là electron quang sinh
(photogenerated electron) và trên vùng hóa trị sẽ có những lỗ trống (h+) mang điện
tích dƣơng – đƣợc gọi là lỗ trống quang sinh (photogenerated hole). Chính các
Chu Thị Trà – K23

2

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

electron và lỗ trống quang sinh này là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hóa học
xảy ra, bao gồm quá trình khử electron quang sinh và quá trình oxi hóa các lỗ trống
quang sinh. Khả năng khử và oxi hóa của các electron và lỗ trống quang sinh là rất
cao (từ +0,5 eV đến -1,5 eV đối với các electron quang sinh và từ +1,0 eV đến +3,5

eV đối với các lỗ trống quang sinh). Các electron quang sinh và các lỗ trống quang
sinh có thể di chuyển tới bề mặt của các hạt xúc tác và tác dụng trực tiếp hoặc gián
tiếp với các chất bị hấp phụ bề mặt [11]. Khi có sự kích thích của ánh sáng, trong
chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao đổi electron với các chất bị
hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn. Thông thƣờng, một chất cho electron
(electron donor – D) nhƣ nƣớc, sẽ bị hấp phụ và phản ứng với lỗ trống trong vùng
hóa trị; một chất nhận electron (electron acceptor – A), nhƣ oxi hòa tan, sẽ bị hấp
phụ và phản ứng với electron trong vùng dẫn:
XT(h+) + D → XT + D+ (1.1)
XT(e-) + A → XT + A-

(1.2)

1.1.2. Xúc tác quang hoá
Phản ứng quang hóa là những phản ứng xảy ra dƣới tác dụng của ánh sáng
bao gồm ánh sáng trông thấy, bức xạ hồng ngoại và bức xạ tử ngoại. Tác dụng của
ánh sáng phụ thuộc vào năng lƣợng của bức xạ: bức xạ với bƣớc sóng càng ngắn có
năng lƣợng càng lớn sẽ có tác dụng càng mạnh đến chất phản ứng.
Chất xúc tác là chất có tác dụng làm biến đổi mãnh liệt tốc độ phản ứng hoặc
gây nên phản ứng nếu phản ứng đó, về nguyên tắc, có thể thực hiện đƣợc và sau
phản ứng, sẽ không biến đổi về chất và lƣợng. Những chất bán dẫn có Eg thấp hơn
3,5 eV đều có thể làm chất xúc tác quang.
Nhiều công trình cho thấy quá trình quang xúc tác cho phép xử lý nhiều chất
hữu cơ ô nhiễm trong nƣớc và nƣớc thải nhƣ các ankan, haloankan, anken,
haloanken, phenol, halophenol, thuốc nhuộm, hóa chất bảo vệ thực vật, chất hoạt
động bề mặt… Quá trình oxi hóa quang xúc tác còn có thể xử lý các chất độc vô cơ

Chu Thị Trà – K23

3

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

bằng cách oxi hóa các ion nitrit, sunfit, cyanit… thành dạng ít độc hơn; đồng thời có
khả năng phá hủy các vật liệu sinh học nhƣ vi khuẩn, virus và nấm mốc [11].
Quá trình xúc tác quang hóa đƣợc mô tả trong sơ đồ:

Hình 1.1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn
Trong xúc tác quang, TiO2 là một xúc tác lý tƣởng vì nó bền về mặt hóa học
và lỗ trống sinh ra trong TiO2 có tính oxi hóa cao. Thế oxi hóa của lỗ trống sinh ra
trên bề mặt TiO2 là +2,53 eV so với thế điện cực chuẩn của điện cực hiđro, trong
dung dịch nƣớc có pH = 7. Lỗ trống này dễ dàng tác dụng với phân tử nƣớc hoặc
anion hiđroxyl trên bề mặt của TiO2 tạo thành gốc hiđroxyl tự do. Thế của cặp
HO•/OH- chỉ nhỏ hơn so với thế oxi hóa của lỗ trống một chút nhƣng vẫn lớn hơn
thế oxi hóa của ozon (O3/O2) [21].
1.1.3. Tính chất và cơ chế hoạt động của vật liệu quang xúc tác bán dẫn
TiO2
1.1.3.1. Các dạng cấu trúc và tính chất vật lý của TiO2 nano
TiO2 là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm lạnh thì trở lại
màu trắng. Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (tnc= 1870oC).
TiO2 tồn tại chủ yếu dƣới ba dạng thù hình là dạng anatase, rutile và brookite .
Dạng rutile, anatase có cấu trúc tetragonal, còn brookite có dạng ortho. Ba cấu trúc
này khác nhau bởi sự biến dạng và bởi kiểu liên kết [18].

Chu Thị Trà – K23

4

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Ba dạng thù hình của TiO2 đều tồn tại trong tự nhiên dƣới dạng khoáng vật,
trong đó phổ biến nhất là rutile [6].

Dạng anatase

Dạng rutile

Dạng brookite

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2
Cấu trúc mạng lƣới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều đƣợc xây dựng
từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc qua
đỉnh oxi chung. Mỗi ion Ti4+ đƣợc bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2-.

Hình 1.3. Hình khối bát diện của TiO2
Các mạng lƣới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến
dạng của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các bát diện. Hình tám mặt trong

Chu Thị Trà – K23

5

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

rutile không đồng đều hơi bị biến dạng thoi. Các bát diện của anatase bị biến dạng
mạnh hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ là thấp hơn. Khoảng cách Ti-Ti trong
anatase lớn hơn trong rutile nhƣng khoảng cách Ti-O trong anatase lại ngắn hơn so
với rutile. Trong cả ba dạng thù hình của TiO2, các bát diện đƣợc nối với nhau qua
đỉnh hoặc qua cạnh (hình 1.2 và hình 1.3) [10].
1.1.3.2. Tính chất hóa học của TiO2
TiO2 trơ về mặt hóa học, không tác dụng với nƣớc, dung dịch loãng của axit
(trừ HF) và kiềm, chỉ tác dụng chậm với axit khi đun nóng lâu và tác dụng với kiềm
nóng chảy [6]. Chúng bị phân hủy ở 2000oC, ở nhiệt độ cao phản ứng với cacbonat
và oxit kim loại. Do đó, TiO2 dễ pha tạp các chất khác vào mạng tinh thể, đặc biệt ở
dạng anatase, từ đó tạo ra các tính chất điện, từ, quang hoàn toàn mới so với cấu
trúc ban đầu.
1.1.3.3. Hoạt tính xúc tác quang hoá của TiO2 ở dạng anatase
TiO2 ở dạng anatase có hoạt tính quang hóa cao hơn hẳn các dạng tinh thể
khác, điều này đƣợc giải thích dựa vào cấu trúc vùng năng lƣợng. Nhƣ chúng ta đã
biết, trong cấu trúc của chất rắn có 3 miền năng lƣợng là vùng hóa trị, vùng cấm và
vùng dẫn. Tất cả các hiện tƣợng hóa học xảy ra đều là do sự dịch chuyển electron
giữa các miền với nhau.
Anatase có năng lƣợng vùng cấm là 3,2 eV, tƣơng đƣơng với năng lƣợng của
một lƣợng tử ánh sáng có bƣớc sóng 388 nm. Rutile có năng lƣợng vùng cấm là 3,0
eV tƣơng đƣơng với năng lƣợng của một lƣợng tử ánh sáng có bƣớc sóng 413 nm.

Giản đồ năng lƣợng của Anatase và Rutile đƣợc chỉ ra nhƣ hình 1.4.

Chu Thị Trà – K23

6

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Hình 1.4. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile
Vùng hóa trị của anatase và rutile nhƣ chỉ ra trên giản đồ là xấp xỉ bằng nhau
và cũng rất dƣơng, điều này có nghĩa là chúng có khả năng oxi hóa mạnh. Khi đƣợc
kích thích bởi ánh sáng có bƣớc sóng thích hợp, các electron hóa trị sẽ tách ra khỏi
liên kết, chuyển lên vùng dẫn, tạo ra một lỗ trống (hole) mang điện tích dƣơng ở
vùng hóa trị. Các electron khác có thể nhảy vào vị trí này để bão hòa điện tích tại
đó, đồng thời tạo ra một lỗ trống mới ngay tại vị trí mà nó vừa đi khỏi. Nhƣ vậy lỗ
trống mang điện tích dƣơng có thể tự do chuyển động trong vùng hóa trị.
Các lỗ trống này mang tính oxi hóa mạnh và có khả năng oxi hóa nƣớc thành
OH•, cũng nhƣ một số gốc hữu cơ khác:
TiO2(h+) + H2O → OH• + H+ + TiO2
Vùng dẫn của rutile có giá trị gần với thế khử nƣớc thành khí hidro (Eo=0,00V),
trong khi với anatase giá trị này âm hơn một chút (Eo = - 0,52V), nghĩa là anatase có
thế khử mạnh hơn. Theo nhƣ giản đồ thì anatase có khả năng khử O2 thành O2- , nhƣ
vậy là ở anatase các electron chuyển lên vùng dẫn có khả năng khử O2 thành O2-.
TiO2(e-) + O2 → TiO2 + O2-

Chu Thị Trà – K23

7

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Hình 1.5. Sự hình thành các gốc OH• và O2Chính các gốc OH• và O2- với vai trò quan trọng ngang nhau có khả năng
phân hủy các hợp chất hữu cơ thành H2O và CO2.
1.1.3.4. Cơ chế quá trình xúc tác quang trên TiO2 nano
Quá trình xúc tác quang trên bề mặt chất bán dẫn TiO2 đƣợc khơi mào bằng
sự hấp thụ một photon với năng lƣợng bằng hoặc lớn hơn năng lƣợng vùng cấm E g
của chất bán dẫn (với TiO2 là 3,2eV) tạo ra cặp electron – lỗ trống [11].
(e-/h+)TiO2 → e- (TiO2) + h+ (TiO2)
Tiếp sau sự bức xạ, hạt TiO2 có thể hoạt động vừa nhƣ một trung tâm cho,
vừa nhƣ một trung tâm nhận electron với các phần tử xung quanh. Nhƣ đã biết, các
electron quang sinh có tính khử rất mạnh còn các lỗ trống quang sinh có tính oxi
hóa rất mạnh. Chúng sẽ tham gia phản ứng với các chất hấp phụ tại bề mặt chất xúc
tác nhƣ H2O, ion OH-, các hợp chất hữu cơ hoặc oxi hòa tan. Sự oxi hóa nƣớc hay
OH- bị hấp phụ trên bề mặt các hạt TiO2 sẽ sinh ra gốc tự do hoạt động OH•, tác
nhân chính của các quá trình oxi hóa nâng cao.
TiO2 (h+) + H2O → TiO2 + OH• + H+
TiO2 (h+) + OH- → TiO2 + OH•
Một phản ứng quan trọng khác xảy ra trong vùng dẫn của các e- là sử khử O2
bị hấp phụ, tạo ra ion •O2TiO2 (e-) + O2 → TiO2 + •O2-

Chu Thị Trà – K23

8

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Gốc •O2- này có thể phản ứng với ion H+ (tạo thành do sự phân ly H2O) để
sinh ra HO2•
H+ + •O2- → HO2•
Từ các gốc •O2- và HO2•, có thể tạo thành H2O2 theo các phản ứng sau:
2•O2- + 2H2O → H2O2 + 2OH- + O2
TiO2 (e-) + HO2• + H+ → H2O2 + TiO2
- H2O2 bị phân tách, tạo ra các gốc hiđroxyl
H2O2 + hν → 2OH•
H2O2 + •O2- → OH• + O2 + OHH2O2 + TiO2 (e-) → OH• + OH- + TiO2
Ion OH- sinh ra lại có thể tác dụng với lỗ trống quang sinh (h+) để tạo thêm
gốc •OH.
Cần chú ý rằng, các electron quang sinh (e-) và các lỗ trống quang sinh (h+)
có xu hƣớng kết hợp lại với nhau, kèm theo sự giải phóng năng lƣợng dƣới dạng
nhiệt hoặc ánh sáng:
e-(TiO2) + h+(TiO2) → TiO2 + (nhiệt/ánh sáng)
Nhƣ vậy, sự khác biệt là dạng anatase có khả năng khử O2 thành •O2- còn
rutile thì không. Do đó, dạng anatase có khả năng nhận đồng thời oxi và hơi nƣớc từ
không khí cùng với ánh sáng tử ngoại để phân hủy các hợp chất hữu cơ. Tinh thể
anatase dƣới tác dụng của ánh sáng tử ngoại đóng vai trò nhƣ một cầu nối trung

chuyển điện tử từ H2O sang O2, chuyển hai chất nay thành dạng •O2- và OH• là hai
dạng có hoạt tính oxi hóa cao, có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành H 2O và CO2
[11].
1.1.4. Ứng dụng của TiO2
Bột TiO2 có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau:
- Trong công nghiệp cao su: làm phụ gia và chất độn để tăng cƣờng tính chịu
lực, ma sát và chịu nhiệt, tăng tính cách điện, bền axit và bazơ.

Chu Thị Trà – K23

9

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

- Trong công nghiệp nhựa, polyme: sử dụng làm chất độn cho các loại
nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo; làm tăng độ bền nhiệt, bền va đập, chất gia cƣờng
cho một số chi tiết ô tô (giảm rung động, va đập, cách âm, cách nhiệt…).
- Trong công nghiệp gốm sứ: làm tăng độ kết dính, độ bóng, bền nhiệt và tính
cách điện.
- Trong công nghiệp luyện kim: làm các chất phủ bề mặt kim loại, đặc biệt tạo
độ kết dính, màng phủ mỏng mịn, chịu nhiệt cao.
- Trong công nghiệp giấy: tăng độ bóng, ăn mực in, chống thấm, làm giấy dán
tƣờng, giấy trang trí, giấy phủ tính năng đặc biệt.
- Trong công nghiệp sơn, phẩm màu: TiO2 đƣợc dùng để tăng tính huyền phù
cho sơn, làm tăng độ bám dính bề mặt, giảm độ co ngót, chống phồng rộp và tác

động của thời tiết, chống tác hại của môi trƣờng (nhƣ nƣớc biển, hóa chất), giảm độ
chảy của màng sơn [1].
- Nhiều nghiên cứu cho thấy TiO2 là một chất xúc tác quang triển vọng, đã
và đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ để ứng dụng vào những vấn đề quan trọng của
môi trƣờng là phân hủy các hợp chất hữu cơ, diệt khuẩn, sơn chống mốc, bám
bẩn,… dƣới tác động của ánh sáng mặt trời. Chẳng hạn, TiO2 ở dạng rutile đƣợc sử
dụng rộng rãi làm vật liệu để chế sơn trắng do khả năng tán xạ ánh sáng cao, bảo vệ
bề mặt đƣợc phủ khỏi tác động của ánh sáng. Đồng thời do khả năng xúc tác quang,
TiO2 có kích thƣớc nano có thể đƣợc sử dụng để chế sơn có khả năng tự làm sạch.
Trong lĩnh vực y tế, TiO2 cũng đang đƣợc nghiên cứu trong việc ứng dụng để trị
bệnh ung thƣ. Ngƣời ta đã thử nghiệm trên chuột bằng cách đƣa chất TiO2 vào vùng
ung thƣ, sau đó chiếu nội soi bằng tia tử ngoại thì kết quả cho thấy TiO2 có khả
năng diệt đƣợc tế bào gây ung thƣ mà không ảnh hƣởng đến tế bào bên cạnh. Bên
cạnh đó, xúc tác quang TiO2 cũng có ứng dụng trong diệt khuẩn, đặc biệt là các vi
khuẩn độc hại nhƣ E.coli [11].
Nhờ những ƣu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt những vi
chất hữu cơ khó phân hủy (POP), trong việc khử trùng và an toàn triệt để, công

Chu Thị Trà – K23

10

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

nghệ dựa trên quá trình quang xúc tác bán dẫn UV/VIS đƣợc xem nhƣ một trong

những quá trình xử lí nƣớc của thế kỉ 21 [11].
1.1.5. Các phương pháp biến tính TiO2
1.1.5.1. Các kiểu titan đioxit biến tính
TiO2 có hoạt tính quang xúc tác mạnh ở vùng ánh sáng tử ngoại nhƣng lại
có hoạt tính yếu ở vùng ánh sáng khả kiến nên khó ứng dụng vào trong đời sống
cũng nhƣ trong công nghệp. Do đó, ngƣời ta nghiên cứu các phƣơng pháp làm tăng
khả năng quang xúc tác của TiO2 ở vùng ánh sáng nhìn thấy bằng cách dịch chuyển
dải sóng hấp phụ về vùng ánh sáng khả kiến, tức là thu hẹp năng lƣợng vùng cấm
của TiO2. Bên cạnh đó, để tăng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu cần tăng thời
gian sống cho các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh bằng cách làm giảm
sự tái kết hợp lỗ trống và electron quang sinh; tăng tốc độ di chuyển của electron.
Một trong những phƣơng pháp hiệu quả đã đƣợc nghiên cứu đó là biến tính TiO2
[2]. Có 3 kiểu biến tính thƣờng gặp: TiO2 đƣợc biến tính bởi nguyên tố kim loại,
TiO2 đƣợc biến tính bởi nguyên tố phi kim, TiO2 đƣợc biến tính bởi hỗn hợp.
- Các vật liệu nano TiO2 được biến tính bởi nguyên tố kim loại
Các kim loại có thể đƣợc dùng để biến tính các vật liệu nano TiO2. Các
phƣơng pháp điều chế các vật liệu nano TiO2 biến tính bởi kim loại có thể đƣợc
chia thành ba loại: Phƣơng pháp hóa ƣớt, phƣơng pháp xử lý nhiệt độ cao, và
phƣơng pháp cấy ion trên các vật liệu nano TiO2. Khi cấy một số ion kim loại
vào mạng tinh thể TiO2 có khả năng bẫy các electron quang sinh, ngăn không cho
tái kết hợp với lỗ trống quang sinh từ đó tăng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu.
Ngoài ra, khi doping bằng nguyên tố kim loại, trong mạng tinh thể các nguyên tố
kim loại thay thế cho các nguyên tố Ti, giúp thu hẹp năng lƣợng vùng cấm. Một
số kim loại đã đƣợc nghiên cứu biến tính thành công nhƣ: V, Mn, Fe, Cr, Ni,
Y…[22]
- Các vật liệu nano TiO2 được biến tính bởi nguyên tố phi kim

Chu Thị Trà – K23

11

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Nhiều nguyên tố phi kim khác nhau, nhƣ B, C, N, F, S, Cl, Br đã đƣợc biến
tính thành công vào các vật liệu nano TiO2 [22].
Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm gần đây đã cho thấy rằng sự thu
hẹp dải trống của TiO2 cũng có thể thu đƣợc khi ngu yên tố đƣợc doping vào
mạng tinh thể là phi kim. Ngƣời ta đã tính toán cấu trúc dải chuyển điện tử
của TiO2 dạng anatase với các nguyên tố đƣợc doping khác nhau, gồm C, N, F, P,
hoặc S. Sự biến tính bằng cách doping bằng N là hiệu quả nhất trong việc thu hẹp
dải trống bởi vì các trạng thái p của chúng có khả năng xen phủ với các obitan 2p
của O, trong khi các tiểu phân lại tồn tại ở dạng phân tử, ví dụ nhƣ các chất thêm
NO và N2, làm tăng trạng thái liên kết phía dƣới các dải hóa trị của obitan 2p của O
và các trạng thái phản liên kết nằm sâu trong dải trống (Ni và Ni+s), và đồng thời
chúng bị chắn làm không có khả năng tƣơng tác với các dải của TiO2. Ngoài ra, đối
với sự biến tính bởi nitơ trong cả dạng anatase và rutile, các trạng thái đƣợc định
chỗ của obitan 2p của N ở ngay trên đỉnh của dải hóa trị của obitan 2p của O. Ở
anatase, các trạng thái của các nguyên tố đƣợc doping này gây ra sự dịch chuyển
bờ hấp thụ từ ánh sáng đỏ về phía vùng ánh sáng nhìn thấy, trong khi, ở rutile lại là
sự dịch chuyển từ ánh sánh xanh [22].
- Các vật liệu nano TiO2 được biến tính bởi hỗn hợp
Các vật liệu nano TiO2 không chỉ đƣợc biến tính bởi nguyên tố kim loại,
phi kim mà còn biến tính bởi hỗn hợp các nguyên tố kim loại và phi kim.
1.1.5.2. Các phương pháp biến tính chung
Các phƣơng pháp biến tính titan đioxit kích thƣớc nano với mục tiêu cải thiện

hoạt tính quang học của vật liệu nano TiO2 là chuyển dịch dải trống từ vùng
tử ngoại về vùng ánh sáng nhìn thấy. Có một số phƣơng pháp để thực hiện mục
tiêu này.
- Thứ nhất, chúng ta có thể biến tính vật liệu nano TiO2 với những nguyên tố
mà chúng có khả năng thu hẹp dải trống do đó thay đổi tính chất quang học của vật
liệu nano TiO2.

Chu Thị Trà – K23

12

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

- Thứ hai, chúng ta có thể hoạt hóa TiO2 bởi các chất màu vô cơ hoặc hữu
cơ, cách này cũng có thể cải thiện tính chất quang học của nó trong vùng ánh sáng
nhìn thấy.
- Thứ ba, chúng ta có cặp đôi electron dao động cộng hƣởng trong dải dẫn trên
bề mặt của các hạt nano kim loại với electron trong dải dẫn của nano TiO2 nhƣ
trong các vật liệu nano compozit kim loại - TiO2.
Thêm vào đó, sự biến tính bề mặt các hạt nano TiO2 bởi các chất bán dẫn khác có
thể làm thay đổi khả năng chuyển điện tích của TiO2 với môi trƣờng xung quanh,
nhờ đó nâng cao ứng dụng của các thiết bị sử dụng vật liệu này.
1.1.5.3. Các phương pháp biến tính titan đioxit bằng nitơ
Để tổng hợp vật liệu nano TiO2 và TiO2 biến tính, ngƣời ta có thể dùng các
phƣơng pháp vật lý và các phƣơng pháp hoá học nhƣ: phƣơng pháp bay bốc nhiệt,

phƣơng pháp sol, phƣơng pháp sol – gel, phƣơng pháp thuỷ nhiệt, phƣơng pháp
nhiệt dung môi, phƣơng pháp vi nhũ tƣơng, phƣơng pháp siêu âm hoá học, phƣơng
pháp vi sóng,…Trong nghiên cứu này, tôi sử dụng 2 phƣơng pháp để tổng hợp vật
liệu nano biến tính N- TiO2: phƣơng pháp đồng kết tủa và phƣơng pháp thủy nhiệt.
Phƣơng pháp đồng kết tủa
Trong phƣơng pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến trạng
thái bão hòa tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ. Các
mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuyếch tán của vật chất từ dung
dịch lên bề mặt của các mầm cho đến khi mầm trở thành hạt nano. Phƣơng pháp
đồng kết tủa là quá trình kết tủa đồng thời các chất có chứa trong dung dịch đầu.
Thông thƣờng sẽ có một hoặc nhiều loại tinh thể nhất định đƣợc hình thành trong
quá trình kết tủa, các tạp chất tham gia vào quá trình đồng kết tủa sẽ đi vào bên
trong mạng tinh thể.
Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình đồng kết tủa có thể kể đến nhƣ: nồng độ
các chất trong dung dịch đầu, pH của dung dịch, thời gian khuấy hoặc già hóa…

Chu Thị Trà – K23

13

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Khi mới hình thành, các kết tủa thƣờng không ở trạng thái cân bằng với dung
dịch mẹ. Trong quá trình già hóa, cấu trúc bên trong của tinh thể có thể bị thay đổi.
Dƣới một số điều kiện nào đó, lƣợng sản phẩm đồng kết tủa có thể giảm theo thời

gian già hóa trƣớc khi đƣợc lọc, rửa [23].
Ƣu điểm của phƣơng pháp đồng kết tủa là tính đơn giản, dễ thực hiện, nhiệt
độ phản ứng thấp, kích thƣớc hạt nhỏ. Nhƣợc điểm chính của phƣơng pháp đồng
kết tủa là độ tinh khiết chƣa thực sự cao, dễ lẫn các tạp chất không mong muốn có
trong dung dịch ban đầu.
Phƣơng pháp thủy nhiệt
Thuỷ nhiệt là sự tiến hành các phản ứng hoá học với sự có mặt của dung môi
(có thể là nƣớc) trong một hệ kín ở điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn hơn 1 atm,
tạo thành dung dịch quá bão hoà ở nhiệt độ phòng. Phƣơng pháp thuỷ nhiệt đƣợc
ứng dụng để tổng hợp những vật liệu phức tạp, chế tạo vật liệu có cấu trúc nano...
Trong suốt quá trình tổng hợp, các điều kiện về nhiệt độ, áp suất, và cách
thức phản ứng đều ảnh hƣởng tới hình dạng và kích thƣớc hạt của vật liệu.
Phƣơng pháp thủy nhiệt tiết kiệm năng lƣợng hơn so với các phƣơng pháp
khác do không cần sử dụng nhiệt độ cao, các quá trình trộn lẫn, nghiền cũng đƣợc
loại bỏ hoặc giảm thiểu.
Khả năng kết tinh trực tiếp vật liệu từ dung dịch đã điều chỉnh tốc độ và sự
đồng nhất của các quá trình tạo mầm, phát triển kích thƣớc hạt và già hóa, do đó có
thể khống chế đƣợc kích thƣớc và hình thái của hạt cũng nhƣ làm giảm sự kết tụ của
các hạt.
Một ƣu điểm khác của phƣơng pháp này là vật liệu tổng hợp đƣợc sạch hơn
so với các phƣơng pháp khác. Do thủy nhiệt này là một quá trình tự làm sạch mà
trong đó quá trình phát triển tinh thể có xu hƣớng loại bỏ các tạp chất có mặt trong
môi trƣờng hệ phản ứng. Tạp chất sau đó đƣợc loại bỏ ra khỏi hệ cùng với dung
dịch kết tinh [22].

Chu Thị Trà – K23

14

Hóa Môi Trường

Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

Gần đây, phƣơng pháp thuỷ nhiệt đã đƣợc nâng cao bằng cách kết hợp với
phƣơng pháp vi sóng và phƣơng pháp siêu âm, trộn cơ học, ... Bằng phƣơng pháp
này, ta có thể thu đƣợc các tinh thể nano, dây nano, thanh nano, ống nano...
1.2. Tổng quan về quặng ilmenite
1.2.1. Nguồn gốc và trữ lượng
Ilmenite đƣợc phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Nó đƣợc tạo thành từ đá
núi lửa, đá trầm tích biến hình, có nhiều trong nham thạch núi lửa.
Ilmenite có nhiều ở Australia, Bắc Mỹ, Nam Phi, Scanđinavi… Trong đó,
Australia là quốc gia có sản lƣợng khai thác ilmenite lớn nhất thế giới. Bảng 1.1
dƣới đây thể hiện tình hình khai thác ilmenite ở một số quốc gia trên thế giới giai
đoạn 2001-2004.
Bảng 1.1 Tình hình khai thác ilmenite ở một số quốc gia trên thế giới giai đoạn
2001-2004

Việt nam có nguồn tài nguyên ilmenite rất phong phú, tồn tại dƣới hai dạng:
quặng gốc và quặng sa khoáng ven biển. Quặng gốc hình thành trong những đá núi
lửa và đá biến hình cũng nhƣ những trầm tích có nguồn gốc từ những loại đá trên.
Do chúng có độ cứng lớn nên chống lại sự phân hóa và rửa trôi, những thành phần
khoáng nhẹ bị phân hóa và rửa trôi để lại hàm lƣợng titan cao trong quặng hình
thành nên các mỏ titan. Sa khoáng tồn tại và nằm lẫn trong cát ở ven biển và ven
sông, còn đƣợc gọi là cát đen, đƣợc cuốn trôi theo dòng nƣớc và tích tụ dần dần
tạo thành một dải riêng biệt có mật độ tập trung cao hình thành nên những vùng
mỏ quặng (những hạt quặng có kích thƣớc bé < 0,5mm). Quặng sa khoáng ven biển
Chu Thị Trà – K23

15

Hóa Môi Trường


Trường ĐH KHTN – ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ khoa học

nhƣ ở Bình Định, Hà Tĩnh, Thanh Hoá, Nam Định, Thừa Thiên Huế và Bình
Thuận; quặng gốc ở Cao Bằng và Thái Nguyên, có hàm lƣợng TiO2 tƣơng đối cao,
trữ lƣợng lớn và là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất TiO2 kích thƣớc nano và
các sản phẩm khác của titan. Trữ lƣợng ilmenite của Việt Nam gần 30 triệu tấn,
chiếm khoảng 5% trữ lƣợng của toàn thế giới. Trong đó, trữ lƣợng quặng gốc
ilmenite ở Cây Châm (Thái Nguyên) và sa khoáng ở Hà Tĩnh là lớn nhất [7].
Vùng ven biển Thanh Hóa: sa khoáng vùng này đều có quy mô nhỏ, song
hàm lƣợng tƣơng đối giàu. Vùng ven biển Nghệ An - Hà Tĩnh: đây là vùng có
tiềm năng đối với quặng sa khoáng titan. Ở vùng này hàm lƣợng ilmenite thay đổi
từ 20-147kg/m3, tổng trữ lƣợng khoảng hơn 5 triệu tấn ilmenite. Vùng ven biển
Quảng Bình-Quảng Trị: trữ lƣợng ilmenite ở vùng này khoảng 348,7 ngàn tấn. Ven
biển Thừa Thiên - Huế: trữ lƣợng là 2.436 ngàn tấn ilmenite.
1.2.2. Thành phần hóa học
Ilmenite là một khoáng vật oxit có từ tính yếu, công thức hóa học FeTiO3. Nó
kết tinh theo hệ ba phƣơng và có cấu trúc tinh thể giống với corundum và hematit.
Ngoài Fe, ilmenite thƣờng có chứa những kim loại nhƣ magie, mangan, công
thức hóa học có thể viết là (Fe,Mg,Mn,Ti)O3. Ilmenite có màu sáng bóng hơi mờ, tỷ
trọng riêng là 4.5-5, có độ cứng từ 5-6.

Hình 1.6 - Hình ảnh và cấu trúc của Ilmenite

Chu Thị Trà – K23

16

Hóa Môi Trường