Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu nano titan dioxit tẩm trên sợi thủy tinh (Khóa luận tốt nghiệp)

B

GIÁO D
O
I H C DÂN L P H I PHÒNG

-------------------------------

ISO 9001:2008

KHÓA LU N T T NGHI P
NGÀNH: K THU

Sinh viên
Gi

NG

:
Hi n
ng d n: TS. Võ Hoàng Tùng
ThS. Ph m Th Minh Thúy

H I PHÒNG - 2017


B

GIÁO D
O
I H C DÂN L P H I PHÒNG

-----------------------------------

KH O SÁT HI U QU X
C TH I D T
NHU M B NG V T LI U NANO TITAN DIOXIT
T M TRÊN S I TH Y TINH

KHÓA LU N T T NGHI

I H C H CHÍNH QUY

NGÀNH: K THU

Sinh viên
Gi

NG

:
Hi n
ng d n: TS. Võ Hoàng Tùng
ThS. Ph m Th Minh Thúy

H I PHÒNG - 2017


B

GIÁO D

O

I H C DÂN L P H I PHÒNG
--------------------------------------

NHI M V

Sinh viên:

TÀI T T NGHI P

Hi n

Mã SV: 1312301034

L p: MT1701
tài: Kh o sát hi u qu x

Ngành: K thu

ng

c th i d t nhu m b ng v t li u nano titan

dioxit t m trên s i th y tinh


NHI M V

TÀI

1. N i dung và các yêu c u c n gi i quy t trong nhi m v
lu n, th c ti n, các s li u c n tính toán và các b n v )

2. Các s li u c n thi

thi t k , tính toán

m th c t p t t nghi p.

tài t t nghi p (v lý


CÁN B
ih

NG D

TÀI T T NGHI P

ng d n th hai:

H và tên: Võ Hoàng Tùng
H c hàm, h c v : Ti
p H i Phòng
N

ng d n:Toàn b khóa lu n

ng d n th hai:

H và tên: Ph m Th Minh Thúy
H c hàm, h c v : Th
ng
N

p H i Phòng

ng d n: Toàn b khóa lu n

tài t t nghi

c giao ng

tháng

Yêu c u ph

2017

c

2017

n nhi m v

mv

Sinh viên

ng d n

TS.Võ Hoàng Tùng
H
Hi

ng

Tr n H u Ngh


PH N NH N XÉT C A CÁN B

NG D N

1. Tinh th

c

2.

ng c a khóa lu n (so v i n i dung yêu c
ra
t lý lu n, th c ti n, tính toán s

trong nhi m v
li

tài t t nghi p:

m c a cán b

ng d n (ghi b ng c s và ch ):

H
Cán b
ng d n
(Ký và ghi rõ h tên)

TS. Võ Hoàng Tùng

ThS. Ph m Th Minh Thúy


L IC M
c t p và rèn luy n

N

tr

pH

s ch b o và gi ng d y các th

c

t cho em ki n th c v lý thuy t

và th c hành trong su t th i gian h c

tr

ng. Cùng v i s n l c c a b n thân,

khóa lu n t t nghi p c a mình.
T nh ng k t qu
Th y cô t

c này em xin chân thành c

ng DH Dân L p H

th c b ích trong th

n cho em nh ng ki n

c bi t là TS. Võ Hoàng Tùng và ThS.Ph m

Th Minh Thúy gi ng viên khoa Mô

ng

n tình h

ng d n em hoàn

thành t t báo cáo t t nghi p này.
Khoa Mô
nh

ng -

ng

H Dân L p H i Phòng

t o i u ki n t t

em hoàn thành nghiên c u t i phòng thí nghi m.
Cu i cùng em kính chúc th y cô d i dào s c kh e và thành công trong s

nghi p cao quý.
Em xin chân thành c m n
H i Phòng , ngày...Tháng...N m
Sinh viên


M CL C
L IM

U ...................................................................................................... 1
NG QUAN ............................................................................... 2

1.1.T ng quan v

c th i d t nhu m trong công nghi p .................................. 2

1.1.1. Các ngu
nhu m

c th

c th i d t

............................................................................................................... 2

1.1.2.
1.2.

c tính ô nhi m c

c th i d t nhu m công nghi p ............................... 4
Gi i thi u v Nano ...................................................................................... 5

1.2.1. V t li u nano là gì ....................................................................................... 5
....................................................................................................... 6
1.3.

Gi i thi u v Nano Titanoxit ...................................................................... 7

1.3.1. Gi i thi u v t li u TiO2 ............................................................................... 7
1.3.2. C u trúc v t li u TiO2 ................................................................................. 7
1.3.3. Tính ch t hóa h c c a TiO2......................................................................... 9
1.3.4. Tính ch t xúc tác quang hóa c a TiO2 ........................................................ 9
1.3.5. Các y u t

n ho t tính xúc tác c a TiO2 .............................. 10

1.3.6.
1.4.

n c a xúc tác quang hóa b ng TiO2 ................................ 11
ng d ng...................................................................................................... 14

1.4.1.

ng d ng c a TiO2 ................................................................................... 14

1.4.2. V t li u t làm s ch................................................................................... 14
1.4.3. Các v t li u ch

.................................................................. 14

1.4.4. S n ph m di t khu n, kh trùng, ch ng rêu m c...................................... 14
1.4.5. Tiêu di t các t
1.4.6. S n xu t ngu

...................................................................... 15
ng s ch H2 ......................................................... 15

1.4.7. Kh mùi, làm s ch không khí .................................................................. 15
1.4.8. X
1.4.9.

c nhi m b n............................................................................... 15
ng d ng TiO2 trong x

1.5. Gi i thi u v

c th i d t nhu m ..................................... 15

m v t li u nano trên b m t ch t mang ......... 19

1.5.1. Các ch t mang nano titan dioxit................................................................ 19


1.5.2. Các lo i ch t mang .................................................................................... 20
1.5.3. Các k thu t c

nh xúc tác quang hóa TiO2 lên v t li u mang .............. 21
M........................................................................... 23

2.1. Thi t b d ng c và hóa ch t c n thi t ......................................................... 23
2.1.1. Thi t b ...................................................................................................... 23
2.1.2. D ng c ..................................................................................................... 23
2.1.3. Hóa ch t..................................................................................................... 23
2.2. N i dung th c nghi m.................................................................................. 24
c ti n hành....................................................................................... 24
2.4. Quy trình xây d

ng chu n b

c quang................ 25

T QU ................................................................................... 27
3.1.

ng c a th i gian ph n

3.2.

ng c a n

n hi u qu x lý c a v t li u ........... 27
n hi u qu x lý c a v t

li u ....................................................................................................................... 32
K T LU N ........................................................................................................ 39
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................ 40


DANH M C HÌNH
nguyên lý công ngh d t nhu m và các ngu

c th i ......... 3

Hình 1.2. Các d ng thù hình c a TiO2 .................................................................. 8
Hình 1.3: Ph n ng oxy hóa kh trên b m t TiO2 ............................................. 13
Hình 2.1: Hình nh quá trình khu y m u............................................................ 24
Hình 2.2: Hình nh s i th y tinh sau khi nhúng vào dung d ch ......................... 25
th

ng chu n metyl xanh......................................................... 26

Hình 3.1: Hình nh m u khu y

các kho ng th i gian khác nhau (m u 0,5ml)

............................................................................................................................. 27
th bi u hi n n
Hình 3.3 Hình nh m u khu y

th bi u hi n n
Hình 3.5: Hình nh m u khu y

metyl xanh theo th i gian (m u 0,5ml)...... 28
các kho ng th i gian khác nhau (m u 1ml) .. 28
metyl xanh theo th i gian (m u 1ml)......... 29
các kho ng th i gian khác nhau (m u 1,5ml)

............................................................................................................................. 30
th bi u hi n n
Hình 3.7: Hình nh m u khu y
th bi u hi n n
Hình 3.9: Hình nh m u khu y
th bi u di n n

metyl xanh theo th i gian (m u 1,5ml)...... 30
các kho ng th i gian khác nhau (m u 2ml) 31
metyl xanh theo th i gian (m u 2ml)......... 32
các n

khác nhau (30 phút) .................. 32

metyl xanh c a các m u có n

Ti(OC3H7)4 khác nhau khi khu y dung d ch trong 30 phút ................................ 33
Hình 3.11: Hình nh m u khu y
th bi u di n n

các n

khác nhau (60 phút) ................ 34

metyl xanh c a các m u có n

Ti(OC3H7)4 khác nhau khi khu y dung d ch trong 60 phút ................................ 34
Hình 3.13: Hình nh m u khu y
th bi u di n n

các n

khác nhau (90 phút) ................ 35

metyl xanh c a các m u có n

Ti(OC3H7)4 khác nhau khi khu y dung d ch trong 90 phút ................................ 36
Hình 3.15: Hình nh m u khu y
th bi u di n n

các n

khác nhau (120 phút) .............. 36

metyl xanh c a các m u có n

Ti(OC3H7)4 khác nhau khi khu y dung d ch trong 120 phút .............................. 37


DANH M C B NG
B ng 1.1: Ngu

c th i d t nhu m............................... 4
............................................... 6

B ng 1.3: M t s tính ch t v t lý c a TiO2, d ng anatase và rutile...................... 8
B ng 1.4: Tóm t t các k t qu nghiên c u ng d ng TiO2 trong x

c th i

d t nhu m ............................................................................................................ 18
B ng 2.1: Danh m c thi t b c n thi t................................................................. 23
B ng 2.2: Xây d

ng chu n....................................................................... 25

B ng 3.1: N

metyl xanh theo th i gian d ch (m u 0,5ml) ...................... 27

B ng 3.2: N

metyl xanh theo th i gian khác nhau (m u 1ml) ................. 28

B ng 3.3: N

metyl xanh theo th i gian (m u 1,5ml) ............................... 29

B ng 3.4: N

metyl xanh theo th i gian (m u 2ml) .................................. 31

B ng 3.5: N

metyl xanh khi khu y dung d ch trong 30phút.................... 32

B ng 3.6: N

metyl xanh khi khu y dung d ch trong 60 phút................... 33

B ng 3.7: N

metyl xanh khi khu y dung d ch trong 90 phút................... 35

B ng 3.8: N

metyl xanh khi khu y dung d ch trong 120 phút................. 36

B ng 3.9: Hi u su t x lý.................................................................................... 37


DANH M C CH

VI T T T

c sóng ánh sáng
BTNMT

B

BOD

Nhu c u Oxy sinh h c

COD

Nhu c u oxy hóa h c

CB

Vùng d n c a ch t bán d n

eEg

ng

n t vùng d n
ng vùng c m

h+

L tr ng trong vùng hóa tr

VB

Vùng hóa tr c a ch t bán d n

TOC

T ng cacbon h

AC

Than ho t tính

UV

Vùng b c x t ngo i


KHÓA LU N T T NGHI P

I PHÒNG

L IM

U

Ô nhi
v

không ch c a Vi t Nam mà là

mang tính toàn c u. Ngu

tr ng b i các ho

c trên toàn th gi

ng s n xu t, các nghành ngh và sinh ho t.

Hi n nay nghành d

m t vai trò quan tr ng trong n n kinh

t c a Vi t Nam. Bên c nh nh

góp to l n vào s phát tri n c

c, nghành d
c bi

ng tiêu c

t may nói chung
ng m

c th i l n v i

ô nhi m cao.
c th i d t nhu

n

t
ng,

c th i t quá trình s n xu

và d t nhu
n

ô nhi m tr m

c bi

ô nhi m cao. V

c th i t m t s

m

c th i d t nhu

ng có nhi

màu, pH, BOD và COD cao, ch a nhi u ch t h
khó phân h y sinh h
Vì v y ô nhi

u trúc b n,

iv

ng v t và th c v t.

c th i trong nghành d t nhu m là v

và gi i quy t, nh m b o v s c kh e c

ng và môi

c

c quan tâm

ng sinh thái.

c th i d t nhu m có ch a nhi u thành ph n ph c t p và khó
phân h y sinh h c, do
c th i nà

x lý hi u qu , lo i màu c a thu c nhu m có trong

ng ph i k t h p nhi u công ngh x lý khác nhau nh v t lý,

hóa h c, sinh h c, háp ph trên than ho t tính,

ng keo t theo sau là quá trình

l ng ho c tuy n n i khi hòa tan.
Hi n nay có r t nhi
ra. M t trong nh

c th i d t nhu
c các nhà khoa h c quan tâm là ng

d ng các v t li u Nano (nano materils) vào x

c ô nhi

c bi

c

th i d t nhu m.

Hi n

MT1701

1


KHÓA LU N T T NGHI P

I PHÒNG

C
1.1.T ng quan v

I: T NG QUAN

c th i d t nhu m trong công nghi p

Ngành d t nhu m là nghành công nghi
nhi u quy trình s n xu
c s d ng.

c th i d t nhu

i và sinh v t. Vì v y x

1.1.1. Các ngu

c áp d ng

u hóa ch t và nguyên v t li u
c bi

ch a các ch t h
v

n ph

c th i t

n nhu m có

ô nhi

i

c th

c th

c tính ô nhi m c

c p thi t.
c th i d t

nhu m
Ngu

Hi n

c th i d t nhu m

MT1701

2


KHÓA LU N T T NGHI P

I PHÒNG

Kéo

Enzym, NaOH

NaOH, Hóa

H2SO4, H2O,

NaOCl/H2O2,

H2SO4, H2O,

Làm bóng

H2O, H2SO4,

nguyên lý công ngh d t nhu m và các ngu

Hình 1.1 :

Hi n

MT1701

c th i

3


KHÓA LU N T T NGHI P

B ng 1.1: Ngu
Công
Ch t ô nhi
n

STT

1

2

3

4

I PHÒNG

c th i d t nhu m
c th i

Tinh b t glucozo, cacboxyt metyl,

H s i,

cellulose, polyvinl alcohol, nh a,

r h

sáp và ch t béo

Hypoclorit, h p chát ch a clo,

tr ng

NaOH, AOX

5

Nhu m

6

In

7

Hoàn t t

t ng th

ng BOD)

ng th i BOD)

T y

bóng

BOD cao (chi m 34-505

BOD cao (30% t ng

soda, natri sllicat, x s i v

Làm

c th i

ki m cao, màu t i,

NaOH, ch t sáp và d u m , tro,

N u

c tính c

ki m cao, BOD th p
(5% t

ng th i

BOD)

NaOH, t p ch t

ki m cao, BOD th p

Các lo i thu c nhu m, axit axetic,

màu cao, BOD cao,

các mu i kim lo i

TS cao

Ch t màu, tinh bôt, d

t sét,

màu cao, BOD cao,

mu i, kim lo i
V t tinh b t, m

dâu m
Ki m nh , BOD th p,

ng v t, mu i

TS th p

c th i d t nhu m công nghi p

1.1.2.

Có th phân chia các dòng th i c

c th i d t nhu m tùy theo m

ô nhi m nh sau:
Dòng ô nhi m n ng g m d ch n u th i, d ch nhu m th i, n
c a công

c gi t

u

n
Dòng ô nhi m v a nh n
Dòng ô nhi m nh nh n

nhi m nh có th x lý s b
Các ph

Hi n

ng phá
MT1701

c gi t

các giai

làm ngu i, n

n trung gian
c gi t cu i, dòng th i ô

tu n hoàn s d ng l i cho s n xu t
c áp d

x lý

c th i d t nhu m:
4


KHÓA LU N T T NGHI P

I PHÒNG

C h c: Sàng, l c, l

tách các h p ch t thô nh c n, x s i rác

Hoá h c và hóa lý: ph

ng pháp oxy hóa, h p ph à i n hóa

kh màu

thu c nhu m
Sinh h c:

x lý các ch t ô nhi m h u c có kh n ng phân h y sinh

h c nh m t s lo i thu c nhu m, h tinh b t, hay các t p ch t tách t s i.
1.2.

Gi i thi u v Nano

1.2.1. V t li u nano là gì
V t li u nano là lo i v t li u có c u trúc các h t, các s i, các ng, các t m
m

n 100 nanomet[2]

kho
V t li u Nano là m t trong nh

c nghiên c

n

ng

nh t trong th i gian g
v t li

c r t nh

t m t chi u có kích

c nano. V t li u nano có khe h các phân t
lý các ch t ô nhi
b

n nanomet t

c mà v n gi

c các thành ph

c.
n là m t ph n t c

m t nano dây là m t

kho ng th i gian b ng m t ph n t c a m t giây.
.

trên quy mô nano mét.
.V
lý

Hi n

MT1701

5


KHÓA LU N T T NGHI P

I PHÒNG

t

1.2.2.
B
lý

2
[1]

nguyên t

.

ng 1.2

i n

c sóng i n t
Quã

g t do trung bình
Hi u
ng m

10-100
1-100
1-10

T

Vách
Quã

10-100
1-100

Quang

H l
t
dài suy gi m
sâu b m t kim l

Siêu d n

men
ng tán x spin

1-100
10-100

10-100

dài liên k t c p Cooper
th m th u Meisner

C

T ng tác b
Biên h t
Bán kính kh
Sai h ng m m
nh n b m t

x
tv

0.1-100
1-100
1-1000
1-10
1-100
0.1-10
1-10

Xúc tác

Hình h c topo b m t

1-10

Siêu phân t

dài Kuhn
C u trúc nh c p
C u trúc tam c p

1-100
1-10
10-1000

Mi n d ch

Nh n bi t phân t

1-10

Hi n

MT1701

6


KHÓA LU N T T NGHI P

1.3.

I PHÒNG

Gi i thi u v Nano Titanoxit

1.3.1. Gi i thi u v t li u TiO2
Các ph n ng quang hóa trên b m t TiO2
vi c ng d ng th c t

u s chú ý v

làm s

có nh ng l i th c a s

ch g

2

nh hóa h

th

t b t l i l n là ch có ánh sáng t ngo i (chi m 4% b c x m t

tr

c s d ng cho các ph n ng quang hóa. Vì v y nó là s quan tâm r t

l n nh m tìm cách m r

c sóng h p th c a TiO2 sang vùng nhìn

th y mà không làm gi m h

s d ng có hi u qu

c tính

quang xúc tác c a lo i v t li u này. Nh ng nghiên c u v c u trúc v t li u TiO2
pha t

ng minh r ng tính ch

m c u trúc v t li u TiO2 hoàn

toàn có th thay th m t ph n các ion titab b ng các ion c a các nguyên t khác.
ng nghiên c u này nh m m c dích m r ng các ng d ng c a lo i v t li u
c ch t o v t li
thi

ng,

ng s

ng, v t li u xây d ng thân
u ki n chi

ng

mà không c n b sung ngu n sáng t ngo i (UV).
1.3.2. C u trúc v t li u TiO2
Titan dioxit là ch t r n màu tr ng, khi nung nóng có màu vàng khi làm
l nh tr l i màu tr ng. Kh

4,13-4,25 g/cm3 TiO2

ng phân t là 79,87 g/mol, tr

ng riêng t

c ng cao khó nóng ch y (Tnc=1870 C), không tan

c và các axit nh axit sunfuric và clohydric...ngay c khi un nóng[5].
Các d ng thù hình c a TiO2
Titan dioxit có 3 d ng thù hình chính rutile, anatase và brookite và có c u
trúc tinh th khác nhau
Rutile có d ng tinh th t
Anatase có m ng tinh th t
Brookite có m

Hi n

MT1701

ch

i tinh th tr c thôi

7


KHÓA LU N T T NGHI P

I PHÒNG

D ng anatase

D ng rutile

D ng brookite

Hình 1.2. Các d ng thù hình c a TiO2
C u trúc tinh th c a TiO2
C u trúc m

i tinh th c a rutile, anatase

c xây d ng t các

n ph i trí tám m t (octahedral) TiO6 n i v i nhau qua c nh h
oxy chung, m i Ti4+
các bát di

c bao quanh b i 8 m t t o b i 6 ion O2-.

ch v d
ix

tr c thoi.

Ngoài 3 thù hình nói trên thì TiO2 còn t n t i
lâu trong không khí

nhi

d

phòng ho

thì chuy sang d ng anatase. D
+

th y phân mu
nhi

th

4

i v i rutile ,

cs px

sai l ch c a các bát di

không b

nh

c nung nóng
u ch b ng cách

ho c các d ng h p ch t h

c k t t a TiO2

c

nh hình. Trong các d ng thù hình TiO2

thì d ng anase th hi n ho

ng còn l i.

B ng 1.3: M t s tính ch t v t lý c a TiO2, d ng anatase và rutile
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Tính ch t v t lý
C u trúc tinh th
Nhi
nóng ch y ( C)
Kh
ng riêng (g/cm3)
c ng Mohs
Ch s khúc x
H ng s i n môi

Nhi t dung riêng (cal/mol C)
M cn
ng vùng c m (eV)
Hi n

MT1701

Anatase
T ph ng
1800
3.84
5,5-6,0
2,54
31
12,96
3,25

Rutile
T ph ng
1850
4,20
6-7
2,75
114
13,2
3,05
8


KHÓA LU N T T NGHI P

1.3.3.

I PHÒNG

Tính ch t hóa h c c a TiO2
TiO2 là h p ch

m t hóa h c , không tác d ng v

d ch loãng c a axit và ki m. TiO2 tác d ng ch m v i H2SO4 n

c ,dung
cao khi

ng v i ki m nóng ch y.
Trong dung d ch H2SO4
TiO2 + H2SO4

c thì

H2[TiO(SO4)] + H2O

V i ki m nóng ch y thì tùy thu c vào n

MOH s t o thành

MxTiOy khác nhau.
TiO2 + NaOH

Na2TiO3 + H2O

Do tính axit y u và bazo y u c a các titanat và tianyl nên chúng b phân
h ym

c
TiOSO4 + 3H2O

Ti(OH)4 + H2SO4

Na2TiO3 + 3H2O

Ti(OH)4 + 2NaOH

S n ph m c a ph n ng là axit metatitanic.
polyme mà thành ph n và tính ch t bi n
i u ki n i u ch . Khi ti n hành ph n ng
và -titanic

p ch t có c u trú

i trong kho ng r ng, thùy thu c vào
nhi t

th p 2 d ng axit - titanat

c t o thành và h p ch t polyme trong

có các bát di n Ti(OH)6

liên k v i nhau qua c u n i OH, d ng -titanic khó tan trong c axit và ki m do
s m

c và chuy n t c u n i OH trong d ng
TiO2 + HF

sang d ng .

H2TiF6 + H2O

TiO2 + NaHSO4

Ti(SO4)2 + Na2SO4 + 2H2O

1.3.4. Tính ch t xúc tác quang hóa c a TiO2
TiO2 là ch t bán d n c m quang có nhi u

c i m c a ch t xúc tác

quang hóa t t. Xúc tác quang hóa là ch t có tác d ng thúc
hóa h

y nhanh ph n ng

i tác d ng c a ánh sáng.
c i m các ch t xúc tác quang hóa t t:
Có chi u r ng vùng c m không quá l

có th s d

c ánh

sáng nhìn th y ho c vùng UV g n.
Tr v m t hóa h c và sinh h c
Có ho t tính xúc tác n
Hi n

MT1701

nh, b n v ng
9


KHÓA LU N T T NGHI P

R ti n không

I PHÒNG

ch i

1.3.5. Các y u t
-

n ho t tính xúc tác c a TiO2

Hi u ng tái h p electron - l tr ng
T

tái h p c a electron và l tr ng ph i nh trong ph n ng xúc tác

vì c p e và h+ quang sinh tái h p s không tham gia ph n ng hóa h c v i các
ch t h p th trên b m t n a.
Ho t tính xúc tác c a TiO2 anatase và rutile
Trong quá trình xúc tác, n

ng c n cug c p cho rutile là 3,05 eV,

anatase là 3,29 eV, nh vào giá tr n

ng c a vùng c m l n h n, trong

trong h u h t các ph n ng quang hóa xúc tác v i oxy là tác nhân oxy hóa
anatase th hi n ho t tính cao h n rutile. Khi có nh ng tác nhân oxy khác nh
Ag+, H2O2 thì rutile l i cho th y kh n ng xúc tác quang hóa cao h n anatase.
S khác bi t gi a ho t tính quang hóa c a anatase và rulite có th xu t
phát t nh ng sai khác v v trí vùng d n (d
h p electron - L tr ng (nhanh h

ng h n v i rutile) và v t

tá

ng h p c a rutile).

Nhi t
Ph n ng quang hóa không nh y v i s
o c kích thích b ng photon ánh sáng nên không
. Vì n

i nhi

i h i s ho t hóa b ng nhi t

ng ho t hóa th c t r t nh nên nh h

Không c n nhi t

Kh

ng. Nhi t

c bi t

thích h p là t 20-80 C.

n kh

ng xúc tá

ng ch t xúc tác t ng v n t c ph n ng t ng nh ng t
thì v n t c ph n ng không còn ph thu c vào kh
ng c a pH môi
n

TiO2 + H+

u, khi kh i
n m t giá tr nào

ng n a.

ng

n tr ng thái ion hóa b m t TiO2 theo các ph n ng:
TiOH2+

TiOH + OH-

Hi n

th p.

ng xúc tác

V n t c ph n ng liê

pH nh h

ng t i nhi

là m t thu n l i c a phán ng quang hóa xúc tá

ng d ng cho l nh v c x lý mô

nh h

. Ch t xúc tác

TiO- + H2O

MT1701

10


KHÓA LU N T T NGHI P

I PHÒNG

Tr ng thái này tá
pH nh h

n

n các phân t ch t c n phân h y, s

i

n quá trình h p ph các ch t này lên b m t xúc tác.

Hi u ng b m t
T

ph n ng gi a các electron và l tr ng v i các ch t nhanh h n khi

di n tích b m t l n v i m

các ch t trên b m t không

ib is

ch t bao quanh c p electron - l tr ng nhi u h n. Theo
càng l n thì ho t

ng các

thì di n tích b m t

ng quang hóa càng cao.

1.3.6.

n c a xúc tác quang hóa b ng TiO2
Ph n ng quang hóa ch x y ra khi có b c x ánh sáng v

ng

ánh sáng d l n s phá v liên k t há h c trong ch t ph n
ánh sáng b c x nh

ng

ng liên k t hóa h c, ph n ng quang hoá ch

x y ra khi có ch t xúc tác quang. Trong quá trình b c x quang, các ch t xúc tác
th

ng sinh ra các h t có kh

m nh. Các h t bán d n có

ch a trong m t h xúc tác quang d th

xúc tác quang. T tr ng thái

ng thái ti
i phân t . S chênh l
d n (CB) và m

các ph n ng oxy hóa kh và bi n
ng gi a m

ng th p nh t c a vùng

ng cao nh t c a vùng hóa tr

ng vùng c

c g i là khe
ng t i thi u c a ánh

sáng c n làm cho v t li u tr lên d

n.

Các electron trong vùng hóa tr s
nh y lên m t m

n khi h t bán d

chi u sáng b i ngu

ng hv l

c

ng vùng c m. K t qu trên

vùng d n có các electron (e-

n tích âm và trên vùng hóa tr s xu t hi n

các l tr

+

). Tuy nhiên

nh y tr l i vùng hóa tr
ng
ng truy
m

ng

k t h p l i v i l tr ng, cùng v i vi c gi i phóng

d ng photon ho c nhi
n t (ph n ng oxy

c có th tham gia vào các ph n
hóa kh ) v i các ch t trong dung d ch do

ng trong vùng hóa tr th p [4].

Hi n

MT1701

11


KHÓA LU N T T NGHI P

B c x ph

I PHÒNG

c sóng

b ng hay th

ng v i

Eg, m i có th kích ho t ch t xú tác bán d
planck:
=

- Eg

ng vùng c m

- h là h ng s planck
- c là v n t c ánh sáng
M

các ph n ng oxy hóa x y ra trên b m t bán d

ng vùng hóa tr VB c a xúc tác ph i có th
ch t ph n

oxy hóa c a

u ki n kh o sát.
ng là +3,1 và -0,1V[4].

Th oxy hóa kh c a VB và CB c a TiO2
TiO2 (d

r

ng vùng c m Eg= 3,2 eV nên v t li u

bán d n TiO2 có th h p th

c b c x t ngo i g n ( <387,5nm).
n t e- trong vùng hóa

TiO2 s h p th

tr s b kích thích và nh y lên vùng d

l i m t l tr ng h+

c chi u sáng b
ho c

ng có vùng c m (

ch t h
ch t h

n tích
ng b ng

ng th i khi có s hi n di n c a

p ph lên, trên b m t TiO2, tùy thu c vào th oxy hóa kh c a
p ph lên, trên b m t TiO2 x y ra các quá trình truy
TiO2 (e- + h+)

TiO2 + hv

C p i n t và l tr ng sinh ra di chuy
chúng ph n ng v i nhóm hydroxyl b m t ho

n b m t ch t xúc tác, t i
c và oxy hòa

thành các g c hydroxyl, peroxyit và superoxit theo các ph

TiO2 (hvb+) + H2O
TiO2(hvb+) + OHTiO2(ecb-) + O2
O2 - + H+

t o

ng trình:

TiO2 + H+ + OH
TiO2 + OH
TiO2 + O2 -

HO2

2O2 - + 2H

O2 + H2O2

H2O2 + TiO2(ecb-)
Hi n

nt :

MT1701

OH + OH- + TiO2
12


KHÓA LU N T T NGHI P

Thu c nhu m

I PHÒNG

Thu c nhu m +

Thu c nhu m*

H2O ho c OHVùng d n

O2

UV

HO

Vùng hóa tr

O2 -

HOO-

H2O2

HO
Hình 1.3: Ph n ng oxy hóa kh trên b m t TiO2
Các g c OH có th b quang oxy hóa qua quá trình kh

i n t c a HO2

v i i n t CB. L tr ng sinh ra có th ph n ng v i các ion oxy c a m ng TiO2
t o thành các g c OH. Nh ng g c này có th ti p t c ph n ng v i các phân
t h uc

th c hi n ph n ng khoáng hóa hoàn toàn v i s hình thành CO2,
[5]

H2O và nito vô c

.

HO2 + H+ + TiO2(ecb-)

OH + OH- + TiO2

>Os- + Haq + TiO2(hvb+)

TiO2 + OHs

CHC + OH

S n ph m trung gian

Trong nh

CO2 + H2O + NO3- + NH4+
2

x lý ô nhi

c bi

cs d

t xúc

lo i các h p ch t

c

c th i[3].

h

Titan oxit là m t trong nh ng ch t xúc tác quang h p quan tr ng vì ho t
tính cao,

nh hóa h c, ch ng l i s

s n có chi phí th

c bi t là gi

nh ng thi u sót c a các hóa ch t xúc tác b

c tính th p, không ô nhi m và
c và không khí. Tuy nhiên
ng là hi u qu th p trong vi s

d ng ánh sáng, khó khu y và tách ra trong quá trình chu n b . Nh ng b t l i c a

Hi n

MT1701

13