(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp và nghiên cứu đặc trưng tính chất quang xúc tác vật liệu nano BiTaO4 để phân hủy phenol trong nước

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG TÍNH CHẤT
QUANG XÚC TÁC VẬT LIỆU NANO BiTaO4 ĐỂ PHÂN HỦY
PHENOL TRONG NƢỚC

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

NGUYỄN THỊ HƢƠNG THÚY

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG TÍNH CHẤT
QUANG XÚC TÁC VẬT LIỆU NANO BiTaO4 ĐỂ PHÂN HỦY
PHENOL TRONG NƢỚC

NGUYỄN THỊ HƢƠNG THÚY

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
MÃ SỐ: 8440301
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. ĐÀO NGỌC NHIỆM

HÀ NỘI, NĂM 2019

CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hƣớng dẫn chính: PGS.TS. Đào Ngọc Nhiệm – Viện Vật liệu –
Viện Hàm lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam .
Cán bộ chấm phản biện 1:PGS. TS. Nguyễn Hữu Tùng- Đại học Bách
khoa Hà nội.
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Trần Mạnh Trí- Đại học Khoa học Tự
nhiên Hà nội.

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Ngày 17 tháng 01 năm 2019

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bài luận văn này là thành quả thực hiện của bản thân tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài vừa qua.
Những kết quả thực nghiệm đƣợc trình bày trong luận văn này là trung thực do
tôi và các cộng sự thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Đào Ngọc Nhiệm –
Trƣởng phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam.
Các kết quả nêu trong luận văn chƣa đuợc công bố trong bất kỳ công trình nào
của các nhóm nghiên cứu khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đã trình bày trong bản báo cáo
này.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Hƣơng Thúy

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này một cách hoàn chỉnh, lời đầu tiên với lòng kính
trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đào Ngọc
Nhiệm, Trƣởng phòng Vật liệu Vô cơ – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam. – ngƣời đã hƣớng dẫn, tận tình chỉ bảo tôi thực hiện thành công luận văn
thạc sỹ này.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo khoa Môi trƣờng cùng các
thầy cô phòng Phân tích khoa Môi trƣờng - trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi
trƣờng Hà Nội đã hết lòng ủng hộ, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn Thầy giáo TS. Mai Văn Tiến- Giảng viên Trƣờng Đại học
Tài nguyên và Môi trƣờng đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện
và hoàn thành luận.
Xin cảm ơn anh Đoàn Trung Dũng, chị Nguyễn Hà Chi phòng Phân tích Vô
cơ- Viện Khoa họcVật liệu, đã giúp đỡ tôi về thiết bị máy móc sử dụng.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, nguời thân và bạn
bè luôn mong muốn tôi hoàn thành tốt bài luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn dù đã rất cố gắng nhƣng không thể tránh
khỏi những thiết sót, vì vậy em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của quý Hội
đồng, quý thầy cô và các bạn để luận văn của em đƣợc hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội ngày 17 tháng 01 năm 2018

Học viên

Nguyễn Thị Hƣơng Thúy

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2
3. Nội dung luận văn ...................................................................................................3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................4
1.1. Tình hình nghiên cứu về quang xúc tác vật liệu nano BiTaO4 ứng dụng để xử
lý phenol. .....................................................................................................................4
1.1.1. Tình hình nghiên cứu về vật liệu quang xúc tác vật liệu nano BiTaO4 trên thế
giới.................... ..........................................................................................................4
1.1.2. Tình hình nghiên cứu về vật liệu quang xúc tác vật liệu nano BiTaO4 ở trong
nƣớc........... ..................................................................................................................5
1.2. Tổng quan về vật liệu quang xúc tác nano BiTaO4..............................................5
1.2.1. Tổng quan về nguyên lí hệ quang xúc tác .........................................................5
1.2.2. Đặc điểm, tính chất vật liệu BiTaO4 .................................................................9
1.3. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano BiTaO4 ....................................................10
1.3.1 Phƣơng pháp sol-gel.........................................................................................11

1.3.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa ...............................................................................13
1.3.3. Phƣơng pháp phản ứng pha rắn.......................................................................14
1.4. Tổng quan về phenol ..........................................................................................15
1.4.1. Giới thiệu về phenol ........................................................................................15
1.4.2. Nguồn gốc phát sinh của phenol .....................................................................15
1.4.3. Ảnh hƣởng của phenol tới con ngƣời và môi trƣờng ......................................16
1.4.4. Các phƣơng pháp xử lý phenol trong môi trƣờng nƣớc ..................................18
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........22
iv


2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ........................................................................22
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu .....................................................................................22
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................22
2.2. Hóa chất, thiết bị sử dụng .................................................................................22
2.2.1. Nguyên liệu, hóa chất .....................................................................................22
2.2.2. Thiết bị sử dụng..............................................................................................23
2.3. Tổng hợp chế tạo vật liệu nano BiTaO4 .............................................................23
2.3.1. Quy trình sơ đồ tổng hợp vật liệu BiTaO4 bằng phƣơng pháp đốt cháy gel. .24
2.3.2. Khảo sát và tối ƣu hóa các điều kiện phản ứng tổng hợp vật liệu .................25
2.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái và kích thƣớc vật liệu ...........25
2.4.1. Phƣơng pháp nhiệt trọng lƣợng – vi sai nhiệt lƣợng (TG-DTA) ....................25
2.4.2. Phƣơng pháp phân tích Phổ hồng ngoại IR ....................................................26
2.4.3. Phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái học của vật liệu (kính hiển vi điện
tử quét SEM-TEM) ...................................................................................................26
2.4.4. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................27
2.4.5. Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng ( phƣơng pháp đo BET) ........28
2.4.6. Phƣơng pháp xác định điểm điện tích không của vật liệu ..............................29
2.4.7. Thiết bị phản ứng quang hóa (Photochemical) ...............................................30
2.4.8. Phƣơng pháp phổ UV-VIS .............................................................................32

2.5. Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình quang xúc tác của vật liệu nano
BiTaO4 .......................................................................................................................33
2.5.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình quang xúc tác xử lý phenol ......33
2.5.3. Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng vật liệu tới khả năng quang xúc tác của vật
liệu.......... ...................................................................................................................33
2.5.4. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng quang xúc tác của vật liệu ...........34
2.5.5. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu .....................................................34
2.5.6. Hiệu suất quá trình xúc tác quang của vật liệu để xử lý phenol trong môi
trƣờng nƣớc. ..............................................................................................................34
2.6. Xác định nồng độ phenol trong nƣớc theo SMEWW 5530:C:2012 ..................35

v


2.6.1. Chuẩn bị dung dịch và phƣơng pháp xác định nồng độ các chất hữu cơ........35
2.6.2. Xác định nồng độ phenol trong nƣớc dựa vào phƣơng pháp SMEWW
5530:C:2012 ..............................................................................................................36
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................................38
3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng các điều kiện tổng hợp đến tính chất của vật liệu
xúc tác quang nano BiTaO4.......................................................................................38
3.1.1. Ảnh hƣởng của chất tạo gel đến sự hình thành pha của vật liệu .....................38
3.1.2. Ảnh hƣởng nhiệt độ nung đến sự hình thành pha của vật liệu BiTaO4 ..........39
3.2. Kết quả phân tích, đặc trƣng tính chất của vật liệu ............................................40
3.2.1. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại IR .............................................................40
3.2.2. Phổ EDX của vật liệu sau khi nung ................................................................41
3.2.3. Giản đồ XRD của vật liệu đƣợc nung ở nhiệt độ 750oC trong 2 giờ ..............43
3.2.4. Hình ảnh TEM của vật liệu BiTaO4 đƣợc nung ở điều kiện tối ƣu 750oC .....44
3.2.5. Phổ UV - VIS rắn của mẫu vật liệu nung BiTaO4 750oC ...............................46
3.2.6. Điểm đẳng điện của vật liệu BiTaO4 đƣợc chế tạo ở điều kiện tối ƣu 750oC.46
3.3. Kết quả khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng phân hủy phenol của vật liệu

BiTaO4 .......................................................................................................................48
3.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình quang xúc tác phân hủy phenol 48
3.3.2. Ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác đến quá trình quang xúc tác phân hủy phenol
của vật liệu BiTaO4 ...................................................................................................48
3.3.3.Ảnh hƣởng của pH đến khả năng quang xúc tác phân hủy phenol của vật
liệu..... ........................................................................................................................49
3.3.4. Khả năng tái sử dụng của vật liệu với quá trình quang xúc tác xử lý
phenol...... ..................................................................................................................49
3.3.5. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu BTO750 trong điều kiện không chiếu
sáng............................................................................................................................50
3.4. Điều kiện công nghệ thích hợp tổng hợp vật liệu quang xúc tác nano BiTaO4 .51
3.5. Kết quả thử nghiệm đối với mẫu môi trƣờng thực tế .........................................52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................53

vi


1. Kết luận .................................................................................................................53
2. Kiến nghị ...............................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

SMEWW

: Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water

CTPT

: Công thức phân tử

KHTN

: Khoa học tự nhiên

ĐHQGHN

: Đại học Quốc gia Hà Nội

DD

: Dung dịch

SEM

: Scanning Electron Microscope

TGA

: Thermal gravimetric analysis

TEM

: Transmission Electron Microscope

DTA

: Differential Thermal Analysis

DSC

: Differential scanning calorimetry

BET

: Brunauer-Emmet-Teller

PVA

: polyvinyl ancolhol

IR

: Infrared

SC

: Semiconductor (Chất bán dẫn)

CB

: Vùng dẫn

EDX

: Energy - Dispersive X - ray (Tán xạ năng lƣợng tia X)

BTO

: BiTaO4

KPH

: Không phát hiện

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số oxit kim loại thu đƣợc bằng phƣơng pháp sol-gel........................12
Bảng 1.2. Một số hợp chất có kích thƣớc nano đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp
đồng kết tủa ...............................................................................................................13
Bảng 1.3. Nồng độ phenol trong nƣớc thải của một số ngành công nghiệp .............16
Bảng 1.4. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxi hóa .......................................20
Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất nghiên cứu ..........................................................22
Bảng 3.1. Thành phần của vật liệu lý thuyết so sánh với kết quả thực tế thu đƣợc..43
Bảng 3.2. Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc của ΔpH vào pHi trên oxit nano
BTO750 .....................................................................................................................46
Bảng 3.3. Các kết quả nghiên cứu về vật liệu BiTaO4 ..............................................47
Bảng 3.4. Khả năng quang xúc tác phân hủy phenol của vật liệu theo thời gian bởi
các vật liệu khác nhau ...............................................................................................48
Bảng 3.5. Điều kiện tối ƣu tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano BiTaO4 ...............52
Bảng 3.6. Kết quả thử nghiệm mẫu môi trƣờng........................................................52

ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn. .....................................................6
Hình 1.2. Giản đồ các mức năng lƣợng của BiTaO4 [40] ...........................................8
Hình 1.3. Giản đồ năng lƣợng độ rộng vùng cấm của hệ vật liệu BiTaO4 .................9
Hình 1.4. Cấu trúc của vật liệu BiTaO4 ......................................................................9
Hình 2.1. Quá trình tổng hợp vật liệu BTO bằng phƣơng pháp đốt cháy gel PVA ..24
Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của P/V(P0-P) vào P/Po. ..........................29
Hình 2.3. Sơ đồ chung của hệ thiết bị phản ứng quang hóa Photochemical UV. .....31
Hình 2.4. Tủ bảo vệ của hệ thiết bị quang xúc tác ....................................................32
Hình 3.1. Giản đồ TG-DTA của gel tạo bởi PVA ....................................................38
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các vật liệu đƣợc nung ở các nhiệt độ nung ................39
Hình 3.3. Phổ IR của gel PVA đƣợc pha vào nƣớc ở nhiệt độ 80oC ........................40
Hình 3.4. Phổ IR của gel vật liệu sau khi đƣợc hòa tan hỗn hợp hai muối ở 80oC ..41
Hình 3.5. Phổ EDX của vật liệu BiTaO4 đƣợc nung ở nhiệt độ 750oC ....................43
Hình 3.6. Phổ XRD của vật liệu nano BiTaO4 đƣợc nung ở 750oC .........................44
Hình 3.7. Hình ảnh TEM của vật liệu BiTaO4 đƣợc nung ở 750oC trong 2 giờ. ......45
Hình 3.8. Phổ UV-VIS của mẫu tối ƣu đƣợc nung ở nhiệt độ 750oC .......................46
Hình 3.9. Sự phụ thuộc của ΔpH vào pHi trên oxit nano BTO750 ...........................47
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác đến quá trình phân hủy phenol của vật liệu
BTO750 sau thời gian 60 phút ..................................................................................48
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng quang xúc tác phân hủy phenol của vật
liệu BTO750 sau 60 phút ..........................................................................................49
Hình 3.12. Khả năng tái sử dụng phân hủy phenol của vật liệu BTO750oC ............50

x


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

Hiện nay, cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội, các quá trình sản xuất tạo ra
của cải vật chất đã để lại những tác động xấu đến môi trƣờng, để xử lý nó lại là một
vấn đề khác. Sự phát triển tại các đô thị, các khu công nghiệp, làng nghề thủ công làm
cho tình hình ô nhiễm nƣớc trở nên nghiêm trọng. Đặc biệt là sự ô nhiễm của các hợp
chất hữu cơ khó phân huỷ và rất độc có trong thành phần nƣớc thải của một số ngành
công nghiệp, luôn là một vấn đề nổi trội và đáng đƣợc quan tâm nhất vì nƣớc là một
nguồn tài nguyên rất quan trọng đối với sự sống của toàn nhân loại.
Nhƣ chúng ta đã biết, nƣớc có vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống của con
ngƣời, nhƣng hiện nay vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc sinh hoạt đang là vấn đề đáng báo
động và đƣợc toàn xã hội quan tâm. Hiện nay, nguồn nƣớc đang bị ô nhiễm và đang
diễn ra ở khắp mọi nơi trên thế giới đặc biệt tại các nƣớc đang phát triển và đang ngày
càng đe dọa đến cuộc sống của nhân loại. Quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa phát
triển quá nhanh kéo theo các loại rác thải vào môi trƣờng ngày càng phức tạp. Nguồn
nƣớc bị ô nhiễm do các hợp chất hữu cơ sẽ ảnh hƣởng rất nghiêm trọng đến sức khỏe
của con ngƣời. Các ngành công nghiệp, hóa chất thuốc bảo vệ thực vật, y dƣợc, luyện
kim, xi mạ, giấy, dệt nhuộm, làng nghề, khu đô thị ... thải ra môi trƣờng nhiều loại các
hợp chất hữu cơ và độc hại nhƣ phenol, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, tẩy rửa... khi các
chất hữu cơ tƣơng tác với clo sẽ tạo ra chất gây ung thƣ, đặc biệt là phenol làm cho
nguồn nƣớc bị ô nhiễm, có màu sắc và mùi vị khó chịu gây tác động xấu đến sức khoẻ
con ngƣời. Do vậy việc xử lý và loại bỏ các loại chất gây ô nhiễm này là hết sức cần
thiết và cấp bách.
Hiện nay, trong nƣớc và trên thế giới đã có rất nhiều phƣơng pháp và công nghệ
xử lý các hợp chất hữu cơ hiệu quả xử lý cao nhƣng chi phí xử lý cao nên không đƣợc
áp dụng vào thực tế. Các phƣơng pháp loại bỏ hữu cơ trong nƣớc bao gồm: quá trình
hấp phụ, quá trình oxy hóa hóa học, và thẩm thấu qua màng lọc. Trong đó quá trình
hấp phụ, sử dụng vật liệu hấp phụ đƣợc quan tâm và sử dụng rộng rãi cho việc loại bỏ
các chất hữu cơ mạch vòng khó phân hủy. Một số phƣơng pháp xử lý phenol đã đƣợc
áp dụng: phân hủy nhiệt, oxi hóa có xúc tác, sử dụng các vật liệu hấp phụ hay bùn hoạt
tính có vi sinh vật để phân giải phenol...Tuy nhiên, các phƣơng pháp oxi hóa thông
1

thƣờng đều tạo ra các sản phẩm oxi hóa không mong muốn và không thể kiểm soát
đƣợc nhiệt độ.
Trên thực tế để đáp ứng đầy đủ các quy định, tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lƣợng môi trƣờng ngày càng cao, quy trình và công nghệ xử lý
thƣờng phải kết hợp với nhiều modul khác nhau. Các loại dung môi hữu cơ trong nƣớc
là các chất gây ô nhiễm trong nƣớc rất khó xử lý. Trong những năm gần đây, phƣơng
pháp ứng dụng các hệ vật liệu quang xúc tác hoạt động trong vùng ánh sáng nhìn thấy
có khả năng phân hủy đƣợc phenol. Vật liệu quang xúc tác BiTaO4 mới đƣợc các nhà
khoa học quan tâm, khả năng xúc tác quang của vật liệu BiTaO4 cho đến năm 2006
mới đƣợc nghiên cứu là một trong những biện pháp hiệu quả nhất trong việc xử lý
phenol trong môi trƣờng nƣớc[18].
Vật liệu BiTaO4 là một vật liệu mới, có tính chất đƣợc tổng hợp bằng phƣơng
pháp đốt cháy gel trên cơ sở phát triển hệ xúc tác quang. Phƣơng pháp này là phƣơng
pháp tổng hợp vật liệu hiện đại, tiên tiến có nhiều ƣu điểm so với nhiều phƣơng pháp
khác bởi điều kiện tổng hợp tƣơng đối dễ dàng. Chính vì vậy, vật liệu BiTaO4 có kích
thƣớc nano có khả năng ứng dụng rộng rãi cho việc xử lý nƣớc thải, đặc biệt là nƣớc
thải có chứa các dung môi hữu cơ nhƣ phenol.
Trƣớc thực trạng đó, để giảm thiểu ô nhiễm phenol trong môi trƣờng nƣớc đang trở
thành nhu cầu cấp thiết, đòi hỏi phải có giải pháp hiệu quả, phù hợp với thực tiễn, có
tính khả thi. Xuất phát từ những ứng dụng xúc tác quang để xử lý phenol trong môi
trƣờng nƣớc là một trong những hƣớng nghiên cứu có nhiều ƣu điểm trên, tôi quyết
định chọn đề tài: “Tổng hợp, đặc trưng và nghiên cứu tính quang xúc tác của vật
liệu nano BiTaO4 để phân hủy phenol trong nước” nhằm góp phần vào cải thiện chất
lƣợng nguồn nƣớc.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tổng hợp và nghiên cứu đặc trƣng tính chất của vật liệu nano BiTaO4 bằng phƣơng
pháp đốt cháy gel polyvinyl ancohol (PVA). Nghiên cứu khả năng quang xúc tác của
BiTaO4 đến quá trình phân hủy phenol trong nƣớc. Đánh giá khả năng xử lý phenol

trong nƣớc của vật liệu đã tổng hợp đƣợc.

2


3. Nội dung luận văn
Nội dung luận văn gồm có 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan
Tổng quan tài liệu về vật liệu BiTaO4 kích thƣớc nano và khả năng xúc tác quang
của vật liệu, thử nghiệm xử lý phenol trong môi trƣờng nƣớc.
Chƣơng 2: Thực nghiệm và phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ tổng hợp vật liệu BiTaO4(BTO) đƣợc
tổng hợp bằng phƣơng pháp đốt cháy gel polyvinyl ancohol ở điều kiện tối ƣu nhƣ: tỉ
lệ Bi:Ta:PVA = 1:1:3, pH=2, gel đƣợc sấy ở 120o C trong 2h và nung ở các nhiệt độ
khác nhau trong vòng 4h để thu đƣợc vật liệu BTO có cấu trúc tinh thể dạng β-BiTaO4
khi nung gel ở nhiệt độ 750°C và có kích thƣớc hạt nhỏ, tƣơng đối đồng đều cỡ nhỏ
hơn 50 nm. Với nhiệt độ nung trên 750°C có sự chuyển pha vật liệu từ β-BiTaO4 sang
α-BiTaO4.
Tổng hợp vật liệu, nghiên cứu xác định các điều kiện thích hợp để tổng hợp vật
liệu BiTaO4 kích thƣớc nano bao gồm: nhiệt độ tạo gel, pH, lƣợng vật liệu.
Phân tích đặc trƣng cấu trúc, xác định tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu tạo ra
(nhiệt độ nung tối ƣu, kích thƣớc hạt trung bình, diện tích bề mặt riêng, năng lƣợng
vùng cấm.....).
Nghiên cứu quá trình quang xúc tác của vật liệu đối với các loại dung môi hữu cơ
có chứa phenol.
Nghiên cứu thử nghiệm đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu BiTaO4 để xử
lý phenol trong môi trƣờng nƣớc quy mô phòng thí nghiệm.
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
Trình bày các kết quả nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp, khảo sát các điều
kiện tối ƣu tổng hợp của vật liệu BiTaO4(BTO) đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp đốt

cháy gel polyvinyl ancohol . Phân tích đánh giá, đặc trƣng cấu trúc tính chất của vật
liệu. Từ đó, rút ra các kết luận phân tích và đánh giá tổng hợp chế tạo vật liệu BiTaO4
kích thƣớc nano cũng nhƣ thử nghiệm đánh giá khả năng thử nghiệm ứng dụng của vật
liệu để xử lý phenol trong môi trƣờng nƣớc.
Cuối cùng là phần kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phần phụ lục.

3


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu về quang xúc tác vật liệu nano BiTaO4 ứng dụng để xử
lý phenol.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu về vật liệu quang xúc tác vật liệu nano BiTaO4 trên thế
giới.
Cùng với quá trình phát triển kinh tế, tình trạng ô nhiễm môi trƣờng ngày càng
gia tăng. Một trong những loại chất gây ô nhiễm là các chất hữu cơ. Sự ô nhiễm của
các chất hữu cơ trong nguồn nƣớc đem đến những ảnh hƣởng nghiêm trọng. Các chất
hữu cơ nhƣ phenol, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ thuốc nhuộm, chất tẩy rửa... xuất phát
từ nhiều nguyên nhân khác nhau, do tiếp cận nhiều nguồn thải. Môi trƣờng nƣớc mặt
đang bị ô nhiễm các chất hữu cơ ở nhiều nơi. Phenol (C6H5OH) cũng là một trong
những chất độc có trong các nguồn nƣớc thải.
Để giảm hàm lƣợng các phenol trong nƣớc, ngƣời ta sử dụng một số phƣơng
pháp nhƣ hấp thụ, oxi hóa nhiệt, oxi hóa có xúc tác, phƣơng pháp sinh học... Trên thực
tế do các phƣơng pháp có nhiều ƣu nhƣợc điểm riêng nên trong quá trình xử lý nƣớc
thải thƣờng bao gồm nhiều modul khác nhau. Trong các giai đoạn đó, bên cạnh việc sử
dụng kỹ thuật keo tụ, hấp thụ để thu gom các hợp chất không màu từ dung dịch nƣớc,
các nhà khoa học quan tâm đến khả năng loại bỏ triệt để các hợp chất này bằng
phƣơng pháp oxi hóa tiên tiến sử dụng xúc tác quang.
Trên cơ sở phát triển của hệ quang xúc tác BiTaO4 cho quá trình phân hủy
phenol diễn ra khá phức tạp với sự hình thành của nhiều hợp chất trung gian có khối

lƣợng nhỏ. Đối với hệ vật liệu BiTaO4 là việc kết hợp giữa hai nguyên tố có Ta và Bi
đem lại hiệu nhƣ mong đợi của các nhà khoa học. Ta2O5 ở điều kiện thƣờng có độ rộng
vùng cấm tƣơng đối lớn (cỡ khoảng 2,3eV [4]) trong khi đó Bi2O3 đảm bảo đúng yêu
cầu là có hóa trị III. Khi kết hợp với Ta có thể tạo thành hệ vật liệu có cấu trúc
perovskit.
Việc nghiên cứu và chế tạo vật liệu xúc tác quang có kích thƣớc nano ứng dụng
để xử lý phenol đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm. Năm 2000, Huang và các cộng sự
[6] đã sử dụng phƣơng pháp phản ứng pha rắn với chất dầu và có độ tinh khiết cao
cộng với một phần rất nhỏ CuO. Sự có mặt của CuO làm giảm nhiệt độ chuyển hóa
giữa 2 pha của BiTaO4. Năm 2016 nhóm tác giả Zouh và cộng sự [7] sử dụng phƣơng
pháp phản ứng pha rắn ở nhiệt độ cao cùng áp suất lớn để điều chế và nghiên cứu tính
4


chất và sự chuyển pha của vật liệu BiTaO4. Bên cạnh đó một số phƣơng pháp khác
nhƣ phƣơng pháp sol-gel của nhóm tác giả Almeida và cộng sự sử dụng axit citric để
điều chế bột BiTaO4 với chất đầu vào là Bi citrate và TaCl5. Có thể thấy phƣơng pháp
tổng hợp vật liệu BiTaO4 đã đƣợc thực hiện bởi một số nhóm tác giả trên thế giới
trong những năm gần đây nhƣng ứng dụng của vật liệu chƣa nhiều, đặc biệt chƣa khai
thác đƣợc tính xúc tác trong phản ứng quang xúc tác của vật liệu để phân hủy các chất
hữu cơ độc hại.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu về vật liệu quang xúc tác vật liệu nano BiTaO4 ở trong
nước.
Tại Việt nam, vật liệu quang xúc tác cũng đã đƣợc nghiên cứu khá phổ biến với
hệ vật liệu trên nền TiO2 pha tạp với một số nguyên tố (Ag, La, Ce, Al, N...) oxit kim
loại nhƣ: CeO2 ZnO, CuO... ứng dụng phân hủy các chất hữu cơ độc hại nhƣ các loại
phẩm nhuộm, các hóa chất bảo vệ thực vật tồn tại trơng môi trƣờng nƣớc tại các cơ sở
nghiên cứu nhƣ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, trƣờng Đại học
Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội
Các hệ vật liệu peroskit cũng đã đƣợc các nhà khoa học quan tâm nhƣ hệ vật

liệu BiFeO3, BiNbO4, BiVO4. Các tính chất của hệ vật liệu này cũng đã đƣợc quan tâm
đặc biệt là nhóm nghiên cứu tại phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu- Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Một số nhóm tác giả khác cũng đã bƣớc
đầu nghiên cứu các hệ vật liệu trên cơ sở trên tuy nhiên phƣơng pháp tổng hợp chƣa
tối ƣu, các điều kiện khảo sát còn chƣa đầy đủ. Với hệ vật liệu BiTaO4 hiện chƣa có
công bố trơng nƣớc về quy trình tổng hợp vật liệu và khả năng quang xúc tác phân hủy
các hợp chất hữu cơ của vật liệu này.
1.2. Tổng quan về vật liệu quang xúc tác nano BiTaO4
1.2.1. Tổng quan về nguyên lí hệ quang xúc tác
a) Nguyên lí chung của quang xúc tác

5


Hình 1.1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn.
Trong hóa học, khái niệm phản ứng xúc tác quang dùng để nói đến những phản
ứng xảy ra dƣới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng. Nói cách khác, ánh
sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra. Quá trình ban
đầu của xúc tác quang dị thể với chất hữu cơ và vô cơ bằng chất bán dẫn
(Semiconductor Catalyst) là sự sinh ra của cặp điện tử - lỗ trống trong chất bán dẫn.
Khi đƣợc chiếu sáng có năng lƣợng photon (hυ) thích hợp, bằng hoặc lớn hơn năng
lƣợng vùng cấm Eg (hυ ≥ Eg), thì sẽ tạo ra các cặp electron (e‾) và lỗ trống (h+). Các
điện tử đƣợc chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ trống ở lại vùng hoá trị
[16,27,41,42].
Quá trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn nếu các phân tử chất hữu cơ và vô cơ
bị hấp phụ trƣớc trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC). Khi đó, các quang electron ở
vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận electron (A), và quá trình
khử xảy ra, còn các lỗ trống sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng cho
electron (D) để thực hiện phản ứng oxy hoá:
hυ + (SC) → e‾ + h+

A(ads) + e‾ → A‾(ads)
D(ads) + h+ → D+(ads)

6


Các ion A‾(ads) và D+(ads) sau khi đƣợc hình thành sẽ phản ứng với nhau qua
một chuỗi các phản ứng trung gian và sau đó cho ra các sản phẩm cuối cùng
Một tính chất đặc trƣng của các oxit kim loại bán dẫn là các lỗ trống h+ có năng
lƣợng oxy hóa mạnh. Chúng có thể phản ứng trong giai đoạn oxy hóa một electron với
nƣớc để tạo ra gốc hydroxyl (OH•) hoạt động mạnh. Ngoài ra nếu có mặt oxy không
khí thì oxy không khí hoạt động nhƣ một chất nhận electron và tạo thành ion siêu oxit
H2O + h+→ HO• + H+
O2 + e‾ → •O2‾
Cả lỗ trống, gốc hydroxyl (OH) và ion siêu oxit là những chất oxy hóa rất
mạnh, chúng có thể đƣợc dùng để oxy hóa hầu hết các chất hữu cơ.
R + HO• → R• + H2O
R• + O2 → H2O + CO2 + sa khoáng
b) Nguyên lí quang xúc tác của hệ vật liệu BiTaO4
Đối với hệ vật liệu BiTaO4 sẽ đƣợc kết hợp bởi hai nguyên tố Ta và Bi đem lại kết
quả nhƣ mong muốn của rất nhiều các nhà khoa học trong nƣớc và trên thế giới. Theo
nguyên lý cơ bản của vật liệu quang xúc tác , khi một electron nhận một năng lƣợng
giúp chúng chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn nghĩa là vật liệu quang xúc tác cần
phải đảm bảo có độ rộng vùng cấm có thể sử sử dụng đƣợc bức xạ vùng nhìn thấy.
Ta2O5 ở điều kiện thƣờng có độ rộng vùng cấm tƣơng đối lớn (cỡ khoảng 3,9eV [15])
trong khi đó Bi2O3 đảm bảo đúng yêu cầu là có hóa trị III. Hơn nữa độ rộng vùng cấm
của Bi2O3 chỉ cỡ khoảng 2,5eV [29,57]. Với mục tiêu là sử dụng đƣợc nguồn ánh
sáng tự nhiên với phần lớn năng lƣợng nằm trong dải nhìn thấy (400nm - 700nm).
Việc sử dụng Ta2O5 đơn hay Bi2O3 đơn đều mang lại hiệu quả không cao. Việc kết
hợp hai chất này, bằng phƣơng pháp đốt cháy gel tạo nên một hệ vật liệu có cấu trúc

BiTaO4 với độ rộng vùng cấm vào khoảng 2,8eV. Một số nhà khoa học đã chứng
minh đƣợc mức năng lƣợng độ rộng vùng cấm của BiTaO4 thông qua việc đo mật độ
năng lƣợng của vật liệu. Qua đó, chúng ta có thể xác định đƣợc vùng hóa trị và vùng
7


dẫn của một vật liệu từ đó có thể xác định đƣợc độ rộng vùng cấm của nó. Cụ thể nhƣ
hình 1.2 dƣới đây:

Hình 1.2. Giản đồ các mức năng lượng của BiTaO4 [40]
Vùng hóa trị (VB) năng lƣợng bị chiếm cao nhất với sự đóng góp của orbitan 6s
của Bi và orbitan 2p của O. Trong khi đó sự đóng góp của orbitan Bi 6s không thể hiện
ở vùng dẫn (CB), chủ yếu là sự đóng góp của orbitan Ta 5d. Điều này làm cho độ rộng
cùng cấm của BiTaO4 nhỏ đi làm tăng khả năng hấp thụ đƣợc năng lƣợng vùng ánh
sáng nhìn thấy. Theo tính toán lý thuyết, năng lƣợng thu đƣợc vùng cấm của vật liệu
này là khoảng 2,94eV. So sánh với các chất oxi hóa mạnh có khả năng oxi hóa phần
lớn các chất hữu cơ thông thƣờng nhƣ H2O2 hay O3 có thế oxi hóa khử khoảng 1,77eV
cho thấy khả năng oxi hóa của vật liệu BiTaO4 dƣới bức xạ ánh sáng nhìn thấy là rất
lớn. Điều này dẫn tới khả năng oxi hóa triệt để các chất hữu cơ trong nƣớc.
Cơ chế quang xúc tác của vật liệu BiTaO4 có thể đƣợc mô tả đơn giản nhƣ hình
dƣới đây:

8


Hình 1.3. Giản đồ năng lượng độ rộng vùng cấm của hệ vật liệu BiTaO4
Khi e ở vùng hóa trị (Bi 6s + O 2p) nhận đƣợc năng lƣợng thích hợp từ ánh
sáng, nó sẽ nhảy lên vùng dẫn (Ta 5d) để đạt trạng thái kích kích. Có nghĩa là trong
quá trình này vùng dẫn đã để lại một lỗ trống do sự thiếu hụt electron hình thành cặp
electron/lỗ trống.

1.2.2. Đặc điểm, tính chất vật liệu BiTaO4
Vật liệu BiTaO4 tồn tại ở hai dạng thù hình là dạng tam tà ở nhiệt độ thấp (β) và
trực thoi ở nhiệt độ cao (α) [51]. Cấu trúc của vật liệu BiTaO4 mô tả hình 1.4.

Hình 1.4. Cấu trúc của vật liệu BiTaO4 a)cấu trúc tam tà (triclinic) b)cấu trúc trực
thoi (orthorhombic)

9


Các kết quả nghiên cứu các nhà khoa học đã chứng minh trong cả tinh thể dạng
α và dạng β tồn tại cả dạng Bi3+, Ta5+ trong tinh thể [10].
Từ hình 1.4 ta thấy, cả Bi3+ và Ta5+ đều đƣợc bao quanh bởi 6 liên kết. Với độ
dài khác nhau thì có 3 loại Bi-O, Ta-O liên kết với nhau, ở đây có hai vị trí khác nhau
của Ta5+ tạo thành sáu liên kết Ta-O khác nhau và hai vị trí Bi với bảy hoặc tám liên
kết Bi-O. Có nghĩa là bao quanh mỗi đơn vị Bi2O2 là tám đơn vị bát diện TaO6 với hai
nhóm bát diện khác nhau [28,30].
Hiện nay, xuất hiện một số ít tác giả, nhóm tác giả nghiên cứu hoặc nghiên cứu
chƣa rõ ràng về khả năng quang xúc tác của vật liệu BiTaO4 và phản ứng quang xúc
tác. Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp điều chế vật liệu, các phƣơng pháp chủ yếu
dùng để điều chế vật liệu này là phƣơng pháp pha rắn ở nhiệt độ cao. Vật liệu đƣợc tạo
ra có kích thƣớc lớn, hiệu suất quang xúc tác thấp. Vì vậy một trong những thách thức
lớn là việc nghiên cứu quy trình chế tạo vật liệu ở những điều kiện tối ƣu dễ thực hiện,
đồng thời làm giảm kích thƣớc của vật liệu. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu đƣợc đƣa
ra trong luận văn này là phƣơng pháp đốt cháy gel. Đây là một phƣơng pháp tổng hợp
vật liệu có nhiều ƣu điểm so với các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu khác nhƣ: điều
kiện tổng hợp tƣơng đối dễ dàng (tiền chất đƣợc sử dụng là muối của các kim loại,
nhiệt độ tổng hợp mẫu thấp, áp suất nhỏ, dễ dàng kiểm soát môi trƣờng tổng hợp
mẫu…) và sản phẩm thu đƣợc là đơn pha, đồng đều có kích thƣớc nhỏ cỡ nanomet.
Việc ứng dụng vật liệu xúc tác quang để xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại

trong môi trƣờng nƣớc đang là một trong những hƣớng nghiên cứu ƣu việt do có thể
tận dụng nguồn năng lƣợng từ các bức xạ mặt trời. Đồng thời vật liệu xúc tác lại
không bị mất đi trong quá trình phản ứng, vật liệu đƣợc tái sử dụng nhiều lần mang lại
lợi ích kinh tế trong thực tiễn.
1.3. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano BiTaO4
Trong những năm vừa qua, trong nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng
việc tổng hợp vật liệu có kích thƣớc nano đã phát triển mạnh mẽ. Kích thƣớc hạt có
ảnh hƣởng trực tiếp đến những tính chất của vật liệu nhƣ tính chất quang, điện, từ...
10


Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu có ảnh hƣởng quan trọng đến kích thƣớc hình
dạng, phân bố và diện tích bề mặt của sản phẩm tạo thành cũng nhƣ ứng dụng của vật
liệu. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu đƣợc phát triển nhằm mục đích đạt đƣợc
những đặc tính mong muốn của sản phẩm.
Có hai hƣớng chính để tiếp cận tổng hợp vật liệu có kích thƣớc nano đó là:
Hƣớng từ trên xuống áp dụng phƣơng pháp vật lí, hƣờng từ dƣới lên áp dụng phƣơng
pháp hóa học.
-

Phƣơng pháp vật lí: Tổng hợp đƣợc khối lƣợng lớn hạt nano nhƣng kích thƣớc
hạt không đồng đều nhƣ: Phƣơng pháp sol-khí (arosol), phƣơng pháp phun
nung, phƣơng pháp lắng đọng hóa nhiệt của tiền kim loại – hữu cơ trong các
buồng phản ứng ngọn lửa

-

Phƣơng pháp hóa học: Điều khiển đƣợc kích thƣớc hạt, kích thƣớc hạt đồng
đều đang đƣợc các nhà khoa học áp dụng nhiều đi từ các hợp chất pha lỏng.

Mỗi cách tổng hợp vật liệu lại có những ƣu điểm và nhƣợc điểm nhất định, tùy vào
từng loại vật liệu và mục đích nghiên cứu mà lựa chọn các phƣơng pháp tổng hợp phù
hợp. Trong khuôn khổ luận văn này, tôi đề cập đến một số phƣơng pháp tổng hợp vật
liệu bằng phƣơng pháp hóa học.
1.3.1 Phương pháp sol-gel
Vào những năm 30 của thế kỉ trƣớc, các nhà khoa học nghiên cứu trong tổng
hợp vật liệu, nhƣng gần đây với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano phƣơng pháp
sol-gel đƣợc quan tâm nhiều.
Phƣơng pháp sol-gel là một trong những phƣơng pháp hóa học có kỹ thuật cao
để tạo ra những sản phẩm có hình dạng mong muốn ở kích thƣớc nano, là phƣơng
pháp đạt đƣợc nhiều thành công và mang lại hiệu quả cao trong tổng hợp vật liệu cấp
hạt nano. Sol là một dạng huyền phù trong đó có các hạt rắn có đƣờng kính khoảng từ
1nm đến 100nm phân tán trong môi trƣờng chất lỏng xuất phát từ dung dịch của các
muối kim loại tƣơng ứng qua các phản ứng thủy phân và ngƣng tụ tạo keo của các hạt
rắn phân tán trong chất lỏng. Gel là một dạng chất rắn- hoặc nửa rắn trong đó vẫn giữ
một phần dung môi dƣới dạng keo hoặc polyme thông qua quá trình xử lý nhiệt các hạt
11


sol phát triển lớn lên và đông tụ tạo thành, có cấu tạo mạng liên kết ba. Ƣu điểm nổi
trội nhất của phƣơng pháp là có khả năng tổng hợp vật liệu mới có kích thƣớc nano với
cấu trúc đồng đều nhƣ: vật liệu xốp, vật liệu microballoon... Nhƣ vậy, gel là một chất
tạo bởi một pha rắn liên tục bao quanh một pha lỏng liên tục. Tính liên tục của pha rắn
tạo ra tính đàn hồi của gel. Hầu hết các gel là ở dạng vô định hình, khi gia nhiệt ở nhiệt
độ thích hợp thì tạo thành vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể và có mật độ cao hơn.
Phƣơng pháp sol-gel có thể tổng hợp đƣợc các oxit phức hợp siêu mịn (d<10
μm) có tính đồng nhất, độ tinh khiết hóa học cao, bề mặt riêng lớn. Bên cạnh đó, sử
dụng phƣơng pháp sol-gel còn cho phép tổng hợp đƣợc các tinh thể cỡ nanomet, các
sản phẩm ở dạng màng mỏng, sợi...Đây là những ƣu điểm của phƣơng pháp sol-gel.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp là khó tạo ra vật liệu có khối lƣợng lớn nên gặp hạn chế

với những ứng dụng ở quy mô công nghiệp.
Đối với quá trình chế tạo vật liệu BiTaO4 bằng phƣơng pháp đốt sol-gel, trên
thế giới đã có một nhiều nhà khoa học đã sử dụng. Tuy nhiên, nhiệt đột nung họ sử
dụng vẫn còn tƣơng đối cao. Chƣa có nhóm tác giả nào sử dụng PVA, ure làm tác
nhân tạo gel. Vì vậy, phƣơng pháp này ở Việt Nam còn hết sức mới mẻ. Việc sử dụng
PVA, ure làm giảm nhiệt độ nung sau quá trình tạo gel đồng thời tạo ra vật liệu có kích
thƣớc nhỏ hơn rất nhiều so với các phƣơng pháp truyền thống.
Bảng 1.1. Một số oxit kim loại thu được bằng phương pháp sol-gel
Tên vật liệu

Tiền chất/ chất tạo gel

SnO2

SnCl2.2H2O (Polyetylene glycol
(PEG)
Ni(NO3)2.6H2O/ Citric axit
Ti4+/Tetra n-butyl titanat
Fe(NO3)3. 6H2O
Zn(CH3COO)2 .2H2O/axit
oxalic/ancol
(La(NO3)3.6H2O,Mn(NO3)2.4H2O,
Sr(NO3)3/etylen, glycol, axit citric
Mg(NO3)2.6H2O/NH4OH , 1.4-

NiO
TiO2 [19]
Fe-ZnO

La0.67Sr0.33MnO3

[20]
MgO [21]

12

450

Diện
tích bề
mặt
(m2/g)
-

Kích
thƣớc
hạt
(nm)
23-31

550
550
400/2h

54
-

30-80
55
14-16

550/6h

-

20

500

243,2

9,5-

Nhiệt độ
nung/
sấy (0C)


dihydropyridin

10,5

Từ bảng trên cho ta thấy, để thu đƣợc vật liệu có kích thƣớc nhỏ, diện tích bề mặt
lớn, nhiệt độ nung thấp,... bằng cách tổng hợp các oxit hoặc hỗn hợp oxit bằng phƣơng
pháp sol-gel.
1.3.2. Phương pháp đồng kết tủa
Đây là một trong những phƣơng pháp đang sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật
liệu. Phƣơng pháp này cho phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng
đáng kể bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng do đó có thể điều chế đƣợc vật liệu
mong muốn ở điều kiện nhiệt độ nung thấp. Nếu oxit nhiều thành phần đƣợc làm từ
một dung dịch muối thì cần phải ngăn chặn sự chia tách của các muối khác nhau trong

khi sấy. Phƣơng pháp đồng kết tủa có những ƣu điểm nhƣ quy trình và thiết bị tiến
hành đơn giản hơn. Do tạo ra kết tủa nên không cần kiểm soát khắt khe tính chất của
gel tạo thành. Phƣơng pháp này còn tồn tại nhiều nhƣợc điểm nhƣ việc yêu cầu khắt
khe về tỷ lệ mol của các chất đầu vào, pha hình thành của các vật liệu không đồng đều,
tìm ra pH để đảm bảo các chất đầu vào đồng kết tủa với nhau tƣơng đối khó.
Một số hóa chất làm môi trƣờng cho quá trình kết tủa nhƣ:Na2CO3, NaOH,
NH3...
Một số hợp chất có kích thƣớc nano đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp này đƣa
ra ở bảng sau
Bảng 1.2. Một số hợp chất có kích thước nano được điều chế bằng phương pháp đồng
kết tủa [48,29,22,36]

Tên vật liệu

Tiền chất

SiO2-CaO-P2O5

TeOS, Ca(NO3)2,
(NH4)2HPO4
FeCl3.6H2O,
MgCl2.2H2O
FeCl3.6H2O,
FeCl2.4H2O
CoCl3.6H2O,
FeCl3.6H2O,SiO2

MgFe2O4
Fe3O4
CoFe2O4

13

Nhiệt độ nung
(oC)
900-1100

Kích thƣớc hạt
(nm)
30-100

700-800

≈ 20

300/2h

8,9-12
18-39