NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ XÚC TÁC QUANG TiO2 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.94 MB, 34 trang )

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Viện Kỹ thuật Hóa Học – Bộ Môn Công nghệ Hữu Cơ – Hóa Dầu

Đề tài

Tìm hiểu về xúc tác quang TiO2
GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
Nhom sinh viên thưc hiên
1. Khúc Duy Hiếu

20141504

2. Nguyễn Đức Hoan 20141705
3. Trần Thị Kiều Trinh 20144647

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide
Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and
Applications” Chem. Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959.

1

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan

Tìm hiểu Xúc tác quang hóa TiO2
1.1 Tính chất vật lý
1.2 Tính chất hóa học
1.3 Tính chất xúc tác quang của TiO2
1.4 Các dạng thù hình của TiO2
1.5 Ứng dụng của TiO2

2. Một số
dạng vật liệu

2.1. Màng
2.2. Hạt
2.3. Ống

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide
Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and
Applications” Chem. Rev., Vol.107 (7), pp.2891-2959.

2

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.1 Tính chất vật lý

- CTHH TiO2
- Phổ biến thứ 9
- Dạng thường thấy
FeTiO3 hay FeO-TiO2
(quặng illmenit) [3]
- 3 dạng thù hình chính
là anatase, rutile và
brookit [2]
Tính chất vật lý của TiO2 [1]

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.
8/27/19

3

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.1 Tính chất vật lý

Tính chất vật lý của TiO2 [1]

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

4

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.2. Tính chất hóa học

 Trơ về mặt hóa
học(không tan, tác dụng
với nước, kiềm)
 Tan chậm trong dung
dịch axit đun nóng lâu
 Tác dụng với kiềm nóng
chảy

Một số phản ứng của TiO2 [1]

(1400 °C)

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.
8/27/19

5

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.3. Tính chất xúc tác quang của TiO2 [1]

o Hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại, cho ánh
sáng trong vùng hồng ngoại và khả kiến truyền
qua.
o Là vật liệu có độ xốp cao, vì vậy tăng cường khả
năng xúc tác bề mặt.
o Bền, không độc hại, giá thành thấp.
o Ái lực bề mặt TiO2 đối với các phân tử rất cao, do
đó dễ dàng phủ một lớp TiO2 lên các loại đế với
độ bám dính rất tốt.
o Các chất bẩn thường bị khoáng hóa hoàn toàn trên
TiO2, hoặc ít nhất thì nồng độ sản phẩm và chất
bẩn đủ nhỏ có thể chấp nhận được.
8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

6

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.3. Tính chất xúc tác quang của TiO2

Cơ chế quang xúc tác của TiO2
8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

7

1. Tổng quan
1.4. Các dạng thù hình của TiO2

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

3 dạng thù hình chính
 Anatase
 Rutile

Hay gặp nhất

 Brookite

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

8

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.4. Các dạng thù hình của TiO2

3 dạng thù hình chính
 Anatase
• Ưu điểm: Hoạt tính mạnh
nhất trong 3 pha
• Dễ rỗ bề mặt, các vết xước có
màu trắng
Tinh thể Anatase trong tự nhiên

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

9

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.4. Các dạng thù hình của TiO2

3 dạng thù hình chính

 Rutile
 trạng thái tinh thể bền
 pha có độ xếp chặt cao nhất

Tinh thể rutile: (a) dạng trong tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

10

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.4. Các dạng thù hình của TiO2

3 dạng thù hình chính
 Brookite

Hoạt tính quang hóa rất yếu, thườ
rất ít gặp nên ít được đề cập đến.
Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng brookite

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107

(7), pp.2891-2959.

11

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.5. Ứng dụng của TiO2

 Chất màu

 Kem chống nắng và ngăn
chặn tia cực tím

 Xúc tác quang hóa

8/27/19

sắc tố trắng được sử dụng rất rộng rãi
vì độ sáng của nó và chỉ số khúc xạ
rất cao,
vượt trội hẳn so với nhiều vật liêu
cung
kháccấp độ trắng và độ đục cho
các sản phẩm như sơn, chất phủ, giấy, mực,
các loại thực phẩm, thuốc men

Đặc biệt là ở dạng anatase là một xúc tác quang dưới tia

cực tím
TiO2 dạng màng mỏng và các hạt nano hình thức có tiềm
năng để sản xuất năng lượng, quang xúc tác thủy phân,
phá vỡ nước thành H2 và O2

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

12

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

1. Tổng quan
1.5. Ứng dụng của TiO2

Ứng dụng quang xúc tác của TiO2

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

13

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

Tìm hiểu Xúc tác quang hóa TiO2

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng
2.2. Hạt
2.3. Ống

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107
(7), pp.2891-2959.

14

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng

Tạo màng bằng phương pháp sol - gel
Hóa chất:
- Titanium tetra isopropoxide Ti(i-

Dụng cụ – thiết bị

C3H7OH)4 97% ,Meck.

- Cốc thủy tinh 100ml, 200ml, 800ml.

- 1,5 – diphenylcacbazit, Nga.

- Khuấy từ, máy khuấy từ gia nhiệt.

- i-C3H7OH khan, Meck.

- Kính thủy tinh

- Acetyl Acetone, Meck.

- Máy kéo màng phủ nhúng.

- Axit Axetic 100%, Meck.

- Tủ nung, tủ sấy.

- HNO3 0,1M.
- NaOH 0,1M.
- Nước cất.
8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

15

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng

Tạo màng bằng phương pháp sol - gel

Xử lý bề mặt kính

8/27/19

Tạo sol

Tạo màng TiO2 lên tấm
kính thủy tinh

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

16

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng

Quá trình tạo sol

Dung dịch sau khi cho thêm acetyl acetone

Hệ sol Ti(OH)4 được tạo thành
8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

17

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

Phủ TiO2 lên kính

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng
Tấm kính sạch
Tấm kính sạch
Dựng thẳng đứng,
vuông góc mặt bàn

Sol Ti(OH)4
Sol Ti(OH)4

Cốc co mo
Cốc co mo

Các tấm kính khi chưa kéo màng, 1 lớp màng và 5 lớp mà

tốc độ nhúng kéo
80 cm/phút.

Tấm kính đã phủ
Tấm kính đã phủ
TiO2
TiO2
8/27/19

sấy khô và nung

Sản phẩm
Sản phẩm

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

18

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng

Xác định hoạt tính màng
 đánh giá bằng khả năng quang xúc tác khử Cr(VI) trong môi trường axit.

Cơ chê khử Cr(VI) về Cr(III)

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

19

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng

Kết quả
 Lớp màng TiO2 trên tấm
kính rất bền, không thể bị
tách rời bởi các lực cơ học
thông thường

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

20

Tiểu luận môn học

Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.1. Màng

Sự thay đổi nồng độ Cr(VI) (mg/l) đối với mẫu 400°C, số lớp màng khác nhau

 5 lớp màng phủ lên tấm kính thủy tinh, hoạt tính xúc tác của tấm kính là tốt nhất

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev.,
Vol.107 (7), pp.2891-2959.

21

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.2. Hạt

Thực nghiệm

TB thủy nhiệt phân, 160 C,
TB thủy nhiệt phân, 160 C,
3h;6h;9h;24h. Rửa sản phẩm
3h;6h;9h;24h. Rửa sản phẩm
bằng cồn hoặc nước ất, sấy khô

bằng cồn hoặc nước ất, sấy khô

TTIP:ACAC:isopropylic
TTIP:ACAC:isopropylic
= 1:1:30
= 1:1:30

5ml iso propylic

0.72ml nươc
cất

Cốc 100ml
Cốc 100ml

DD Sol nhớt

8/27/19

DD A
DD A

Khuấy 30min tại
nhiêt độ phong
DD B

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107 (7),
pp.2891-2959.

22

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.2. Hạt

Đặc trưng vật liệu

• Nhận thấy sự xuất hiện của pha anatase
• Các hạt hình thành trong thời gian
ngắn, không phát triển thêm về kích
thước.
• Kích thước phụ thuộc vào dung môi,
loại tiền chất, pH dung dich.

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107 (7),
pp.2891-2959.

23

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.2. Hạt

Đặc trưng vật liệu
 Các hạt có kích thước đồng
đều
 Kéo dài thời gian phân hủy
nhiệt các hạt có xu hướng
kéo dài ra gần giống dạng
thanh
Ảnh FESEM mẫu bột TiO2 tổng hợp trong các khoảng thời gian thủy nhiệt:
a) 3h; b) 9h; c)24h

8/27/19

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107 (7),
pp.2891-2959.

24

Tiểu luận môn học
Động học xúc tác

2. Một số dạng vật liệu
2.2. Hạt

Hoạt tính xúc tác:

 Sau 1h phân hủy được 75% M.B
 Sau 2h phân hủy được 97.2 %

 Tiến hành phản ứng phân hủy metylen xanh (MB)

Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch metylen xanh sau
các thời gian phản ứng khác nhau với mẫu TiO2.
8/27/19

Nồng độ MB còn lại sau các khoảng thời gian phản ứng khác nhau
đối với các mẫu nano TiO2 tổng hợp ở các thời gian khác nhau.

Xiaobo Chen, and Samuel S. Mao (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem. Rev., Vol.107 (7),
pp.2891-2959.

25

NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ XÚC TÁC QUANG TiO2 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về