Nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp trực tiếp và ứng dụng xử lý các hợp chất hữu cơ ô nhiễm của vật liệu xúc tác quang tio2 SBA 15

1

2

Cơng trình đư c hồn thành t i
B

GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

BÙI TH MAI LÂM

NGHIÊN C U T NG H P THEO PHƯƠNG PHÁP
TR C TI P VÀ NG D NG X LÝ CÁC
H P CH T H U CƠ Ô NHI M C A V T LI U
XÚC TÁC QUANG TiO2/SBA-15

Chuyên ngành: Hoá h u cơ
Mã s : 60 44 27

Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. Nguy n Phi Hùng

Ph n bi n 1: PGS.TS. Lê Th Liên Thanh
Ph n bi n 2: PGS.TS. Lê T H i

Lu n văn ñã ñư c b o v t i H i ñ ng ch m lu n văn
t t nghi p Th c sĩ Khoa h c h p t i Đ i h c Đà N ng vào
ngày 13 tháng 11 năm 2012.

TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

Đà N ng - Năm 2012

Có th tìm lu n văn t i:
- Trung tâm Thông tin-H c li u, Đ i h c Đà N ng
- Thư vi n trư ng Đ i h c Sư ph m, Đ i h c Đà N ng


3
M

4
Đ U

1. Tính c p thi t c a đ tài
S bùng n dân s cùng v i t c đ đơ th hóa, cơng nghi p
hóa nhanh chóng đã và ñang t o ra m t s c ép l n t i môi trư ng

tác s r t khó thu h i sau ph n ng. Trong lúc ñó, như m t ch t mang
xúc tác lý tư ng, các v t li u oxit silic mao qu n trung bình, đ c bi t
SBA-15, r t đáng ñư c quan tâm b i chúng có di n tích b m t l n,
kích thư c mao qu n có th đi u ch nh đư c, khung mao qu n có đ

Vi t Nam. Cơng nghi p và dân s phát tri n địi h i m t

tr t t cao và ñ c bi t là trong su t đ i v i tia UV. Vì v y, n u t h p

ngu n cung c p nư c phong phú và v ng b n. Bên c nh đó nó th i

hai lo i v t li u nano d ng mao qu n SBA-15 và d ng h t (thanh,

vào môi trư ng nh ng ngu n ơ nhi m m i. Trong đó, v n ñ nhi m

dây) TiO2, các h n ch nêu trên có th đư c c i thi n, ñ ng th i s

b n h u cơ ñang là v n ñ ñư c quan tâm hàng ñ u c a các nhà

tăng cư ng ưu ñi m c a chúng như c i thi n ñ b n, ñ ñ ng ñ u c a

nghiên c u. Ch t th i h u cơ ch a hàm lư ng các ch t h u cơ khó

c h t, kh năng đi u khi n hình d ng và kích c nano mét c a h t,

phân h y như các h p ch t vòng benzen, nh ng ch t có ngu n g c t

kh năng h p ph , ñ phân tán tâm xúc tác, kh năng tách, hoàn

các ch t t y r a, thu c tr sâu, thu c kích thích sinh trư ng, thu c

nguyên xúc tác, và quan tr ng nh t là c i thi n hi u năng xúc tác.

di t c , hóa ch t cơng nghi p…; các ch t có đ c tính cao đ i v i sinh

Tuy v y, vi c k t h p gi a hai lo i v t li u này v n đang cịn là v n

v t (g m các lồi sinh v t có kh năng lây nhi m ñư c ñưa vào trong

ñ m i m và c n thi t ph i ñư c nghiên c u, b i l r t h a h n kh

mơi trư ng nư c. Ví d như nư c th i c a các b nh vi n khi chưa

năng tăng cư ng nh ng ưu th c a các v t li u và ng d ng chúng

đư c x lý ho c x lý khơng tri t ñ các m m b nh). Hi n nay, ñ

trong th c ti n. Tình hình trên cho th y, hư ng nghiên c u ñi u ch

x lý chúng khơng th s d ng ch t oxi hóa thông thư ng, mà c n

và kh o sát ho t tính xúc tác quang c a v t li u nano t

ph i có m t v t li u m i có kh năng oxi c c m nh.

TiO2/SBA-15 nh m ng d ng trong lĩnh v c x lý môi trư ng là r t

s ng

h p

G n ñây, vi c s d ng ph n ng xúc tác quang c a các ch t bán

c n thi t, r t có ý nghĩa v m t khoa h c và th c ti n. Vì v y tôi ch n

d n như TiO2, ZnO, CdS và Fe2O3... c u trúc nano ñ t o ra các g c

ñ tài: “Nghiên c u t ng h p theo phương pháp tr c ti p và ng

có tính oxy hóa m nh đang thu hút s quan tâm trong lĩnh v c nghiên

d ng x lý các h p ch t h u cơ ô nhi m c a v t li u xúc tác quang

c u cơ b n và ng d ng.

TiO2/SBA-15”.

So v i các ch t xúc tác quang khác, TiO2 th hi n các ưu ñi m

2. M c tiêu nghiên c u

vư t tr i do giá thành th p, hi u năng xúc tác quang cao, b n hóa h c

- Ch t o ñư c v t li u xúc tác quang nano t h p TiO2/SBA-15.

và thân thi n v i mơi trư ng. Tuy nhiên, như c đi m c a v t li u

- Đ xu t ñư c quy trình ch t o v t li u nano TiO2 trên ch t

TiO2 ñư c ñi u ch theo phương pháp thơng thư ng có di n tích b
m t khơng l n, ho t tính xúc tác quang ch th hi n trong vùng ánh
sáng t ngo i và ñ phân tán c a xúc tác trong h ph n ng d th
không t t. N u s d ng TiO2 dư i d ng các h t nano ñ làm ch t xúc

mang SBA-15 theo hư ng t i ưu và d tri n khai trong th c t .
- Th nghi m ng d ng v t li u nano t h p TiO2/SBA-15 vào
x lý nư c th i b ô nhi m.


6

5
3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u
3.1. Đ i tư ng nghiên c u
- Nghiên c u các ñ c trưng c u trúc c a v t li u ch a TiO2/SBA15 ñư c ñi u ch dư i d ng b t.
- Nghiên c u bi n tính (pha t p) b c vào v t li u nano
TiO2/SBA-15, tính ch t c a v t li u trư c và sau khi bi n tính.
- Nghiên c u ho t tính xúc tác quang c a TiO2/SBA-15 và
TiO2/SBA-15 bi n tính trên thí nghi m trong x lý các ch t h u cơ.
3.2. Ph m vi nghiên c u
- Ch t o v t li u xúc tác quang nano t h p TiO2/SBA-15 theo
cách t ng h p tr c ti p.

pháp chu n.
- S n ph m ph n ng đư c phân tích b ng phương pháp quang
UV-Vis. Trong thí nghi m kh o sát x lý nư c th i ơ nhi m, ch tiêu
COD đư c xác ñ nh theo các phương pháp ñã ñư c chu n hóa.
5. B c c đ tài
Lu n văn g m các ph n: M ñ u (4 trang), Chương 1. T ng quan
(28 trang), Chương 2. Th c nghi m (16 trang), Chương 3. K t qu và th o
lu n (15 trang), K t lu n và ki n ngh (2 trang).
Trong lu n văn có 8 b ng bi u, 28 hình v , 37 tài li u tham kh o.
6. T ng quan tài li u nghiên c u
Ph n t ng quan c a lu n văn ñã tham kh o 37 tài li u khoa

- Kh o sát ho t tính xúc tác quang c a v t li u nano t h p

h c v các v t li u TiO2, SBA-15 và các ki n th c liên quan. Nhìn

TiO2/SBA-15 trong ph n ng phân h y xanh metylen, metyl da cam.

chung, các công b k t qu nghiên c u v hai lo i v t li u nêu trên là

T đó làm cơ s cho vi c th nghi m ng d ng chúng trong x lý

khá phong phú. Tuy nhiên, v n cịn r t ít các nghiên c u k t h p gi a

các h p ch t h u cơ t ng s trong nư c th i.

hai lo i v t li u nano TiO2 và SBA-15. Vì v y, đ i tư ng v t li u

4. Phương pháp nghiên c u

nano t h p TiO2/SBA-15 v n đang cịn m i m và c n thi t ph i

- T ng h p và bi n tính v t li u nano TiO2/SBA-15 b ng phương

ñư c quan tâm, b i l r t h a h n kh năng tăng cư ng ñư c nh ng

pháp sol-gel, th y nhi t theo cách ph i tr n ñ ng th i các ngu n

ưu th và h n ch nh ng như c ñi m c a hai lo i v t li u thành ph n

nguyên li u ch a Ti và Si.

trong ng d ng quang xúc tác.

- Đ c trưng v t li u b ng các phương pháp: nhi u x tia X (XRD)
nh m phân tích c u trúc tinh th và vi tinh th ; ch p nh hi n vi ñi n
t

quét (SEM), truy n qua (TEM) nh m kh o sát hình thái, kích

thư c, tr ng thái s p x p c a mao qu n và ñ phân tán c a v t li u;
kh o sát ñ x p và di n tích b m t riêng; quang ph h ng ngo i
nh m xác ñ nh các ki u liên k t trong v t li u; ph tán x năng lư ng
tia X (EDX) nh m xác ñ nh thành ph n nguyên t trong pha r n; ph
t ngo i- kh ki n (UV-Vis) nh m kh o sát s h p th ánh sáng.
- Th nghi m ho t tính xúc tác quang đư c đánh giá theo phương


7
CHƯƠNG 1
T NG QUAN
1.1. GI I THI U V

V T LI U MAO QU N TRUNG BÌNH

8
nư c
a. Cơ ch phân hu các h p ch t h u cơ gây ô nhi m
b. Đ ng h c c a quá trình quang xúc tác trên TiO2
NGHIÊN C U VÀ

SBA-15 (SANTA BARBARA AMORPHOUS)

1.4. M T S

1.2. GI I THI U V V T LI U NANO TiO2

NG D NG C A V T LI U

NANO CH A TiO2

1.2.1. C u trúc

1.4.1. X lý khơng khí ơ nhi m

a. Rutile

1.4.2.

ng d ng trong x lý nư c

b. Anatase

1.4.3. Di t vi khu n, vi rút, n m

c. Brookite

1.4.4. Tiêu di t các t bào ung thư

1.2.2. M t s tính ch t c a TiO2

1.4.5.

ng d ng tính ch t siêu th m ư t

1.2.3. T ng h p

1.4.6. S n xu t ngu n năng lư ng s ch H2

a. Phương pháp c ñi n

1.4.7. S n xu t sơn, g ch men, kính t làm s ch

b. Phương pháp t ng h p ng n l a

1.4.8. Pin m t tr i quang đi n hố (PQĐH)

c. Phân hu qu ng illmenit

1.4.9. Linh ki n ñi n t

d. Phương pháp ngưng t hơi hoá h c

1.5. GI I THI U V XANH METYLEN VÀ METYL DA CAM

e. S n xu t TiO2 b ng phương pháp plasma

1.5.1. Xanh metylen

f. Phương pháp vi nhũ tương

1.5.2. Metyl da cam

g. Phương pháp sol-gel
h. Phương pháp thu nhi t
i. Phương pháp siêu âm
j. Phương pháp vi sóng
1.2.4. Bi n tính v t li u TiO2

a. Pha t p v i các ch t kim lo i
b. Pha t p phi kim
c. K t h p TiO2 v i m t ch t h p th khác
1.3.

NG D NG XÚC TÁC QUANG C A V T LI U TiO2

1.3.1. Tính ch t quang xúc tác c a TiO2
1.3.2.

ng d ng tính ch t quang xúc tác c a TiO2 trong x lý


10

9
CHƯƠNG 2

2.4.2. Ho t tính xúc tác quang c a v t li u khi nung

các nhi t

ñ khác nhau

TH C NGHI M
2.1. HÓA CH T VÀ D NG C

Ti n hành kh o sát s phân h y 10 ml metyl da cam 80 mg/l
các nhi t ñ 5500C và 6500C dư i ánh sáng

2.1.1. Hóa ch t

b ng 0,04 g T11 nung

2.1.2. D ng c

ñèn t ngo i v i th i gian l n lư t là 1 gi ; 2gi ; 3 gi ; 4 gi và 5

2.1.3. Thi t b

gi .

2.2. CH T T O V T LI U

2.4.3. Ho t tính xúc tác quang c a m u TiO2/SBA-15 bi n tính

2.2.1. T ng h p v t li u nano t h p TiO2/SBA-15 theo phương

đem đi kh o sát ho t tính xúc tác quang b ng cách phân h y xanh

pháp tr c ti p
2.2.2. Kh o sát nhi t ñ nung TiO2/SBA-15

metylen và metyl da cam dư i ngu n sáng ñèn compact và m t tr i.

2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP Đ C TRƯNG V T LI U
2.3.1. Phương pháp kính hi n vi đi n t qt SEM (Scanning
Electron Microscopy)- truy n qua TEM (Transmission Electron
Microscopy)
2.3.2. Phương pháp h ng ngo i (IR)

2.3.3. Phương pháp nhi u x tia X (XRD)
2.3.4. Phép đo di n tích b m t h p ph

khí Brunauer –

Emmett – Teller (BET)
2.3.5. Phương pháp ph h p th UV-Vis r n
2.3.6. Phương pháp ph EDX
2.4. KH O SÁT HO T TÍNH XÚC TÁC QUANG
2.4.1. Ho t tính xúc tác quang c a m u TiO2/SBA-15 chưa bi n
tính
Ho t tính quang hố c a xúc tác ñư c ñánh giá d a trên các ph n
ng mơ hình là phân h y xanh metylen và metyl da cam dư i ánh
sáng ñèn t ngo i trong các kho ng th i gian là 1 gi ; 2 gi ; 3 gi ; 4
gi và 5 gi . Kh i lư ng ch t xúc tác là 0,04g và th tích c a dung
d ch b phân h y là 10 ml (n ng ñ 80 mg/l).

M u T11 sau khi thêm kim lo i Ag v i các t l khác nhau ñư c

2.5. X

LÝ NƯ C TH I

Xác ñ nh ch s COD c a m u nư c th i c a nhà máy d t Th y
Dương trư c và sau khi x lí b ng m u T11 ch a 4% Ag.


11

12

CHƯƠNG 3

ch t ñ nh hư ng c u trúc, kho ng cách gi a các tâm mao qu n

K T QU VÀ TH O LU N

(đư ng kính ngồi c a mao qu n) kho ng 12nm, ñư c xác đ nh t s

3.1. Đ C TRƯNG, TÍNH CH T C A V T LI U TiO2/SBA-15

phóng đ i hình nh. Bên c nh đó là s có m t c a các h t TiO2 (kích

T NG H P

thư c kho ng vài ch c nm) bám trên các mao qu n SBA-15.
3.1.2. Di n tích b m t

3.1.1. Vi c u trúc
nh SEM (hình 3.1a) cho th y các h t xúc tác có d ng hình c u
và bó s i, gi a các h t là các kho ng khơng gian t o nên đ x p c a

B ng 3.1 trình bày k t qu ño BET c a m u T11
B ng 3.1. K t qu ño BET c a m u T11

v t li u. Quan sát trên nh SEM nh n th y còn xu t hi n các tinh th
TiO2 trên b m t SBA-15. Đi u này kh ng đ nh đã có s phân tán
pha ho t tính TiO2 khá ñ u ñ n trên b m t ch t mang SBA-15.

Hình 3.1a. nh SEM c a m u T11

Hình 3.2a. nh TEM c a m u

(t l kh i lư ng TiO2/SiO2= 1:1,

T11 (t l kh i kh i lư ng

nung

0

550 C)

TiO2/SiO2= 1:1, nung

4500C)

K t qu cho th y s n ph m v t li u nano t h p TiO2/SBA-15 có
di n tích b m t l n. Di n tích b m t c a m u T11 là 761 m2/g Như

nh TEM (hình 3.2a) cho th y các ng mao qu n trung bình

v y v t li u nano t h p t ng h p TiO2/SBA-15 có di n tích b m t

x p song song v i nhau. Quan sát m t c t ngang nh n th y các ng

phát tri n t t hơn nhi u so v i TiO2 nano nguyên ch t (SBET c a P25

mao qu n v i c u trúc l c lăng c a v t li u SBA-15 ñã ñư c hình

ch kho ng 50 m2/g).

thành r t đ ng đ u và v n đư c b o tồn sau quá trình nung lo i b


14

13

mao qu n đ ng đ u, thích h p làm xúc tác d th cho các ph n ng

3.1.3. Tính ch t x p c a v t li u
K t qu nghiên c u h p ph /gi i h p ph N2
T11 và T31 đư c trình bày

77K c a m u

quang hóa.
Đư ng phân b kích thư c mao qu n c a v t li u t ng h p đư c

hình 3.3.

trình bày

hình 3.4.

3

L−ỵng hấp phụ (cm /g)

Hấp phụ
Giải hấp phụ

(a)
(b)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

(a)

1,0

( b)

0

áp suất (P/P )

Hình 3.4. Đư ng phân b kích thư c mao qu n c a m u T11 (a)
Hình 3.3. Đư ng cong h p ph /gi i h p ph N2

77K c a T11 (a)

và T31 (b)

và T31 (b)
Đư ng phân b kích thư c mao qu n h p v i cư ng ñ l n

Đư ng cong ñ ng nhi t h p ph - kh h p ph N2 c a các m u

ch ng t s n ph m TiO2/SBA-15 có h th ng mao qu n đ ng đ u

TiO2/SBA-15 đ u có d ng tr thu c lo i IV (theo phân lo i c a

c a pha n n SBA-15. Kích thư c mao qu n trong c a các m u T11

IUPAC) ñ c trưng cho c u trúc mao qu n trung bình. Đi u này ch ng

và T31 xác đ nh t ñư ng phân b tương ng kho ng 6 nm và 5,5

t h mao qu n c a SBA-15 v n đư c b o tồn sau q trình t ng

nm. S gi m kích thư c mao qu n c a m u T31 so v i m u T11

vùng áp su t tương ñ i 0,46

cũng phù h p v i s gi m di n tích b m t như ñã nêu trên, cũng do

Nhánh dư i thu ñư c khi th c hi n quá trình h p ph b ng cách tăng

s l p ñ y các pore mao qu n trung bình c a SBA-15 khi hàm lư ng

d n áp su t, nhánh trên thu ñư c trong quá trình kh h p ph b ng

TiO2 tăng lên.

h p.

cách gi m d n áp su t. S phân chia làm hai nhánh là do hi n tư ng
tr . Đ d c c a hai nhánh càng l n thì đ tr t t càng cao, kích thư c

3.1.4. C u trúc
Đ xác đ nh d ng t n t i c a các pha thành ph n trong v t li u

mao qu n càng ñ ng ñ u. T hình v nh n th y c hai m u t ng h p

t h p TiO2/SBA-15, chúng tơi đã ti n hành đo ph nhi u x tia X

đư c đ u có đ d c hai nhánh l n. Đi u này ch ng t vi c t ng h p

hai vùng góc 2θ l n (xác đ nh pha TiO2) và góc 2θ nh (xác ñ nh pha

v t li u theo phương pháp tr c ti p có đ tr t t cao và kích thư c

SBA-15). K t qu đư c bi u di n trên các hình 3.5 và 3.6.


15

16
n n SBA-15 v i ñ tr t t cao c a c u trúc l c lăng mao qu n trung
bình.

C−êng ®é (Cps)

d

3.1.5. Ph UV-Vis m u r n

c

b
a
20

30

40

50

60

70

2 theta (®é)

Hình 3.5. Gi n đ nhi u x tia X góc l n c a T13 (a), T23 (b), T11
(c) và T31 (d)
Gi n đ XRD trên hình 3.5 cho th y trong các m u, TiO2 ñ u
d ng ch y u là pha anatase và m t ph n pha rutile. D i vân ng v i
2θ t 20-30o cho th y c u trúc vơ đ nh hình c a SiO2 khơng cịn n a.

Đi u này ch ng t đã có s hình thành các tinh th oxit TiO2 trên pha
n n mao qu n silica.

Hình 3.7. Ph UV-Vis r n c a m u T11 và T13
K t qu ñư c th hi n trong hình 3.7 cho th y các m u TiO2/SBA15 t ng h p ch có đ h p th m nh trong kho ng bư c sóng 300-400
cm-1. Đi u này cho th y kh năng v t li u TiO2/SBA-15 t ng h p ch có
th th hi n ho t tính xúc tác quang trong vùng t ngo i
3.1.6. Ph h ng ngo i
10

8

Độ truyền qua (đvty)

T31

Hỡnh 3.6. Gi n đ nhi u x tia X góc nh c a m u T11
Trên ph nhi u x tia X góc nh c a m u T11 (hình 3.6) có

T23
6

T13
T11

4

2

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

-1

Sè sãng (cm )

các pic đ c trưng c a v t li u mao qu n trung bình.Đi u này ch ng t
s n ph m t ng h p TiO2/SBA-15 theo phương pháp tr c ti p có pha

Hình 3.8. Ph h ng ngo i c a các m u TiO2/SBA-15 t ng h p
Quan sát ph IR c a m u T11 (cũng như các m u khác)


17

18

trong hình 3.8 nh n th y:

Ph XPS cho th y s có m t c a Ag trên v t li u, bên c nh
-1

-1

- Các pic n m trong vùng 3441 cm và 1635 cm ñ c trưng

các thành ph n nguyên t cơ b n trong m u như O, Si, Ti. Đi u này

cho dao ñ ng c a các nhóm OH trong Si-OH hay Ti-OH. Tuy nhiên

ch ng t phương pháp siêu âm dùng ñ t m b c lên v t li u nano t

các vân ph này thư ng b che l p b i các dao ñ ng c a các liên k t

h p TiO2/SBA-15 ñã ñem l i hi u qu . S phân tích chi ti t hơn đ i

trong phân t nư c h p ph trên v t li u.

v i tín hi u Ag3d cho th y các electron 3d nói riêng và các v

-1

- Đám ph 476 cm ñ c trưng cho dao ñ ng bi n d ng Si-O-

electron nói chung c a Ag trong v t li u có năng lư ng liên k t thay

Si trong t di n SiO4 c a pha n n SBA-15. Đám ph này khơng đ c

đ i khá l n so v i Ag nguyên ch t, cho th y Ag đã liên k t hóa h c

trưng cho c u trúc tinh th hay vô đ nh hình.

vào v t li u TiO2/SBA-15 ch khơng ph i là m t h n h p tr n thơng

- Ngồi ra s xu t hi n pic ñ c trưng

vùng có s sóng 798

-1

cm ñ c trưng cho dao đ ng hóa tr c a liên k t Si-OH

3.2. KH O SÁT HO T TÍNH XÚC TÁC QUANG
-1

- Pic dao ñ ng bi n d ng c a Si-O-H

thư ng.

964 cm . Pic ng v i

-1

s sóng 1080 cm cũng ñ c trưng cho dao ñ ng bi n d ng c a liên

3.2.1. nh hư ng c a th i gian
a. Quá trình phân h y xanh metylen

k t Si-O-Si. Đây là các pic ñ c trưng cho v t li u SBA-15 và chúng
v n còn t n t i sau khi t ng h p. Đi u này kh ng ñ nh m t l n n a s
t n t i c a pha SBA-15 trong v t li u sau t ng h p.
Trên ph IR hồn tồn khơng xu t hi n các pic ñ c trưng cho
liên k t C-H, C-O hay C-C c a ch t ho t ñ ng b m t, ch ng t ch t
ho t ñ ng b m t ñã ñư c lo i b hoàn toàn ra kh i c u trúc v t li u.
3.1.7. Ph XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)
Ag3d Scan
420

Counts / s

400

380

360

340

320
380

375

370

365

360

Binding Energy (eV)

Hình 3.10. Ph UV-Vis c a các dung d ch xanh metylen trên các
m u xúc tác quang hóa TiO2/SBA-15
Hình 3.9. Ph XPS c a m u TiO2/SBA-15 ch a 4%Ag

các th i ñi m khác nhau

dư i ánh sáng đèn t ngo i.
K t qu (hình 3.10) ch ra r ng n ng ñ xanh metylen gi m d n


19

20

theo th i gian ph n ng. N ng ñ gi m m nh trong th i gian ñ u và

ñ c trưng c a metyl da cam t i 460 nm gi m d n theo th i gian chi u

ch m l i trong các th i gian sau. T c ñ ph n ng phân h y xanh

x . Th i gian chi u x càng lâu thì metyl da cam b phân h y càng

metylen tăng theo hàm lư ng TiO2, tuy nhiên sau đó gi m

nhi u. Tương t như ñ i v i xanh metylen, đ chuy n hóa metyl da

t l

TiO2/SiO2 cao. So sánh v i cùng m t th i gian ph n ng, t c ñ m t
màu tăng khi ñi t m u T13, đ n T23 và
sau đó gi m

m u T11 là ñ t t t nh t,

cam cũng cao nh t trên m u T11.
3.2.2. nh hư ng c a t l kh i lư ng TiO2/SiO2

m u T31. Các pic l không xu t hi n trên ph UV-vis

c a h ph n ng cho th y khơng có s hình thành các s n ph m trung
gian mà s n ph m ph n ng đư c khống hóa hồn tồn, có nghĩa
xanh metylen đư c oxi hóa hồn tồn thành CO2 và H2O.
b. Q trình phân h y metyl da cam

Hình 3.12. Ph UV-VIS c a các dung d ch xanh metylen sau khi
phân h y 2 gi b i các m u xúc tác T13, T23, T11, T31 dư i ánh
sáng ñèn t ngo i.
K t qu

cho th y, ho t tính xúc tác quang c a v t li u

TiO2/SBA-15 th hi n t t nh t t i t l TiO2/SiO2 = 1/1 (m u T11). Vì
v y, chúng tơi t p trung kh o sát m u T11cho các nghiên c u ti p
theo.
3.2.3. nh hư ng c a nhi t đ nung m u TiO2/SBA-15

Hình 3.11. Ph UV-Vis c a các dung d ch metyl da cam trên các
m u xúc tác quang hóa TiO2/SBA-15

các th i đi m khác nhau

dư i ánh sáng ñèn t ngo i
T ph UV-Vis (hình 3.11) nh n th y cư ng đ pic h p th

Hình 3.13. Ph UV-Vis c a các dung d ch metyl da cam sau 5 gi
ph n ng trên các m u xúc tác T11 (v i các nhi t ñ nung khác
nhau) dư i ánh sáng ñèn t ngo i


22

21
5500C m nh hơn so

cũng ñã ñư c m t s tác gi lý gi i. Kim lo i chuy n ti p (Ag, Fe,

450 C. Đi u này có th đư c gi i thích r ng trong

Cr,...) đư c đưa vào TiO2 có tác d ng làm h p đ r ng vùng c m do

Ho t tính xúc tác quang c a m u nung
v i m u nung

0

0

d ng vơ đ nh

s lai hóa các orbital d gi a Ti v i các nguyên t chuy n ti p. M t

hình chưa k p chuy n thành d ng anatase. M t khác, nhi t ñ nung

khác, chúng đóng vai trị như các “b y” đi n t và “b y” l tr ng,

m u b t nung

450 C v n còn m t s tinh th TiO2

0

450 C có th chưa lo i h t ch t ñ nh hư ng c u trúc trong mao qu n
c a SBA-15.. Hình 3.13 cũng cho th y, m u nung

0

650 C có ho t

tính xúc tác quang kém nh t. Đi u này có th là do khi nung

nhi t

tăng cư ng s chia tách l tr ng - ñi n t . Các ñi n t b m c k t trên
“b y” ñi n t s b tương tác b i O2 t o các ph n t ho t đ ng (O2-,
•

OH). Vì v y, khi n ng ñ pha t p tăng thì kh năng xúc tác quang

đ cao thì pha anatase chuy n hóa thành pha rutile là d ng có ho t

tăng lên. Nhưng khi n ng ñ pha t p đ t đ n giá tr nào đó thì các

tính xúc tác quang y u làm gi m ho t tính xúc tác c a v t li u.

“b y” đi n t l i đóng vai trị lá các tâm tái h p c a c p ñi n t - l

3.2.4. nh hư ng c a hàm lư ng b c
Khác v i v t li u TiO2/SBA-15 chưa bi n tính, các m u xúc tác
TiO2-Ag/SBA-15 ñ u th hi n ho t tính xúc tác quang r t t t dư i
ánh sáng kh ki n. Hình 3.14 cũng cho th y, đ chuy n hóa xanh

tr ng làm gi m kh năng xúc tác quang c a v t li u. Vì v y, m i
ngun t có m t n ng đ pha t p t i ưu xác ñ nh vào TiO2 nano đ
ho t tính xúc tác quang c a chúng t t nh t.
3.2.5. nh hư ng c a b n ch t ngu n sáng

metylen cao nh t khi hàm lư ng Ag pha t p vào TiO2/SBA-15
kho ng 4%.

Hình 3.15. Ph UV-Vis c a các dung d ch metyl da cam sau khi
Hình 3.14. Ph UV-Vis c a các dung d ch xanh metylen sau 5 gi

phân h y 5 gi b i m u T11 ch a 4%Ag dư i các ngu n sáng

ph n ng trên các m u T11 có hàm lư ng Ag thay ñ i dư i ánh

khác nhau

sáng ñèn compact

Kh năng phân h y metyl da cam c a m u th hi n t t nh t dư i

S pha t p kim lo i chuy n ti p có tác d ng chuy n d ch ho t

ánh sáng m t tr i r i ñ n ñèn compact, cao hơn nhi u so v i m u

tính xúc tác quang c a TiO2 t vùng t ngo i sang vùng kh ki n

không chi u sáng. Đi u này có th đư c lý gi i, đèn compact có


23

24

ngu n ánh sáng thu n túy kh ki n, trong khi ánh sáng m t tr i t

K T LU N VÀ KI N NGH

nhiên có kho ng 5% tia t ngo i nên kích thích h tr thêm cho ho t
tính xúc tác quang c a v t li u.
3.3.

NG D NG X

LÝ NƯ C TH I C A V T LI U

TiO2(4%Ag)/SBA-15
K t qu COD c a m u chưa x lý là 2272 mg/l cho th y m u

♣ K T LU N
1. Đã ñi u ch tr c ti p TiO2 trên ch t n n SBA-15, t o ra ch t
xúc tác có c u trúc t t. Các k t qu thu ñư c t XRD, TEM, SEM,
ñ ng nhi t h p ph - gi i h p ph nitơ

77 K, IR cho th y ch t xúc

nư c th i c a nhà máy d t thu c lo i r t ô nhi m, không th th i tr c

tác t o ra v n b o toàn c u trúc hexagonal khi hàm lư ng TiO2/SiO2

ti p ra môi trư ng ñư c. Ch s COD c a m u sau khi x lý là 368

tăng t 25:75 ñ n 40:60, 50:50 và 75:25. S n ph m v n duy trì đư c

mg/l, gi m đáng k so v i m u ban ñ u. Như v y chúng tơi đã x lý

c u trúc SBA-15, h th ng mao qu n, m c dù di n tích b m t,

m u nư c th i r t ô nhi m thành nư c th i lo i C (theo tiêu chu n

đư ng kính mao qu n gi m so v i SBA-15 thu n nh t.

nư c th i công nghi p-TCVN 5945:2005). Đi u này ñã m ra tri n

2. Đã pha t p thành công b c vào v t li u nano t

v ng ñ i v i vi c nghiên c u ng d ng c a v t li u nano t h p

TiO2/SBA-15. Sau khi pha t p b c ñã làm d ch chuy n ph h p th

TiO2/SiO2 bi n tính trong vi c x lý mơi trư ng dư i các ñi u ki n

ánh sáng c a v t li u sang vùng ánh sáng kh ki n, v t li u thu ñư c

và ngu n sáng t nhiên.

có ho t tính xúc tác quang r t t t dư i ánh sáng m t tr i. Đã xác ñ nh

h p

ñư c lư ng pha t p b c vào v t li u t i ưu là b c chi m 4% kh i
lư ng v t li u.
3. V t li u TiO2/SBA-15 ñi u ch theo phương pháp tr c ti p
thu đư c có kh năng ho t đ ng như m t xúc tác quang phân h y
xanh metylen và metyl da cam dư i ñi u ki n ánh sáng t ngo i.
Ho t tính xúc tác tăng theo hàm lư ng TiO2 trong m u xúc tác. T l
TiO2/SiO2=1:1 cho ho t tính xúc tác quang t t nh t. Khi hàm lư ng
TiO2 tăng quá m c thì hi u qu xúc tác quang quang gi m ñi.
4. Đã t ng h p v t li u nano t h p TiO2/SBA-15 v i t l
TiO2/SiO2=1:1 dư i các nhi t ñ nung khác nhau là 4500C, 5500C và
6500C và xác ñ nh ñư c m u nung

5500C có ho t tính xúc tác

quang t t nh t.

5. Kh o sát nh hư ng c a các lo i ngu n sáng kích thích lên
ho t tính xúc tác quang quang c a v t li u. Ho t tính xúc tác quang


25
c a m u T11 tăng d n theo th

26
t

ngu n sáng kích thích: đèn

CƠNG TRÌNH CƠNG B

Đ N LU N VĂN

compact < ánh sáng m t tr i.
6.

ng d ng kh năng xúc tác quang c a T11 ch a 4% b c vào
Nguyen Phi Hung, Bui Thi Mai Lam, Mai Thi Tuong Vy and

x lý m u nư c th i nhà máy d t. Xúc tác T11 ñã x lý và chuy n
nư c nhà máy d t r t ô nhi m v tiêu chu n nư c th i lo i C.

Nguyen

♣ KI N NGH

photocatalytic

Đ có th ti p t c phát tri n các k t qu nghiên c u ñã ñ t
ñư c trong lu n văn này, chúng tơi đ xu t các hư ng nghiên c u
ti p theo như sau:
1. Kh o sát ho t tính xúc tác quang c a m u T11 ch a 4%
b c

LIÊN QUAN

t ng bư c sóng ánh sáng kích thích c th đ tìm ra bư c sóng

t i ưu.
2. Thay đ i kh i lư ng xúc tác và th tích nư c th i đ ch n
ra t l thích h p cho q trình x lý đ t k t qu t t nh t.
3. Nghiên c u sâu hơn và m r ng mơ hình x lý nư c th i
đ có th áp d ng đư c vào th c t .

Van

Nghia,
material

Synthesis

and

SBA-15-TiO2,

characterizations
The

6th

of

International

Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology
IWAMSN, Ha Long City, Vietnam, 2012.