Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và một số ứng dụng của vật liệu chứa titan

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được thực hiện nhằm mục tiêu tổng hợp đặc trưng và đánh giá hoạt tính một số vật liệu chứa titan, tổng hợp đặc trưng và đánh giá hoạt tính một số vật liệu chứa titan có thành tường tinh thể hóa, tổng hợp đặc trưng và đánh giá hoạt tính một số vật liệu mao quản trung bình chứa TiO2,... Sau đây là bản tóm tắt của luận án.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và một số ứng dụng của vật liệu chứa titan

BỘ GIÁO DỤC VÀ VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC NGUYỄN THẾ ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU CHỨA TITAN Chuyên ngành: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ Mã số : 62.44.31.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2013
Công trình được hoàn thành tại: phòng Xúc tác ứng dụng – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Đình Tuyến PGS. TS. Lê Thị Hoài Nam Phản biện 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................... ..................... . Phản biện 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................... ..................... .. Phản biện 3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .................... ..................... .. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................... ..................... ............... . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....... .. vào hồi giờ ngày tháng năm Có thế tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện quốc gia Việt Nam. Trung tâm thông tin – tư liệu Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án Sự phát triển các vật liệu chứa Titan làm xúc tác phát triển liên tục và ngày càng phát hiện nhiều tính chất quí báu. Đầu thập niên 90 cho tới nay, một hệ xúc tác chứa titan trên cơ sở silica ứng dụng cho phản ứng oxi hóa xúc tác có tính chất chọn lọc hình dạng, thân thiện môi trường như: TS -1, ETS-10, Ti-beta... TS-1 là zeolit chứa titan đã được thương mại hóa áp dụng trong quá trình sản xuất quinon và oxim. Mặc dù TS-1 có hoạt tính rất cao, có độ bền thủy nhiệt lớn nhưng với hệ thống mao quản nhỏ (0,5 – 0,6 nm), TS-1 không có hoạt tính đối với các phản ứng có các phân tử lớn không thể thâm nhập vào hệ thống mao quản. Vì vậy, các vật liệu mao quản trung bình chứa Titan (đường kính > 2 nm) đã được nghiên cứu phát triển, điển hình là Ti -MCM-41, Ti-SBA-15…. Những năm gần đây, một dòng vật liệu chứa Titan mới ra đời trên cơ sở tinh thể hóa thành tường mao quản trung bình silica bằng các hạt nano vi tinh thể TS -1 nhằm thỏa mãn đồng thời yêu cầu về độ lớn mao quản cũng như độ bền thủy nhiệt, điển hình là: MTS-9 (hoặc TS-1/SBA-15). Tuy nhiên, phương pháp công nghệ để tổng hợp MTS-9 chưa được nghiên cứu đầy đủ, chủ yếu là sử dụng phương pháp kết tinh thủy nhiệt, thời gian kết tinh kéo dài, chưa tìm được điều kiện tối ưu để tổng hợp MTS -9. Một hợp chất chứa Titan khác được nghiên cứu nhiều thời gian rất gần đây trong lĩnh vực quang xúc tác là TiO 2 và vật liệu trên cơ sở TiO 2. Tuy nhiên bản thân TiO 2 có hoạt tính quang xúc tác không cao ở vùng ánh sáng có bước sóng lớn hơn 400 nm. Để nâng
cao hoạt tính quang xúc tác mộ t mặt người ta tìm cách giảm kích thước hạt tới nano mét, mặt khác người ta sử dụng phương pháp doping, tức là tạo nên những liên kết hóa học của những dị nguyên tố (kim loại hoặc phi kim) trực tiếp với nguyên tử Titan trong mạng tinh thể TiO 2. Mặc dù đã c ó rất nhiều các nghiên cứu doping TiO 2 bằng hàng loạt các kim loại và phi kim khác nhau và đã có những kết quả rất khả quan nhưng việc lựa chọn các nguyên tố doping cũng như lựa chọn các công nghệ tối ưu để tổng hợp vật liệu TiO 2 doping có hoạt tính cao, giá thành thấp thì vẫn chưa được đầy đủ. Đặc biệt gần đây, một dòng vật liệu chứa Titan mới dựa trên cơ sở vật liệu khung hữu cơ kim loại đang được nghiên cứu. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (metal organic frameworks - MOFs) hay còn được gọi là “polime phố i trí”(coordination polymers), được hình thành bởi các tâm kim loại và các phối tử hữu cơ (ligands) tạo nên mạng lưới tinh thể đa chiều (1,2,3 chiều). Đặc điểm của vật liệu này là có bề mặt riêng vô cùng lớn (~ 5000 – 10000 m2/gam), có cả đặc tính vô cơ và hữu cơ. Việc thay đổi các tâm kim loại cũng như các dạng phối tử hữu cơ khác nhau dẫn đến việc hình thành hàng loạt cấu trúc MOFs và các khả năng ứng dụng làm xúc tác và hấp phụ trong công nghệ tổng hợp hữu cơ, phân tách khí, dược y học và bảo vệ môi trường. Nội dung của luận án Từ những lý do nêu trên luận án được hoàn thành với những nội dung như sau :
 Tổng hợp đặc trưng và đánh giá hoạt tính một số vật liệu chứa titan: Ti-SBA-15, Ti-MCM-41 có hàm lượng Titan trong mạng và độ trật tự cao.  Tổng hợp đặc t rưng và đánh giá hoạt tính một số vật liệu chứa titan có thành tường tinh thể hóa : TS-1/SBA-15 (MTS- 9), TS-1/MCM-41 bằng phương pháp vi sóng, tìm điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu, rút ngắn thời gian kết tinh.  Tổng hợp đặc trưng và đánh giá hoạt tính một số vật liệu mao quản trung bình chứa TiO 2 : TiO2/MCM-41 và TiO2/SBA-15 với độ phân tán cao và độ trật tự cao.  Tổng hợp đặc trưng và đánh giá hoạt tính một số vật liệu trên cơ sở TiO 2 biến tính (doping) kim loại Ceri và Nitơ, tìm điều kiện tối ưu tổng hợp được vật liệu quang xúc tác có hoạt tính cao dưới ánh sáng nhìn thấy và giá thành thấp.  Tổng hợp và đặc trưng vật liệu khung hữu cơ kim loại chứa Titan : TiO2/MIL-101, đưa ra phương pháp phân tán các nano TiO2 trên mạng lưới tinh thể MIL -101 và xác lập mối quan hệ giữa hoạt tính quang xúc tác và cấu trúc vật liệu. Những đóng góp mới của luận án So sánh hoạt tính quang hóa xúc tác các vật liệu chứa Titan trong và ngoài mạng trên cơ sở vật liệu silica có mao quản trung bình trật tự và khẳng định vật liệu chứa Ti trong mạng tinh thể TS-1 hoạt tính cao hơn Ti trên thành tường vô định hình.
Vật liệu TiO 2 doping Fe có hoạt tính quang hóa giảm so với vật liệu TiO2 không doping nhưng vật liệu codoping Ce và Fe có hoạt t ính quang xúc tác cao hơn. Chế tạo thành công vật liệu doping nitơ lên TiO 2 thương mại bằng phương pháp đơn giản, vật liệu doping có hoạt tính cao trong phản ứng phân hủy 4-NP trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Chế tạo thành công vật liệu mới TiO 2/MIL-101 có bề mặt riêng lớn, có hoạt tính quang hóa mạnh trong phản ứng phân hủy MB. Bước đầu hoàn chỉnh qui trình chế tạo vật liệu với hàm lượng TiO2 khác nhau và cấu trúc mao quản khác nhau để phát huy tính chất chọn lọc kích thước phân tử của các chất tham gia phả n ứng. Bố cục của luận án Luận án gồm 122 trang (không kể phụ lục) với 100 hình vẽ, đồ thị và ảnh; 15 bảng, 122 tài liệu tham khảo. Bố cục luận án gồm 3 trang mở đầu, 10 trang danh mục viết tắt, hình, bảng và mục lục ; 50 trang tổng quan tài liệu; 12 trang trình bày các phương pháp tổng hợp, qui trình thực nghiệm của luận án; 47 trang kết quả và thảo luận; 2 trang kết luận; 1 trang các công trình công bố có liên quan và 10 trang tài liệu tham khảo.
NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU Trình bày một số ứng dụng trong công nghiệp, đời sống vật liệu chứa Titan làm xúc tác như : vật liệu TS -1, zeolit và mao quản trung bình trật tự chứa Ti, vật liệu TiO 2 và TiO2 biến tính. Các vật liệu nêu trên hiện đã được sử dụng hoặc nghiên cứu sử dụng nh iều trên thế giới nhưng vẫn bộc lộ nhiều nhược điểm cần khắc phục. Việc nghiên cứu làm nâng cao và kết hợp các ưu điểm để tạo thành vật liệu mới là cần thiết và có tính thực tiễn. Luận án cũng trình bày các phương pháp tổng hợp vật liệu cơ bản từ đó định hướng lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp. Các phương pháp đặc trưng vật liệu hiện đại, kết quả đáng tin cậy và sẵn có ở Việt Nam cũng được giới thiệu nhằm làm sáng tỏ các tính chất hóa lý của vật liệu tổng hợp được. CHƯƠNG II. THỰC NGHI ỆM II.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU II.1.1. Các vật liệu mao quản trung bình trật tự chứa Titan II.1.1.1. Vật liệu Ti-SBA-15 Qui trình tổng hợp: Chất hoạt động bề mặt được hoà tan với nước cất và khuấy ở 40 oC đến khi tan hoàn toàn tạo dung dịch trong suốt. TEOS và TBOT được đưa vào hỗn hợp trên ở nhiệt độ phòng và khuấy thêm ít nhất 2h nữa. Thêm axít H 2SO4 và khuấy mạnh. Kết tủa trắng tạo thành tiếp tục được khuấy ở nhiệt độ phòng trong khoảng 12h và được làm già ở 80 0C trong vòng 24h. Sau đó hỗn hợp được lọc lấy pha rắn, rửa bằng n ước cất, sấy khô ở 80 oC,
nung ở 550 oC trong 6 giờ. Các mẫu vật liệu Ti -SBA-15 được tổng hợp với sự thay đổi tỉ lệ Si/Ti được đưa ra ở bảng (II.1). Bảng II.1. Các mẫu vật liệu Ti -SBA-15. Nhiệt độ Thời gian Tỉ lệ Si/HĐBM Tỉ lệ Si/Ti Ký hiệu kết tinh kết tinh (mol) (mol) (0C) (giờ) K1 10 80 24 80 K2 10 60 24 80 K3 10 30 24 80 II.1.1.2. Vật liệu Ti-MCM-41 Vật liệu Ti-MCM-41 được tổng hợp trên cơ sở qui trình tổng hợp MCM-41 với nguồn Si là TEOS có thêm TBOT là nguồn Ti . II.1.2. Vật liệu đa cấp mao quản chứa Titan Vật liệu đa cấp mao quản chứa Titan được tổng hợp theo sơ đồ ở hình II.1 trong đó 2 chất tạo cấu trúc mao quản trung bình phổ biến được sử dụng là P123 và CTABr. Hình II.1. Sơ đồ tổng hợp vật liệu đa cấp mao quản chứa Titan
II.1.3. Vật liệu TiO2 doping Xeri và doping Nitơ II.1.3.1. Vật liệu TiO 2 doping Ceri (Ce-TiO2) Vật liệu doping Ce được tổng hợp bằng 2 phương pháp: phương pháp sol-gel và phương pháp vi nhũ . II.1.3.2. Vật liệu TiO 2 doping Nitơ Vật liệu TiO2 doping nitơ (N-TiO2) được biến tính bằng phương pháp xử lý nano TiO2 thương mại trong khí quyển NH 3, khí mang là N2 ở nhiệt độ cao. Thiết bị được lắp đặt tại phòng thí nghiệm Xúc tác ứng dụng – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. II.1.4. Vật liệu mao quản trung bình trật tự chứa Titan đioxit (TiO2/SBA-15, TiO2/MCM-41) Vật liệu mao quản trung bình trật tự chứa Titanđioxit được tổng hợp theo hai giai đoạn. Tổng hợp vật liệu mao quản trung bình trật tự theo qui trình nêu trên sau đó thêm giai đoạn hình thành hạt nano trên hệ thống mao quản hoặc trên bề mặt vật liệu sử dụng TBOT làm tiền chất Titan II.1.5. Vật liệu khung hữu cơ kim loại chứa Titan Vật liệu MIL-101 chứa TiO 2 được tổng hợp theo 2 giai đoạn. Giai đoạn 1: tổng hợp MIL-101 bằng phương pháp thủy nhiệt Giai đoạn 2: Hình thành tinh thể TiO2 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1. Đặc trưng vật liệ u
III.1.1. Vật liệu Ti -SBA-15 và Ti-MCM-41 Hình III.1. Ảnh TEM của vật liệu Ti-SBA-15 Vật liệu Ti-SBA-15 được tổng hợp với hàm lượng Si/Ti khác nhau và được đặc trưng bằng các phương pháp SEM, TEM, XRD, UV -vis, Raman và BET. Kết quả cho thấy tỉ lệ Si/Ti = 80 là tối ưu để tổng hợp vật liệu chứa Ti trong mạng vật liệu silica mao quản trung bình trật tự mà ít hình thành TiO 2 (Ti ngoài mạng). Hình III.2. Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến các mẫu Ti-SBA-15 Vật liệu mao quản trung bình trật tự MCM -41 chứa Ti trong mạng được tổng hợp với tỉ lệ Si/Ti = 80, cùng tỉ lệ với mẫu K 1 nhắm
tránh tạo thành TiO 2 là thành phần pha không mong muốn. Kết quả nhiễu xạ tia X góc nhỏ cho thấy vật liệu có cấu trúc mao quản trật tự ứng với pic tại vùng 2 theta
III.1.2. Vật liệu đa cấp mao quản chứ a Titan III.1.2.1. Vật liệu TS-1/SBA-15 (MTS-9) Mau MTSO-5 600 500 d=118.693 400 Lin (Cps) 300 200 100 0 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2-Theta - Scale File: Tung m au MTS0-5.raw - Start: 0.500 ° - End: 10.004 ° - Step: 0.008 ° - Step tim e: 0.7 s - Anode: Cu - Creation: 04/11/2008 3:07:44 PM Hình III.5. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu vậ Phổ XRD góc nhỏ (2θ = 1÷10 o) của mẫu TS-1/SBA- 15(MTS-9) được trình bày trên hình III.5 . xuất hiện pic nhiễu xạ mặt 100 ở góc 2θ = 0,8o chứng tỏ vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình. Kết quả trên cho thấy vật liệu TS -1/SBA-15 có mao quản lớn, không đồng đều so với SBA -15 là do mục đích của luận án là tạo cấu trúc vật liệu từ vi tinh thể TS -1, do vậy độ trật tự của vật liệu bị thay đổi. Sự thay đổi cấu trúc mao quản như nhận xét từ các kết quả đặc trưng ở trên luận án xác định sự tồn tại các vi tinh thể TS -1 trong cấu trúc vật liệu TS -1/SBA-15 bằng phương pháp hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier FT -IR, kết quả trình bày trên hình III.10 so sánh với vật liệu TS -1 và TS-1/MCM-41 có cùng tỉ lệ Si/Ti=80. Dải tần số đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Si -O-Ti (vùng tần số xung quanh 80 0 cm-1), dải tần số đặc trưng cho tần số 550 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng vòng kép 5 cạnh của T -O-T (T = Si hoặc Ti) điển hình cho cấu trúc MFI trong tinh thể của TS -1 (vùng tần số xung quanh 550 cm -1) đều xuất hiện trên phổ đồ các vật liệu.
Tuy nhiên, cường độ hấp thụ của dải đặc trưng 550 cm -1 trên các vật liệu TS -1/SBA-15 và TS-1/MCM-41 không lớn chứng minh hàm lượng nhỏ tinh thể TS -1 trên các vật liệu này. Hình III.6. Phổ hồng ngoại của các mẫu TS/SBA-15 a. (Si/Ti=80) b.(Si/Ti=60) III.1.2.2. Vật liệu TS-1/MCM-41 Để khẳng định cấu trúc vật liệu mao quản trung bình của TS-1/MCM-41, luận án tiến hành xác định bằng phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ Nitơ. Kết quả thu được cho thấy vật liệu có bề mặt riêng (BET) bằng 324 m2/gam và kích thước mao quản tính trung bình bằng 3 nm, đặc biệt vật liệu tồn tại các vi mao quản (micropore) xác định bằng phương pháp t -plot với diện tích bề mặt 211 m2/gam là bằng chứng cho sự tồn tại hệ thống vi mao quản do tinh thể TS-1 tồn tại trong vật liệu đóng góp.
Hình III.7. Đường đẳng nhiệt hấp phụ/ giải hấp phụ Nitơ và đường cong phân bố kích thước mao quản của vật liệu TS -1/MCM-41 III.1.3. Vật liệu TiO2/SBA-15 và TiO2/MCM-41 Các vật liệu TiO2/SBA-15, TiO2/MCM-41 được tổng hợp theo một qui trình gi ống nhau và hàm lượng TiO 2 phân tán được tính toán đạt 25% khối lượng mẫu tạo thành. Thành phần khối lượng sau khi phân tán TiO2 được xác định bằng phương pháp so màu phức Ti với Diantipyrin metan, thực hiện tại phòng phân tích hóa học viện Hóa học – Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kết quả TiO2/SBA-15 chứa 18,8% TiO2 và TiO2/MCM-41 chứa 21,2% TiO2. Mẫu được đặc trưng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X tại hai vùng góc khác nhau; 2θ = 1÷10 và 2θ = 10÷40 nhằm xác định cấu trúc trúc mao quản trung bình tr ật tự và xác định cấu trúc tinh thể TiO2. Giản đồ nhiễu xạ tại vùng góc nhỏ của hai vật liệu cho thấy cả hai vật liệu đều có pic nhiễu xạ tại vùng góc 2θ ~ 2 o đặc trưng cho cấu trúc vật liệu mao quản trung bình trật tự. Phân tích phổ nhiễu xạ ở vùng góc l ớn 10 – 40o dễ dàng nhận thấy các pic đặc trưng cho tinh thể TiO 2 anatas tại 2θ = 25,3 o; 2θ = 37o xuất hiện trên cả hai giản đồ nhiễu xạ.
Hình III.8. Phổ nhiễu xạ tia X góc nhỏ 2θ = 1÷10 Hình III.9. Phổ nhiễu xạ tia X góc lớn 2θ = 10÷40 Như vậy, có thể nhận xét luận án đã tổng hợp thành công hai vật liệu phân tán TiO2 trên hệ thống mao quản trật tự trung bình có hàm lượng TiO 2 lớn (~20% TiO 2) mà vẫn giữ được một phần cấu trúc mao quản đồng đều của vật liệu nền. III.1.4. Vật liệ u TiO2 doping theo phương pháp sol-gel Bảng III.1. Các ký hiệu mẫu vật liệu theo phươ ng pháp sol-gel
STT TÊN MẪU VẬT LIỆU KÝ HIỆU 1 TiO2 bằng phương pháp sol -gel SG 2 TiO2 biến tính Fe Fe-TiO2 3 TiO2 biến tính Ce Ce-TiO2 4 TiO2 biến tính hỗn hợp Fe và Ce (Ce+Fe)-TiO2 III.1.4.1. Phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV -VIS rắn) Phổ hấp phụ tử ngoại khả kiến của TiO 2 và các mẫu biến tính được biểu diễn trên hình III.10. Hình III.10. Phổ UV-VIS rắn của các mẫu TiO 2 biến tính kim loại. Qua phổ trên ta có thể thấy các mẫu vật liệu biến tính kim loại đều có khả năng hoạt động trong vùng ánh sáng khả kiến cao hơn so với mẫu không biến tính SG, sự có mặt của các ion kim loại trong mạng tinh thể TiO 2 đã gây nên sự dịch chuyển phổ hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng nhìn thấy, ở pic hấp thụ cực đại của TiO2 ở 365nm ta nhận thấy có sự dịch chuyển về vùng bước sóng dài của các mẫu biến tính so với mẫu không biến tính, ở vùng hấp thụ bước sóng 400
nm thì độ hấp thụ của vật liệu TiO 2 (P25) chỉ còn khoảng 10% trong khi các mẫ u biến tính kim loại có độ hấp thụ rất cao 60%, 70% và 80% như trên hình 24. Qua phổ trên cũng nhận thấy mẫu biến tính hỗn hợp (Fe+Ce) là có khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy tốt nhất, điều này có thể dẫn đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu sẽ được cải thiện so với mẫu TiO 2 không biến tính. Tính bước sóng hấp thụ, năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu, các kết quả được trình bày ở bảng III.2. Bảng III.2. Bước sóng hấp thụ và năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu xúc tác theo phương pháp sol-gel STT Mẫu vật liệu λmax (nm) Eg (eV) 1 SG 390 3,28 2 Fe-TiO2 460 2,78 3 Ce-TiO2 520 2,46 4 (Ce+Fe)-TiO2 560 2,28 III.1.5. Vật liệu TiO 2 theo phương pháp xử lý nhiệt Kết quả cho thấy các mẫu TiO2 biến tính theo thời gian khác nhau và nhiệt độ khác nhau đều có cường độ hấp thụ bức xạ, bước sóng hấp thụ tới hạn (max) lớn hơn so với mẫu N 0. Các mẫu biến tính có khả năng hấp thụ trong vùng bước sóng từ 200-460 nm trong khi đó mẫu N0 chỉ có khả năng hấp thụ trong vùng bước sóng từ 200 -390 nm. Điều này tương ứng với sự giảm năng lượng vùng cấm từ 3,18 eV xuống chỉ còn 2,7 eV .
Bảng III.3. Các ký hiệu mẫu vật liệu theo phương pháp xử lý nhiệt Tên mẫu vật liệu Ký hiệu TiO2 thương mại (HQ) N0 TiO2 biến tính N trong thời gian 3giờ, nhiệt độ 600 0C N3 TiO2 biến tính N trong thời gian 4giờ, nhiệt độ 600 0C N4 TiO2 biến tính N trong thời gian 5giờ, nhiệt độ 600 0C N5 TiO2 biến tính N trong thời gian 6giờ, nhiệt độ 600 0C N6 TiO2 biến tính N trong thời gian 4giờ, nhiệt độ 500 0C N4-500 TiO2 biến tính N trong thời gian 4giờ, nhiệt độ 550 0C N4-550 TiO2 biến tính N trong thời gian 4giờ, nhiệt độ 600 0C N4-600 TiO2 biến tính N trong thời gian 4giờ, nhiệt độ 650 0C N4-650 Bảng III.4. Bước sóng hấp thụ và năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu xúc tác theo phương pháp xử lý nhiệt STT Mẫu vật liệu λmax (nm) Eg 1 N0 390 3,18 2 N3 400 3,1 3 N4 431 2,87 4 N5 431 2,87 5 N6 431 2,87 6 N4-500 400 3,1 7 N4-550 460 2,7 8 N4-600 415 2,98 9 N4-650 415 2,98 III.1.5. Vật liệu khung hữu cơ kim loại chứ a Titan III.1.5.1. Đặc trưng vật liệu MIL -101 Đối với kết quả hấp thụ hồng ngoại xuất hiện các dải tần số đặc trưng vật liệu MIL-101 do tác giả Ferey và các cộng sự công bố. Cấu trúc mao quản trung bình của vật liệu cũng được khẳng định qua phổ hấp phụ/giải hấp phụ Nitơ (BET). Đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ N 2 của MIL-101 có xuất hiện vòng trễ dạng IV (theo phân loại
của IUPAC) đặc trưng cho sự có mặt của loại mao quản trung bình . Cũng qua phân tích phổ hấp phụ/giải hấp phụ Nitơ (BET) cho thấy vật liệu MIL-101 có bề mặt riêng rất cao, đạt 3488 m 2/g. Kích thước mao quản trung bình d= 18 A 0 và d= 25 A0. Hình III.11. Ảnh SEM của vật liệu MIL -101 Như vậy, qua kết quả phân tích phổ IR, XRD, BET và SEM khẳng định luận án đã tổng hợp thành công vật liệu MIL -101. Luận án nghiên cứu phân tán các hạt nano TiO 2 trên mạng lưới MIL -101 sử dụng TBOT làm tiền chất Titan theo phương pháp tẩm để tạo thành vật liệu quang xúc tác hoàn toàn mới. Cách 1: Ngâm tẩm nhiều lần (1, 3, 5 lần), mỗi lần dùng dung dịch TBOT trong isopropanol với lượng TBOT đủ để đạt 10% TiO 2 về khối lượng. Các mẫu thu được lần lượt kí hiệu TiO 2/MIL-101(1), TiO2/MIL-101(3), TiO2/MIL-101(5). Cách 2: Ngâm tẩm một lần sử dụng dung dịch TBOT chứa lượng TBOT đủ đạt 30% khối lượng TiO 2. Kí hiệu mẫu TiO2/MIL -101(I). III.2. Hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu doping TiO2
III.2.1. Hoạt tính các mẫu vật liệu doping bằng phương pháp sol - gel trong phản ứng phân hủy MB (Methy len Blue – Xanh Metilen). Hoạt tính xúc tác của các mẫu vật liệu Fe -TiO2 và Ce-TiO2, (Fe-Ce)-TiO2 trong phản ứng phân hủy quang hóa MB được thực hiện ở nhiệt độ phòng, nguồn bức xạ ánh sáng giả mặt trời của đèn OSRAM công suất 300W (~5% UV), MB 50 mg/lit, xúc tác 2g/lit. Độ hấp thụ (%) 90 80 70 N0 Fe 60 Ce 50 Fe+Ce 40 TiO2 30 20 10 0 0 1 2 3 4 Thời gian (h) Hình III.12. Độ chuyển hóa MB sử dụng TiO2 biến tính Ce và Fe . Như vậy, trong các mẫu vật liệu tổng hợp bằng phương pháp sol-gel mẫu Ce-Fe-TiO2 doping hỗn hợp Fe và Ce có hoạt tính tốt nhất trong phản ứng phân hủy MB trong điều kiện đèn giả ánh sáng mặt trời. III.2.2. Kết quả xử lý MB bằng các mẫu vật liệu biến tính Nitơ Độ hấp thụ (%) NO 45 N3 40 N4 35 N5 30 N6 25 20 15 10 5 0 -1 0 1 2 3 4 Thời gian (h) Hình III.13. Độ chuyển hóa của MB trên các mẫu vât liệu biến tính nitơ theo thời gian.