Báo cáo khoa học: XÚC TÁC QUANG HÓA TIO2 'MICRO NANO COMPOSIT' MANG TRÊN VẬT LIỆU NANO CARBON CÓ CẤU TRÚC TIO2

Xúc tác quang hóa trên cơ sở “composit TiO2/Cacbon nano” hiện đang được đầu tư nghiên cứu rất nhiều trên thế giới bởi hoạt tính quang hóa cao và có khả năng hấp thụ hầu hết các bức xạ từ mặt trời. Khi hấp thụ các photon, xúc tác này có thể ô-xy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ, tạo sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O. Nghiên cứu của chúng tôi hướng đến một loại xúc tác quang hóa hoàn toàn mới trên cơ sở “composit TiO2 thương mại, TiO2 sol-gel và Carbon......
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: " XÚC TÁC QUANG HÓA TIO2 “MICRO NANO COMPOSIT” MANG TRÊN VẬT LIỆU NANO CARBON CÓ CẤU TRÚC TIO2" TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 XÚC TÁC QUANG HÓA TIO2 “MICRO NANO COMPOSIT” MANG TRÊN VẬT LIỆU NANO CARBON CÓ CẤU TRÚC TIO2 “MICRO NANO COMPOSITES” PHOTOCATALYST CARRIED ON NANO CARBON MATERIAL WITH MACROSCOPIC STRUCTURE NGÔ TUẤN ANH - NGUYỄN ĐÌNH LÂM Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Xúc tác quang hóa trên cơ sở “composit TiO2/Cacbon nano” hiện đang được đầu tư nghiên cứu rất nhiều trên thế giới bởi hoạt tính quang hóa cao và có khả năng hấp thụ hầu hết các bức xạ từ mặt trời. Khi hấp thụ các photon, xúc tác này có thể ô-xy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ, tạo sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O. Nghiên cứu của chúng tôi hướng đến một loại xúc tác quang hóa hoàn toàn mới trên cơ sở “composit TiO2 thương mại, TiO2 sol-gel và Carbon nano”, được mang trên vật liệu có cấu trúc. Loại xúc tác mới này cho phép tăng cường hoạt tính quang hóa và giảm giá thành xúc tác. Xúc tác này đã được ứng dụng tại phòng thí nghiệm trong hệ thống thiết bị phản ứng quang hóa liên tục để phân hủy các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong nước thải. ABSTRACT “Composite TiO2/Carbon nano” based photocatalysts are being investigated widely in the world because of their high photoactivity and their capacity of absorbing almost of sun’s irradiation. By absorbing a photon, these catalysts can promote the total oxidation of organic compounds to CO2, H2O products. Our researches are now focused on the new photocatalysts based on “composite TiO 2 commercial, sol-gel / Carbon nano” with macroscopic structure. This new type of catalyst allows amplifying the photoactivity and reducing the cost. These catalysts were successfully applied in our laboratory for continuous systems to degradate organic compounds in waste water.1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, titan dioxit (TiO2) được sử dụng như một xúctác quang hóa để xử lý những vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là để loại cáchợp chất độc hại trong nước thải [1-3]. Tuy nhiên, chỉ có những bức xạ tử ngoại,chiếm khoảng 4% bức xạ mặt trời [4], ứng với các photon có năng lượng lớn hơn3,2eV mới được hấp thụ và tạo ra hiệu quả quang hóa. Do đó, các hướng nghiêncứu về tăng khả năng quang hóa của TiO2 trong vùng ánh sáng khả kiến được pháttriển mạnh để sử dụng có hiệu quả hơn đặc tính quang hóa loại vật liệu này. Trong những nghiên cứu gần đây, người ta đặc biệt chú trọng đến việc ápdụng các dạng Cacbon nano ống (CNT) và Cacbon nano sợi (CNF) nhờ vào cácđặc tính ưu việt của nó: khả năng dẫn điện rất tốt, đường kính có kích thước nano,độ hấp phụ cao và độ đen tuyệt đối [5] và khi kết hợp với TiO2 tạo ra hoạt tính 83 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008quang hóa rất mạnh [6]. Các loại xúc tác quang hóa trên cơ sở composit TiO2/CNTđã và đang được nghiên cứu nhiều nhưng chỉ dừng lại ở việc khảo sát trên hệthống phản ứng gián đoạn. Xúc tác được tổng hợp dưới dạng bột gây khó khăn choviệc ứng dụng vào thực tế vì chi phí cao cho hệ thống lọc xúc tác [7]. Hơn nữa,phương pháp phổ biến hiện nay để đưa TiO2 lên CNT là phương pháp sol-gel đi từcác tiền chất của alkoxide titan. Giá thành của alkoxide titan rất cao, cộng thêmcác điều kiện khắc nghiệt khi nung thiêu kết ở nhiệt độ cao khiến cho giá thànhxúc tác tăng lên rất nhiều. Với những lí do như trên, nghiên cứu của chúng tôi hướng đến việc tổnghợp ra loại xúc tác quang hóa mới ở dạng composit của TiO2 và nano cacbon:cacbon nano ống đa lớp MWNT và cacbon nano sợi CNF mang trên vật liệu cócấu trúc. Loại xúc tác mới của chúng tôi có hoạt tính tăng cường nhiều lần so vớicác loại đã từng được công bố, đồng thời giá thành giảm đáng kể nhờ việc tậndụng hoạt tính cao của pha anatase TiO2 thương mại có trong thành phần xúc tác.Việc kiểm tra hoạt tính quang hóa của xúc tác được thực hiện bằng phản ứng phânhủy methylen xanh dưới bức xạ ánh sáng mặt trời trong hệ thống thiết bị phản ứnggián đoạn và liên tục.2. Tổng hợp xúc tác Xúc tác được tổng hợp với 3 hợp phần: TiO2 thương mại, TiO2 sol-gel vàCacbon nano ống đa lớp (MWNT) hoặc Cacbon nano sợi (CNF). TiO2 thươngmại (99% dạng anatase, kích thước hạt trung bình là 1,7 micromet) từ tập đoànSENSIENT được sử dụng trực tiếp. TiO2 sol-gel được tổng hợp bằng phương phápsol-gel từ tiền chất Ti(OC3H7)3. MWNT và CNF được tổng hợp theo phương phápkết tụ hóa học trong pha hơi (CVD). Đây là các sản phẩm của công trình nghiêncứu về cacbon nano của TS Nguyễn Đình Lâm, trường Đại học Bách Khoa, Đạihọc Đ ...