Báo cáo Quang oxi hóa p-XYLE trên xúc tác TiO2 và TiO2 biến tính

Trong những năm gần đây, oxi hóa quang xúc tác pha hơi được quan tâm vì nóđược ứng dụng mạnh trong việc làm sạch không khí. Nhiều hợp chất hữu cơ bay hơi(VOCs) như ankan [1-5], anken [4,6], các hiđrocacbon thơm [5,7-11], các hợp chất chứaoxi [5,8] và tricloroetylen [2,5] bị oxi hóa ở nhiệt độ môi trường, có xúc tác TiO2 dưới tácdụng của ánh sáng UV hoặc UV-A với chất oxi hóa là không khí hoặc oxi. Xúc tácquang TiO2 thương phẩm (Degussa P25) là hợp phần của hai dạng thù hình anatas vàrutil với tỷ lệ khoảng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo " Quang oxi hóa p-XYLE trên xúc tác TiO2 và TiO2 biến tính"T¹p chÝ Khoa häc ®hqghn, KHTN & CN, T. xxIII, Sè 1, 2007 QUANG OXI HãA p-XYLEN TR£N XóC T¸C TiO2 Vµ TiO2 BIÕN TÝNH TrÇn Minh H¹nh(1), NguyÔn Quèc TuÊn(2), L−u CÈm Léc(1) (1) ViÖn Khoa häc vµ C«ng NghÖ ViÖt Nam (2) Tr−êng §¹i häc §µ L¹t1. §Æt vÊn ®Ò Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, oxi hãa quang xóc t¸c pha h¬i ®−îc quan t©m v× nã®−îc øng dông m¹nh trong viÖc lµm s¹ch kh«ng khÝ. NhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ bay h¬i(VOCs) nh− ankan [1-5], anken [4,6], c¸c hi®rocacbon th¬m [5,7-11], c¸c hîp chÊt chøaoxi [5,8] vµ tricloroetylen [2,5] bÞ oxi hãa ë nhiÖt ®é m«i tr−êng, cã xóc t¸c TiO2 d −íi t¸cdông cña ¸nh s¸ng UV hoÆc UV-A víi chÊt oxi hãa lµ kh«ng khÝ hoÆc oxi. Xóc t¸cquang TiO2 th−¬ng phÈm (Degussa P25) lµ hîp phÇn cña hai d¹ng thï h×nh anatas vµrutil víi tû lÖ kho¶ng 80/20 cã ho¹t tÝnh cao h¬n hai d¹ng pha tinh thÓ anatas tinhkhiÕt. §iÒu nµy ®−îc lý gi¶i do b¶n chÊt ®a pha cña h¹t ®· lµm t¨ng hiÖu qu¶ cña cÆp®iÖn tö-lç trèng quang sinh [12]. §Ó t¨ng ho¹t ®é vµ ph¸t triÓn øng dông ph¶n øng, cÇnmë réng vïng hÊp thu ¸nh s¸ng cña vËt liÖu. ViÖc ®−a c¸c nguyªn tè l¹ vµo TiO2, nh»mmôc ®Ých chuyÓn phæ hÊp thô n¨ng l−îng ¸nh s¸ng cña TiO2 sang vïng ¸nh s¸ng kh¶kiÕn lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p ®−îc biÕt ®Õn nhiÒu nhÊt. Mét h−íng tiÕp cËn lµ®−a kim lo¹i chuyÓn tiÕp vµo TiO2, Anpo et al [6] ®· thay thÕ Ti4+ trong m¹ng TiO2 b»ngCr3+, V3+ hoÆc V4+ b»ng ph−¬ng ph¸p ghÐp ion (ion-implantation method). Hä ®· chØ rar»ng, vïng hÊp thô ¸nh s¸ng cña TiO2 ®−îc cÊy Cr3+ ® · chuyÓn vÒ vïng kh¶ kiÕn. NhiÒuc«ng tr×nh nghiªn cøu [13-17] còng ®· cho thÊy TiO2 cÊy N còng cã vïng hÊp thô ë miÒn¸nh s¸ng kh¶ kiÕn ( > 450 nm). Trong bµi b¸o nµy chóng t«i nghiªn cøu c¸c ®Æc tr−ng vËt lý vµ kh¶o s¸t ho¹t tÝnhquang xóc t¸c cña c¸c xóc t¸c TiO2 cÊy Nit¬, Vanadi, vµ TiO2 mang trªn c¸c vËt liÖumao qu¶n trung b×nh (SiO2 vµ MCM41) ®èi víi ph¶n øng oxi hãa h¬i p-xylen trongkh«ng khÝ Èm.2. Thùc nghiÖm Xóc t¸c ®−îc ®iÒu chÕ tõ c¸c vËt liÖu TiO2 (ST01), hçn hîp TiO2-ZnO (ST31) (ISK-NhËt), TiO2 - cÊy N (N-T), TiO2 cÊy V (V-T1, V-T2) vµ c¸c xóc t¸c TiO2 mang trªn c¸cchÊt mang kh¸c nhau: SiO2 (Ti/Si1, Ti/Si2), MCM41 (Ti/M) ë d¹ng mµng mang trªn ®òathñy tinh pyrex theo ph−¬ng ph¸p nhóng phñ, sÊy ë nhiÖt ®é 110oC. L−îng xóc t¸c ®−îcnhóng phñ 30 mg, diÖn tÝch nhóng phñ 68 cm2. Xóc t¸c ®−îc ho¹t ho¸ ë nhiÖt ®é 450,550o C hoÆc UV ë nhiÖt ®é 40oC trong 4 giê. C¸c mÉu TiO2 biÕn tÝnh (N-T, V-T1, V-T2) 57 TrÇn Minh H¹nh, NguyÔn Quèc TuÊn, L−u CÈm Léc58vµ TiO2 mang trªn chÊt mang (Ti/Si1, Ti/Si2, Ti/M) ®−îc ®iÒu chÕ t¹i phßng C«ng NghÖVËt LiÖu S¹ch, ViÖn Hãa Häc (ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖt Nam). Thµnh phÇn nguyªn tè cña xóc t¸c ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p phæ hÊp thunguyªn tö (AAS) trªn thiÕt bÞ Shimadzu AAS 6800 (NhËt). DiÖn tÝch bÒ mÆt riªng vµkÝch th−íc lç xèp cña xóc t¸c ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp phô BET trªn m¸yChembet 3000. Thµnh phÇn pha xóc t¸c ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tiaX (XRD) trªn thiÕt bÞ X-Ray Diffractometer SIEMENS (§øc). Hµm l−îng pha anatastrong TiO2 ® −îc tÝnh theo c−êng ®é pick IA ® Æc tr−ng cho anatas ë gãc 2θ= 25,3o vµc−êng ®é ®Æc tr−ng cho pha rutil IR ë gãc 2θ= 27,5o theo [15]. Kh¶o s¸t ho¹t tÝnh xóc t¸cb»ng ph−¬ng ph¸p dßng vi l−îng ë 40oC, sö dông ®Ìn UV (λ = 365nm), tèc ®é dßng tæng6l/giê vµ hµm l−îng cña p-xylen, h¬i n−íc vµ oxi theo [18] t−¬ng øng lµ Cop-xylen = 19 mg/l; o oCH O = 11,5mg/l ; CO = 488mg/l. Kh¶ n¨ng hÊp phô p-xylen cña xóc t¸c ®−îc kh¶o s¸t 2 2trong ®iÒu kiÖn t−¬ng tù nh−ng kh«ng chiÕu ¸nh s¸ng. Hçn hîp ph¶n øng ®−îc ph©ntÝch trªn m¸y s¾c ký khÝ Agilen 6890 plus, ®Çu dß FID, cét mao qu¶n HP-1 MethylSiloxane (30m; 0,32mm; 0,25µm). L−îng cacbon l¾ng tô trªn bÒ mÆt xóc t¸c ®−îc x¸c®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p ®èt xóc t¸c sau ph¶n øng trong dßng kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é550o C vµ hÊp phô l−îng h¬i n−íc vµ CO2 t¹o thµnh b»ng anhi®ron vµ ascarit cho ®Õnkhi khèi l−îng kh«ng ®æi.3. KÕt qu¶ vµ bµn luËn3.1.TÝnh chÊt lý - hãa cña xóc t¸c B¶ng 1. Th nh phÇn, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng (SBET) v kÝch th−íc h¹t (dhat) cña c¸c xóc t¸c TiO2 biÕn tÝnh Ph−¬ng dhat, nm SBET, m2/g X óc t¸c Ký hiÖu Th nh phÇn ph¸p ®iÒu ...