Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Y3+ đến đặc trưng cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Y-TiO2 và ứng dụng trong loại màu xanh metylen

Titan đioxit biến tính Y3+ có thể bị kích thích bởi ánh sáng nhìn thấy được điều chế bằng phương pháp sol - gel ở nhiệt độ phòng. Sản phẩm biến tính được xác định bằng phương pháp nhiều xạ tia X, phổ phản xạ khuếch tán, phương pháp phân tích nhiệt. Vật liệu TiO2 biến tính có kích thước hạt nhỏ hơn kích thước của hạt TiO2 không biến tính. Kích thước hạt TiO2 biến tính trong khoảng 14 – 26nm. Việc biến tính TiO2 bằng Y3+ làm giảm sự chuyển pha từ anatas sang pha rutil, thành phần pha của sản phẩm chủ yếu là pha anatas.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Y3+ đến đặc trưng cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Y-TiO2 và ứng dụng trong loại màu xanh metylen Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Y3+ ĐẾN ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC, HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU Y-TiO2 VÀ ỨNG DỤNG TRONG LOẠI MÀU XANH METYLEN KIỀU THANH CẢNH*, NGUYỄN THÚY HƯỜNG*, PHÙNG KHẮC HUY CHÚ**, NGUYỄN THỊ TÂM THƯ***, NGUYỄN THANH BÌNH**** Tóm tắt: Titan đioxit biến tính Y3+ có thể bị kích thích bởi ánh sáng nhìn thấy được điều chế bằng phương pháp sol - gel ở nhiệt độ phòng. Sản phẩm biến tính được xác định bằng phương pháp nhiều xạ tia X, phổ phản xạ khuếch tán, phương pháp phân tích nhiệt. Vật liệu TiO2 biến tính có kích thước hạt nhỏ hơn kích thước của hạt TiO2 không biến tính. Kích thước hạt TiO2 biến tính trong khoảng 14 – 26nm. Việc biến tính TiO2 bằng Y3+ làm giảm sự chuyển pha từ anatas sang pha rutil, thành phần pha của sản phẩm chủ yếu là pha anatas. Sản phẩm biến tính có thể chuyển vùng hấp thụ ánh sáng từ vùng tử ngoại sang vùng ánh sáng nhìn thấy. Hoạt tính xúc tác quang của sản phẩm phân hủy xanh metylen cũng tăng. Sản phẩm biến tính với nồng độ Y3+ 0,75% có hiệu suất loại màu xanh metylen gấp 2,5 lần TiO2 không biến tính. Từ khóa: Xúc tác, Loại màu, Ytri, TiO2, Xanh metylen 1. MỞ ĐẦU Gần đây, các vật liệu dạng bột, dạng sợi, dạng màng TiO2 tinh thể kích thước nano ở các dạng thù hình rutile, anatase và brookite đã được nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm do khả năng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: xúc tác điều chế nhiều hợp chất hữu cơ [5], xúc tác quang hoá trong xử lý môi trường, chế sơn tự làm sạch, làm vật liệu chuyển hoá năng lượng trong pin mặt trời, sử dụng trong dược phẩm [1-3, 6] . Các ứng dụng mới của vật liệu titan đioxit kích thước nano chủ yếu dựa vào tính chất bán dẫn. Tuy nhiên, do dải trống của titan đioxit khá lớn (3,25eV đối với anatase và 3,05 eV đối với rutile) nên chỉ ánh sáng tử ngoại gần với bước sóng dưới 380nm mới có thể kích thích được điện tử từ vùng hoá trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng quang xúc tác. Điều này hạn chế khả năng quang xúc tác của TiO2 và thu hẹp phạm vi ứng dụng của vật liệu này [6]. Một xu hướng đang được các nhà nghiên cứu rất quan tâm là tìm cách thu hẹp dải trống của titan đioxit, sao cho có thể tận dụng được ánh sáng mặt trời cho các mục đích quang xúc tác với titan đioxit. Trong công trình này chúng tôi nghiên cứu biến tính titan đioxit bằng cách pha tạp ion Y3+, xác định cấu trúc và hoạt tính xúc tác của hợp chất thu được. Từ đó đề xuất ứng dụng thực tế trong xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm trong nguồn nước. 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu Titan tetra tert butoxit, etanol, HNO3 65%, Y(NO3)3.6H2O, xanh metylen. Các chất này có độ sạch pa và có nguồn gốc từ Merck (Đức) 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Điều chế Y - TiO2 - Dung dịch A: Hoà tan 3,1 ml Ti(OBu)4 trong 4.1 ml ethanol, khuấy trong 10 phút, bổ sung từ từ 0,07 ml HNO3(65%) và khuấy trong 30 phút. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN Quân sự, Số 36, 04-2015 121  Hóa học & Kỹ thuật môi trường - Dung dịch B: bổ sung 0,4 ml Y3+ (khảo sát tỷ lệ % khối lượng Y/TiO2 ở các giá trị: 0,0; 0,25; 0,5 ;0,75;1,0;1,5 tương ứng với nồng độ Y3+: 0,0; 0,056; 0,112; 0,168; 0,224; và 0,336M) vào 4,2 ml C2H5OH. Bổ sung từ từ dung dịch B vào dung dịch A. Hỗn hợp được thủy phân ở điều kiện nhiệt độ phòng trong 40 phút và có khuấy. Gel được điều chế bởi sự làm muồi của sol trong 48 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó sấy khô ở 80 C trong 24h. Cuối cùng được nung ở nhiệt độ 6500C trong 2 giờ. 0 Mẫu TiO2 không pha tạp được điều chế như quy trình nêu trên nhưng 0,4 ml Y3+ được thay bằng 0,4 ml nước. 2.2.2. Loại màu xanh methylen bằng xúc tác Y- TiO2 0,15g bột Y - TiO2 điều chế được cho vào cốc chứa 200ml dung dịch xanh methylen với nồng độ 0,01g/lít. Khuấy 30 phút trong bóng tối. Sau đó dùng đèn compac công suất 40W chiếu sáng liên tục trong 3 giờ. Dung dịch xanh methylen sau khi loại màu được li tâm để loại hết bột TiO2 biến tính. Tiến hành đo mật độ quang để xác định nồng độ xanh methylen sau khi C0  CC loại màu. Xác định hiệu suất loại màu xanh metylen: HS(%) =  100 Co C0 : nồng độ xanh metylen ban đầu, CC : nồng độ xanh metylen sau phản ứng (3 h). 2.2.3. Phương pháp phân tích Đặc trưng vật liệu được khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên máy D8 ADVANCE – Brucker. Phổ phản xạ khuếch tán (DRS) UV – Vis được xác định bằng máy UV 310PC - Shimadzu. Giản đồ phân tích nhiệt được ghi tại phòng thí nghiệm ...