Nghiên cứu điều chế vật liệu nano TiO2 pha tạp Lantan và thử hoạt tính quang xúc tác

Bài viết Nghiên cứu điều chế vật liệu nano TiO2 pha tạp Lantan và thử hoạt tính quang xúc tác trình bày hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời (ASMT) và bức xạ tia cực tím của hạt nanoTiO2 pha tạp La được điều chế bằng phương pháp sol-gel.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu điều chế vật liệu nano TiO2 pha tạp Lantan và thử hoạt tính quang xúc tác NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO TiO2 PHA TẠP LANTAN VÀ THỬ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC TRƯƠNG THỊ THU THẢO - VÕ VĂN TÂN Trường Đại học Sư phạm, Đại Học Huế Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, chúng tôi báo cáo hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời (ASMT) và bức xạ tia cực tím của hạt nanoTiO2 pha tạp La được điều chế bằng phương pháp sol-gel. Kết quả cho thấy: Chúng tôi đã điều chế thành công vật liệu nano TiO2 pha tạp La các điều kiện như: Tỉ lệ La/TiO2 (mol/mol) là 0,7%; thời gian tạo gel là 3 ngày; nhiệt độ nung là 500oC trong 30 phút. Các hạt này đồng đều và có kích thước trung bình 10-12 nm. Khả năng quang xúc tác của TiO2 pha tạp La tốt hơn so với TiO2 không pha tạp. Sau 40 phút chiếu xạ, mức độ chuyển hóa xanh metylen với khả năng quang xúc tác của TiO2 pha tạp La đạt 45,97% bởi tia cực tím và 67,78% bởi ánh sáng mặt trời. Từ khóa: nano TiO2, TiO2 pha tạp La, quang xúc tác.1. MỞ ĐẦU Các vật liệu mới có kích thước nanomet được biến tính bởi các ion khác nhau đang thu hútsự quan tâm bởi các nhà khoa học trên thế giới cũng như Việt Nam bởi những ứng dụng vượttrội như: chế tạo các loại sensor, pin mặt trời, vật liệu tự làm sạch, quang xúc tác xử lý môitrường [5], [6]… Nano titan dioxit là một trong những vật liệu cơ bản trong ngành công nghệnày bởi nó có các tính chất lý hóa, quang điện tử khá đặc biệt, có độ bền cao và thân thiện vớimôi trường [3]. Để tăng cường hiệu suất quang xúc tác của nano TiO2 bằng cách dịch chuyển độ rộng vùngcấm từ vùng tử ngoại tới vùng khả kiến, tận dụng nguồn ánh sáng tự nhiên của mặt trời [4].Trong các công trình trước đây [1], [2], chúng tôi đã pha tạp một số nguyên tố đất hiếm: Nd, Ervào nano TiO2 thì khả năng quang xúc tác xử lý dung dịch xanh metylen rất tốt bằng ánh sángmặt trời. Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày một số kết quả về việc nghiên cứu điều chếnano TiO2 pha tạp bởi một nguyên tố đất hiếm thông dụng và rẻ tiền là La bằng phương phápsol-gel và thử so sánh hoạt tính quang xúc tác của nó dưới ánh sáng mặt trời và bức xạ tử ngoại.2. THỰC NGHIỆM Các hóa chất sử dụng: Tetra-n-butylorthotitanat TBOT; La2O3 (Merck 99,9%), HNO3(PA); C2H5OH tuyệt đối; CH3COOH (PA); Xanh metylen (MB); DTPA 10-2M; Asenazo(III). Cho từ từ C2H5OH vào tetra-n-butylorthotitanat. Sau đó thêm dung dịch CH3COOH vàohỗn hợp vừa thu được, vừa cho vừa khuấy đều trên máy khuấy từ gia nhiệt với tỉ lệ số mol cácchất trong khoảng: nTBOT : nCH3COOH: nC2H5OH = 1:6:10. Tiếp tục cho thêm nước cất (nếukhông pha tạp La) hoặc dung dịch La(NO3)3 có nồng độ xác định với tỉ lệ số mol xác định. Hỗnhợp thu được, tiếp tục khuấy trên máy khuấy từ gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp trong khoảng thờigian 2 giờ để thu gel trong suốt. Làm già gel sau khoảng một thời gian rồi sấy khô gel thu được ở80oC. Nung gel thu được trong 2 giờ để thu nhận nano TiO2 hoặc nano TiO2 pha tạp La. Cho 20 mg nano TiO2 pha tạp La đã điều chế vào cốc đựng 20ml dung dịch MB với các tỷlệ pha tạp của La là 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 % (mol). Rồi thực hiện phản ứng quang hóa, phân hủy MB 282KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016của nano TiO2 pha tạp La dưới ASMT và bức xạ UV ở bước sóng λ = 254 nm, công suất 20 Wtrong khoảng thời gian từ 10 đến 40 phút. Sau đó ly tâm để tách loại xúc tác nano TiO2 pha tạpLa. Độ chuyển hóa MB theo thời gian bằng ASMT và bức xạ UV được xác định bằng phươngpháp UV-vis tại λ = 663 nm và tính theo công thức: Ao  A Độ chuyển hóa MB(%)= ×100% Ao Trong đó: - Ao: Mật độ quang ban đầu của MB; - A: Mật độ quang của MB sau khi thực hiện các phản ứng quang xúc tác của nano TiO2pha tạp La. Phổ UV-vis được ghi trên máy Jasco, model V350, Nhật Bản tại khoa Hóa học, TrườngĐại Học Sư Phạm, Đại học Huế; Phân tích nhiệt được ghi trên máy LabSys TG/DSC1600(DETARAM) Pháp; ảnh SEM được chụp trên máy Nova NanoSem FEI450, hãng FEI, Mỹ;phổ nhiễu xạ tia X(XRD) của các loại nano TiO2 được ghi trên máy D8 advance, Bruker, Đức tạiViện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam; Từ giản đồ nhiễu xạ tia X, có thểtính được kích thước trung bình của các hạt TiO2 theo công thức Scherrer: 0, 89 D=  cos  Trong đó: - D là kích thước hạt trung bình (nm); -  là bước sóng bức xạ Kα của anot Cu bằng 0,15406 nm; - β là độ rộng tại nửa độ cao của pic cực đại (FWHM) (radian); - là góc nhiễu xạ ứng với pic cực đại (độ).3. KẾ ...