Tạp chí khoa học và công nghệ: Tạo hình và những ứng dụng trong xúc tác quang hóa vật liệu tổ hợp TIO2-CNT

Hoạt tính quang hóa cao của vật liệu tổng hợp được chứng minh bằng các phản ứng phân hủy dung dịch methylene xanh (MB) và khử lưu huỳnh (S) sâu trong dầu diesel. Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu sau để nắm rõ nội dung cần thiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạp chí khoa học và công nghệ: Tạo hình và những ứng dụng trong xúc tác quang hóa vật liệu tổ hợp TIO2-CNT TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 TẠO HÌNH VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRONG XÚC TÁC QUANG HÓA VẬT LIỆU TỔ HỢP TIO2-CNT. SHAPING AND APPLICATIONS OF PHOTOCATALYST OF TIO2–CNT COMPOSITE MATERIAL Nguyễn Đình Lâm Trần Thị Ne Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Đại học Nam Toulon Var Pháp - Đại học Quốc gia Hà Nội TÓM TẮT Xúc tác quang hóa trên cơ sở vật liệu tổ hợp của TiO2-CNT được tạo hạt bằng phương pháp gel hóa dị thể từ bột titan oxit (TiO2) và nanocacbon ống đa lớp (MWCNTs). Đây là một phương pháp tổng hợp mới được phát triển tại khoa Hóa, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng. Hỗn hợp nhũ tương của TiO2, CNTs, alginat và phụ gia sẽ bị keo tụ trong dung dịch canxiclorua (CaCl2) nhờ tạo ra các liên kết ngang và liên kết không gian ba chiều bền vững. Sản phẩm thu được đã được kiểm tra cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phổ hồng ngoại. Hoạt tính quang hóa cao của vật liệu tổng hợp được chứng minh bằng các phản ứng phân hủy dung dịch methylene xanh (MB) và khử lưu huỳnh (S) sâu trong dầu diesel. ABSTRACT Photocatalyst based on the composite of TiO2-CNT was prepared by the heterogeneous gellation method from the Titanium dioxide and multi-wall carbon nanotube. This is a new method developped by the members of the Chemical Engineering Faculty, Danang University of Technology. The TiO2, CNT, Alginate Sodium and additive emulsion mixture is gelled when it comes in contact with calcium ions in solution by cross-linking formation. The products of this synthesis were characterized by the physical chemistry techniques as the X-ray diffraction (XRD), the scanning electron microscopy (SEM), the transmission electron microscopy (TEM) and the Fourrier Transform Infres spectroscopy (FT-IR). The high photoactivity of the materials was evaluated by the reactions of methylene blue (MB) conversion and deep desulfurization in diesel fuels. Keyworks: Photooxydation, Carbon nanotubes, Titanium dioxide, TiO2-CNTs composites 1. Mở đầu Từ lâu, TiO2 dạng bột mịn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, nó có hoạt tính xúc tác quang hóa cao, bền hóa học, không độc và giá thành thấp. Khi TiO2 được chiếu bức xạ, năng lượng bức xạ sẽ kích thích các electron dịch chuyển từ vùng hóa trị sang vùng dẫn, kết quả là tạo ra cặp điện tử và lỗ trống do đó có tính oxy hóa và tính khử. Tuy nhiên, chỉ có những bức xạ tử ngoại chiếm khoảng 4 % năng lượng mặt trời ứng với các photon có năng lượng lớn hơn 3,2 eV (năng lượng band gap) mới được hấp 173 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 phụ và tạo ra hiệu quả quang hóa[1]. Vì vậy để tăng hiệu quả của việc ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời, chúng tôi đã nghiên cứu và tổng hợp một loại xúc tác quang hóa dạng hạt trên nền tảng là vật liệu tổ hợp của CNTs và TiO2 được tạo hình bằng phương pháp gel hóa dị thể với chất liên kết là Alginate natri. Việc đánh giá hiệu quả của các phản ứng xúc tác quang hóa, được thực hiện trên một hệ thống phản ứng liên tục xử lý nước thải trên. Hệ thống này cho phép tiết kiệm chi phí và tăng năng suất xử lý lên nhiều lần nhờ tận dụng được khả năng hấp phụ và hoạt tính quang hóa của xúc tác tổ hợp TiO2-CNT. Bên cạnh việc ứng dụng xúc tác để xử lý nước thải, một ứng dụng cũng rất quan trọng nữa đó là khử S sâu trong dầu diesel cũng đã được tiến hành. Việc đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu tổng hợp được thực hiện nhờ việc khảo sát sự phân hủy quang hóa MB trong hệ thống liên tục và khử S sâu trong dầu diesel. Nồng độ MB (C16H18ClN3S) sau hấp thụ được xác định bằng máy so màu UV-Vis, hàm lượng S sau xử lý được xác định bằng kỹ thuật Huỳnh quang tia X (XRF) phù hợp tiêu chuẩn ASTM D5453 dành cho các sản phẩm dầu khí. 2. Thực nghiệm 2.1. Nguyên liệu và thiết bị Bột titan oxit từ tập đoàn ROHA DYECHEM VIETNAM 99,4 % tinh khiết, kích thước hạt trung bình là 130 nm, thành phần chủ yếu là pha anatase được đưa trực tiếp vào để tổng hợp mà không qua quá trình xử lí nào. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) thu được trên hình 1 chứng minh mức độ kết tinh cao của pha anatase của nguyên liệu TiO2 được sử dụng. Hình 1. Phổ nhiễu xạ tia X của TiO2 thương mại Cacbonnano đa lớp được tổng hợp bằng phương pháp lắng đọng pha hơi (VCD) tại phòng thí nghiệm Công nghệ Dầu khí, trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. Đường kính ống nano cỡ 13 – 16 nm, diện tích bề mặt riêng BET khoảng 200 m2/gam[2]. Hạt Alginate Natri là các polisaccharide mạch thẳng được sản xuất từ rong biển [4] có cấu tạo từ các monomer như hình 2. MB được sản xuất bởi công ty TNHH Guangdong Xilong Chemical (Trung Quốc). 174 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 Hình 2. Các đơn vị monomer cấu tạo nên Alginate Để tăng khả năng phân tán của CNTs và bột titan dioxit, chúng tôi sử dụng kết hợp máy khuấy từ và máy khuấy siêu âm VC 505- VC 750. Nguồn sáng được sử dụng để kích thích quang hóa là hệ thống đèn chiếu cao áp hơi thủy ngân (Osram- 250 W) được chiếu liên tục trong quá trình làm thí nghiệm và ánh sáng mặt trời từ 9 giờ đến 16 giờ hằng ngày 2.2. Nội dung thực nghiệm Để tạo hình có kích thước đồng nhất dưới dạng hạt, chúng tôi đã tổng hợp xúc tác với 2 tỉ lệ khác nhau để phân hủy MB trong hệ liên tục và khử lưu huỳnh trong hệ gián đoạn. Trong hệ liên tục để phân hủy MB thì xúc tác được tổng hợp từ các thành phần: ...