Tổng hợp, nghiên cứu tính chất xúc tác quang hóa của hạt nano TiO2 pha tạp V và ứng dụng xử lí p-Nitrophenol

Trong nghiên cứu này, các tác giả tổng hợp hạt nano Titan đioxit (TiO2) pha tạp vanadi (V) bằng phương pháp sol-gel xitrat và nghiên cứu hoạt tính xúc tác bằng phản ứng quang hóa phân hủy p-nitrophenol. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp, nghiên cứu tính chất xúc tác quang hóa của hạt nano TiO2 pha tạp V và ứng dụng xử lí p-Nitrophenol JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2014, Vol. 59, No. 1A, pp. 168-173 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG HÓA CỦA HẠT NANO TiO2 PHA TẠP V VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÍ p-NITROPHENOL Trần Minh Đức Khoa Hóa học, Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp hạt nano Titan đioxit (TiO2 ) pha tạp vanadi (V) bằng phương pháp sol-gel xitrat và nghiên cứu hoạt tính xúc tác bằng phản ứng quang hóa phân hủy p-nitrophenol. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy TiO2 pha tạp bằng kim loại V với thành phần từ 0,1% đến 0,7% sẽ làm chuyển dịch bước sóng hấp thụ của vật liệu sang vùng khả kiến (460 nm đến 480 nm) và làm tăng cường hoạt tính xúc tác quang hóa. Kết quả cũng cho thấy TiO2 với 0,5% V có hoạt tính quang hóa cao nhất, hỗn hợp hợp này sau đó đã được ứng dụng trong thiết bị phản ứng gián đoạn để oxi hóa các chất hữu cơ độc hại như p-nitrophenol có trong môi trường bằng ánh sáng khả kiến với hiệu quả cao. Kết quả nghiên cứu cho thấy TiO2 pha tạp V có thể ứng dụng rộng rãi trong xúc tác quang hóa, đặc biệt là trong công nghệ xử lí môi trường. Từ khóa: TiO2 , p-nitrophenol, pha tạp V. 1. Mở đầu TiO2 đã được ứng dụng trong việc phân huỷ nước bằng phương pháp quang hóa kể từ một phát minh của hai nhà khoa học người Nhật, Fujishima và Honda vào năm 1972 [2]. Đến năm 1977, TiO2 đã được nhóm nghiên cứu này ứng dụng để phân huỷ xianua trong nước [2]. Sau đó, việc nghiên cứu, ứng dụng xúc tác quang ngày càng được chú ý, trong đó có lĩnh vực xử lí nước thải. Với hoạt tính xúc tác quang hóa cao của TiO2 các nhà khoa học trong thế kỉ XXI đã không ngừng nghiên cứu về loại xúc tác này trong mục đích bảo vệ và xử lí môi trường. Đã có nhiều công trình trên thế giới cho thấy pha tạp TiO2 bằng các kim loại hoặc phi kim sẽ làm chuyển dịch bước sóng hấp thụ của vật liệu sang vùng khả kiến và dẫn đến mở rộng phạm vi ứng dụng của TiO2 . Một hướng nghiên cứu gần đây đang được các nhà khoa học quan tâm đó là sử dụng TiO2 làm xúc tác quang hóa phân hủy các hợp chất bền sinh học để bảo vệ và xử lí môi trường. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng nhiều chất thải hữu cơ trong nước có thể bị khoáng hóa hoàn toàn trên Liên hệ: Trần Minh Đức, e-mail: ductran162hnue@gmail.com 168 Tổng hợp và nghiên cứu tính chất một số poli(ete-este) xuất phát từ vanilin TiO2 khi có chiếu sáng. Tuy nhiên ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu về TiO2 ứng dụng trong xử lí môi trường vẫn chưa được nghiên cứu nhiều. Trong nghiên cứu này, để tăng hiệu quả xúc tác quang của TiO2 chúng tôi đã tổng hợp TiO2 pha tạp V bằng phương pháp sol-gel xitrat và nghiên cứu cấu trúc của chúng. Bên cạnh đó chúng tôi nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang hóa của hạt nano TiO2 pha tạp V với phản ứng oxi hóa phân hủy p-nitrophenol dưới ánh sáng mặt trời. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Thực nghiệm Hóa chất , dụng cụ Hóa chất TiCl4 độ tinh khiết 99,9%, các hóa chất V(NO3 )5 , dung dịch NH3 25%, p-nitrophenol, metanol sử dụng trong nghiên cứu đều là loại tinh khiết. Các dụng cụ thủy tinh đều được chuẩn hóa lại thể tích và có độ chính xác thỏa mãn. Các loại pipet, micropipet, bình định mức do hãng Merck của Đức sản xuất. Thiết bị Máy khuấy từ gia nhiệt, tủ sấy, lò nung, máy đo pH, máy cất nước Halminton. Máy sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC (High performance liquid chromatography), sử dụng cột ODS C18 và detector hấp thụ tử ngoại SPD-20A-UV-VIS. Chế tạo vật liệu nano TiO2 Chúng tôi tiến hành tổng hợp hạt nano TiO2 và TiO2 pha tạp V bằng phương pháp sol-gel xitrate theo sơ đồ trong Hình 1 [4]. Hình 1. Sơ đồ khối tổng hợp TiO2 theo phương pháp sol-gel xitrat 169 Trần Minh Đức Để đánh giá các đặc tính hoá lí của vật liệu, chúng tôi sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X, phương pháp điện tử quét (SEM) và phương pháp hấp phụ để nghiên cứu cấu trúc của các mẫu TiO2 pha tạp tổng hợp được. Kết quả được chỉ ra trên các Hình 2 và 3. Phản ứng xúc tác quang phân huỷ p-nitrophenol Trong mỗi thí nghiệm, 80 ml dung dịch huyền phù TiO2 chứa p-nitrophenol có nồng độ đầu 4,57 mg/L được sục không khí trong 30 phút (trong bóng tối) để p-nitrophenol hấp phụ bão hòa trên bề mặt của TiO2 . Sau đó hỗn hợp phản ứng được chiếu ánh sáng mặt trời (ASMT) trong khoảng thời gian từ 10 giờ đến 15 giờ (300 phút). Hỗn hợp được khuấy đều trong quá trình chiếu sáng. Sau các khoảng thời gian xác định, mẫu được lấy ra và phân tích trên máy sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) với điều kiện phân tích: tốc độ dòng ...