Ứng dụng tin dioxide dạng hạt nano cho xử lý khí ô nhiễm

Trong nghiên cứu này, SnO2 NPs được tổng hợp thủy nhiệt và được phân tích các đặc trưng thông qua các kỹ thuật như kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM), nhiễu xạ điện tử vùng diện tích chọn lọc (SAED), và phổ quang điện tử tia X phân giải cao (HR-XPS). Đây là nghiên cứu đầu tiên sử dụng SnO2 NPs để phân hủy khí NO.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng tin dioxide dạng hạt nano cho xử lý khí ô nhiễmGiải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học ỨNG DỤNG TIN DIOXIDE DẠNG HẠT NANO CHO XỬ LÝ KHÍ Ô NHIỄM Phạm Văn Việt*, Bùi Đại Phát, Trần Hồng Huy Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: pvviet@hcmus.edu.vn TÓM TẮTHạt nano thiếc (IV) oxide (SnO2 NPs) với đường kính nhỏ hơn 10 nm thườngđược sử dụng để xử lý nước thải thông qua phản ứng quang xúc tác. Tuy nhiên,SnO2 NPs chưa từng được nghiên cứu để xử lý khí nitrogen oxide (NO) trước đây.Trong nghiên cứu này, SnO2 NPs được tổng hợp thủy nhiệt và được phân tích cácđặc trưng thông qua các kỹ thuật như kính hiển vi điện tử truyền qua phân giảicao (HR-TEM), nhiễu xạ điện tử vùng diện tích chọn lọc (SAED), và phổ quangđiện tử tia X phân giải cao (HR-XPS). Đây là nghiên cứu đầu tiên sử dụng SnO2NPs để phân hủy khí NO. Kết quả cho thấy sự quang xúc tác phân hủy NO củaSnO2 NPs đạt 63.37% (gấp 2 lần so với P25) sau 30 phút chiếu ánh sáng mặt trờivà hiệu suất chuyển hóa NO2 chỉ 1.66 %. Hơn thế nữa, SnO2 NPs rất ổn định, saukhi tái sử dụng tới lần thứ năm, hiệu suất quang xúc tác phân hủy NO vẫn đạt58.96 %. Thêm vào đó, các gốc tự do tham gia vào quá trình quang xúc tác đượcxác định rõ nhờ thí nghiệm bẫy gốc, và cộng hưởng từ thuận từ điện tử (ESR).Dựa vào các kết quả thực nghiệm, một cơ chế quang xúc tác chi thiết được nghiêncứu một cách hệ thống. Hiệu suất quang xúc tác cao và độ ổn định cao của SnO2NPs dưới ánh sáng mặt trời hứa hẹn một tiềm năng ứng dụng to lớn.Từ khóa: Hạt nano SnO2, xử lý khí NO, quang xúc tác, cơ chế. APPLICATION OF TIN DIOXIDE NANOPARTICLES IN GAS TREATMENT Pham Van Viet*, Bui Dai Phat, Tran Hong Huy University of Science – VNU Ho Chi Minh City *Corresponding Author: pvviet@hcmus.edu.vn ABSTRACTTin dioxide nanoparticles (SnO2 NPs) with a diameter less than 10 nm are usuallyused in waste water treatment via the photocatalytic reaction. However, SnO2nanoparticles were not clearly studied for this NO photodegradation. In thisstudy, SnO2 NPs were hydrothermally prepared and measured viacharacterization techniques such as high-resolution transmission electronmicroscope (HR-TEM) and high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy(HR-XPS). This is the first report of using SnO2 NPs for NO photodegradation.The results show that the NO photodegradation result showed that SnO2 NPsdegraded 63.37% NO (higher than approximately 2 times compared with P25catalyst) after 30 min under solar light and the NO2 yield is only 1.66%.Moreover, SnO2 nanoparticles are very stable indicating NO gasphotodegradation efficiency about 58.96% after five photocatalytic cycles. Inaddition, reactive radicals in the photocatalysis processes were identified via thetrapping experiment and electron spin resonance (ESR) study. Based on theaforementioned experimental results, a detailed photocatalytic mechanism was 65Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa họcsystematically investigated. The high photocatalytic performance and thestability of SnO2 NPs under solar light will open to a promising application.Keywords: SnO2 nanoparticles, NO removal, photocatalysis, mechanism.TỔNG QUAN hiện khả năng quang xúc tác tuyệt vời,Trong thập kỷ trước, SnO2 đã thu hút và dùng khí NO để đặc trưng cho khí ôđược nhiều sự quan tâm nghiên cứu nhiễm để khảo sát sự quang xúc tácnhờ vào các đặc tính vật lý và hóa học phân hủy dưới ánh sáng mặt trời. Hơnnổi bật của nó (Pham et al., 2016, thế nữa, hiệu suất chuyển hóa NO2, độPham et al., 2018). Đặc biệt, đường bền quang, cũng như cơ chế quang xúckính của SnO2 nhỏ hơn các exciton và tác của SnO2 NPs được giải thích rõhạt mang điện được giới hạn trong cả trong nghiên cứu này.ba chiều với vùng kích thước ở mứcnm, năng lượng vùng cấm lớn và độ ổn NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNGđịnh của SnO2 NPs cao, lại có các tính PHÁP NGHIÊN CỨUchất thú vị như dịch chuyển xanh ở Nguyên liệucạnh của mức năng lượng chuyển tiếp Tin (IV) chloride pentahydratevùng, cấu trúc dị thường, và có đặc tính (SnCl4.5H2O, Merck, 99.99% pure),quang dị. Hơn thế nữa, khi SnO2 NPs hydrazine hydrate (N2H4.H2O, Merck,có đường kính nhỏ hơn 10 nm, diện 99% tinh khiết), sodium hydroxidetích bề mặt hiệu dụng lớn của nó sẽ làm (NaOH, Merck, 99%), methanoltăng các vùng quang xúc tác và tăng (CH3OH), potassium iodide (KI,cường sự phân tách điện tử - lỗ trống Merck, 99.99%), isopropyl alcohol(Zheng et al., 2015). Những nghiên (IPA, Merck, 99.99%) dichromatecứu gần đây đã chỉ ra rằng SnO2 NPs (K2Cr2O7, Merck, 99.99%), 5,5′-được ứng dụng rộng rãi để phân hủy dimethyl-1-pirroline-N-oxidecác chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, (DMPO) (TCI Co.), và nước khử ionnhư methylene blue, methylene (DI) (Puris-Evo water system) được sửorange, phenol, với một hiệu suất cao dụng mà không có xử lý gì khác.(Pham et al., 2016). Bất ngờ thay, Quy trình chế tạotrong lĩnh vực xử lý khí ô nhiễm, đặc Quy trình chế tạo SnO2 NPs bằngbiệt là khí NO, một chất khí vô cùng phương pháp thủy nhiệt được thực hiệnđộc hại ảnh hưởng nghiêm trọng đến theo các thông số tối ưu trong nghiêncon người, động vật, và thực vật cứu trước đây của chúng tôi (Pham et(Manonmani, Joseph, 2018, Ren et al., ...