Tổng hợp vật liệu Nanotube TIO2 bằng phương pháp thủy nhiệt và ứng dụng trong xử lý khí NO

Bài viết "Tổng hợp vật liệu Nanotube TIO2 bằng phương pháp thủy nhiệt và ứng dụng trong xử lý khí NO" được thực hiện tổng hợp nanutube TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt và ứng dụng vật liệu nanutube TiO2 trong xử lý khí NO trong phòng thí nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp vật liệu Nanotube TIO2 bằng phương pháp thủy nhiệt và ứng dụng trong xử lý khí NO http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.04.456 TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOTUBE TIO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ KHÍ NO Huỳnh Xuân Thành(1), Nguyễn Phương Hạnh(1), Lê Thị Phơ(1) (1) Trường Đại học Thủ Dầu Một Ngày nhận bài 04/5/2023; Ngày gửi phản biện 20/5/2023; Chấp nhận đăng 30/6/2023 Liên hệ email: pholt@tdmu.edu.vn https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.04.456 Tóm tắt Trong vài năm qua, Titanium dioxide (TiO2) ngày càng trở thành một chất xúc tác quang thương mại phổ biến trong một số lĩnh vực, đặc biệt là trong quá trình quang xúc tác phân hủy các chất ô nhiễm trong nước và không khí bởi các tính chất đặc trưng về quang học. Để nâng cao hoạt tính quang xúc tác của TiO2, quá trình tổng hợp hạt nanotube tiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt đã được tiến hành ở điều kiện 135oC trong 24h. Kết quả đo phổ FTIR cho thấy vật liệu sau khi tổng hợp có các nhóm chức của dạng anatas của TiO2 ở các đỉnh pic đặc trưng, và kết quả đo XRD phù hợp với phổ chuẩn của TiO2. Hiệu suất xử lý khí NO tăng mạnh sau 5 phút đầu tiên và đạt 36% sau 30 phút. TiO2 là một vật liệu rất rẻ tiền và thân thiện với môi trường, vì vậy nghiên cứu này có thể đặt nền tảng thiết yếu để phát triển pha tạp nanotube TiO2 để loại bỏ xử lý môi trường. Từ khóa: FTIR, nanotube, thủy nhiệt, TiO2, xử lý khí NO Abstract SYNTHETIC NANOTUBE TIO2 BY HYDROTHERMALLY AND EFFICIENT PHOTO-OXIDATION OF NO Over the past few years, Titanium dioxide (TiO 2) has become more and more of a commercial photocatalyst popular in several fields, especially in the photocatalytic decomposition of pollutants in water and air. To improve the photocatalytic activity of TiO2, the synthesis of TiO2 nanotubes by hydrothermal method was carried out at 135oC for 24h. FTIR spectroscopy results show that the synthesized material has functional groups of the anata form of TiO2 at the characteristic peaks, and the XRD measurement results are consistent with the standard spectrum of TiO2. NO treatment efficiency increased sharply after the first 5 minutes and reached 36% after 30 minutes. TiO 2 is a very inexpensive and environmentally friendly material, so this study can lay the essential foundation for the development of doped TiO 2 nanotubes for environmental remediation. 92 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 4(65)-2023 1. Mở đầu Hiện nay, ở Việt nam và trên thế giới, có nhiều nhà nghiên khoa học đã nghiên cứu và tìm ra các chất bán dẫn quang xúc tác có hiệu quả cao xử lý các chất hữu cơ độc hại có trong môi trường không khí và trong môi trường nước, đặc biệt ứng dụng xúc tác quang bán dẫn trong xử lý chất hữu cơ Titan đioxit (TiO2) là một trong những chất xúc tác quang bán dẫn dùng để xúc tác phân hủy nước và các chất ô nhiễm hữu cơ trong không khí, được sử dụng rộng rãi do tính chất lý hóa ổn định, hoạt tính xúc tác cao, dễ tổng hợp. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu về cải thiện hoạt tính của TiO2 đối với quá trình quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ trong oxit bán dẫn. Ngoài ra, các nghiên cứu về sự biến tính của TiO2 bởi các oxit trong cùng điều kiện xử lý các chất hữu cơ độc hại sẽ phần nào cho phép chúng ta hiểu liệu các hợp chất đồng có tác dụng khác nhau hay không. Hoạt tính quang xúc tác của các chất xúc tác khác nhau trên TiO2 (Phạm Văn Việt, 2012). TiO2 dạng nano được tổng hợp theo nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp thuỷ nhiệt, phương pháp sol-gel, phương pháp oxy hoá trực tiếp, phương pháp điện kết tủa... Trong các phương pháp nêu trên thì phương pháp sol-gel thường được sử dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, phương pháp sol-gel thường đi từ các nguồn alkoxit titan có giá thành cao, cộng thêm các điều kiện khắc nghiệt khi nung ở nhiệt độ cao để tạo pha anatas (pha tinh thể hoạt tính quang hóa nhất của TiO2) khiến cho giá thành xúc tác tăng lên rất 2 nhiều. Vì vậy, phương pháp thuỷ nhiệt được xem như một phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất. Đây là một phương pháp có thể đi từ nguồn TiO2 thương mại có giá thành thấp, tiến hành đơn giản, góp phần giảm giá thành của chất xúc tác. Điều này sẽ có ý nghĩa rất lớn khi triển khai rộng rãi (Trần Ngọc Chấn, 2001). Ô nhiễm oxit nitơ (NOx) được hình thành bất cứ khi nào nhiên liệu được đốt cháy ở nhiệt độ cao bằng cách 'cố định' nitơ trong không khí pha loãng của buồng đốt thành NOx. Nhiều oxit nitơ không màu và không mùi. Tuy nhiên, một loại NOx phổ biến, nitơ dioxit (NO2), cùng với các hạt trong không khí, thường có thể được nhìn thấy dưới dạng một lớp màu nâu đỏ trong không khí ở các khu vực đô thị. NOx là một trong những thành phần chính liên quan đến sự hình thành ozon trên mặt đất, có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng về hô hấp. Nó cũng phản ứng để tạo thành các hạt nitrat và sol khí có tính axit, góp phần hình thành mưa axit. Các hạt nitrat sinh ra từ NOx góp phần tạo thành các hạt mịn trong khí quyển có thể gây suy giảm tầm nhìn. Khí NOx cũng góp phần gây ra vấn đề nóng lên toàn cầu (Lê Thị Thanh Tuyền, 2019). Trong nghiên cứu này, chúng tôi thực hiện tổng hợp nanutube TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt và ứng dụng vật liệu nanutube TiO2 trong xử lý khí NO trong phòng thí nghiệm. 2. Thực nghiệm 2.1. Hóa chất và thiết bị Hóa chất: Bột TiO2 thương mại dạng tinh thể (Trung Quốc), NaOH (Đức) dạng tinh thể, độ tinh khiết ≥ 99%, Axít HCl (Trung Quốc), KI dạng tinh thể ( Anh), Benzoquinone dạng tinh thể (Trung Quốc), KBr dạng tinh thể (Đức), K2Cr2O7 dạng tinh thể (Trung Quốc). 93 http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.04.456 Thiết bị: Máy Quang Phổ Hồng Ngoại FT-IR 4700/JA ...