Luận văn Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu Bifeo3 kích thước Nanomet

Nội dung tài liệu: Luận văn Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu Bifeo3 kích thước Nanomet

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Hà Chi TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 KÍCH THƯỚC NANOMET LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
2. Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Hà Chi TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 KÍCH THƯỚC NANOMET Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐÀO NGỌC NHIỆM Hà Nội – Năm 2015
3. Lời cám ơn Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Đào Ngọc Nhiệm đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Trong quá trình học tập tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội, tôi cám ơn sự giảng dạy và giúp đỡ của các thày cô giáo. Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin cám ơn Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED) đã tài trợ kinh phí để thực hiện nghiên cứu này trong khuôn khổ đề tài mã số 103.02-2013.12. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 2015 Học viên Nguyễn Thị Hà Chi
4. MỤC LỤC Danh mục bảng i Danh mục hình ii Bảng ký hiệu các chữ viết tắt iii Lời mở đầu 1 Chương 1 Tổng quan 3 1.1. Vật liệu xúc tác quang BiFeO3 3 1.1.1. Vật liệu BiFeO3 3 1.1.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu BiFeO3 5 a. Phương pháp pha rắn truyền thống 5 b. Phương pháp nuôi đơn tinh thể 5 c. Phương pháp thủy nhiệt 6 d. Phương pháp màng mỏng 7 e. Tổng hợp đốt cháy gel polyme 8 1.2. Giới thiệu chung về tình hình ô nhiễm môi trường nước và đối 9 tượng nghiên cứu 1.2.1. Một số phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ trong nước thải 10 a. Phương pháp hấp phụ 10 b. Phương pháp keo tụ. 10 c. Phương pháp oxy hóa 11
5. d. Phương pháp siêu âm 12 e. Plasma nguội 12 1.2.2. Xanh methylene 13 1.2.3. Metyl da cam 14 1.2.4. Phản ứng quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ 15 Chương 2 Thực nghiệm 18 2.1. Hóa chất và thiết bị 18 2.1.1. Hóa chất 18 2.1.2 Thiết bị 18 2.2 Tổng hợp vật liệu 19 2.2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đốt cháy gel 19 PVA 2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái và kích thước 20 vật liệu a. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 20 b. Phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM) 21 c. Phương pháp phổ UV-Vis 22 d. Phương pháp phân tích nhiệt 22 e. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 23 f. Phương pháp xác định diễn tích bề mặt riêng BET 24 2.3 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh metylen 24
6. của vật liệu BFO 2.3.1. Lập đường chuẩn xanh metylen 24 2.3.2 Lập đường chuẩn metyl da cam 26 2.3.3 Phương pháp đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu 29 Chương 3 Kết quả và thảo luận 32 3.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu gel BFO 32 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự hình thành pha của vật 33 liệu BFO 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol kim loại Bi/Fe đến sự hình thành pha 35 BiFeO3 3.4 Cấu trúc, hình thái, kích thước tinh thể BiFeO3 được tổng hợp 36 ở điều kiện tối ưu. 3.5 Phổ UV-Vis và kết quả đo BET của vật liệu BFO 39 3.6 Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy xanh metylen và 41 metyl da cam của vật liệu BiFeO3 3.6.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu 41 3.6.2. Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu BFO theo thời 42 gian 3.6.3. Ảnh hưởng của H2O2 đến khả năng quang xúc tác của vật liệu 44 BiFeO3 3.6.4. So sánh khả năng quang xúc tác của vật liệu hệ BFO với tỉ lệ 46 Bi/Fe khác nhau
7. 3.6.5. Ảnh hưởng của khoảng cách chiếu sáng lên khả năng quang 47 xúc tác của vật liệu BiFeO3. 3.6.6. Khả năng tái sử dụng của vật liệu BFO 48 Kết luận 52 Kiến nghị 52 Tài liệu tham khảo 53
8. Danh mục bảng Bảng 2.1 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang D vào nồng độ dung dịch 25 xanh metylen Bảng 2.2 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch 28 metyl da cam Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố trong mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện 39 tối ưu Bảng 3.2 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy phẩm màu của vật liệu BFO 42 theo thời gian Bảng 3.3 Ảnh hưởng của H2O2 đến hiệu suất phân hủy phẩm màu 44 của BFO theo thời gian Bảng 3.4 Ảnh hưởng của khoảng cách chiếu sáng đến hiệu suất phân hủy 48 MB và MO của vật liệu BiFeO3 Bảng 3.5 Khả năng tái sử dụng của vật liệu BFO 49
9. Danh mục hình Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể BiFeO3 3 Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của hợp chất xanh metylen 13 Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của hợp chất metyl da cam 14 Hình 1.4 Cơ chế quá trình quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ 16 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đốt cháy gel 19 PVA Hình 2.2 Phổ hấp thụ UV-VIS của dung dịch xanh metylen 10 ppm 25 Hình 2.3 Đồ thị đường chuẩn xanh metylen 26 Hình 2.4 Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của dung dịch metyl da cam 27 Hình 2.5 Đồ thị đường chuẩn metyl da cam 28 Hình 2.6 Hệ thiết bị quang xúc tác 30 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu BFO 32 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu được nung ở các nhiệt độ 33 khác nhau Hình 3.3 Giản đồ XRD của các mẫu có tỷ lệ mol kim loại Bi/Fe khác 35 nhau Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện 37 tối ưu Hình 3.5 Ảnh SEM của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện tối ưu 37 Hình 3.6 Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu BiFeO3 tổng 38 hợp ở điều kiện tối ưu
10. Hình 3.7 Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện tối 39 ưu Hình 3.8 Kết quả đo BET của của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện 40 tối ưu Hình 3.9 Hiệu suất hấp phụ của vật liệu BFO trên dung dịch MB, MO 41 Hình 3.10 Khả năng quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 với dung dịch 43 MB Hình 3.11 Khả năng quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 với dung dịch 43 MO Hình 3.12 Hiệu suất phân hủy phầm màu phụ thuộc vào nồng độ thuốc 45 nhuộm theo thời gian Hình 3.13 Hiệu suất quang xúc tác của một số vật liệu phân hủy xanh 46 metylen Hình 3.14 Hiệu suất quang xúc tác của một số vật liệu phân hủy metyl 47 da cam Hình 3.15 Khả năng tái sử dụng vật liệu BFO 49 Hình 3.16 Giản đồ XRD của vật liệu BiFeO3 sau phản ứng quang xúc 50 tác