Luận án Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TiO2 TRÊN NỀN GRAPHEN VÀ CACBON NITRUA

Ngành:

Hoá vô cơ

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung giải quyết vấn đề xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước bằng phương pháp quang xúc tác. Nhận thấy những hạn chế của TiO2 truyền thống (năng lượng vùng cấm lớn và tốc độ tái kết hợp electron-lỗ trống cao), nghiên cứu đã phát triển và đánh giá các vật liệu composite mới dựa trên TiO2 nhằm nâng cao hiệu suất dưới ánh sáng khả kiến.

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công ba hệ vật liệu composite bằng phương pháp thủy nhiệt: TiO2/graphen, TiO2/g-C3N4 và TiO2/g-C3N4-graphen. Đối với hệ TiO2/graphen, mẫu tối ưu (nồng độ TiCl4 0,1 M, thủy nhiệt 8 giờ ở 180 °C, nung 300 °C) đạt hiệu suất phân hủy RhB 71% sau 6 giờ chiếu sáng. Hệ TiO2/g-C3N4 tối ưu (nồng độ TiCl4 1,0 M) cho hiệu suất phân hủy RhB 78% trong cùng điều kiện.

Đặc biệt, luận án đã thiết lập quy trình tổng hợp hệ composite ba cấu tử TiO2/g-C3N4-graphen. Mẫu có 0,1% graphen trong hỗn hợp nền thể hiện hoạt tính xúc tác quang vượt trội, đạt hiệu suất phân hủy RhB lên đến 91,09% sau 6 giờ chiếu sáng. Hệ vật liệu này cũng cho thấy khả năng phân hủy hiệu quả phenol và kháng sinh rifampicin, vượt trội so với các hệ hai cấu tử. Cơ chế xúc tác quang được đề xuất giải thích rằng g-C3N4 tăng cường hấp thụ ánh sáng khả kiến, TiO2 đóng vai trò trung chuyển electron, và graphen hoạt động như một bể chứa electron, giúp giảm tái hợp electron-lỗ trống và tăng khả năng hấp phụ chất ô nhiễm, từ đó nâng cao đáng kể hoạt tính xúc tác. Vật liệu cũng thể hiện độ bền và khả năng tái sử dụng tốt.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Nghiên cứu các điều kiện để tổng hợp composite TiO2/graphen có kích thước bé và sự phân tán cao bằng phương pháp thủy nhiệt.
  • 2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/g-C3N4 có hoạt tính cao bằng phương pháp thủy nhiệt.
  • 3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen có hoạt tính cao bằng phương pháp thủy nhiệt.
  • 4. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu TiO2/graphen, TiO2/g-C3N4 và TiO2/g-C3N4-graphen thông qua phản ứng phân hủy RhB trong dung dịch nước. Từ đó, nghiên cứu cơ chế của quá trình phân hủy RhB trong vùng ánh sáng khả kiến của mỗi vật liệu trên.
  • 5. So sánh kết quả hoạt tính xúc tác của các loại vật liệu thông qua phản ứng phân huỷ RhB, phenol và kháng sinh rifampicin. Qua đó, kết luận về loại chất nền phù hợp để phân tán hạt nano TiO2 tốt nhằm tạo composite có hoạt tính xúc tác quang cao.

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

• CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/graphen
    • 3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ TiCl4
    • 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt
    • 3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
  • 3.2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/g-C3N4
    • 3.2.1. Đặc trưng vật liệu TiO2/g-C3N4
  • 3.3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite TiO2/g-C3N4-graphen
    • 3.3.1. Đặc trưng vật liệu
    • 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng graphen đến hoạt tính xúc tác của vật liệu composite TiO2/g-C3N4-graphen
    • 3.3.3. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính xúc tác của vật liệu
    • 3.3.4. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite TiO2/g-C3N4-graphen dưới ánh sáng mặt trời
    • 3.3.5. Cơ chế của quá trình quang xúc tác
    • 3.3.5. Đánh giá độ bền của vật liệu
    • 3.3.7. So sánh hoạt tính xúc tác của các vật liệu composite qua quá trình phân huỷ RhB, phenol và kháng sinh rifampicin

• KẾT LUẬN

• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN