Embed Size (px)
Citation preview
GVHD: Th.s NGUYỄN THANH LÂM
SVTH: NGÔ THỊ NGÂN HÀ ( 1113113)
TRẦN NGỌC PHƯƠNG UYÊN(1113489)
HIỆN TƯỢNG
QUANG XÚC TÁC (TiO2)
VÀ ỨNG DỤNG
MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN
THIẾT
Tài liệu công nghệ nano: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html
https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing
NỘI DUNG
I.
• QUANG XÚC TÁC LÀ GÌ??
• GIỚI THIỆU VẬT LIỆU TIO2
II.• CẤU TRÚC VẬT LIỆU TIO2
III.• TÍNH CHẤT VẬT LIỆU TIO2
IV.• ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TIO2
Giải Pháp:Thực Trạng
KHÁI NIỆM
Quang xúc tác là hiện tượng sử dụng ánh sáng để
kích hoạt các phản ứng hoá học.
ĐÁP ỨNG: TITANIUM DIOXIDE (TIO2)
Ổn định hoá học
Không gây độc
Giá thành thấp
- Anatase
- Rutile
- Brookite
Cấu trúc rutile,
anatase, brookite đều được
xây dựng từ các đa diện
phối trí 8 mặt Ti06.
- Không bền, khả năng chịu nhiệt kém
- Hoạt tính quang xúc tác cao nhất
- Chuyển sang pha rutile ở nhiệt độ 915oC
- Bát diện xếp tiếp xúc cạnh với nhau và trục c
tinh thể kéo dài
- Độ rộng khe năng lượng: 3,23eV
- Khối lượng riêng: 3,9g/cm3
- Là dạng phổ biến,bền nhất của Ti02.
- Có độ xếp chặt so với 2 pha còn lại
- Có cấu trúc lập phương nên bền vững và có khả
năng chịu nhiệt cao.
- Bát diện, tiếp xúc nhau ở đỉnh.
- Độ rộng khe năng lượng: 3,02eV
- Khối lượng riêng: 4,2g/cm3
- Khả năng xúc tác quang của Brookite yếu, hầu
như không có.
- Tốc độ chuyển pha Brookite sang Rutile nhanh
hơn pha Anatase sang Rutile. Quá trình xảy ra
hoàn toàn khi ở nhiệt độ 900C
- Độ rộng khe năng lượng: 3,4eV
- Khối lượng riêng: 4,1g/cm3
TIO2
TÍNH CHẤT CỦA
TIO2
Là chất màu trắng. Khi đun nóng có màu vàng.
Khi làm lạnh thì trở lại màu trắng.
Có độ cứng cao. Khó nóng chảy (1870oC)
M=79,88 g/mol
Trọng lượng riêng: 4,13 - 4,25 g/cm3
Tính chất Anatase Rutile
Điểm nóng chảy (oC) 1825 1825
Điểm sôi (oC) 2500 ~ 3000 2500 ~ 3000
Hấp thụ quang
Độ cứng Mohr 5.5 6.5 - 7
Chỉ số chiét suất 2.55 2.75
Hằng số điện môi 31 114
nm415nm385
• Có tính chất lưỡng tính
• Không tác dụng với nước, dd axit loãng
(trừ HF) và kiềm
• Tác dụng với axit khi đun nóng lâu, với
kiềm nóng chảy
Một vài tính chất vật lý của TiO2
I. TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TIO2
Nguyên tắc của quá trình xúc tác quang
Trong quá trình quang xúc tác khuếch tán trên bề mặt chất xúc tác sẽ
sản sinh ra e- và h+ => tính xúc tác quang hóa của bán dẫn
Electron khử các phân tử nhận e-
Lỗ trống oxi hóa các phân tử cho e-
Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang:
Có hoạt tính quang hoá.
Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ
ánh sáng tử ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy.
QUÁ TRÌNH XÚC TÁC QUANG HÓA
Khuếch tán
chất phản ứng
tới bề mặt xúc
tác
Hấp thụ lên bề
mặt
Hấp thụ photon
và khuếch tán
đến bề mặt
Khuếch tán
các sản phẩm
vào pha khí
hoặc lỏng
Nhả hấp thụ
các sản phẩm
GĐSC: các phần tử tác bị kích thích tham gia vào
phản ứng với các chất hấp phụ lên bề mặt
GĐTC: giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc
giai đoạn sơ cấp
1 2 3
4
6 5
CƠ CHẾ XÚC TÁC QUANG
Các phân tử của chất tham gia phản ứng hấp
phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại:
Các phân tử có khả năng nhận e- (Acceptor)
Các phân tử có khả năng cho e- (Donor)
Quá trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn
nếu các phân tử chất hữu cơ và vô cơ bị hấp phụ
trước trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC).
hυ + (SC) e- + h+
A + e- A-
D + h+ D+
CƠ CHẾ XÚC TÁC QUANG
CƠ CHẾ XÚC TÁC QUANG
SỰ HÌNH THÀNH GỐC OH* VÀ O2-
Chính các gốc OH* và O2- với vai trò
quan trọng ngang nhau có khả năng phân hủy
các hợp chất hữu cơ thành H2O và CO2.
TÍNH SIÊU THẤM NƯỚC
TÍNH KỴ NƯỚC VÀ SIÊU THẤM ƯỚT
TÍNH KỴ NƯỚC VÀ SIÊU THẤM ƯỚT
Cơ chế chuyển từ tính kỵ nước sang tính ưa nước của TiO2 khi được
chiếu sáng
CƠ CHẾ CHUYỂN TỪ KỴ NƯỚC SANG SIÊU ƯA
NƯỚC:
Bề mặt kỵ nước của TiO2Sự phân huỷ các chất hữu cơ làm
lộ nhóm –OH
Quá trình hấp phụ vật lý các phân tử
nướcNước khuếch tán vào trong
bề mặt vật liệu
YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH NĂNG QUANG
XÚC TÁC:
Phương pháp chế tạo
Độ kết tinh của tinh thể
Nhiệt độ nung
Diện tích hiệu dụng bề mặt
Khối lượng xúc tác
Cường độ chiếu sáng
VẬT LIỆU TIO2 PHA TẠP
TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn. Năng lượng vùng
cấm của rutile là 3,0 eV và của anatase là 3,2 Ev nên chỉ
có tia UV < 388nm là có khả năng kích thích để tạo e- và
h+.
Giải pháp: là đưa kim loại hoặc phi kim vào để mở
rộng khả năng xúc tác quang hóa.
TIO2 PHA KIM LOẠI
TiO2 được biến tính bởi các kim loại chuyển tiếp như
W, V, Fe, Cr,… đã cho kêt quả tốt tăng cường tính chất
quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến.
Mn+ + hν M(n+1)+ + e-
Mn+ + hν M(n-1)+ + h+
Trong đó M và Mn+1 lần lượt là kim loại và
ion kim loại pha tạp.
TIO2 PHA PHI KIM
Còn việc biến tính bởi các phi kim như N, S, C, P,..
và các halogen cũng làm tăng hoạt tính của TiO2 trong
vùng ánh sánh khả kiến.
Không giống như các ion kim loại (cation), các anion
ít có khả năng hình thành các trung tâm tái hợp và do đó
nâng cao hiệu quả hoạt tính quang hoá hơn.
ỨNG DỤNG :Phân huỷ
NO2
Khử mùi
Xử lí nước
Diệt khuẩn
Tự làm sạch
Tiêu diệt các tế bàoUng Thư
Tách H2 từNước
1. TÁCH H2 TỪ NƯỚC
Tốc độ tái hợp của e--h+ quánhanh
Phản ứng tái hợp (O2 và H2)
Xảy ra trong vùng UV
Hiệu suất phân ly nước còn
thấp:
Giải phápGiảm kích thước hạt (d<10-15 nm)
Chuyển về vùng khả kiến
PHÂN HUỶ KHÍ NOX
Tính chất Oxy hoá:
NO + 2 OH* NO2 + H2O
NO2 + OH* NO3
-+ H+
Tính chất Khử:
NOx NO3
-O2
-
PHÂN HUỶ NOX
PHÂN HUỶ NOX
Bãi đậu xe bằng gạch ứng dụng quang xúc tác ở
Leien
PHÂN HUỶ NOX
Vỉa hè được
lát bằng gạch
ứng dụng ở
Nhật
KHỬ MÙI
Biểu đồ cho thấy khả
năng khử mùi của
TiO2
XỬ LÍ NƯỚC
Tối thiểu hoá Trihalomethane trong quá trình xử lí
nước bằng Clorine
XỬ LÍ NƯỚC
Xử lí nước thuỷ cục Mô hình PC
DIỆT KHUẨN
Cơ chế diệt khuẩn
TỰ LÀM SẠCH
Với khả năng tự làm sạch, chất quang xúc tác
được ứng dụng để ngăn quá trình bám bẩn của đồ
dùng hàng ngày
TỰ LÀM SẠCH
Khả năng chống mờ của màng TiO2
TỰ LÀM SẠCH
DIỆT KHUẨN
Cơ chế diệt khuẩn
trong các thiết bị
REFERENCE:
Màng quang xúc tác TiO2 chế tạo bằng phương pháp
phún xạ phản ứng magnetrondc (Vũ Thị Hạnh Thu,
Nguyễn Hữu Chí, Lê Văn Hiếu, Huỳnh Thành Đạt,
Phạm Kim Ngọc)
Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to
Construction Materials (Yoshihiko Ohama-Van
Gemert)
“Quang học Ứng Dụng” (TS. Lê Vũ Tuấn Hùng)
Cám ơn các bạn
đã quan tâm theo dõi
Cám ơn các bạn
đã quan tâm theo dõi
THANK YOU
