Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học tình huống ứng dụng công nghệ nano để xử lý chất thải hữu cơ độc hại trong phòng thí nghiệm.

MỤC LỤC 1. Tên tình huống ........................................................................................................ 1 2. Mục tiêu giải quyết tình huống...........................................................................1 3. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống.........1 3.1. Khái quát chung về TiO2 và hệ TiO2/SiO2......................................................1 3.1.1. Giới thiệu chung về TiO2 và SiO2.............................................................1 3.1.2. Giới thiệu chung về hệ TiO 2/SiO2.............................................................2 3.1.3. Cơ chế xúc tác quang của TiO 2...............................................................3 3.2. Một số phương pháp điều chế xúc tác quang.................................................4 4. Giải pháp giải quyết tình huống.........................................................................5 5. Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống...................................................7 5.1. Phương pháp thực nghiệm...............................................................................7 5.2. Kết quả tổng hợp vật liệu nano TiO2/SiO2 bằng phương pháp sol-gel.........9 5.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới quá trình chuyển pha của TiO 2............9 5.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới kích thước hạt của TiO 2......................9 5.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng TiO2...........................................................10 6. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống............................................................11 Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải nhiễm trinitro toluen của vật liệu tổng hợp…………………………………………………………………………………11 Kết quả ……………………………………………………………………… .13 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………14 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TEOS Tetraethly orthosilicat Ti(i-pro)4 Titanium (IV) isopropoxide SEM Kính hiển vi điện tử quét TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua X-ray Nhiễu xạ tia X V Thể tích (lít) Sr Diện tích bề mặt riêng (m2/g) M Khối lượng (g) N Số mol DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU. Hình 3.1: Các dạng thù hình của TiO2.....................................................................2 Hình 3.2: Cơ chế xúc tác quang của TiO 2 ...............................................................4 Hình 3.3: Sơ đồ tổng hợp oxit bằng phương pháp sol-gel……………………………………..5 Hình 5.1: Sơ đồ tổng hợp vật liệu TiO2/SiO2 bằng phương pháp sol-gel..................8 Hình 5.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu TiO 2/SiO2 nung ở nhiệt độ: 500oC.........9 Hình 5.3: Ảnh TEM của mẫu TiO2/SiO2 nung ở nhiệt độ 500 oC............................9 Bảng 5.1: Kết quả đo diện tích bề mặt riêng của các mẫu nano TiO 2/SiO2.............10 Hình 6.1: Mô hình hệ thống thiết bị phản ứng…………………………………......11 Hình 6.2 Hiệu suất xử lý toluen của các mẫu M0, M1, M2 theo thời gian………11 Bảng 6: Nồng độ toluen theo thời gian phản ứng………………………………..11 1. Tên tình huống. Ứng dụng công nghệ nano để xử lý chất thải hữu cơ độc hại trong phòng thí nghiệm. 2. Mục tiêu giải quyết tình huống. Được sự đầu tư mạnh mẽ về cơ sở vật chất, trang thiết bị trong dạy và học ở các trường trung học phổ thông nên học sinh đã được tiếp cập sớm với công việc nghiên cứu, học sinh cũng được tiến hành các thí nghiệm để nắm vững lý thuyết hơn. Tuy nhiên những hóa chất đó phần nào đã làm ô nhiễm nguồn nước nếu như chúng ta xả trực tiếp chúng ra môi trường. Mâu thuẫn giữa “học đi đôi với hành” và giảm ô nhiễm môi trường đã tạo ra các ý tưởng để dung hòa. Một trong các hướng ý tưởng đó là xử lý ô nhiễm môi trường dựa trên sự phát triển của công nghệ nano. Trong thời gian gần đây, công nghệ nano được xem là hướng nghiên cứu và ứng dụng mũi nhọn của khoa học công nghệ thế giới. Điển hình trong số đó là công nghệ chế tạo, giải pháp ứng dụng và vật liệu có chứa nano TiO 2. Hiện nay, để xử lý chất thải hữu cơ độc hại trong phòng thí nghiệm chúng em đã nghiên cứu chế tạo và đánh giá cấu trúc của vật liệu nano TiO 2/SiO2 3. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống 3.1. Khái quát chung về TiO2 và hệ TiO2/SiO2 3.1.1. Giới thiệu chung về TiO2 và SiO2 a. Titan dioxit (TiO2) Titan dioxit là chất bột màu trắng, bền nhiệt. Trong tự nhiên, TiO2 có bốn dạng thù hình: dạng vô định hình và ba dạng tinh thể: anatase, rutile, và brookite. Trong đó dạng pha tinh thể rutile là dạng bền phổ biến nhất của TiO2, anatase và brookite là dạng giả bền và chuyển thành rutile khi nung nóng. 1 Dạng anatase Dạng brookite Dạng rutile Hình 3.1: Các dạng thù hình của TiO2 Trong cấu trúc tinh thể của TiO2 thì mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi sáu ion O2-. Khoảng cách Ti-Ti trong tinh thể dạng anatase (3,79Å) lớn hơn khoảng cách Ti-Ti trong tinh thể dạng rutile (2,96Å). Trong khi đó, khoảng cách Ti-O trong tinh thể dạng anatase (degTi-O = 1,934 và 1,980Å) nhỏ hơn khoảng cách Ti-O trong tinh thể dạng rutile (degTi-O = 1,949 và 1,980Å). Sự khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể là nguyên nhân dẫn tới sự khác nhau về khối lượng riêng () và cấu trúc vùng điện tử (Eg) giữa hai dạng TiO2 như đã chỉ ra ở hình 1.1. b. Ứng dụng của TiO2 Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, hãng Hombikat của Đức đã nghiên cứu ứng dụng hạt nano TiO 2 làm xúc tác để xử lý khí thải trong các nhà máy phát điện lạnh và trong ô tô nhằm phân hủy tối đa các nitơ oxít phát ra từ quá trình cháy nhiên liệu. Định hướng nghiên cứu mới của hãng Hombikat về nano TiO 2 là nhằm mục đích ứng dụng vào phản ứng phân hủy xúc tác quang hóa, trong xử lý nước cũng như trong các phản ứng trùng ngưng và đồng phân hóa. Gần đây việc nghiên cứu sử dụng nano TiO 2 làm vật liệu hấp phụ trong xử lí môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng, chất hữu cơ khó phân hủy, khí thải đã được một số tác giả công bố. Các kết quả cho thấy khả năng dùng TiO 2 rất có triển vọng. 3.1.2. Giới thiệu chung về hệ TiO2/SiO2 Vì vật liệu SiO2 là một trong những loại vật liệu có nhiều trong tự nhiên và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do đó SiO 2 được ứng dụng nhiều lĩnh vực như: sản xuất gốm sứ, trong công nghiệp hóa chất để chế tạo thủy tinh, màng chống phản xạ và sợi quang học, điện tử viễn thông, quang điện tử,... Như đã trình bày ở trên, để tăng diện tích bề mặt của vật liệu, tăng độ tinh thể hóa của vật liệu nano TiO2 và tạo ra vật liệu có khả năng hấp thu tốt hơn ánh sáng vùng khả kiến,.... tiến hành nghiên cứu đưa thêm thành phần SiO 2 vào mạng tinh thể TiO2. Công việc này sẽ làm chuyển dịch khả năng hấp thu ánh sáng sang vùng tử ngoại gần của hệ vật liệu thu được. Đồng thời tăng khả năng thu hồi của vật liệu sau quá trình xử lý. 2 3.1.3. Cơ chế xúc tác quang của TiO2 Dưới tác dụng của ánh sáng UV các phân tử TiO 2 sẽ bị kích thích để tạo ra các cặp e-/h+ . TiO2 + hν → TiO2 {e-…h+} → e-cb + h+vb Các lỗ trống quang sinh mang điện tích dương sẽ di chuyển ra bề mặt của hạt xúc tác. Trong môi trường nước, chúng sẽ tham gia phản ứng tạo gốc hydroxyl trên bề mặt hạt xúc tác. h+vb + H2O → •OH + H+ h+vb + OH- → •OH Các electron quang sinh trên vùng dẫn cũng di chuyển qua bề mặt hạt xúc tác. Khi có mặt oxy hấp phụ trên bề mặt xúc tác sẽ xảy ra phản ứng khử tạo gốc ion superoxit (•O2-) trên bề mặt và tiếp sau chúng sẽ phản ứng với nước tạo ra gốc hydroxyl. e-cb + O2 → •O22(•O2-)+ H2O → H2O2 + 2OH- + O2 H2O2 + e-cb → •OH + OHCác ion OH- lại tác dụng với lỗ trống quang sinh tạo ra gốc •OH, gốc •OH sinh ra sẽ oxy hóa các chất ô nhiễm hữa cơ. Ngoài ra, các e-cb có xu hướng tái kết hợp với các h +vb và kèm theo giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng. 3 Hình 3.2. Cơ chế xúc tác quang của TiO2. Trong hình 1.2: A là oxi; D là chất ô nhiễm hữu cơ. 3.2. Một số phương pháp điều chế xúc tác quang Hiện nay, có rất nhiều phương pháp điều chế chất xúc tác quang, tùy vào mục đích sử dụng để lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp. Dưới đây là một số phương pháp điều chế chất xúc tác quang. - Phương pháp hóa học đi từ các muối của kim loại chuyển tiếp. - Phương pháp oxi hóa điện hóa. - Phương pháp oxi hóa nhiệt. - Phương pháp vật lí là sputtering. - Phương pháp sol-gel đi từ ankoxit. Đối với chất xúc tác quang sử dụng trong xử lý môi trường thì điều chế theo phương pháp sol-gel đi từ ankoxit đã được nhiều tác giả chứng minh hiệu quả. Do đó, chúng tôi tập trung tìm hiểu kỹ về phương pháp sol-gel này để chế tạo màng compozit nano xúc tác quang. Phương pháp sol-gel Phương pháp sol-gel do R.Roy đề xuất năm 1956, cho phép trộn lẫn các chất ở mức độ nguyên tử. Do đó, sản phẩm thu được có độ đồng nhất và độ tinh khiết 4 cao, bề mặt riêng lớn, kích thước hạt nhỏ, khả năng tạo compozit với thành phần khác nhau mà phương pháp nóng chảy không thể tổng hợp được. oxit Bay hơi dung môi Khuấy Dung dịch Nung Sấy Khuấy xerogel Sol o tC Gel toC aerogel Sấy siêu tới hạn Hình 3.3. Sơ đồ tổng hợp oxit bằng phương pháp Sol-Gel Trong những năm gần đây, sol-gel trở thành một phương pháp quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp vật liệu, đặc biệt là vật liệu dạng màng mỏng. Đây cũng là phương pháp được sử dụng trong đề tài này để chế tạo nano TiO 2 4. Giải pháp giải quyết tình huống. Sử dụng phương pháp sol-gel để tổng hợp vật liệu nano và tiến hành nghiên cứu khả năng phân hủy TNT bằng nano TiO2/SiO2. Từ kết quả nghiên cứu đó mở ra hướng để ứng dụng hệ vật liệu này trong xử lý những hợp chất hữu cơ độc hại và khó phân hủy trong phòng thí nghiệm. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị sử dụng trong nghiên cứu Hóa chất STT Hóa chất 2 Loại Nước sản xuất 1 SiO PA Trung Quốc 2 Tetraetyl orthosilicat (TEOS) PA Sigma - Mỹ 3 Titanium (IV) iso propxide (Ti-(i-pro) ) PA Sigma - Mỹ 4 TiCl PA Trung Quốc 5 NH PA Việt Nam 4 4 3 5 6 NaOH PA Merk - Đức 7 HCl PA Trung Quốc 8 Etanol PA Trung Quốc 9 Isopropanol PA Trung Quốc 10 Axeton PA Trung Quốc 11 Trinitro toluen PA Trung Quốc Dụng cụ, thiết bị Dụng cụ: - Cốc thủy tinh: 250, 500, 1000ml. - Pipét: 10, 25, 50ml. - Bình định mức: 100, 200, 500, 1000ml. - Ống đong: 50, 100, 500, 1000ml. - Cốc nung, giấy pH,… Thiết bị: - Máy khuấy từ; máy khuấy cơ - IKA của Mỹ. - Cân phân tích điện tử - Nò nung Lenton – Anh. - Tủ sấy Trung Quốc. 6 - Tủ sấy chân không - Thiết bị đo phổ phân bố cỡ hạt - Thiết bị kính hiển vi điện tử quyét (SEM, FeSEM) - Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) - Thiết bị đo nhiễu xạ tia X (X-ray) - Thiết bị đo phổ hồng ngoại (IR) - Thiết bị xác định diện tích bề mặt riêng (BET) 5. Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống. 5.1. Phương pháp thực nghiệm. 5.1.1. Lựa chọn và tổng hợp chất nền SiO2 *Lựa chọn chất nền SiO2 Chất nền SiO2 được lựa chọn gồm loại hóa chất tinh khiết của Trung Quốc có phân tử khối trung bình 60,08 phân tử gam và sản phẩm được tổng hợp từ dung dịch TEOS (C8H20O4Si). * Tổng hợp chất nền SiO2 Sản phẩm SiO2 tổng hợp theo phương pháp thủy phân tetraethylorthosilicat (TEOS) trong dung môi etanol khi có mặt NH3. Phương pháp cụ thể như sau: - Cho vào bình dung tích 500ml các chất sau: 111,9 ml dung dịch NH 3 0,0715M (nồng độ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ chuẩn độ axit-bazơ), 15,3 ml nước cất 2 lần, 72,8 ml C 2H5OH. Khuấy hỗn hợp trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng thu được dung dịch A. 7 - Cho vào cốc dung tích 1000ml các chất sau: 18,8 ml dung dịch TEOS và 181,2 ml C2H5OH. Khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng trong 5 phút thu được dung dịch B. - Rót dung dịch A vào dung dịch B, đậy kín, khuấy mạnh toàn bộ hỗn hợp ở nhiệt độ phòng. Sau khi trộn, dung dịch trong suốt chuyển nhanh sang dạng huyền phù, sau 5 phút toàn bộ hỗn hợp chuyển thành huyền phù màu trắng sữa. Để yên 90 phút, ly tâm lấy kết tủa, rửa lại bằng nước cất, tráng bằng axeton, sấy ở 60 0C bằng tủ sấy chân không trong 48 giờ. Sản phẩm thu được có dạng bột mịn, màu trắng. Kích thước hạt và hình dạng của SiO2 được xác định kích thước hạt bằng phương pháp đo phổ phân bố cỡ hạt, x-ray, SEM, TEM. 5.1.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano TiO2/SiO2 Phương pháp sol-gel Quá trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp sol - gel được tiến hành từ các tiền chất TEOS và Ti(i-pro)4. Quá trình tổng hợp được tiến hành theo sơ đồ hình 5.1 như sau: Iso propanol + H2O + HCl + TEOS Etanol + Ti(i-pro)4 KhuÊy 30 Phót Etanol + iso propanol + H2O + HCl Nhá tõ tõ KhuÊy 80oC/ 1giờ Sau ®ã ®Ó yªn 24 giờ Sol - gel SÊy ch©n kh«ng 105oC/ 2 giờ Nung 400  800oC 8 Hình 5.1: Sơ đồ tổng hợp vật liệu TiO2/SiO2 bằng phương pháp sol-gel Để lựa chọn được các điều kiện tổng hợp vật liệu phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành pha tinh thể của nano TiO 2 bao gồm: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung, thời gian nung đến quá trình chuyển pha và kích thước hạt của TiO 2; ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 đến diện tích bề mặt riêng của vật liệu. Quá trình tiến hành nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu được tiến hành theo sơ đồ hình 5.1. Trong đó, tỷ lệ dung môi etanol : isopropanol là 1:1. Tỷ lệ nước thỏa mãn điều kiện số nH2O = 4n(Ti+Si). VTEOS và VTi (i-pro)4 được lấy sao cho TiO2 chiếm tương ứng từ 5; 10; 25 và 50% về khối lượng của TiO2 có trong mẫu thử nghiệm. Nhiệt độ nung được khảo sát từ 400  800oC, thời gian nung từ 2 đến 3 giờ. 5.2. Kết quả tổng hợp vật liệu nano TiO2/SiO2 bằng phương pháp sol-gel 5.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới quá trình chuyển pha của TiO 2 Qua quá trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự hình thành pha của TiO2 thu được các kết quả sau: khi nhiệt độ nung tăng dần thì xu hướng có sự chuyển pha của tình thể TiO 2 từ Anatase sang pha Rutile. Cụ thể là khi nung vật liệu trong khoảng từ 400500oC chỉ xuất hiện pha Anatase, nung ở nhiệt độ lớn hơn 500oC sẽ xuất hiện hai pha Anatase và Rutile còn nếu nung ở nhiệt độ lớn hơn 800oC sẽ xuất hiện thêm pha cristobalite của tinh thể SiO 2. 9 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau MSG3-300 250 240 d=3.509 230 220 210 200 190 180 170 160 150 Lin (Cps) 140 130 120 110 100 70 d=1.474 d=1.681 80 d=1.892 d=2.375 90 60 50 40 30 20 10 0 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thanh mau MSG3-300.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 8 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 98.36 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - Hình 5.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu TiO2/SiO2 nung ở nhiệt độ 500oC 5.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới kích thước hạt của TiO2 Qua quá trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự hình thành pha tinh thể của TiO2 và kích thước hạt, hình thái học của chúng trên bề mặt chất nền SiO2 tại nhiệt độ 500oC là thích hợp hơn cả khi đó vật liệu nano TiO 2/SiO2 thì tinh thể TiO2 hầu như chỉ tồn tại ở pha anatase, sự phân bố các hạt TiO 2 khá đồng đều trên bề mặt SiO2 và kích thước hạt nano TiO2 trong khoảng từ 10nm30nm. Hình 5.3. Ảnh TEM của mẫu TiO2/SiO2 nung ở nhiệt độ 500oC 5.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng TiO 2 có trong các mẫu vật liệu được tổng hợp thì hàm lượng TiO 2 có trong các mẫu được lựa chọn để khảo sát chiếm từ 5%, 10%, 25% và 50% về khối lượng. Quá trình tổng hợp vật liệu được tiến hành khi nhiệt độ nung mẫu là 500 oC trong 2 giờ. Kết quả đo diện tích bề mặt riêng của các mẫu được cho dưới bảng sau: Bảng 5.1. Kết quả đo diện tích bề mặt riêng của các mẫu nano TiO2/SiO2 STT Kí hiệu mẫu % TiO2 (w/w) 10 Sr (m2/g) 1 MSG1 5 625,9 2 MSG2 10 575,1 3 MSG3 25 507,7 4 MSG4 50 373,8 Từ kết quả cho tại bảng 5.1 cho thấy khi hàm lượng của TiO 2 tăng lên thì diện tích bề mặt riêng của các mẫu giảm dần điều này được giải thích là do khi có sự hình thành các hạt nano TiO2 trên bề mặt các hạt SiO2 sẽ làm bít kín một phần các mao quản của vật liệu nền SiO 2 dẫn đến diện tích bề mặt riêng giảm. Sau đây là các đồ thị BET của mẫu MSG3. Vậy có thể sử dụng hệ vật liệu nano TiO 2/SiO2 với tỉ lệ TiO2 khoảng 5-10% là đảm bảo diện tích bề mặt và khả năng xúc tác quang của hệ nano TiO 2/SiO2. 6. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống. Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải nhiễm toluen của vật liệu tổng hợp: Khả năng xúc tác quang hóa của vật liệu được đánh giá thông qua phản ứng phân hủy toluen, quá trình phản ứng được thực hiện như trong hệ thống phản ứng gồm: bình chứa thủy tinh 1 lít, máy khuấy từ với tốc độ 300 vòng/phút, tốc độ bơm 0,75 ml/phút, buồng phản ứng quang công suất 15 W, cường độ bức xạ 1175 lux, bước sóng 254 nm như tại mô hình 6.1 sau. 11 Hình 6.1 Mô hình hệ thống thiết bị phản ứng Quá trình thực nghiệm được tiến hành như sau: Cho 100 mg vật liệu vào bình phản ứng có chứa 1 lít dung dịch toluen nồng độ 50 ppm, nhỏ từ từ 5 ml H 2O2 vào hỗn hợp phản ứng, vừa nhỏ vừa khuấy đến khi hết H2O2 khuấy tiếp thêm 3h. Nồng độ toluen trong dung dịch trước và sau phản ứng được đánh gia qua việc xác định bằng phương pháp đo tổng hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC) trên thiết bị Shimadzu 6800 của Nhật Bản. Bảng 6: Nồng độ toluen theo thời gian phản ứng TT 1 2 3 4 5 6 7 8 Nồng độ TOC Thời (ppm) gian (phút) M0 M1 M2 0 50,5 50,5 50,5 30 48, 35, 38,9 7 4 60 46, 13,7 17,3 5 90 40, 5,1 5,2 4 120 41, 2,5 1,7 0 150 40, 0,7 0,1 8 180 41, 0,1 0,08 3 210 40, 0,1 0,08 9 Hình 6.2 Hiệu suất xử lý toluen của các mẫu M0, M1, M2 theo thời gian Trong đó: Mẫu M0 là chất nền SiO2. Mẫu M1 có hàm lượng TiO2 chiếm 10% về khối lượng. Mẫu M2 có hàm lượng TiO2 chiếm 20% về khối lượng. 12 Kết quả đo diện tích bề mặt riêng của các mẫu M1, M2 lần lượt là 587,7 và 473,8 g/m2. Từ kết quả khảo sát khả năng xúc tác quang hóa của các mẫu vật liệu cho tại bảng 6 và hình 6 cho thấy các mẫu M1, M2 có hiệu suất xử lý tăng xấp xỉ 5 lần so với mẫu M0 chỉ có chất nền SiO 2. Thời gian phản ứng trong khoảng 180 phút, tuy nhiên sau 90 phút thì hiệu suất phản ứng đạt trên 95%. Với thời gian 120 phút đầu của quá trình phản ứng thì hàm lượng TOC có trong dung dịch giảm chậm hơn khi sử dụng xúc tác M2 so với việc sử dụng xúc tác M1 mặc dù hàm lượng TiO 2 ở mẫu M2 cao hơn hai lần mẫu M1. Điều này là do diện tích bề mặt riêng của mẫu M1 lớn hơn so với mẫu M2. Khi có mặt của xúc tác nano TiO 2 thì quá trình phân hủy toluene trong dung dịch xảy ra như sau. Dưới tác dụng của bức xạ UV và chất xúc tác TiO 2 hình thành các lỗ trống mang điện dương (h+VB) và các electron quang sinh (e -CB). Các lỗ trống quang sinh trong môi trường nước sẽ xảy ra các phản ứng để tạo thành gốc hidroxyl còn các electron quang sinh tác dụng với oxi trong môi trường nước hình thành gốc superoxit [21]. TiO2(h+) + H2O OH* + H+ + TiO2 TiO2(e-) + O2 TiO2 + O2- Khi H2O2 được thêm vào trong bình phản ứng thì có nhiều gốc hidroxyl sinh  ra hơn do sự khử H2O2 bởi eCB và O2* [22] theo phản ứng:  eCB + H2O2 → OH- + OH* O2* + H2O2 → OH- + OH* + O2 KẾT LUẬN Qua quá trình khảo sát nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano TiO 2/SiO2 đề tài đã rút ra được một số kết quả như sau: 1. Đã tổng hợp được 500g vật liệu nano TiO 2/SiO2 bằng phương pháp sol gel từ các tiền chất Ti(i-pro) 4 và TEOS với điều kiện lựa chọn phù hợp là: nhiệt độ nung mẫu 500oC, thời gian nung trong 2 giờ. Các mẫu vật liệu tổng hợp được có 13 kích thước các hạt TiO2 trong khoảng 1030nm; tinh thể TiO2 tồn tại chủ yếu ở dạng pha anatase (> 90%); diện tích bề mặt riêng đối với các mẫu chiếm nhỏ hơn 50% khối lượng TiO2 trong khoảng từ 373  625 m2/g. 2. Qua quá trình thử nghiệm cho thấy sản phẩm có thể ứng dụng để xử lý nước thải nhiễm toluen. Định hướng nghiên cứu tiếp theo của để tài nhằm khắc phục hạn chế của việc sử dụng vật liệu nano TiO 2/SiO2 dạng bột trong xử lý các chất hữu cơ độc hại. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Việt Cường, Nguyễn Thế Vinh, “Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang trên cơ sở vật liệu TiO2 – SiO2 và ứng dụng trong xử lý nước nhiễm phenol”, Tạp chí phát triển KH & CN, Tập 12, số 02/2009. 14 [2]. Ngô Tuấn Anh, Nguyễn Đình Lâm, Xúc tác quang hóa TiO 2 “Micro nano composit mang trên vật liệu nano carbon có cấu trúc”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 3(26).2008. [3]. Trương Quang Đức, Lê Hùng, Hoa Hữu Thu, “Nghiên cứu điều chế sét chống TiO2 và hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxi hóa beta-naphtol da cam II”, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, TXX, No1AP, 2004. [4]. Motonobu Kobayashi, Ryoji Kuma, Sinyuki Masaki, Noboru Sugishima, “TiO2/SiO2 and V2O5/TiO2-SiO2 catalyst: Physico-chemical characteristics and catalytic behavior in selective catalytic reduction of NO by NH 3”, Applied Catalysis B: Environmental 60,173–179, 2005. [5]. Rubing Zhang*, Lian Gao, “Effect of peptization on phase transformation of TiO2 nanoparticles” Materials Research Bulletin 36, 1957–1965, 2001. [6]. Nguyễn Tiến Thảo, Nguyễn Thị Ngoan, Đặng Văn Long, “Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của TiO2/SiO2 trong phản ứng oxi hóa stiren”, tạp chí Phát triển Khoa học và công nghệ, tập 12, số 03/2009. 15