Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Tải bản đầy đủ - 0trang

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN



Cường độ tín hiệu (a.u.)



500-1

500-1

500-2

500-2



20



30



40



50



60



70



80



2 theta (o)

Hình 4.16. Phổ XRD của xúc tác TiO2 – N xử lý ở 500 oC trong các thời gian khác

nhau : 1) 1 h, 2) 2 h, 3) 3 h

Phổ XRD của xúc tác TiO2 – N được xử lý ở nhiệt độ 500 oC trong 1 h, 2 h, 3 h

cũng xuất hiện các đỉnh đặc trưng cho pha anatase ở các góc 2 = 25,3; 38,3; 49; 54,3

và 55,7o (Hình 4.2). Khi xử lý xúc tác ở 3 h, ta thấy xuất hiện các đỉnh đặc trưng cho

pha rutile ở các góc 2 = 27,5o; 36,7o, 41,7o. Về cường độ, khi hoạt hóa xúc tác ở 500

o



C – 2 h thì cường độ đỉnh tín hiệu là cao nhất và giảm mạnh khi nung xúc tác cũng



cùng nhiệt độ đó nhưng ở thời gian 1 h và 3 h.

Nhìn chung khi nung ở 550 oC trong 2 h hoặc 500 oC trong 3 h, quá trình chuyển

pha xuất hiện. Cường độ tín hiệu càng mạnh khi nhiệt độ nung càng cao. Thời gian

nung càng dài sẽ làm cường độ đỉnh tín hiệu tăng nhưng tăng đến một giới hạn nhất

định sẽ giảm.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Bảng 4.2. Kích thước trung bình tinh thể TiO2 – N tính theo giản đồ XRD tại

2 = 25,30 (dcrys) của các xúc tác

Xúc tác



dcrys (nm)



TiO2 – N (450 – 2 h)



6,08



TiO2 – N (500 – 2 h)



7,1



TiO2 – N (550 – 2 h)



9,45



TiO2 – N (500 – 1 h)



14,92



TiO2 – N (500 – 3 h)



23,62



30

25



23.62



20

14.92



15

9.45



10

6.08



7.09



5

0



450-2



500-2



550-2



500-1



500-3



Hình 4.17. Đường kính tinh thể của các xúc tác được xử lý ở các chế độ khác nhau

Dựa vào phổ XRD, tại góc quét 2 = 25,3o, kích thước trung bình hạt được xác

định theo cơng thức (3.3) và được trình bày trong bảng 4.1 và được biểu thị rõ nét hơn

qua hình 4.3. Theo đó, ta thấy kích thước tinh thể của mẫu TiO2 – N nung ở 450 – 2 h

là 6,08 nm. Khi tăng nhiệt độ nung lên, kích thước tinh thể sẽ tăng lên và sẽ tăng mạnh

hơn khi nung tới 550 oC, lúc này thành phần pha cũng thay đổi. Ở cùng nhiệt độ 500

o



C, kích thước tinh thể khi nung trong 2 h là nhỏ nhất (7,1 nm) và tăng mạnh khi nung



trong 3 h (23,62 nm), đồng thời thành phần pha cũng thay đổi.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1.2. Phổ Raman



Cường độ tín hiệu (a.u.)



500 - 2

500 - 3

550 - 2



100



200



300



400



500



600



700



800



Số sóng (cm-1)

Hình 4.18. Phổ Raman của xúc tác TiO2 – N được xử lý ở các điều kiện khác nhau:

1) 500 oC – 2 h, 2) 500 oC – 3 h, 3) 550 oC – 2 h

Từ kết quả phổ Raman của các xúc tác TiO2 – N được xử lý ở các điều kiện khác

nhau, phổ của các xúc tác đều có các đỉnh đặc trưng của anatase tại số sóng 144, 398,

516 và 640 cm-1. Trong đó, đỉnh Eg tại 144 và 640 cm-1, B1g là đỉnh tại 398 cm-1 và A1g

là đỉnh tại 516 cm-1. Đỉnh Eg được hình thành chủ yếu bởi dao động kéo dãn đối xứng

của liên kết O-Ti-O trong TiO2, đỉnh B1g được hình thành bởi dao động uốn của liên

kết O-Ti-O và A1g là đỉnh được tạo thành do dao động uốn bất đối xứng của liên kết OTi-O. Xét phổ Raman của hai xúc tác TiO2 – N có cùng thời gian nung 2 h, nhận thấy

tất cả các đỉnh Eg, B1g, A1g của xúc tác nung ở 500 oC đều có cường độ lớn hơn các

đỉnh của xúc tác nung ở 550 oC, trong đó đỉnh Eg có cường độ rất lớn. Điều này có thể

là do số dao động của liên kết O-Ti-O trong xúc tác TiO2 – N (500 oC – 2 h), đặc biệt

là dao động kéo dãn đối xứng lớn hơn rất nhiều so với xúc tác TiO2 – N (550 oC – 2 h).

Phổ Raman của hai xúc tác TiO2 – N có cùng nhiệt độ nung 500 oC cho thấy tất cả các

đỉnh của xúc tác nung trong 2 h đều có cường độ lớn hơn rất nhiều so với khi nung

trong 3 h. Điều này cho thấy khi tăng thời gian nung xúc tác có tác dụng khiến cho cấu

trúc xúc tác xếp chặt hơn, ít linh động hơn.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1.3. Hình thái bề mặt xúc tác

4.1.3.1. Ảnh SEM của các xúc tác



Hình 4.19. Ảnh SEM xúc tác TiO2 – N nung ở 500 oC – 2 h



Hình 4.20. Ảnh SEM xúc tác TiO2 – N nung ở 550 oC – 2 h



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN



Hình 4.21. Ảnh SEM xúc tác TiO2 – N nung ở 500 oC – 3 h

Dựa trên ảnh SEM của xúc tác qua các hình 4.5 – 4.7, nhận thấy các hạt xúc tác

đều có dạng hình cầu và có sự phân bố hạt khá đồng đều, giữa các hạt là khoảng không

gian tạo nên độ xốp của xúc tác. Tuy nhiên có xảy ra hiện tượng kết khối xúc tác làm

giảm diện tích bề mặt riêng. Điều này có thể do ảnh hưởng bởi kỹ thuật và điều kiện

nhiệt độ,... trong quá trình điều chế xúc tác. Riêng xúc tác được nung ở 500 oC– 3 h có

sự kết khối nhiều hơn. Điều này có thể được lí giải do mẫu bị thiêu kết khi thời gian

nung dài.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN



4.1.3.2. Ảnh TEM của các xúc tác



Hình 4.22. Ảnh SEM xúc tác TiO2 – N nung ở 500 oC – 2 h



Hình 4.23. Ảnh SEM xúc tác TiO2 – N nung ở 550 oC – 2 h



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN



Hình 4.24. Ảnh SEM xúc tác TiO2 – N nung ở 500 oC – 3 h

Ảnh TEM của xúc tác được trình bày qua các hình 4.7 – 4.9 trên. Qua đó, có thể

nhận thấy các xúc tác có dạng hình cầu, kích thước của xúc tác tương đối đồng đều,

TiO2 - N được nung ở 500 oC – 2 h dao động khoảng 15 – 20 nm, mẫu nung ở 550 oC –

2 h có kích thước lớn hơn, dao động khoảng 15 – 20 nm. Kích thước lớn nhất của mẫu

khi được nung ở 500 oC – 3 h. Kết quả TEM cũng tương đối phù hợp với kết quả ảnh

SEM, kích thước hạt tính theo phổ XRD.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN



4.1.4. Phổ IR

100



Độ truyền qua (%)



450



500



550



95

90

85

80

3600



3200



2800



2400



2000



1600



1200



800



400



Số sóng (cm-1)

Hình 4.25. Phổ IR của xúc tác TiO2 – N nung ở các nhiệt độ khác nhau

1) 450 oC, 2) 500 oC, 3) 550 oC

Quan sát phổ IR của xúc tác TiO2 – N khi nung ở các nhiệt độ 450 oC, 500 oC, 550

o



C, ta thấy đều dao động của nhóm OH bề mặt với số sóng ν = 3400 cm-1, nước tự do



với số sóng ν = 1640 cm-1 và các dao động của TiO2 gồm dao động của liên kết trong

TiO2 với các dao động Ti–O ở khoảng ν = 653 – 550 cm-1 và Ti–O–Ti ở khoảng ν =

495 – 436 cm-1. Các dao động này cũng có thể của các liên kết O–Ti–N ở 486 cm-1, N–

Ti–N ở 1623 cm-1 [43]. Tuy nhiên, cường độ tín hiệu của các mẫu khơng giống nhau.

Khi nung ở 450 oC, tín hiệu của nhóm OH xuất hiện chưa rõ. Nó chỉ xuất hiện rõ khi

nhiệt độ nung tăng đến 500 oC và lại giảm mạnh khi tiếp tục tăng nhiệt độ nung lên

550 oC. Điều này có thể giải thích là khi nung xúc tác ở 450 oC, nước trong TiO2 được

dehydrat hóa và nhóm OH cấu trúc chưa hình thành. Nhóm OH hình thành khi tăng

nhiệt độ nung đến 500 oC, nhưng nếu tăng nhiệt độ nung đến 550 oC số lượng nhóm

OH cấu trúc giảm. Đối với tín hiệu của nước phân tử thì cường độ tín hiệu giảm dần

khi tăng nhiệt độ nung xúc tác, vì ở nhiệt độ càng cao thì quá trình tách loại nước càng

tốt.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN



Độ truyền qua (%)



100



500-1



500-2



500-3



95

90

85

80

3600



3200



2800



2400



2000



1600



1200



800



400



Số sóng (cm-1)

Hình 4.26. Phổ IR của xúc tác TiO2 – N nung ở 500 oC trong các thời gian khác nhau

1) 1 h, 2) 2 h, 3) 3 h

Phổ IR của xúc tác TiO2 – N được nung ở 500 oC trong các thời gian 1 h, 2 h và 3

h (Hình 4.12) cho thấy dao động của nhóm OH và của nước gần như xấp xỉ nhau. Điều

này dẫn đến thời gian nung làm ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng hấp phụ hơi

nước cũng như hàm lượng OH trên bề mặt các xúc tác.

Như vậy, dựa vào phổ IR của các xúc tác, ta có thể rút ra các nhận xét sau: Thứ

nhất, phổ IR của các xúc tác đều có dao động của nhóm OH bề mặt và các dao động

của TiO2 gồm dao động của liên kết trong TiO2 với các dao động Ti–O ở khoảng 653 –

550 cm-1 và Ti–O–Ti, O–Ti–N và N–Ti–N. Thứ hai, nhiệt độ nung xúc tác càng cao,

lượng nước tự do trên bề mặt càng nhỏ. Thứ ba, thời gian nung xúc tác khơng làm ảnh

hưởng đáng kể đến sự hình thành nhóm OH và lượng nước tự do trên bề mặt.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1.5. Diện tích bề mặt riêng, độ xốp và kích thước lỗ xốp

Bảng 4.3. Kích thước hạt theo ảnh SEM (dparticle ), diện tích bề mặt riêng (SBET),

thể tích lỗ xốp (MV) và kích thước lỗ xốp (Rp) của các xúc tác

Xúc tác



dparticle

(nm)



SBET

(m2/g)



MV

(cm3/g)



Rp

(Å)



TiO2 – N (500 – 2 h)



10 - 15



19,361



0,013



9,9



TiO2 – N (550 – 2 h)



15 - 20



17,498



0,012



9,8



TiO2 – N (500 – 3 h)



20 - 25



27,673



0,019



9,9



Kết quả diện tích bề mặt riêng, độ xốp và kích thước lỗ xốp được trình bày trong

bảng 4.1. So sánh với diện tích bề mặt riêng của TiO2 chưa biến tính [44], ta thấy khi

đưa nitơ vào có xuất hiện pha rutile nên diện tích bề mặt riêng của xúc tác sẽ giảm.

Điều này phù hợp với các nghiên cứu [41, 45]. Kích thước lỗ xốp của xúc tác TiO2

nung ở 500 oC, 550 oC trong 2 h là gần tương đương nhau và nhỏ hơn so với khi được

nung ở 500 oC – 3 h. Ta thấy kết quả khá phù hợp với kết quả thực nghiệm khi xúc tác

có độ chuyển hóa cao nhất ở chế độ nung 500 oC – 2 h vì kích thước hạt càng nhỏ thì

khả năng hấp phụ của xúc tác càng tốt. Bên cạnh đó, kích thước lỗ xốp của TiO 2 – N

khi nung ở 500 oC và 550 oC trong 2 h gần tương đương nhau nhưng thể tích lỗ xốp

khi nung ở 500 oC lớn hơn. Điều này có thể được giải thích do nung ở nhiệt độ càng

lớn, xúc tác có thể bị thiêu kết, dẫn tới diện tích bề mặt riêng giảm.



KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1.6. Phổ UV – VIS

1.2

450



1.0

Độ hấp thụ



500

0.8



550



0.6

0.4

0.2

0.0

200



300



400



500



600



700



800



Bước sóng, nm

Hình 4.27. Phổ UV – VIS xúc tác TiO2 – N nung ở các nhiệt độ khác nhau trong 2 h

1) 450 oC, 2) 500 oC, 3) 550 oC

Kết quả đo UV-Vis của xúc tác TiO2 – N nung ở các nhiệt độ 450 oC, 500 oC, 550

o



C trong 2 h được thể hiện qua hình 4.12. Từ đó, ta thu được giá trị bước sóng hấp thu



và năng lượng vùng cấm của 3 xúc tác được thể hiện qua hình 4.13. Năng lượng vùng

cấm được tính bằng phương pháp phổ biến dựa trên đường Tauc. Mối quan hệ giữa

(K.hv)1/2 và (hv) được xây dụng để xác định vùng cấm Eg. Trong đó, K là hệ số phản

xạ từ Kubelka – Munk chuyển đổi K = (1 – R)2/2R; Eg được xác định tại giao điểm của

đường tiếp tuyến và trục hoành.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×