Xuc tac quang hoa

Views:
 
Category: Education
     
 

Presentation Description

Xúc tác quang hóa

Comments

Presentation Transcript

Slide 1:

SEMINAR MÔN HỌC HÓA HỌC VÀ VẬT LIỆU XÚC TÁC Chủ đề : Xúc tác quang hóa Thực hiện: Tào Văn Thuận

Slide 2:

KHÁI NIỆM XÚC TÁC QUANG HÓA K hái niệm x ú c tác quang t rong hoá học nó dùng để nói đến những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra. - Ví dụ : Phản ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của ánh sáng thông qua TiO2.

Slide 3:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN Phân loại : Xúc tác quang hóa đồng thể và xúc tác dị thể Xúc tác đồng thể: Trong quang xúc tác đồng thể, các chất phản ứng và xúc tác quang tồn tại trong cùng một pha. Các chất xúc tác quang đồng nhất được sử dụng phổ biến nhất bao gồm ozone và hệ thống Fenton (Fe  +  và Fe  +  / H  2  O  2  ).  . Cơ chế tạo gốc hydroxyl bằng ozone có thể đi theo hai con đường

Slide 4:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN Phân loại : Xúc tác quang hóa đồng thể và xúc tác dị thể Xúc tác đồng thể: H ệ thống Fenton tạo ra các gốc hydroxyl theo cơ chế sau  Ưu điểm chính của quá trình này là khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời với độ nhạy sáng lên tới 450nm, do đó tránh được chi phí cao của đèn UV và năng lượng điện.

Slide 5:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Xúc tác dị thể : Xúc tác dị thể có chất xúc tác trong một pha khác với các chất phản ứng - Các giai đoạn của phản ứng xúc tác quang hóa dị thể: GĐ 1: Khuếch tán chất phản ứng tới bề mặt của xúc tác ; GĐ 2 : Các chất tham gia phản ứng được hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác ; GĐ 3 : Vật liệu quang xúc tác hấp thụ photon ánh sáng, electron chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích với sự chuyển mức năng lượng của electron. .

Slide 6:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN GĐ 4 : - Phản ứng quang hóa được chia làm 2 giai đoạn nhỏ: Phản ứng quang hóa sơ cấp trong đó các phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ. Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp. GĐ5: Nhả hấp phụ các sản phẩm GĐ6: - Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng .

Slide 7:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN 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. Có giá thành rẻ, dễ chế tạo, bền trong quá trình sử dụng, dễ th hồi và không gây ô nhiễm Các chất xúc tác quang phổ biến là các oxit và chất bán dẫn kim loại chuyển tiếp,

Slide 8:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cơ chế phản ứng quang hóa : Khi được chiếu sáng có năng lượng photon (h υ) thích hợp, bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg (hv ≥ Eg), thì sẽ tạo ra các cặp electron (e- ) và lỗ trống (h+ ). Các electron được chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ trống ở lại vùng hoá trị. Các phân tử của chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại: • Các ph â n tử có khả năng nhận electron (acceptor). • Các ph â n tử có khả năng cho electron (donor).

Slide 9:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cơ chế phản ứng quang hóa : h υ + ( SC) → e- + h+ A(ads) + e- → A- (ads) D(ads) + h+ → D+ (ads)

Slide 10:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cơ chế phản ứng quang hóa TiO2 :

Slide 11:

KHÁI NIỆM CƠ BẢN SỰ HÌNH THÀNH GỐC OH * VÀ O 2 - Chính các gốc OH* và O 2 - với vai trò quan trọng ngang nhau có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ thành H 2 O và CO 2.

Slide 12:

- Các giai đoạn của quá trình phản ứng với xúc tác dị thể: Bước 1 : Hấp thụ photon tạo th à nh cặp h + /e - Catalyst + hv →   e -  + h +                                                             Bước 2 : Tương t á c của cặp h + /e - với c á c chất trong phản ứng dẫn đến tạo th à nh gốc tự do OH . : h +   +  RX ad   →  RX + ad h +   +  H 2 O ads   →  OH ad ▪    +  H +  h +   +  OH - ad   →  OH ▪ ad H 2 O   →  OH ad -   +   H + e -    +  O 2    →   O 2 - O 2 -    + H +    →   HO 2 ▪ H +    +   O 2 -    +  HO 2 ▪  →   H 2 O 2    +   O 2 Bước 3 : Gốc OH ▪   oxi h ó a c á c chất hữu cơ gây ô nhiễm ( RX ad ) trên bề mặt vật liệu x ú c t á c . H 2 O 2    +  hv    →   2OH ▪ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Slide 13:

- Các yếu tố chi phối tới tốc độ của phản ứng xúc tác quang hóa : Lượng xúc tác (A)/ Độ dài bước sóng (B)/ Nồng độ chất phản ứng (C)/ Cường độ bức xạ (D). PHẢN ỨNG XÚC TÁC QUANG HÓA

Slide 14:

CÁC CHẤT SỬ DỤNG LÀM CHẤT XÚC TÁC Compound Eg (eV) χ* BeO 10.5 3.15 B 2 O 3 8.45 3.45 MgO 7.8 2.86 Al 2 O 3 6.96 3.18 Si 2 O 2 9.24 3.38 CaO 6.26 2.26 TiO 2 3.6 3.12 Cr 2 O 3 2.58 3.22 MnO 4 3.13 FeO 3.2 3.33 CoO 3.2 3.37 NiO 2.86 3.38 Cu 2 O 2.04 3.38 ZnO 3.3 3.25 Ga 2 O 3 5.4 3.3 GeO 2 5.35 3.44 Se 2 O 3 5 3.64 SrO 6.5 2.11 MoO 3 2.74 3.51 CdO 2.5 3.24 In 2 O 3 3.55 3.31 SnO 2 3.57 3.41 BaO 5.2 1.9 La 2 O 3 5.5 2.5 CeO 2 3.78 2.54 Pr 2 O 3 3.8 2.56 Nd 2 O 3 4.6 2.58 Sm 2 O 3 5 2.64 Eu 2 O 3 4.3 2.69 Gd 2 O 3 5.4 2.69 Tb 2 O 3 3.8 2.69 Dy 2 O 3 4.9 2.72 Ho 2 O 3 5.3 2.74 Er 2 O 3 5.3 2.76 Tm 2 O 3 5.4 2.77 Yb 2 O 3 4.9 2.5 Lu 2 O 3 5.5 2.8 HgO 2.58 3.43 Tl 2 O 3 2.25 3.19 PbO 2.75 3.57 Bi 2 O 3 2.85 3.44 - Các oxit :

Slide 15:

CÁC CHẤT SỬ DỤNG LÀM CHẤT XÚC TÁC - Một số muối của Ag : Ag 3 PO 4 : 2.43eV ; Ag 3 AsO 4 : 1,88eV … - Về nguyên tắc : Mọi chất đều có thể trở thành một chất xúc tác quang hóa . Vấn đề đặt ra là tìm được một bước sóng phù hợp để kích hoạt và hiệu quả hoạt động của nó . - Hiện nay TiO 2 được ứng dụng rộng nhất. Tuy nhiên, bước sóng kích hoạt nằm trong vùng tử ngoại. - Trộn thêm các nguyên tố khác : Fe, Pt, C, N, S… lên TiO 2 để giảm năng lượng kích hoạt . - Sử dụng vật liệu xúc tác có NL kích hoạt trong vùng khả kiến ; Kết hợp với TiO 2

Slide 16:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TRONG MÔI TRƯỜNG Thanh lọc không khí Thanh lọc nước Xử lý chất thải nguy hại Tự làm sạch các tòa nhà cao tầng Chống bám bẩn Khử mùi , diệt vi khuẩn Xúc tác trong tổng hợp hữu cơ

Slide 17:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA THANH LỌC KHÔNG KHÍ

Slide 18:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI

Slide 19:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA XỬ LÝ CHẤT THẢI NGUY HẠI

Slide 20:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA TỰ LÀM SẠCH

Slide 21:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA DiỆT KHUẨN

Slide 22:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA XỬ LÝ NƯỚC

Slide 23:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ - Phản ứng oxy hóa : - Phương trình phản ứng : - Cơ chế : TiO2

Slide 24:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Reductive dehalogenation

Slide 25:

ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ - Phản ứng oxy hóa :

Slide 26:

ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Phản ứng khử : Khử hợp chất –NO2  NH2 - Trong dung môi cồn : - Không dung môi :

Slide 27:

ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Phản ứng khử : Khử CO2 thành các hợp chất hữu cơ

Slide 28:

ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ Một số phản ứng khác :

Slide 29:

ỨNG DỤNG CỦA XÚC TÁC QUANG HÓA ỨNG DỤNG TÁCH H 2 TỪ H 2 O

Slide 30:

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG -P hương pháp thủy nhiệt, Phương pháp hóa học, phản ứng trực tiếp - Phương pháp vi sóng -P hương pháp sấy đông lạnh -P hương pháp nhiệt bốc hơi -P hương pháp sol-gel hoặc nghiền cơ học - Gần đây, phương pháp phun điện thế quay được sử dụng như một bước tiến kỹ thuật mới trong việc chế tạo ra các vật liệu compozit dạng màng có cấu trúc sợi nano

Slide 31:

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG 1 6 8 7 4 5 3 2 Cấu tạo máy phun điện thế quay Electrospinning: 1. Bơm đẩy; 2. Xy-lanh; 3. Dung dịch phun; 4. Kim phun inox; 5. Chùm tia dung dịch; 6. Giọt dung dịch tích điện dương; 7. Tấm thu sợi nối với điện cực âm; 8. Bộ cấp nguồn cao thế. Thiết bị phu điện thế quay tổng hợp sợi nano TiO2 có tính chất quang hóa

authorStream Live Help