Luận án Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu Nano Titandioxit pha tạp

oạt tính chưa phủ làm mẫu so sánh. 
Mẫu xúc tác (0,1 g) và dung dịch phản ứng (MO, MB, 5 mg/l) được cho vào 
lọ phản ứng bằng quartz (15 ml), miệng ống được gắn chặt bằng nắp cao su, có nắp 
nhôm bao ngoài. Thí nghiệm được đặt trên hệ thống trộn quay (RM 5 Rotating 
Mixer 230 V/60 Hz ) (hình 2.6). 
Hình 2.6: Hệ phản ứng quang xúc tác dạng lớp phủ 
Quá trình hấp phụ (không bức xạ, hệ được đặt trong bóng tối) và quá trình 
quang xúc tác dưới bức xạ UVA (λ = 365 nm; 18W x 6; Narva LT 18 W) và đèn 
nhìn thấy (18W x 6, Narva LT 18 W) được thực hiện đồng thời. Mẫu định kỳ được 
hút ra bằng xi lanh, đem đo quang phổ UV-Vis rồi trả lại lọ phản ứng để tiếp tục thí 
nghiệm. 
* Vật liệu phủ trên nền polyuretan (nội dung nghiên cứu được thực hiện tại trường 
Đại học kỹ thuật tổng hợp Dresden, Đức) 
Quy trình đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu phủ trên nền 
polyuretan tương tự như quy trình đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu phủ 
53 
trên nền than hoạt tính. Mẫu vật liệu sử dụng để đánh giá hoạt tính quang xúc tác là 
Cr,N-TiO2/PU. Lượng PU đã phủ xúc tác tham gia phản ứng là 0,2 g. 
2.2.2.2. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác trong xử lý nước thải dệt nhuộm 
* Đặc điểm nguồn nước thải dệt nhuộm: 
+ Nước thải từ công đoạn nhuộm của công ty cổ phần Dệt kim Hà Nội. 
+ Loại thuốc nhuộm: thuốc nhuộm xanh hoạt tính 
+ Thành phần dung dịch nhuộm như sau: 
H a chất Hàm lượng 
Hỗn hợp thuốc nhuộm hoạt tính: 
- Drimaren yellow CL-2R 
- Drimaren red CL-5B 
- Drimaren navy CL-RP) 
1,9 g/l 
Na2SO4 40 g/l 
Na2CO3 2,5 g/l 
NaOH 1,0 g/l 
+ Độ tận trích: 40 – 60% 
+ Đặc trưng ô nhiễm: pH: 13; độ màu: 4853 (Pt-Co); COD: 743 (mgO2/l) 
* Quy trình thí nghiệm 
Mẫu vật liệu sử dụng để đánh giá hoạt tính quang xúc tác trong xử lý nước 
thải dệt nhuộm là TiO2 pha tạp đồng thời Cr, N dạng bột và dạng lớp phủ trên than 
hoạt tính. 
Nguồn bức xạ: Đèn UVA (λ = 365 nm ; Công suất 32W; hãng Philip, Hà 
Lan) và đèn LED (λ = 450 – 500 nm; 32 W, Trung Quốc). 
Thí nghiệm được thực hiện trong thiết bị phản ứng dung tích 250 ml. Thể 
tích mẫu nước thải dệt nhuộm 200 ml. Hệ phản ứng được đặt trên máy khuấy từ. Hệ 
đèn bức xạ chiếu thẳng góc với hệ phản ứng. 
Mẫu nước thải xử lý được lấy định kỳ theo thời gian. Sau đó, mẫu được đo 
độ màu và COD. 
54 
2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 
2.3.1. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu 
2.3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 
Phương pháp này chi phép xác định pha cấu trúc, phân tích định tính, định 
lượng các pha tinh thể và kích thước hạt tinh thể theo công thức Scherrer: 
D = 
Kλ 
 (2.1) 
βcosθ 
Trong đó, D là kích thước hạt tinh thể cần xác định, K là thừa số hình dạng, λ 
là độ dài bước sóng nhiễu xạ tia X, β là độ bán rộng vạch phổ nhiễu xạ, θ là góc 
nhiễu xạ. 
Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của tất cả các mẫu được ghi trên máy D8 - 
Advance và Siemen D5000, ống phát tia rơnghen làm bằng Cu với bước sóng 
kα=1,5406 Å, điện áp 30kV, cường độ 25 mA, góc quét 2 thay đổi từ 10 đến 70
o
, 
tốc độ quét 2o/phút tại nhiệt độ phòng (25oC). Các mẫu được đo tại trường đại học 
Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội. 
2.3.1.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là thiết bị nghiên cứu sử dụng chùm 
điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu nhỏ và sử dụng các thấu kính để 
tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn 
huỳnh quang, trên phim quang học hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. 
Chế độ tạo ảnh mạnh của TEM là ảnh hiển vị điện tử truyền qua độ phân giải cao, 
cho phép quan sát các mặt tinh thể với độ tương phản tốt, tuy nhiên chế độ này chỉ 
có thể thực hiện khi mẫu đủ mỏng và quang sai của kính đủ nhỏ cho phép. Trong 
luận án này, mục đích sử dụng phương pháp này nhằm xác định kích thước của các 
hạt nano TiO2 sau tổng hợp. 
Các mẫu được tiến hành đo phổ trên thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua 
JEM1010, tại viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương có các thông số M = x50 – 
x600.000, δ = 3Å, U = 40-100 kV. 
55 
2.3.1.3. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Vis-DR) 
Phổ UV-Vis-DR cung cấp các thông tin về các dạng tồn tại của một số kim 
loại đa hóa trị trong oxit và cho phép tính các năng lượng vùng cấm của một số chất 
bán dẫn Phương pháp này sử dụng trong luận án nhằm xác định sự thay đổi năng 
lượng vùng cấm của TiO2 khi thay đổi hàm lượng kim loại pha tạp, xác định dạng 
tồn tại của các kim loại pha tạp trong cấu trúc tinh thể TiO2. 
Các mẫu được đo trên phổ hấp thụ điện tử UV-Vis trên máy GBC 
Instrument-2885 trong vùng từ 200-800 nm tại trường đại học Sư phạm Hà Nội. 
2.3.1.4. Phương pháp đo bề mặt riêng (BET) 
Phương trình BET được đưa ra bởi Brunauer, Emmett và Teller (1929) được 
áp dụng để xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu. Phương trình biểu diễn có 
dạng sau: 
P 
= 
1 
+ 
C - 1 . P (2.2) 
V(P0-P) Vm.C Vm.C P0 
 Trong đó: 
 P : áp suất cân bằng. 
 Po : áp suất hơi bão hoà của chất hấp phụ ở nhiệt độ thực nghiệm. 
 V : thể tích của khí hấp phụ ở áp suất P. 
 Vm :thể tích của lớp hấp phụ đơn phân tử tính cho một gam chất rắn trong 
điều kiện tiêu chuẩn. 
 C : hằng số BET. C = exp[(q - ql)/RT] 
 q : nhiệt hấp phụ của lớp đầu tiên. 
 ql : nhiệt hấp phụ của khí hoá lỏng trên tất cả các lớp khác. 
 R : hằng số khí. 
 T : nhiệt độ Kelvin. 
Xây dựng giản đồ mà P/V(Po - P) phụ thuộc vào P/Po sẽ nhận được một đoạn 
thẳng trong khoảng 0,05 - 0,3. Độ nghiêng (tg ) và tung độ của đoạn thẳng OA cho 
phép xác định thể tích của lớp phủ đơn lớp (lớp đơn phân tử) Vm và hằng số C. 
56 
Hình 2.7: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P /V(Po - P) theo P/Po 
Diện tích bề mặt riêng SBET (m
2
.g
-1) là đặc trưng cho khả năng hấp phụ đơn 
lớp phân tử, có thể được tính theo phương trình sau: 
 SBET = (Vm/M).N.Am.10
-18
 (2.3) 
Trong đó: 
M : khối lượng phân tử . 
Am : tiết diện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ. 
Trong trường hợp hấp phụ N2 ở 77
o
K, Am = 0,162 nm
2
. 
N : số Avogadro ( N = 6,023.1023 phân tử /mol ) 
Khi đó: SBET = 4,35.Vm 
Trong luận án này, phương pháp đo bề mặt riêng BET được dùng để xác 
định diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu với các hình thái khác nhau. 
Các mẫu được tiến hành đo ở nhiệt độ 77,3oK, chất bị hấp phụ là N2, trên 
thiết bị Micromeritics TriStar II 3020 (V1.03). Bề mặt riêng được xác định sử dụng 
phương trình BET ở vùng áp suất tương đối P/Po thấp (0,05≤P/Po≤0,30). 
2.3.1.5. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) 
Phổ quang điện tử tia X cho biết thành phần và trạng thái hóa học của các 
thành phần trên bề mặt vật liệu. Trong luận án này, phương pháp này được sử dụng 
để xác định thành phần và trạng thái hóa học của các nguyên tố có trong mẫu vật 
liệu TiO2 pha tạp đã chế tạo. Các mẫu được tiến hành phân tích trên máy JEOL JPS-
9010 Series tại Viện xúc tác Leibniz, Đức. 
57 
2.3.1.6. Phương pháp thế zeta 
Tính chất và điện tích bề mặt liên quan mật thiết đến trạng thái vật lý của hạt, 
độ ổn định trong các môi trường khác nhau, xu hướng co cụm, và sự tương tác với 
các chất khác trong dung dịch. Phép đo thế thế zeta là phép đo điện tích thực của hạt 
một cách gián tiếp. 
Các mẫu được tiến hành đo trên thiết bị Zetasizer Ver. 6.20 (Malvern), viện 
Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 
2.3.1.7. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) 
Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường cung cấp thông tin về hình thái học 
bề mặt vật liệu với độ phóng đại từ 10x đến 300.000x. So sánh với phương pháp 
kính hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp này thu được hình ảnh rõ nét hơn, 
hình ảnh tĩnh điện ít bị bóp méo với độ phân giải không gian tốt hơn 3 – 6 lần. 
Trong luận án này, phương pháp FESEM được sử dụng để xác định hình thái học, 
kích thước tinh thể trên bề mặt các lớp màng phủ TiO2 mà không thể xác định được 
bằng phương pháp TEM. 
Các mẫu được đo trên thiết bị kính hiển vi điện tử quét phân giải cao tại Viện 
Vệ sinh Dịch tễ Trung ương S-4800 (M: x25 - x800.000, d = 1nm, U=0,5-30kV). 
2.3.1.8. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) 
Phổ hấp thụ hồng ngoại cung cấp thông tin về năng lượng dao động đặc 
trưng của các nhóm nguyên tử, phân tử trong vật liệu, từ giá trị năng lượng của dải 
hấp thụ, ta có thể biết được thành phần hóa học, dạng liên kết và kiểu dao động của 
chúng. 
Phổ IR của các mẫu vật liệu được ghi theo kỹ thuật ép viên với KBr trên máy 
Impact 410 – Nicolet (Đức), Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ 
Việt Nam. 
58 
2.3.2. Các phương pháp phân tích chất lượng nước thải dệt nhuộm trước và sau 
xử lý 
Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu đã tổng hợp được đánh giá 
qua các thông số độ màu, COD. Các phép đo được thực hiện trên các thiết bị và 
theo các phương pháp như sau: 
- pH của các mẫu được đo trên máy SevenCompact™ pH/Ion S220. 
- Độ màu: Phương pháp xác định độ màu (Pt-Co) được tiến hành theo các 
quy trình trong tài liệu [99]. 
- COD: Phương pháp phân tích COD được tiến hành theo các quy trình trong 
các tài liệu [99, 100]. 
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 
2.4.1. Xác định hằng số tốc độ phản ứng 
Động học Langmuir-Hinshelwood (LH) là biểu thức động học phổ biến nhất 
để giải thích động học của quá trình xúc tác dị thể. Biểu thức Langmuir-
Hinshelwood giải thích động học của hệ xúc tác dị thể được biểu diễn như sau: 
 r = -dC/dt = kθ (2.4) 
Trong mô hình này, tốc độ của phản ứng (r) tỉ lệ với phần bề mặt bị bao phủ 
bởi cơ chất (θ). 
Xem xét phương trình Langmuir: 
 θ = KC/(1+KC) (2.5) 
 r = -dC/dt = kθ = kKC/(1+KC) (2.6) 
Vì k là hằng số tốc độ thực, nó bị ảnh hưởng bởi một vài thông số như khối 
lượng xúc tác, dòng photon hiệu quả, lớp O2, K là hằng số của cân bằng hấp phụ 
L-H. Trong nghiên cứu quang xúc tác, giá trị K thu được theo kinh nghiệm qua 
nghiên cứu động học trong sự có mặt của ánh sáng. C là nồng độ thuốc nhuộm ở 
thời gian t bất kỳ. Phương trình được lấy tích phân và trở thành: 
 ln(C0/C) + K(C0-C) = kKt (2.7) 
59 
Trong đó C0 là nồng độ thuốc nhuộm ban đầu và t là thời gian bức xạ. Phương 
trình (2.6) sẽ trở thành bậc 0 khi nồng độ C (mol/l) tương đối cao > 5x10-3, KC >>1, 
khi đó tốc độ phản ứng là lớn nhất. Khi dung dịch bị pha rất loãng, C (mol/l) < 10-3, 
KC << 1, mẫu số của phương trình (2.6) không đáng kể và phản ứng trở thành phản 
ứng bậc 1 biểu kiến: 
 r = -dC/dt = kKC = kapC (2.8) 
Trong đó kap là hằng số tốc độ biểu kiến của phản ứng giả bậc 1. Do đó, 
phương trình (2.7) có thể đơn giản hóa thành phản ứng bậc 1 khi C0 rất nhỏ: 
 ln(C0/C) = kapt (2.9) 
Phương trình (2.7) cũng có thể được đơn giản hóa thành phản ứng bậc 0 khi 
nồng độ C0 rất cao: 
 (C0 – C) = kt (2.10) 
Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ln(C0/C) và t, hằng số tốc độ biểu kiến 
(kap) có thể được xác định từ độ dốc của đường cong thu được. Mặt khác, khi vẽ đồ 
thị biểu diễn mối quan hệ giữa (C0 – C) và t, trong thời gian bức xạ ngắn, chỉ ra 
vùng tại đó vùng bậc 0. 
Mô hình này được sử dụng rộng rãi để xác hằng số tốc độ của phản ứng 
quang xúc tác hệ dị thể [42, 101]. 
2.4.2. Đánh giá hiệu quả xử lý 
Hiệu suất xử lý nước thải dệt nhuộm bằng xúc tác quang hóa còn được đánh 
giá theo công thức: 
 η = (C0-C)*100/C0 (2.11) 
Trong đó, C là nồng độ thuốc nhuộm (mg/l) ở thời gian bức xạ t (phút). C0 là 
nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm (mg/l). 
60 
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU XÚC TÁC 
3.1.1. Vật liệu xúc tác dạng bột 
3.1.1.1. Vật liệu TiO2 pha tạp đồng 
a) Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD) 
Giản đồ XRD của mẫu TiO2 anatas chuẩn (Merck) và các mẫu TiO2 pha tạp 
đồng với hàm lượng đồng lần lượt 0; 0,05; 0,15; 0,25; 0,50 và 2,50% được đưa ra 
trên hình 3.1. Giản đồ XRD của các mẫu xúc tác TiO2 đã tổng hợp cho thấy sự có 
mặt của các pic đặc trưng của pha tinh thể anatas tại các góc nhiễu xạ 2θ = 25,3o; 
37,8
o
; 47,7
o
; 54
o
; 62,4
o
 [102]. So sánh với mẫu xúc tác TiO2 không pha tạp đồng 
(hàm lượng đồng pha tạp 0%), nhận thấy cường độ pic của các mẫu pha tạp đồng 
thấp hơn và độ rộng bán phổ của các đỉnh nhiễu xạ lớn hơn, các tinh thể nhận được 
có kích thước nhỏ và độ tinh thể thấp hơn. 
Bảng 3.1: Kích thước tinh thể tính theo phương trình Scherrer và độ rộng vùng cấm 
của các mẫu xúc tác TiO2 pha tạp đồng 
Xúc tác 
Kích thước tinh thể 
(nm) 
Độ rộng vùng cấm 
(eV) 
Mẫu chuẩn (TiO2 anatas Merck) 44,2 - 
0,0% Cu-TiO2 13,8 3,23 
0,05% Cu-TiO2 11,5 3,20 
0,15% Cu-TiO2 11,3 3,19 
0,25% Cu-TiO2 10,8 3,19 
0,50% Cu-TiO2 10,1 3,19 
2,50% Cu-TiO2 9,7 2,86 
Bảng 3.1 đưa ra kích thước tinh thể tính theo công thức Scherrer của các mẫu 
TiO2 pha tạp đồng khi thay đổi hàm lượng đồng pha tạp cho thấy kích thước tinh 
thể giảm từ 13,8 nm xuống 9,7 nm khi tăng hàm lượng đồng pha tạp từ 0,05% đến 
61 
2,50%. Kết quả chỉ ra rằng việc pha tạp đồng ức chế sự phát triển của các tinh thể 
TiO2. 
Nguyên nhân của sự thay đổi này là do bán kính ion của Cu2+ (0,73Å) xấp xỉ 
bằng bán kính nguyên tử của Ti4+ (0,74 Å) nên Ti4+ dễ dàng bị thay thế bởi Cu2+. 
Niar và cộng sự [103] thấy rằng kim loại pha tạp có trạng thái oxy hóa 3+ hoặc 
thấp hơn sẽ tạo ra các chỗ trống oxy trong mạng tinh thể để duy trạng thái trung hòa 
điện tích. Do đó, việc thay thế Cu2+ vào vị trí Ti4+ làm tăng chỗ trống oxy. Khi hàm 
lượng kim loại pha tạp tăng, sự khuếch tán của một số các chỗ trống oxy vào vị trí 
xen kẽ hay hoặc đi đến bề mặt và khu vực ranh giới của hạt tạo nên sự khuyết tật về 
cấu trúc do đó ảnh hưởng đến độ tinh thể của vật liệu tổng hợp được [104]. Kết quả 
là độ tinh thể của pha anatas trong mẫu thu được thấp hơn và cường độ pic yếu hơn 
khi tăng hàm lượng đồng pha tạp. Các kết quả tương tự cũng thu được khi pha tạp 
các kim loại chuyển tiếp khác (Fe, Cr) vào mạng tinh thể TiO2 [104, 105]. 
Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu TiO2 pha tạp đồng 
Mặt khác, trong giản đồ nhiễu xạ XRD của mẫu TiO2 pha tạp với đồng 
không thấy sự có mặt của các pic lạ và các pic nhiễu xạ đặc trưng cho sự xuất hiện 
62 
của pha tinh thể của đồng. Điều này có thể là do đồng tồn tại ở dạng vô định hình 
hoặc lượng đồng pha tạp quá thấp, dưới mức phát hiện của phương pháp [106]. 
b) Kết quả phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV-Vis) 
Kỹ thuật quang phổ UV-Vis rắn dùng để đặc trưng các tính chất hấp thụ 
quang học của các hạt nano. Phổ UV-Vis rắn của các mẫu xúc tác TiO2 pha tạp 
đồng được chỉ ra trên hình 3.2. Sự pha tạp bề mặt của TiO2 với các kim loại ảnh 
hưởng đến tính chất hấp thụ quang của xúc tác. Theo Colon và cộng sự [107], dải 
hấp thụ trong khoảng bước sóng từ 210 – 270 nm để chỉ sự chuyển đổi điện tích từ 
O
2-
 (2p) → Cu2+ (3d) [107]. Đỉnh hấp thụ dịch chuyển từ 325 sang 355 nm tương 
ứng khi hàm lượng đồng tăng từ 0% đến 2,5% nhưng không có sự thay đổi về vị trí 
biên hấp thụ của TiO2 ngoại trừ mẫu TiO2 pha tạp 2,5% đồng. Như đã biết, CuO và 
Cu2O có năng lượng vùng cấm lần lượt là 1,7 và 2,1 eV [108, 109]. Do đó, sự hấp 
thụ trong vùng nhìn thấy từ 400 đến 600 nm là do sự có mặt của Cu+ tạo thành do 
sự khử một phần CuO và (Cu-O-Cu)2+. Dải hấp thụ 600 – 800 để chỉ sự có mặt của 
CuO trong cấu trúc đối xứng bát diện [107]. Cường độ của dải hấp thụ rộng này 
tăng khi tăng nồng độ chất pha tạp. Khi ion đồng chèn vào các vị trí bề mặt hay 
trong lòng mạng tinh thể TiO2, sự sắp xếp các nguyên tử xung quanh xảy ra để đảm 
bảo sự cân bằng điện tích, kết quả là làm biến dạng mạng tinh thể. Sự biến dạng 
mạng tinh thể gây ra bởi sự thay thế của Ti4+ bởi Cu2+ làm ảnh hưởng đến cấu trúc 
của mạng tinh thể TiO2, và điều này dẫn đến sự thay đổi sự hấp thụ quang của TiO2 
[110]. 
Năng lượng vùng cấm có thể xác định bằng cách dựa vào đồ thị biểu diễn 
mối quan hệ giữa (αhν)2 và hν. Trong đó, hν là năng lượng của photon ánh sáng, 
tương ứng với mỗi giá trị của bước sóng ánh sáng là một năng lượng của photon 
ánh sáng: hν = (h.c)/λ (J/s); c là vận tốc ánh sáng có giá trị 3.108 m/s, λ là bước sóng 
ánh sáng (m), h là hằng số Planck = 6,625.10-34 J.s; ν là tần số ánh sáng kích thích; 1 
eV = 1,6.10
-19
 (J/s) đổi đơn vị do trục hν đơn vị là eV; α là hệ số hấp thụ ánh sáng. 
Trên đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa (αhν)2 và hν vẽ tiếp tuyến của đồ thị tại điểm 
uốn rồi lấy giao điểm của tiếp tuyến với trục hoành hay trục hν, giá trị đó chính là 
63 
Eg [111-113]. Giá trị năng lượng vùng cấm của các mẫu xúc tác Cu-TiO2 được xác 
định trên đồ thị (hình 3.3). Giá trị Eg của các mẫu Cu-TiO2 có hàm lượng đồng 0%; 
0,05%; 0,15%; 0,25%; 0,50% và 2,5% lần lượt là 3,23; 3,20; 3,19; 3,19; 3,19 và 
2,86 eV. Như vậy, khi hàm lượng đồng pha tạp dưới 0,50% năng lượng vùng cấm 
của các mẫu TiO2 pha tạp đồng thay đổi không đáng kể so với mẫu không pha tạp, 
chỉ khi hàm lượng đồng tăng đến 2,5%, năng lượng vùng cấm giảm đáng kể từ 3,23 
xuống còn 2,86 eV. 
Hình 3.2: Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến của vật liệu TiO2 pha tạp đồng 
Hình 3.3: Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa (αhν)2 và hν của vật liệu TiO2 
pha tạp đồng 
Từ kết quả phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến có thể kết luận là đồng có thể đã 
64 
thay thế titan trong cấu trúc tinh thể của TiO2 hoặc đồng oxit (CuxO) đã phối trí với 
TiO2 do đó làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến của các mẫu TiO2 
pha tạp đồng đã tổng hợp. 
c) Kết quả ảnh TEM và BET 
Hình 3.4 trình bày ảnh TEM của các mẫu 0% Cu-TiO2, 0,15% Cu-TiO2 và 
2,5% Cu-TiO2. 
Hình 3.4: Ảnh TEM của các mẫu vật liệu TiO2 pha tạp đồng: (a) 0%; (b) 0,15%; (c) 
2,5% 
Ảnh TEM cho thấy các hạt nano TiO2 có kích thước khá đồng đều từ 15 – 20 
nm. Do có sự co cụm của các hạt nano mà kích thước hạt xác định bằng ảnh TEM 
lớn hơn so với kích thước hạt xác định bằng phương trình Scherrer. So với các 
nghiên cứu trước đây, kích thước của các hạt nano Cu-TiO2 được tổng hợp bằng 
phương pháp sol-gel hỗ trợ siêu âm đồng đều hơn và nhỏ hơn so với các mẫu tổng 
hợp bằng một số phương pháp khác (bảng 3.2). 
Từ ảnh TEM có thể thấy khi hàm lượng đồng pha tạp tăng từ 0% đến 0,15% 
và 2,5%, các hạt TiO2 co cụm vào nhau hình thành các hạt thứ cấp với kích thước 
lớn từ 25 – 50 nm. Mặt khác, trên ảnh TEM cũng không quan sát được sự có mặt 
của các tinh thể đồng riêng rẽ. Kết quả này kết hợp với các kết quả đã thu được 
bằng phương pháp XRD có thể đưa ra giả định là các phân tử đồng đã phối trí trong 
khung mạng của chất nền TiO2. 
Diện tích bề mặt riêng của một số mẫu vật liệu được xác định bằng phương 
pháp BET (bảng 3.3). Kết quả diện tích bề mặt riêng BET của mẫu vật liệu TiO2 
65 
không pha tạp đồng là 79 m2/g, trong khi diện tích bề mặt riêng của các mẫu pha tạp 
0,05%, 0,15% và 0,25% lần lượt là 65, 49 và 38 m2/g. Như vậy, khi tăng lượng 
đồng pha tạp làm giảm diện tích bề mặt riêng của vật liệu do có hiện tượng co cụm 
của các hạt nano. Kết quả này cũng tương tự với kết quả thu được bởi Ganesh và 
cộng sự [57]. 
Bảng 3.2: Kích thước tinh thể của mẫu TiO2 pha tạp đồng tổng hợp theo một số 
phương pháp 
Phương pháp tổng hợp 
Hàm lượng đồng pha 
tạp % khối lượng 
Kích thước 
tinh thể nm 
Tài liệu tham 
khảo 
Phương pháp kết tủa 
phức 
10 20 - 100 [112] 
Phương pháp aerosol 
ngọn lửa 
1 47 [110] 
Phương pháp sol-gel 1 30 - 45 [114] 
Phương pháp sol-gel hỗ 
trợ siêu âm 
0 - 2 (0 - 2,5% at.) 15 - 20 Nghiên cứu này 
Bảng 3.3: Kết quả diện tích bề mặt riêng BET của các mẫu vật liệu TiO2 pha tạp 
đồng 
Tên mẫu SBET (m
2
/g) 
0% Cu-TiO2 79 
0,05% Cu-TiO2 65 
0,15% Cu-TiO2 49 
2,50% Cu-TiO2 38 
d) Kết quả phổ quang điện tử tia X (XPS) 
Phổ XPS của mẫu 0,15% Cu-TiO2 được đưa ra trên hình 3.5. Phổ XPS đầy 
đủ của mẫu 0,15% Cu-TiO2 chứa các 41,32%Ti, 49,71%O và 8,96%C nhưng không 
thấy sự có mặt của Cu. Hình 3.6a là phổ phân giải cao của O1s có pic chính ở 530,8 
eV, phù hợp với năng lượng liên kết của O2- trong mạng tinh thể TiO2 và pic xuất 
66 
hiện ở 532,2 eV là oxy trong nhóm OH- bị hấp ph