Nghiên cứu điều chế TiO2 nano từ quặng ilmenit theo phương pháp amoni Hydro sunfat

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ TiO2 NANO TỪ QUẶNG ILMENIT THEO

PHƯƠNG PHÁP AMONI HYDRO SUNFAT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội – 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ TiO2 NANO TỪ QUẶNG ILMENIT THEO

PHƯƠNG PHÁP AMONI HYDRO SUNFAT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 62520301

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS LÊ XUÂN THÀNH

Hà Nội – 2017

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư - Tiến sĩ Lê Xuân

Thành, người đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong

suốt quá trình nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn các giảng viên trong Bộ môn Công nghệ các chất vô cơ –

Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến

quý báu cho tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Đào tạo Sau

đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn hướng dẫn và quan tâm giúp đỡ về các

thủ tục hành chính trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại trường.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam nơi

tôi đang công tác luôn tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập, nghiên

cứu và làm việc.

Cũng nhân dịp này, tôi xin dành những tình cảm sâu sắc và lòng biết ơn vô hạn tới

những người thân yêu trong gia đình: bố mẹ và các anh chị em đã luôn chia sẻ, động viên và

hỗ trợ tôi.

Cuối cùng, xin được gửi tình cảm đặc biệt tới vợ và hai con thân yêu của tôi, nguồn

động lực và sức mạnh tinh thần to lớn nhất giúp tôi vượt qua khó khăn để sớm hoàn thành

công trình nghiên cứu của mình./.

Hà nội, ngày tháng 8 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Việt Hùng

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả

nghiên cứu nêu trong luận án được trích dẫn từ các bài báo đã được xuất bản của tôi và các

đồng tác giả. Các kết quả là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa

từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng 8 năm 2017

Giáo viên hướng dẫn Tác giả

Nguyễn Việt Hùng

iii

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................i

LỜI CAM ĐOAN .....................................................................................................................ii

MỤC LỤC ................................................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU...........................................................vii

DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................................ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.................................................................................xi

MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 1

Chương 1.TỔNG QUAN ......................................................................................................... 4

1.1. Giới thiệu chung và ứng dụng titan dioxit TiO2...................................................... 4

1.1.1. Giới thiệu chung về titan dioxit TiO2 ................................................................... 4

1.1.2. Một số ứng dụng của nano titan dioxit................................................................ 5

1.2. Các phương pháp sản xuất bột màu titan dioxit và điều chế nano TiO2.............. 6

1.2.1. Phương pháp sản xuất bột màu titan dioxit .......................................................... 6

1.2.2. Phương pháp điều chế nano titan dioxit ............................................................. 11

1.3. Phương pháp phân tán nano titan dioxit............................................................... 15

1.3.1. Một số dạng dung dịch phân tán......................................................................... 15

1.3.2. Một số phương pháp phân tán ............................................................................ 17

1.3.3. Phạm vi và tình hình nghiên cứu ........................................................................ 18

1.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất, ứng dụng và tiêu thụ titan dioxit TiO2

trong và ngoài nước ............................................................................................................ 21

1.4.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng titan dioxit trên thế giới............... 21

1.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng titan dioxit trong nước.................. 25

1.5. Tiềm năng nguồn quặng ilmenit và tình hình khai thác quặng ilmenit ở

Việt Nam .............................................................................................................................. 28

1.5.1. Tiềm năng nguồn quặng ilmenit của Việt Nam.................................................. 28

1.5.2. Một số mỏ quặng ilmenit ở Việt Nam................................................................ 30

1.5.2.1. Khu mỏ Cẩm Hòa (Hà Tĩnh) .......................................................................... 31

1.5.2.2. Khu mỏ Kỳ Khang (Hà Tĩnh)......................................................................... 32

1.5.2.3. Khu mỏ Vĩnh Thái (Quảng Trị)...................................................................... 33

1.5.2.4. Khu mỏ Thuận An (Thừa Thiên-Huế)............................................................ 34

1.5.2.5. Khu mỏ Đề Gi (Bình Định) ............................................................................ 35

1.5.2.6. Khu mỏ Gò Đình (Bình Thuận)...................................................................... 37

1.5.3. Tình hình khai thác quặng ilmenit ở Việt Nam.................................................. 38

iv

1.6. Nhận xét chung: ....................................................................................................... 39

Chương 2.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC

NGHIỆM ................................................................................................................................ 42

2.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 42

2.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu........................................................... 43

2.3. Phương pháp thực nghiệm...................................................................................... 46

2.3.1. Nghiên cứu phân hủy quặng ilmenit bằng NH4HSO4 trong lò nung ống........... 46

2.3.2. Nghiên cứu hòa tách (NH4)2TiO(SO4)2 và tinh chế dung dịch chứa titan

từ hỗn hợp thu được sau khi phân hủy quặng ilmenit bằng NH4HSO4............................. 47

2.3.2.1. Nghiên cứu hòa tách (NH4)2TiO(SO4)2 .......................................................... 47

2.3.2.2. Nghiên cứu kết tinh và tách loại tạp chất sắt ra khỏi dung dịch muối

titan ........................................................................................................................ 47

2.3.3. Nghiên cứu kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2 từ dung dịch sau tách

sắt ............................................................................................................................ 49

2.3.3.1. Nghiên cứu loại bỏ hợp chất của flo ra khỏi dung dịch sau tách sắt .............. 49

2.3.3.2. Nghiên cứu kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2............................................ 50

2.3.4. Nghiên cứu quá trình nung (NH4)2TiO(SO4)2 để tạo thành nano TiO2 .............. 51

2.3.5. Nghiên cứu điều chế TiO2 nano phân tán trong dung môi gốc nước và

ứng dụng trong công nghệ xử lý môi trường .................................................................... 51

2.3.5.1. Nghiên cứu biến tính, phân tán nano TiO2 trong dung môi gốc nước............ 51

2.3.5.2. Nghiên cứu ứng dụng nano TiO2 biến tính để xử lý nước thải....................... 52

Chương 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................................. 57

3.1. Nghiên cứu công nghệ phân hủy quặng ilmenit bằng amoni hydro

sunfat trong thiết bị lò nung ống phòng thí nghiệm ........................................................ 57

3.1.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt quặng đến hiệu suất phân hủy quặng

ilmenit ............................................................................................................................ 57

3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất phân hủy quặng............................ 58

3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy quặng.................... 60

3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy quặng ilmenit ........................ 61

3.1.5. Ảnh hưởng của chế độ cấp khí đến quá trình phân hủy quặng........................... 63

3.1.6. Cơ chế phản ứng của quá trình nung phân hủy quặng ilmenit bằng

amoni hydro sunfat............................................................................................................ 65

3.1.7. Xác định các thông số công nghệ hợp lý và đề xuất quy trình công nghệ

nung phân hủy quặng ilmenit bằng amoni hydro sunfat ................................................... 66

3.2. Nghiên cứu hòa tách hỗn hợp thu được sau khi phân hủy quặng ilmenit

bằng NH4HSO4 .................................................................................................................... 67

3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn đến hiệu suất thu hồi titan trong quá trình

hòa tách ............................................................................................................................ 68

v

3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ pha lỏng đến hiệu suất thu hồi titan trong quá

trình hòa tách..................................................................................................................... 69

3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi titan trong quá trình hòa

tách ............................................................................................................................ 70

3.3. Nghiên cứu tách loại tạp chất sắt ra khỏi dung dịch muối titan.......................... 71

3.3.1. Ảnh hưởng của hệ số cô đặc đến hiệu suất tách loại (NH4)3FeF6 ...................... 71

3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NH4HF2 trong dung dịch đến hiệu suất tách

loại (NH4)3FeF6 ................................................................................................................. 72

3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch khi kết tinh đến hiệu suất tách loại

(NH4)3FeF6 ........................................................................................................................ 73

3.4. Nghiên cứu kết tinh muối kép titan từ dung dịch sau tách sắt............................ 74

3.4.1. Nghiên cứu loại bỏ hợp chất chứa flo ra khỏi dung dịch sau tách sắt................ 74

3.4.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh muối kép

(NH4)2TiO(SO4)2............................................................................................................... 76

3.4.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 trong dung dịch đến quá trình kết

tinh (NH4)2TiO(SO4)2 .................................................................................................... 76

3.4.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ của các tác nhân diêm tích đến quá trình kết

tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2 .................................................................................... 77

3.4.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình kết tinh muối kép

(NH4)2TiO(SO4)2 ........................................................................................................... 78

3.4.2.4. Ảnh hưởng của chế độ khuấy trộn đến quá trình kết tinh muối kép

(NH4)2TiO(SO4)2 ........................................................................................................... 80

3.4.2.5. Ảnh hưởng của thời gian già hóa đến quá trình kết tinh muối kép

(NH4)2TiO(SO4)2 ........................................................................................................... 81

3.5. Nghiên cứu quá trình nung phân hủy muối kép (NH4)2TiO(SO4)2 thành

sản phẩm nano TiO2 ........................................................................................................... 83

3.5.1. Giản đồ TG/DTA................................................................................................ 83

3.5.2. Ảnh hưởng của chế độ nhiệt đến quá trình nung phân hủy muối kép

(NH4)2TiO(SO4)2............................................................................................................... 85

3.5.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nung phân hủy

(NH4)2TiO(SO4)2............................................................................................................... 89

3.6. Nghiên cứu phân tán nano TiO2 ............................................................................. 96

3.6.1. Ảnh hưởng của SiO2 đến tính chất bề mặt hạt TiO2........................................... 96

3.6.2. Khả năng phân tán của nano TiO2 biến tính bằng SiO2 trong dung môi

gốc nước .......................................................................................................................... 101

3.7. Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng sản phẩm trong xử lý môi trường .............. 102

3.7.1. Nghiên cứu tác động quang hóa của nano TiO2 biến tính trong hệ phân

tán .......................................................................................................................... 102

3.7.1.1. Lập đường chuẩn của dung dịch xanh metylen (MB) .................................. 103

vi

3.7.1.2. Xác định dung lượng hấp phụ bão hòa của xúc tác nano TiO2 biến

tính ...................................................................................................................... 104

3.7.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/xúc tác ....................................... 105

3.7.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xanh methylen ......................................... 106

3.7.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng trong phản ứng phân

hủy xanh metylen ........................................................................................................ 107

3.7.1.6. So sánh hoạt tính quang xúc tác của TiO2 nano biến tính (sản phẩm

luận án) với TiO2 thương mại P25 (TiO2-P25) trong phản ứng phân hủy MB........... 108

3.7.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác TiO2 nano biến tính trong quá trình xử lý

nước thải.......................................................................................................................... 109

3.7.2.1. Đánh giá hoạt tính xúc tác TiO2 nano biến tính trong xử lý nước thải

với hệ thiết bị phản ứng gián đoạn .............................................................................. 109

3.7.2.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác TiO2 nano biến tính trong xử lý nước thải

với hệ thiết bị phản ứng liên tục .................................................................................. 113

3.7.3. Đánh giá chung về mặt kĩ thuật của việc sử dụng TiO2 nano biến tính

trong xử lý nước thải ....................................................................................................... 113

KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 117

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.............................. 128

PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 129

vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

1. Các chữ viết tắt

DSC : nhiệt lượng kế quét vi sai (differential scanning calorimetry)

DTA : phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyis)

HĐBM : hoạt động bề mặt

HR-TEM :

kính hiển vi điện tử truyền qua phân hủy cao (high resolution

transmission electron microscope)

HVĐTQ : hiển vi điện tử quét

SEM : kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope)

TEM : kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope)

TGA : phân tích nhiệt trọng lượng (thermo gravimetry analysis)

XRD : nhiễu xạ tia X (x-ray diffraction)

BET : phương pháp xác định bề mặt riêng (brunauer emmett teller)

SPTG :

sản phẩm trung gian thu được sau phân hủy quặng bằng amoni hydro

sunfat

ATS : amoni titanyl sunfat

COD : nhu cầu oxy sinh hóa (biochemical oxygen demand)

TOC : tổng cacbon hữu cơ (total organic carbon)

VOC : hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (volatile organic compounds)

TNT : trinitrotoluen

MTBE : metyl tert butyl ete

AOPs : quá trình oxy hóa tăng cường (advanced oxydation processes)

UV : tia cực tím (ultra violet)

2. Các ký hiệu

η : hiệu suất phân hủy quặng

η’ : hiệu suất tách loại tạp chất sắt

T : thời gian riêng

Hs : Hiệu suất sản phẩm sau nung

ms : khối lượng mẫu sau nung

mLT : khối lượng mẫu lý thuyết

D : khoảng cách mặt mạng

θ : góc tạo bởi mặt mạng với tia tới hay tia “phản xạ”

viii

Λ : độ dài bước sóng

β : độ rộng pic ở nửa chiều cao pic đặc trưng

υ : tần số

I : cường độ bức xạ

α(υ) : hệ số hấp thụ

r : kích thước tinh thể trung bình với họ mặt mạng (hkl)

ω : tần số bức xạ

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Tính chất của TiO2 anatas và rutil.............................................................................. 5

Bảng 1.2. Thành phần hóa học của quặng ilmenit sa khoáng tại một số mỏ............................ 30

Bảng 1.3. Trữ lượng quặng titan của toàn khu mỏ Cẩm Hòa với hàm lượng biên

20kg/m3

..................................................................................................................................... 32

Bảng 1.4. Thành phần hóa học tinh quặng ilmenit khu mỏ Cẩm Hòa...................................... 32

Bảng 1.5. Trữ lượng ilmenit khu mỏ Kỳ Khang với hàm lượng biên 20kg/m3 ....................... 33

Bảng 1.6. Thành phần hóa học tinh quặng ilmenit khu mỏ Kỳ Khang ................................... 33

Bảng 1.7. Đặc điểm và trữ lượng ilmenit sa khoáng của khu mỏ Thuận An .......................... 35

Bảng 1.8. Thành phần hóa học tinh quặng ilmenit Đề Gi ....................................................... 36

Bảng 1.9. Thành phần hóa học tinh quặng ilmenit phân khu Gò Đình I.................................. 37

Bảng 1.10. Một số công ty khai thác tinh chế quặng ilmenit trong nước................................. 39

Bảng 2.1. Thành phần hóa học của mẫu tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh ...................................... 43

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt quặng đến hiệu suất phân hủy ................................ 58

Bảng 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất phân hủy quặng ilmenit..................... 59

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy quặng ........................ 60

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phân hủy quặng............................................ 61

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phân hủy quặng trong khoảng

270÷2900

C................................................................................................................................ 62

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng không khí đến hiệu suất phân hủy quặng....................... 63

Bảng 3.7. Điều kiện công nghệ quá trình nung phân hủy quặng bằng NH4HSO4 .................. 67

Bảng 3.8. Thành phần hóa học của hỗn hợp thu được sau khi phân hủy ilmenit bằng

amoni hydro sunfat ................................................................................................................... 67

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ lỏng/rắn đến hiệu suất thu hồi titan trong quá trình

hòa tách..................................................................................................................................... 68

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ pha lỏng đến hiệu suất thu hồi TiO2 ............................... 69

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian hòa tách đến hiệu suất thu hồi TiO2 .............................. 70

Bảng 3.12. Ảnh hưởng của hệ số cô đặc đến hiệu suất tách loại (NH4)3FeF6 trong

dung dịch .................................................................................................................................. 72

Bảng 3.13. Ảnh hưởng nồng độ NH4HF2 đến hiệu suất tách loại (NH4)3FeF6 khi kết

tinh............................................................................................................................................ 73

Bảng 3.14. Ảnh hưởng nhiệt độ kết tinh đến hiệu suất tách loại(NH4)3FeF6 ........................... 73

Bảng 3.15. Thành phần hóa học của dung dịch nước lọc........................................................ 74

Bảng 3.16. Thành phần hóa học của dung dịch NH4F thu được sau hấp thụ HF bằng

dung dịch amoniac 7% ............................................................................................................. 75

Bảng 3.17. Thành phần hóa học của dung dịch NH4F theo thời gian cô đặc .......................... 75

Bảng 3.18. Thành phần hóa học của dung dịch muối titan sau loại bỏ hợp chất florua.......... 76

x

Bảng 3.19. Ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 trong dung dịch đến quá trình kết tinh

(NH4)2TiO(SO4)2 ...................................................................................................................... 76

Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ các tác nhân diêm tích đến quá trình kết tinh

(NH4)2TiO(SO4)2 từ dung dịch có hàm lượng TiO2 ~120g/l................................................... 77

Bảng 3.21. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình kết tinh của muối kép

(NH4)2TiO(SO4)2 từ dung dịch có nồng độ TiO2 là ~120 g/l và nồng độ tác nhân

diêm tích: axit H2SO4 là 300g/l và (NH4)2SO4 là 280g/l.......................................................... 78

Bảng 3.22. Thành phần hóa học mẫu nano TiO2...................................................................... 91

Bảng 3.23. Kết quả phân tích ICP-MS mẫu nano TiO2............................................................ 92

Bảng 3.24. Kết quả đo diện tích bề mặt riêng mẫu nano TiO2 ................................................. 93

Bảng 3.25. Thành phần hóa học mẫu nano TiO2 sau khi biến tính bằng 1% SiO2................... 98

Bảng 3.26. Kết quả đo diện tích bề mặt riêng mẫu nano TiO2 biến tính bằng 1% SiO2 ....... 100

Bảng 3.27. Độ hấp thụ quang của dung dịch MB với các nồng độ khác nhau....................... 103

Bảng 3.28. Nồng độ của dung dịch MB ở các thời điểm hấp phụ khác nhau ........................ 105

Bảng 3.29. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng tới hiệu suất phân hủy MB ....................... 108

Bảng 3.30. So sánh hoạt tính quang xúc tác của TiO2 nano biến tính và TiO2 - P25............. 109

Bảng 3.31. Sự phụ thuộc COD của nước thải sau xử lý theo thời gian phản ứng................. 110

Bảng 3.32. Các chỉ tiêu lý - hóa - sinh của nước thải trước và sau xử lý bằng xúc tác

quang hóa nano TiO2 biến tính với hệ thiết bị gián đoạn và liên tục ..................................... 111

xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Cấu trúc không gian của anatas và rutil...................................................................... 4

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất TiO2 bằng phương pháp axit sunfuric .............................. 7

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất TiO2 bằng phương pháp clo hóa....................................... 8

Hình 2.1. Giản đồ XRD của mẫu tinh quặng ilmenit Hà Tĩnh................................................. 42

Hình 2.2. Hệ thống thiết bị phản ứng xúc tác quang hóa ......................................................... 54

Hình 3.1. Giản đồ XRD của muối NH4HSO4........................................................................... 57

Hình 3.2. Hiệu suất phân hủy quặng ilmenit phụ thuộc vào kích thước hạt quặng.................. 58

Hình 3.3. Hiệu suất phân hủy quặng ilmenit phụ thuộc tỷ lệ phối liệu .................................... 59

Hình 3.4. Hiệu suất phân hủy quặng ilmenit phụ thuộc thời gian phản ứng............................ 60

Hình 3.5. Hiệu suất phân hủy quặng ilmenit phụ thuộc nhiệt độ phản ứng ............................. 61

Hình 3.6. Giản đồ XRD của hỗn hợp sau khi nung phân hủy quặng ở 2750

C trong

thời gian 150 phút..................................................................................................................... 63

Hình 3.7. Hiệu suất phân hủy quặng ilmenit phụ thuộc chế độ cấp khí................................... 64

Hình 3.8. Giản đồ XRD của hỗn hợp sau khi nung phân hủy quặng với chế độ cấp

khí 100 lít/h............................................................................................................................... 64

Hình 3.9. Giản đồ XRD của hỗn hợp sau khi nung phân hủy quặng với chế độ cấp

khí 200 lít/h............................................................................................................................... 65

Hình 3.10. Sơ đồ quy trình công nghệ nung phân hủy quặng ilmenit bằng amoni

hydro sunfat .............................................................................................................................. 67

Hình 3.11. Hiệu suất thu hồi TiO2 phụ thuộc vào tỷ lệ lỏng/rắn khác nhau............................. 68

Hình 3.12. Hiệu suất thu hồi TiO2 phụ thuộc vào nhiệt độ hòa tan.......................................... 69

Hình 3.13. Hiệu suất thu hồi TiO2 phụ thuộc vào thời gian hòa tan ........................................ 70

Hình 3.14. Giản đồ XRD của mẫu rắn sau khi tách loại muối sắt (NH4)3FeF6 ........................ 71

Hình 3.15. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm (NH4)2TiO(SO4)2 thu được khi nồng độ

axit H2SO4 là 300g/l và (NH4)2SO4 là 280g/l........................................................................... 78

Hình 3.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2 đến kích

thước sản phẩm TiO2 thu được sau nung................................................................................. 79

Hình 3.17. Ảnh TEM của sản phẩm TiO2 thu được khi kết tinh muối kép tại nhiệt độ

200

C với các tốc độ khuấy trộn khác nhau ............................................................................... 80

Hình 3.18. Giản đồ XRD mô tả ảnh hưởng của thời gian già hóa khác nhau đến tính

chất của sản phẩm TiO2 sau khi nung muối kép (NH4)2TiO(SO4)2 2h ở nhiệt độ

7500

C........................................................................................................................................ 81

Hình 3.19. Ảnh SEM của mẫu TiO2 điều chế từ (NH4)2TiO(SO4)2 khi muối kép được

già hóa 60 phút (hình trái) và 120 phút (hình phải).................................................................. 82

Hình 3.20. Ảnh TEM của mẫu TiO2 sau khi già hóa muối kép trong 60 phút và nung

muối kép thu được ở 7500

C trong 2h ....................................................................................... 83

Hình 3.21. Giản đồ phân tích nhiệt TG/ DTA của mẫu (NH4)2TiO(SO4)2............................... 84

xii

Hình 3.22. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 7000

C

trong 2h..................................................................................................................................... 85

Hình 3.23. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 7500

C

trong 2h..................................................................................................................................... 86

Hình 3.24. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 8000

C

trong 2h..................................................................................................................................... 86

Hình 3.25. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 8500

C

trong 2h..................................................................................................................................... 87

Hình 3.26. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 9000

C

trong 2h..................................................................................................................................... 87

Hình 3.27. Ảnh TEM của các mẫu TiO2 sau khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở các nhiệt

độ .............................................................................................................................................. 88

Hình 3.28. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 9000

C

trong 3h..................................................................................................................................... 89

Hình 3.29. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 9000

C

trong 4h..................................................................................................................................... 90

Hình 3.30. Giản đồ XRD của mẫu TiO2 thu được khi nung (NH4)2TiO(SO4)2 ở 9000

C

trong 5h..................................................................................................................................... 90

Hình 3.31. Ảnh TEM của mẫu TiO2 trong thời gian nung 5h.................................................. 91

Hình 3.32. Phổ EDS của mẫu sản phẩm nano TiO2 ................................................................. 92

Hình 3.33. Giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu sản phẩm TiO2 nano ............................. 93

Hình 3.34. Giản đồ đường hấp phụ và nhả hấp phụ đẳng nhiệt nitơ........................................ 94

Hình 3.35. Phổ UV-vis của mẫu sản phẩm nano TiO2 ............................................................. 94

Hình 3.36. Sơ đồ khối quá trình điều chế nano titan dioxit từ quặng ilmenit theo

phương pháp amoni hydro sunfat............................................................................................. 95

Hình 3.37. Phổ FT-IR của mẫu TiO2 không biến tính.............................................................. 97

Hình 3.38. Phổ FT-IR của mẫu TiO2 biến tính bằng 1% SiO2 ................................................. 97

Hình 3.39. Phổ FT-IR của mẫu TiO2 biến tính bằng 5% SiO2 ................................................. 98

Hình 3.40. Ảnh TEM của mẫu TiO2 khi biến tính bằng 1% SiO2............................................ 99

Hình 3.41. Giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu sản phẩm TiO2 nano biến tính

bằng 1% SiO2 ........................................................................................................................... 99

Hình 3.42. Giản đồ đường hấp phụ và nhả hấp phụ đẳng nhiệt nitơ của mẫu TiO2

biến tính bằng 1% SiO2 .......................................................................................................... 100

Hình 3.43. Phổ UV-vis của mẫu sản phẩm nano TiO2 biến tính bằng 1% SiO2 .................... 100

Hình 3.44. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến độ ổn định phân tán của nano TiO2

biến tính bằng SiO2, hàm lượng của nano TiO2 trong dung dịch là 3%................................. 101

Hình 3.45. Ảnh hưởng của nồng độ PVA đến khả năng ổn định phân tán của nano

TiO2 sau khi biến tính bằng SiO2, hàm lượng nano TiO2 sau khi biến tính là 3%. ................ 102

Hình 3.46. Ảnh hưởng của hàm lượng nano TiO2 sau khi biến tính bằng SiO2 đến độ

ổn định phân tán của dung dịch.............................................................................................. 102

xiii

Hình 3.47. Độ hấp thụ quang của các mẫu MB tại bước sóng hấp thụ cực đại...................... 103

Hình 3.48. Độ hấp thụ quang của các mẫu có nồng độ MB khác nhau.................................. 104

Hình 3.49. Độ chuyển hóa của dung dịch MB theo thời gian tương ứng với các nồng

độ dung dịch MB khác nhau................................................................................................... 106

Hình 3.50. Dung dịch xanh metylen được pha ở các nồng độ khác nhau .............................. 106

Hình 3.51. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xanh metylen đến hiệu suất phản ứng

quang xúc tác .......................................................................................................................... 107