Nghiên cứu khả năng xúc tác quang phân huỷ fuchsin basic có mặt h2o2 của vật liệu fe2o3tio2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA HÓA HỌC BÁO CÁO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG PHÂN HUỶ FUCHSIN BASIC CÓ MẶT H2O2 CỦA VẬT LIỆU Fe2O3@TiO2” Sinh viên thực : Nguyễn Cao Minh Đức MSSV : 3140118003 Chuyên ngành : Cử nhân Sư phạm Hoá Học Lớp : 18SHH Giảng viên hướng dẫn : TS Vũ Thị Duyên Đà Nẵng, tháng 05 năm 2022 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu khả xúc tác quang phân huỷ Fuchsin Basic có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2” thực công khai dựa cố gắng, nỗ lực thân nhóm nghiên cứu hướng dẫn TS Vũ Thị Duyên Đà Nẵng, ngày 20 tháng năm 2022 Sinh viên thực Nguyễn Cao Minh Đức iii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn biết ơn sâu sắc đến TS Vũ Thị Duyên - khoa Hoá học trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, người tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em suốt thời gian em nghiên cứu khóa luận Và người đưa ý tưởng, kiểm tra phù hợp luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể thầy khoa Hố học trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng giảng dạy, tạo điều kiện cho em trình học tập nghiên cứu trường Những kiến thức mà chúng em nhận hành trang giúp chúng em vững bước tương lai Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân bên để động viên nguồn cổ vũ lớn lao, động lực giúp em hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả Tuy nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận cảm thông tận tình bảo q thầy tồn thể bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Cao Minh Đức iv MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết .2 3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Nội dung nghiên cứu Cấu trúc đề tài Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan phương pháp quang xúc tác 1.2 Giới thiệu vật liệu TiO2 1.2.1 Cấu trúc mạng tinh thể TiO2 .6 1.2.2 Tính chất vật liệu TiO2 .10 1.3 Tổng quan vật liệu α - Fe2O3 13 1.4 Tổng quan Fuchsin Basic 14 Chương 2: THỰC NGHIỆM 16 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị .16 2.1.1 Hóa chất 16 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 16 2.2 Tổng hợp vật liệu Fe2O3@TiO2 16 2.3 Xác định đặc trưng lý hóa vật liệu 17 v 2.4 Thử khả xúc tác quang phân hủy FB có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@ TiO2 17 2.4.1 Xây dựng đường chuẩn Fuchsin Basic 17 2.4.2 Thử khả xúc tác vật liệu 18 2.4.3 Xác định chế quang phân hủy 19 2.5 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng quang phân hủy FB xúc tác Fe2O3@TiO2 có mặt H2O2 19 2.5.1 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 19 2.5.2 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu 19 2.5.3 Ảnh hưởng nồng độ FB 20 2.5.4 Ảnh hưởng pH môi trường .20 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.1 Đặc trưng hóa lý vật liệu 21 3.2 Kết xây dựng đường chuẩn Fuchsin Basic 23 3.3 Kết thử khả xúc tác quang phân hủy FB có mặt H2O2 vật liệu 24 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến phản ứng quang phân hủy FB xúc tác Fe2O3@TiO2 có mặt H2O2 .31 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 31 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác Fe2O3@TiO2 34 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ Fuchsin Basic 35 3.4.4 Ảnh hưởng pH môi trường .37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .40 Kết luận 40 Kiến nghị .40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các đặc tính cấu trúc số thông số vật lý TiO2 Bảng 1.2 Một số tính chất vật lí TiO2 dạng Anatase Rutile 10 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ Số hiệu Tên hình, đồ thị hình vẽ Hình 1.1 Độ rộng vùng cấm chất bán dẫn tách nước chúng Trang Hình 1.2 Sơ đồ chế quang xúc tác Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 Hình 1.4 Cấu trúc khối bát diện TiO2 Hình 1.5 Cơ chế quang xúc tác TiO2 11 Hình 1.6 Giản đồ lượng anatase rutile 12 Hình 1.7 Sự thay đổi hình thái cấu trúc Fe2O3 trình nung PB 13 Hình 1.8 Cơng thức cấu tạo Fuchsin Basic 14 Hình 3.1 Phổ IR Fe2O3@TiO2 21 Hình 3.2 Phổ RAMAN Fe2O3@TiO2 22 Hình 3.3 Phổ XRD mẫu Fe2O3@TiO2 22 Hình 3.4 Hình ảnh SEM Fe2O3@TiO2 23 Hình 3.5 Đồ thị xây dựng đường chuẩn FB 24 Hình 3.6 Sự thay đổi nồng độ FB theo thời gian chiếu sáng (C/C0 – t) 25 Hình 3.7 Hiệu suất quang phân hủy FB sau 25 phút chiếu sáng 25 Hình 3.8 Sự phụ thuộc ln(C0/C) vào thời gian chiếu sáng 27 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hằng số tốc độ phân hủy FB theo mơ hình LangmuirHinshelwood Sự phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng có mặt CH3OH Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy FB sau 25 phút chiếu sáng vào tỉ lệ CH3OH : H2O2 Sự phụ thuộc số tốc độ phân hủy FB theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào tỉ lệ CH3OH : H2O2 28 29 30 30 viii Hình 3.13 Hình 3.14 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian FB Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy FB sau 25 phút chiếu sáng vào nồng độ H2O 32 32 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Hình 3.15 Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào nồng độ 33 H2 O Hình 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng Fuchsin Basic 34 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Hình 3.17 Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào hàm lượng 35 vật liệu Hình 3.18 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng Fuchsin Basic 36 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Hình 3.19 Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào nồng độ đầu 36 FB Hình 3.20 Ảnh hưởng pH môi trường đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng Fuchsin Basic 37 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Hình 3.21 Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào pH mơi trường 38 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần đây, Việt Nam chứng kiến phát triển mạnh mẽ ngành thời trang may mặc nước Tuy nhiên, bên cạnh ảnh hưởng tích cực kinh tế, có tác động tiêu cực đến môi trường, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước Sự tồn số lượng lớn thuốc nhuộm công nghiệp như: fuchsine basic, rhodamin, nước thải nhà máy, không xử lý triệt để nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng xấu đến đời sống người, xã hội loài động, thực vật [1] Đây hợp chất hữu độc hại, có cấu tạo phức tạp, khó phân hủy mơi trường Phương pháp xử lý chất màu ưu tiên phương pháp oxi hóa nâng cao Phương pháp oxi hố nâng cao có nhiều ưu điểm trội hiệu xử lí cao, khả khống hố hồn toàn hợp chất hữu độc hại thành hợp chất vơ độc hại quan tâm ứng dụng rộng rãi xử lý môi trường Hiện nay, việc sử dụng quang xúc tác bán dẫn để ứng dụng xử lí hợp chất hữu đạt kết khả quan [2],[3],[4] Vật liệu α-Fe2O3 (hematit) vật liệu nano bất đẳng hướng cấu trúc rỗng tổng hợp từ Prussian blue Prussian blue hợp chất khung hữu - kim loại (MOF) tổng hợp từ phản ứng Polyvinylpirrolydone (PVP) kali ferrocyanide (K4Fe(CN)6) dung dịch axit HCl Hematit vật liệu sử dụng nhiều ứng dụng cảm biến, quang oxy hoá nước, phân tách thuốc, pin mặt trời, Độ rộng vùng cấm hematit 2,0 đến 2,2 eV giúp hữu ích ứng dụng liên quan đến hấp thụ ánh sáng nhìn thấy [5] Để nâng cao hiệu sử dụng vùng ánh sáng khả kiến, nhà nghiên cứu thường kết hợp Fe2O3 với bán dẫn khác loại SnO2, TiO2… [4], [6] Chính triển vọng vật liệu, định chọn đề tài “Nghiên cứu khả xúc tác quang phân huỷ Fuchsin basic có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2” 2 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Vật liệu xúc tác Fe2O3@TiO2 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá khả xúc tác quang phân hủy chất màu chất màu Fuchsin basic có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2 nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình xúc tác quang Phương pháp nghiên cứu 3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Nghiên cứu mạng Internet, tham khảo cơng trình nghiên cứu nước thuốc nhuộm Fuchsin Basic, phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm, phương pháp oxi hóa nâng cao, chế xúc tác quang phân hủy chất màu… Tổng quan tài liệu tính chất, thành phần hoá học, ứng dụng, phương pháp tổng hợp vật liệu α-Fe2O3, TiO2, vật liệu có cấu trúc lõi vỏ… 3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Các phương pháp phổ xác định đặc trưng hoá lý vật liệu: IR, Raman, XRD, SEM - Phương pháp UV-Vis xác định nồng độ Fuchsine basic Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu có cấu trúc lõi vỏ Fe2O3@TiO2 - Xác định đặc trưng lý hóa vật liệu (IR, Raman, XRD, SEM) - Thử khả xúc tác quang phân hủy Fuchsin Basic - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình xúc tác quang phân hủy Fuchsin Basic (nồng độ H2O2, hàm lượng vật liệu, nồng độ chất màu, pH môi trường) Ý nghĩa đề tài Kết đề tài đóng góp thêm thơng tin ứng dụng vật liệu có cấu trúc lõi vỏ Fe2O3@TiO2 xúc tác quang phân hủy chất màu 29 Fe2O3@TiO2 hấp thụ ánh sáng nhìn thấy khiến cho electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn e-CB để lại lỗ trống h+VB H2O2 tương tác với electron tạo gốc tự HO (phương trình (3.3) tương tác với lỗ trống tạo thành gốc HO2 (phương trình (3.2)) Gốc HO2 tham gia vào phản ứng vịng Fe2+/Fe3+ (phương trình ( 3.4) (3.5)) nên thời gian sống ngắn, gốc HO đóng vai trò tác nhân oxi hóa phân hủy hợp chất hữu Để kiểm tra xem tác nhân gây phản ứng oxi hóa FB, sử dụng methanol để dập tắt gốc tự [6] Kết thực nghiệm ảnh hưởng CH3OH đến thay đổi nồng độ Fuchsin Basic theo thời gian, hiệu suất quang phân hủy Fuchsin Basic sau 25 phút chiếu sáng, tốc độ quang phân hủy FB thể Hình 3.10, Hình 3.11 Hình 3.12 0.8 C/C0 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 t(min) C:H = 0:1 C:H=1:1 C:H=5:1 C:H=10:1 Hình 3.10 Sự phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng có mặt CH3OH 25 30 100 80 H (%) 60 40 20 0 CH3OH : H2O2 10 Hình 3.11 Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy FB sau 25 phút chiếu sáng vào tỉ lệ CH3OH : H2O2 0.08 k (min-1) 0.06 0.04 0.02 0 10 CH3OH : H2O2 Hình 3.12 Sự phụ thuộc số tốc độ phân hủy FB theo mơ hình LangmuirHinshelwood vào tỉ lệ CH3OH : H2O2 31 Kết thực nghiệm cho thấy, có mặt CH3OH – tác nhân bắt gốc tự do, làm giảm mạnh tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic Ở tỉ lệ CH3OH: H2O2 = 10:1 phản ứng phân hủy FB gần dừng hoàn toàn, nồng độ FB gần không đổi theo thời gian, sau 25 phút chiếu sáng nồng độ FB giảm 3,51 % Điều xác nhận thêm lần q trình oxi hóa FB xảy nhờ gốc tự HO- 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến phản ứng quang phân hủy FB xúc tác Fe2O3@TiO2 có mặt H2O2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả xúc tác phân hủy Fuchsin Basic có mặt H2O2 nghiên cứu bao gồm: nồng độ H2O2, hàm lượng α-Fe2O3, nồng độ đầu FB pH môi trường 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến tốc độ quang phân hủy FB xúc tác Fe2O3@TiO2 tiến hành điều kiện: nồng độ FB 30 ppm, hàm lượng Fe2O3@TiO2 0,05 g/L, nồng độ H2O2 thay đổi từ M đến 0,7 M Hình 3.13 cho thấy, nồng độ H2O2 ảnh hưởng mạnh tới đường động học phản ứng quang phân hủy Fuchsin Basic Khi khơng có mặt H2O2 nồng độ FB gần không đổi suốt thời gian chiếu sáng Tăng nồng độ tác nhân oxi hóa H2O2 từ M đến 0,7 M nồng độ FB thay đổi mạnh theo thời gian Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến hiệu suất quang phân hủy Fuchsin Basic sau 25 phút chiếu sáng thể Hình 3.14 Kết thực nghiệm cho thấy, tăng nồng độ H2O2 từ M đến 0,7 M hiệu suất quang phân hủy Fuchsin Basic sau 25 phút chiếu sáng tăng nhanh, sau gần không đổi Ở nồng độ H2O2 0,05 M hiệu suất quang phân hủy đạt 45,86%, tăng nồng độ H2O2 lên 0,5 M hiệu suất quang phân hủy tăng gần gấp lần, đạt 84,36% Tuy nhiên tiếp tục tăng nồng độ H2O2 lên 0,7 M hiệu suất quang phân hủy gần không đổi (H = 84,87 %) Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood thể Hình 3.15 32 0.8 C/C0 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 25 t (min) 0M 0.05M 0.3M 0.5M 0.7M Hình 13 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian FB 80 H (%) 60 40 20 0 0.05 0.1 0.3 Nồng độ H2O2 (M) 0.5 0.7 Hình 3.14 Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy FB sau 25 phút chiếu sáng vào nồng độ H2O2 33 0.08 k (min-1) 0.06 0.04 0.02 0 0.05 0.1 0.3 Nồng độ H2O2 (M) 0.5 0.7 Hình 3.15 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic theo mô hình Langmuir-Hinshelwood vào nồng độ H2O2 Hình 3.15 cho thấy, tăng nồng độ H2O2 từ đến 0,7 M, số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic tính theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood tăng nhanh sau tăng chậm dần Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến động học quang phân hủy Fuchsin Basic giải thích tăng nồng độ H2O2 lượng gốc tự tạo thành lớn nên tốc độ phân hủy FB tăng Tuy nhiên số lượng tâm hoạt động phụ thuộc vào hàm lượng chất xúc tác, nồng độ H2O2 lớn so với tâm hoạt động việc tăng nồng độ H2O2 không làm tăng đáng kể lượng gốc tự HO tạo thành Ngoài nồng độ H2O2 lớn gốc tự HO tự triệt tiêu theo phương trình: HO + H 2O2 → H 2O + HO2 (3.6) HO + HO2 → H 2O + O2 (3.7) Trong nghiên cứu lựa chọn nồng độ H2O2 0,5 M 34 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác Fe2O3@TiO2 Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác đến tốc độ quang phân hủy FB, tiến hành phản ứng điều kiện nồng độ FB 30 ppm, nồng độ H2O2 0,5 M, hàm lượng xúc tác Fe2O3@TiO2 thay đổi từ 0,01 g/L đến 0,09 g/L Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng vật liệu xúc tác đến tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic thể Hình 3.16 Hình 3.17 Kết thực nghiệm cho thấy, khơng có mặt chất xúc tác Fe2O3@TiO2, phản ứng quang phân hủy Fuchsin Basic diễn chậm, sau 25 phút hiệu suất xử lý quang FB đạt 35,5%, số tốc độ theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood k = 0,0178 min-1 Tăng hàm lượng vật liệu xúc tác từ 0,01 g/L đến 0,09 g/L tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic tăng nhanh sau giảm dần (Hình 3.17) Với hàm lượng vật liệu 0,05 g/L hiệu suất quang phân hủy đạt 84,4% số tốc độ đạt giá trị lớn k = 0,0724 min-1 0.8 C/C0 0.6 0.4 0.2 0 g/L 0,03 g/L 10 15 t (min) 0,05 g/L 0,075 g/L 20 0,01 g/L 25 0,09 g/L Hình 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng Fuchsin Basic 35 0.08 k (min-1) 0.06 0.04 0.02 0 0.01 0.03 0.05 0.075 0.09 m (g/L) Hình 3.17 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào hàm lượng vật liệu Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu xúc tác đến tốc độ quang phân hủy FB giải thích tăng hàm lượng chất xúc tác có thêm nhiều vị trí hoạt động bề mặt vật liệu cho H2O2 bám vào, tương tác tạo gốc tự nên tốc độ phản ứng phân hủy FB tăng Tuy nhiên lượng chất xúc tác Fe2O3@TiO2 lớn phần gốc tự thay phản ứng với FB lại tương tác với tâm hoạt động bị hoạt tính, tốc độ phân hủy FB giảm Hàm lượng vật liệu Fe2O3@TiO2 sử dụng nghiên cứu 0,05 g/L 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ Fuchsin Basic Để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ban đầu Fuchsin Basic tới khả xúc tác vật liệu Fe2O3@TiO2, tiến hành điều kiện: nồng độ H2O2 0,5 M, hàm lượng Fe2O3@TiO2 0,05 g/L, nồng độ FB thay đổi từ ppm đến 35 ppm Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu đến tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic H2O2 xúc tác Fe2O3@TiO2 thể Hình 3.18 Hình 3.19 36 10ppm 20ppm 30ppm 35ppm 5ppm 15ppm 0.8 C/C0 0.6 0.4 0.2 0 10 t (min) 15 20 25 Hình 3.18 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng Fuchsin Basic 0.08 k (min-1) 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 10 15 20 Nồng độ FB (ppm) 30 35 Hình 19 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào nồng độ đầu FB 37 Kết thực nghiệm cho thấy, thay đổi nồng độ Fuchsin Basic từ ppm đến 35 ppm tốc độ quang phân hủy FB H2O2 thay đổi khơng nhiều, có xu hướng tăng dần sau giảm dần Điều giải thích tăng nồng độ FB làm tăng xác suất va chạm chất phản ứng với tác nhân oxi hóa nên dẫn đến tốc độ phản ứng tăng Tuy nhiên nồng độ FB lớn, lượng FB bị hấp phụ nhiều, chiếm hầu hết tâm hoạt động bề mặt vật liệu, cản trở trình tương tác hấp thụ ánh sáng vật liệu q trình hoạt hóa H2O2 tốc độ phản ứng giảm 3.4.4 Ảnh hưởng pH môi trường pH yếu tố quan trọng trình quang phân hủy FB pH ảnh hưởng lớn tới hoạt tính Fe2O3@TiO2 pH thay đổi từ đến 8, điều kiện khác giữ cố định: nồng độ FB 30 ppm, nồng độ H2O2 0.5 M, hàm lượng xúc tác Fe2O3@TiO2 0,05 g/L Kết khảo sát ảnh hưởng pH môi trường đến động học xúc tác quang phân hủy Fuchsin Basic thể Hình 3.20 Hình 3.21 0.8 pH=4 pH=2 0.6 C/C0 pH=6 pH=8 pH = 10 0.4 0.2 0 10 15 t (min) 20 25 30 Hình 3.20 Ảnh hưởng pH mơi trường đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian chiếu sáng Fuchsin Basic 38 0.08 k (min-1) 0.06 0.04 0.02 pH 10 Hình 3.21 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Fuchsin Basic theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào pH môi trường Kết thực nghiệm cho thấy, pH môi trường với pH tự nhiên dung dịch Fuchsin Basic (pH = 6) cho tốc độ quang phân hủy lớn Giảm pH dung dịch môi trường axit tốc độ quang phân hủy FB giảm mạnh Tăng pH dung dịch môi trường bazơ làm giảm tốc độ phản ứng quang phân hủy FB Điều giải thích pH thấp vật liệu mang điện tích dương, khơng thuận lợi cho việc hấp phụ chất màu cation FB mang điện tích dương Tương tác đẩy làm cho gốc tự khó tiếp cận với phân tử Fuchsin Basic, dễ dàng bị hoạt tính va chạm với tâm hoạt động vật liệu Khi pH > pHI vật liệu mang điện tích âm, FB mang điện tích dương, q trình hấp phụ xảy thuận lợi Gốc tự hoạt động HO sinh tương tác H2O2 với e-CB dễ dàng công phân tử FB gắn bề mặt vật liệu nên tốc độ quang phân hủy lớn Tuy nhiên phân tử FB cồng kềnh nên môi trường bazơ bị hấp phụ nhiều bề mặt vật liệu cản trở trình nhận ánh sáng Fe2O3@TiO2 trình hoạt hóa phân tử H2O2 nên tốc độ phản ứng quang phân hủy giảm Ngồi mơi trường bazơ mạnh nồng độ OH- lớn khiến ion Fe3+ bị thủy phân thành 39 Fe(OH)3 khơng có khả phản ứng với H2O2 tạo gốc tự nên hoạt tính xúc tác số tốc độ phân hủy FB giảm mạnh 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận -Đã tổng hợp thành cơng vật liệu Fe2O3@TiO2 có cấu trúc lập phương rỗng xốp theo phương pháp thủy luyện từ Prussian Blue TiOSO4 - Đã xác định đặc trưng hoá lý vật liệu với phổ đặc trưng IR, Raman, XRD hình ảnh SEM - Vật liệu Fe2O3@TiO2 thể khả xúc tác quang phân hủy FB có mặt H2O2 chiếu ánh sáng nhìn thấy Ở điều kiện FB 30 ppm, H2O2 0,5 M, hàm lượng xúc tác 0,05 g/L, hiệu suất quang phân hủy FB đạt 84,4 % sau 25 phút chiếu sáng bóng đèn LED Rạng Đơng cơng suất 80 W Động học trình xúc tác quang phân hủy tn theo mơ hình mơ hình Langmuir-Hinshelwood, số tốc độ xác định k = 0,0724 min-1 Tác nhân gây phản ứng oxi hóa Fuchsin Basic chứng minh gốc tự HO -Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xúc tác quang phân hủy Fuchsin Basic: Nồng độ H2O2, hàm lượng chất xúc tác, nồng độ đầu FB pH môi trường Điều kiện phù hợp để phản ứng quang phân hủy FB có mặt H2O2 xúc tác Fe2O3@TiO2 xảy với tốc độ lớn là: 0,5 M H2O2 + 0,05 g/L Fe2O3@TiO2 + 30 ppm FB, pH = Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ TiO2:Fe2O3 đến khả xúc tác quang phân hủy chất màu vật liệu - Thử khả xúc tác quang vật liệu hợp chất hữu khác 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A L Hoàng, T T H Nguyễn, and L Lê Thùy, “Ước tính lượng khí phát thải đốt rơm rạ đồng ruộng địa bàn tỉnh Thái Bình,” VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, vol 29, no 2, 2013 [2] P T H N T C T V T T T V T H N N H Huỳnh Ngọc Khánh, “Nghiên cứu loại bỏ Rhodamine B nước trình Fenton sử dụng vật liệu bùn thải từ nhà máy xử lý nước ngầm nhiễm sắt,” Tạp chí Mơi trường, số Chun đề Tiếng việt III, pp 83–87, 2021 [3] L T P T T ̣Hiền Lê Xuân Vĩnh, “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm UV/Fenton,” Tạp chí phát triển KH&CN, số T6, vol 18, 2015 [4] B V Thắng, “Điều chế chất xúc tác hệ Fenton dị thể La/Fe-Bentonite ứng dụng xử lý đỏ congo nước,” Bản B Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, vol 60, no 8, 2018 [5] V X H Đ Đ V and N Đ C N T Nghị, “Tổng hợp phương pháp ơxi hóa nhiệt khảo sát đặc tính nhạy khí nano Fe2O3,” Engineering and Technology for Sustainable Development, vol 31, no 2, pp 84–88, Apr 2021 [6] N Wang, Y Du, W Ma, P Xu, and X Han, “Rational design and synthesis of SnO2encapsulated α-Fe2O3 nanocubes as a robust and stable photo-Fenton catalyst,” Applied Catalysis B: Environmental, vol 210, pp 23–33, 2017 [7] A Kudo and Y Miseki, “Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting,” Chemical Society Reviews, vol 38, no 1, pp 253–278, 2009 [8] T A Egerton, “UV-absorption—the primary process in photocatalysis and some practical consequences,” Molecules, vol 19, no 11, pp 18192–18214, 2014 [9] S.-D Mo and W Y Ching, “Electronic and optical properties of three phases of titanium dioxide: Rutile, anatase, and brookite,” Physical review B, vol 51, no 19, p 13023, 1995 [10] B Brežný and A Muan, “Phase relations and stabilities of compounds in the system CoO TiO2,” Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, vol 31, no 3, pp 649– 655, 1969 42 [11] D Friedmann, C Mendive, and D Bahnemann, “TiO2 for water treatment: parameters affecting the kinetics and mechanisms of photocatalysis,” Applied Catalysis B: Environmental, vol 99, no 3–4, pp 398–406, 2010 [12] J Lu and C.-J Tsai, “Hydrothermal phase transformation of hematite to magnetite,” Nanoscale Res Lett, vol 9, no 1, pp 1–8, 2014 [13] T le Huu, D C Nguyen, T Dang, and V H Nguyen, “Synthesis and Characterization of Hierarchical CeO2 Spherical Nanoparticles for Photocatalytic Degradation of Methylene Blue,” VNU Journal of Science: Mathematics-Physics, vol 37, no 4, 2021 [14] X Liu et al., “Single crystal α-Fe2O3 with exposed {104} facets for high performance gas sensor applications,” RSC Adv, vol 2, no 15, pp 6178–6184, 2012 [15] H Fan, T Zhang, X Xu, and N Lv, “Fabrication of N-type Fe2O3 and P-type LaFeO3 nanobelts by electrospinning and determination of gas-sensing properties,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol 153, no 1, pp 83–88, 2011 [16] Y Wang et al., “Facile synthesis of porous α-Fe2O3 nanorods and their application in ethanol sensors,” The Journal of Physical Chemistry C, vol 112, no 46, pp 17804–17808, 2008 [17] S Yan and Q Wu, “A novel structure for enhancing the sensitivity of gas sensors– α-Fe2O3 nanoropes containing a large amount of grain boundaries and their excellent ethanol sensing performance,” Journal of Materials Chemistry A, vol 3, no 11, pp 5982–5990, 2015 [18] C M Hung, N D Hoa, N van Duy, N van Toan, D T T Le, and N van Hieu, “Synthesis and gas-sensing characteristics of α-Fe2O3 hollow balls,” Journal of Science: Advanced Materials and Devices, vol 1, no 1, pp 45–50, 2016 [19] L Zhang, H bin Wu, S Madhavi, H H Hng, and X W Lou, “Formation of Fe2O3 microboxes with hierarchical shell structures from metal–organic frameworks and their lithium storage properties,” J Am Chem Soc, vol 134, no 42, pp 17388–17391, 2012 43 [20] M el Haddad, “Removal of Basic Fuchsin dye from water using mussel shell biomass waste as an adsorbent: Equilibrium, kinetics, and thermodynamics,” Journal of Taibah University for Science, vol 10, no 5, pp 664–674, 2016 [21] B B Mohammed et al., “Fe-ZSM-5 zeolite for efficient removal of basic Fuchsin dye from aqueous solutions: Synthesis, characterization and adsorption process optimization using BBD-RSM modeling,” Journal of Environmental Chemical Engineering, vol 8, no 5, p 104419, 2020 [22] S Kalita et al., “Utilization of Euryale ferox Salisbury seed shell for removal of basic fuchsin dye from water: equilibrium and kinetics investigation,” RSC Adv, vol 7, no 44, pp 27248–27259, 2017 [23] W Bessashia, Y Berredjem, Z Hattab, and M Bououdina, “Removal of Basic Fuchsin from water by using mussel powdered eggshell membrane as novel bioadsorbent: Equilibrium, kinetics, and thermodynamic studies,” Environmental Research, vol 186, p 109484, 2020 [24] S C Glotzer and M J Solomon, “Anisotropy of building blocks and their assembly into complex structures,” Nat Mater, vol 6, no 8, pp 557–562, 2007 [25] Y Wang et al., “Facile synthesis of porous α-Fe2O3 nanorods and their application in ethanol sensors,” The Journal of Physical Chemistry C, vol 112, no 46, pp 17804–17808, 2008 ... Kết thử khả xúc tác quang phân hủy FB có mặt H2O2 vật liệu Để thử khả xúc tác quang phân hủy Fuchsin Basic có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2 tiến hành thí nghiệm song song: TN 1: Sử dụng xúc tác Fe2O3@TiO2... nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến phản ứng quang phân hủy FB xúc tác Fe2O3@TiO2 có mặt H2O2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả xúc tác phân hủy Fuchsin Basic có mặt H2O2 nghiên cứu bao gồm: nồng độ H2O2, ... H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2” 2 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Vật liệu xúc tác Fe2O3@TiO2 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá khả xúc tác quang phân hủy chất màu chất màu Fuchsin