Nghiên cứu khả năng xúc tác quang phân hủy rhodamine b có mặt h2o2 của vật liệu fe2o3tio2

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA HÓA HỌC  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY RHODAMINE B CÓ MẶT H2O2 CỦA VẬT LIỆU Fe2O3@TiO2 Ngƣời hƣớng dẫn : TS Vũ Thị Duyên Sinh viên thực : Nguyễn Thị Ánh Nguyệt Lớp : 18CHD Đà Nẵng, tháng năm 2022 LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm-Đai học Đà Nẵng toàn thể thầy cô giáo môn thầy giáo cơng tác phịng thí nghiệm khoa Hóa học tận tình truyền đạt kiến thức quý báu, hỗ trợ sở vật chất, dụng cụ thí nghiệm, giúp đỡ em trình học tập làm khóa luận Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS Vũ Thị Duyên ngƣời bỏ thời gian công sức để hƣớng dẫn em suốt trình thực nghiên cứu hồn thành đề tài “ Nghiên cứu khả xúc tác quang phân hủy Rhodamine B có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2” Mặc dù có nhiều cố gắng q trình làm đề tài nhƣng khóa luận em khơng tránh khỏi thiếu sót Nên em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp dẫn thầy để khóa luận em đƣợc hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Thị Ánh Nguyệt LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn TS Vũ Thị Duyên Các số liệu, kết báo cáo hồn tồn trung thực, khách quan, khơng chép từ cơng trình khác Đà nẵng, ngày 01 tháng 05 năm 2022 Tác giả Nguyễn Thị Ánh Nguyệt DANH MỤC KÝ HIỆU- CHỮ VIẾT TẮT IR Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại) XRD X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) SEM Seaning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) Eg Năng lƣợng vùng cấm h+ Lỗ trống VB Vùng hóa trị CB Vùng dẫn RhB Rhodamine B DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ Trang Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 Hình 1.2 Giản đồ miền lƣợng hai dạng anata rutin Hình 1.3 -Fe2O3 (hematit) Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo Rhodamine B 10 Hình 1.5 Bột Rhodamine B 11 Hình 2.1 Prussian blue citrat 15 Hình 2.2 Điều chế Fe2O3@TiO2 15 Hình 3.1 Phổ IR vật liệu Fe2O3@TiO2 19 Hình 3.2 Phổ RAMAN vật liệu Fe2O3@TiO2 20 Hình 3.3 Phổ XRD mẫu Fe2O3@TiO2 20 Hình 3.4 Hình ảnh SEM Fe2O3@TiO2 21 Hình 3.5 Kết xây dựng đƣờng chuẩn Rhodamine B 21 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Sự thay đổi nồng độ Rhodamine B theo thời gian chiếu sáng Hiệu suất quang phân hủy Rhodamine B sau 100 phút chiếu sáng Sự phụ thuộc ln(C0/C) vào thời gian chiếu sáng Hằng số tốc độ phân hủy Rhodamine B theo mơ hình Langmuir- Hinshelwood Ảnh hƣởng CH3OH đến thay đổi nồng độ Rhodamine B theo thời gian Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy Rhodamine B vào tỉ lệ CH3OH:H2O2 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood 22 23 24 25 26 27 27 vào tỉ lệ CH3OH:H2O2 Hình 3.13 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 28 Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy Hình 3.14 Rhodamine B sau 100 phút chiếu sáng vào nồng độ 29 H2O2 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Hình 3.15 Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood 29 vào nồng độ H2O2 Hình 3.16 Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 30 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Hình 3.17 Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood 31 vào nồng độ H2O2 Hình 3.18 Ảnh hƣởng nồng độ đầu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 32 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Hình 3.19 Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood 33 vào nồng độ đầu Rhodamine B Hình 3.20 Ảnh hƣởng pH mơi trƣờng đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 33 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Hình 3.21 Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào pH mơi trƣờng 34 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Đối tƣợng mục đích nghiên cứu 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.2 Mục đích nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 3.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết .2 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa đề tài Bố cục luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu TiO2 1.1.1 Giới thiệu chung TiO2 1.1.2 Cơ chế xúc tác quang TiO2 1.2 Vật liệu -Fe2O3 (hematit) 1.3 Tổng quan thuốc nhuộm 1.3.1 Khái niệm thuốc nhuộm 1.3.2 Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm 1.3.3 Phân loại thuốc nhuộm 1.3.4 Công thức cấu tạo tính chất hóa lý Rhodamine 10 1.3.5 Độc tính thuốc nhuộm Rhodamine B .12 1.3.6 Ứng dụng tình hình sử dụng thuốc nhuộm Rhodamine B .12 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 14 2.1 Hóa chất dụng cụ 14 2.1.1 Hóa chất 14 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 14 2.2 Tổng hợp vật liệu Fe2O3@TiO2 14 2.2.1 Tổng hợp vật liệu Prussian blue (PB) 14 2.2.2 Tổng hợp vật liệu Prussian blue citrat (PBC) .15 2.2.3 Tổng hợp vật liệu Fe2O3@TiO2 15 2.3 Xác định đặc trƣng lý hóa vật liệu 16 2.4 Thử khả xúc tác quang phân hủy RhB có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2 .16 2.4.1 Xây dựng đƣờng chuẩn Rhodamine B 16 2.4.2 Thử khả xúc tác vật liệu 16 2.4.3 Xác định chế quang phân hủy RhB có mặt H2O2 17 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến q trình quang phân hủy RhB có mặt H2O2 xúc tác Fe2O3@TiO2 18 2.5.1 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 18 2.5.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu 18 2.5.3 Ảnh hƣởng nồng độ RhB .18 2.5.4 Ảnh hƣởng pH môi trƣờng .18 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 3.1 Kết tổng hợp vật liệu 19 3.2 Kết xây dựng đƣờng chuẩn Rhodamine B .21 3.3 Kết thử khả xúc tác quang phân hủy RhB có mặt H2O2 vật liệu 22 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố đến phản ứng phân hủy RhB xúc tác Fe2O3@TiO2 có mặt H2O2 28 3.4.1 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 28 3.4.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu 30 3.4.3 Ảnh hƣởng nồng độ RhB .32 3.4.4 Ảnh hƣởng pH môi trƣờng .33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .35 4.1 Kết luận .35 4.2 Kiến nghị .35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .36 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa đại hóa đất nƣớc nhƣ việc mở rộng sản xuất phát triển ngành kinh tế nhƣ công nghiệp, nơng nghiêp, ngành nghề thủ cơng…ngày có quy mô, đem lại thay đổi mạnh mẽ đời sống ngƣời dân với chất lƣợng sống ngày nâng cao Tuy nhiên, hoạt động tích cực mà kinh tế mang lại tồn ảnh hƣởng không tốt đến sống xã hội loài ngƣời nhƣ động – thực vật Những ảnh hƣởng gây nên ô nhiễm không khí, nhiễm nguồn nƣớc… chất thải cơng nghiệp lƣợng hóa chất tồn dƣ sử dụng nông nghiệp hay rác thải từ sinh hoạt Thành phần chủ yếu nƣớc thải sở công nghiệp nhƣ: dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm,…là thuốc nhuộm màu Rhodamine B (RhB) chất nhuộm thuộc nhóm thuốc nhuộm Xanthene đƣợc sử dụng rộng rãi, phổ biến RhB gây độc cấp mãn tính thơng qua tiếp xúc, đƣờng hơ hấp đƣờng tiêu hóa, gây tình trạng dị ứng, ngứa, ho, đau tức ngực Nếu tích tụ dần thể gây nhiều tác hại gan, thận, hệ thần kinh gây ung thƣ [1] Xúc tác quang hóa hƣớng nghiên cứu có tiềm để xử lý chất gây nhiễm Việc tìm kiếm chất xúc tác có hiệu suất lƣợng tử cao, có độ bền xúc tác ngày đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm Vật liệu bán dẫn loại n TiO2 đƣợc sử dụng phổ biến làm vật liệu quang xúc tác Để nâng cao hiệu sử dụng vùng ánh sáng khả kiến, nhà nghiên cứu thƣờng kết hợp TiO2 với bán dẫn loại p khác nhƣ NiO, Fe2O3 [2], [3] Xuất phát từ lý trên, thực đề tài “Nghiên cứu khả xúc tác quang phân hủy Rhodamine B có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2” Đối tƣợng mục đích nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Vật liệu có cấu trúc lõi vỏ Fe2O3@TiO2 2.2 Mục đích nghiên cứu Đánh giá khả xúc tác quang phân hủy chất màu Rhodamine B có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2 nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng tới trình xúc tác quang Phƣơng pháp nghiên cứu 3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu mạng Internet, tham khảo công trình nghiên cứu giới chất màu nhuộm, Rhodamine B, phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm, phƣơng pháp oxi hóa nâng cao, chế xúc tác quang phân hủy chất màu… - Tổng quan tài liệu tính chất, thành phần hố học, phƣơng pháp tổng hợp, ứng dụng vật liệu nghiên cứu α-Fe2O3, TiO2, vật liệu có cấu trúc lõi vỏ… 3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phƣơng pháp thuỷ luyện (sử dụng dung môi nƣớc) để tổng hợp vật liệu - Các phƣơng pháp phổ xác định đặc trƣng hoá lý vật liệu: IR, Raman, XRD, SEM - Phƣơng pháp UV-Vis xác định nồng độ Rhodamine B Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu Fe2O3@TiO2 - Xác định đặc trƣng lý hóa vật liệu: đo phổ IR, Raman, XRD, SEM - Thử khả xúc tác quang phân hủy Rhodamine B - Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng tới trình xúc tác quang phân hủy Rhodamine B (nồng độ H2O2, hàm lƣợng vật liệu, nồng độ chất màu, pH môi trƣờng) 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 24 Đồ thị phụ thuộc ln(C0/C) (trong C0 nồng độ RhB sau đạt cân hấp phụ) vào thời gian chiếu sáng có dạng tuyến tính (với R2 = 0.99 (Hình 3.8)), hồn tồn phù hợp với mơ hình Langmuir-Hinshelwood [19], điều chứng tỏ RhB bị quang phân hủy phản ứng phân hủy tuân theo quy luật động học phản ứng bậc Kết hồi quy tuyến tính thu đƣợc phƣơng trình: Fe2O3@TiO2 + Vis: y = 0,0005x – 0,0008 (R2 = 0,984) Fe2O3@TiO2 + H2O2: y = 0,0025x + 0,0027 (R2 = 0,999) H2O2 + vis: y = 0,0063x - 0,0076 (R2 = 0,996) Fe2O3@TiO2 + H2O2 + vis: y = 0,041x + 0,0186 (R2 = 0,999) Từ hệ số góc suy số tốc độ quang phân hủy RhB, đồ thị biểu diễn số tốc độ phân hủy Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood điều kiện phản ứng khác đƣợc thể Hình 3.9 y = 0.041x + 0.0186 R² = 0.9986 3.5 ln(C0/C) y = 0.0005x - 0.0008 R² = 0.984 2.5 y = 0.0063x - 0.0076 R² = 0.9959 1.5 y = 0.0025x + 0.0027 R² = 0.9987 0.5 0 20 40 60 80 100 t(min) H2O2 + Vis Fe2O3@TiO2+H2O2 Fe2O3@TiO2+ vis Fe2O3@TiO2+H2O2 + Vis Hình 3.8 Sự phụ thuộc ln(C0/C) vào thời gian chiếu sáng Hằng số tốc độ quang phân hủy Rhodamine B H2O2 dƣới tác dụng ánh sáng nhìn thấy, xúc tác Fe2O3@TiO2 tính theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood k = 25 0,041 min-1 gấp 6,5 lần so với không sử dụng xúc tác Fe2O3@TiO2 (k = 0,0063 min-1) Tuy nhiên khơng chiếu sáng phản ứng oxi hóa RhB H2O2 xúc tác Fe2O3@TiO2 có số tốc độ đạt giá trị k = 0,0025 min-1 nhỏ 16,5 lần so với chiếu sáng Phản ứng quang phân hủy Rhodamine B khơng có mặt H2O2 xảy chậm (k = 0,0005 min-1) 0.04 k (min-1) 0.03 0.02 0.01 H2O2 +Vis Fe2O3@TiO2 + Vis Fe2O3@TiO2+ H2O2 Fe2O3@TiO2+ H2O2 + Vis Hình 3.9 Hằng số tốc độ phân hủy Rhodamine B theo mơ hình LangmuirHinshelwood Các nghiên cứu xác minh, phản ứng quang phân hủy hợp chất hữu H2O2 xúc tác Fe2O3 xảy theo chế gốc tự thông qua giai đoạn Giai đoạn hoạt hóa H2O2 để sinh gốc tự Giai đoạn gốc tự công phá hủy hợp chất hữu hv   Fe2O3 @ TiO2   Fe2O3 @ TiO2 (eCB  hVB ) (3.1)  H2O2  hVB  HO2  H  (3.2)  H2O2  eCB  HO  HO (3.3)  HO2  eCB  HO2 (3.4)  HO2  hVB  O2  H  (3.5) HO  adsorbed RhB / RhB*  degradation products (3.6) 26 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 tƣơng tác với electron tạo gốc tự HO (phƣơng trình (3.3) tƣơng tác với lỗ trống tạo thành gốc HO2 (phƣơng trình (3.2)) Gốc HO2 tham gia vào phản ứng vòng Fe2+/Fe3+ (phƣơng trình ( 3.4) (3.5)) nên thời gian sống ngắn, gốc HO đóng vai trị tác nhân oxi hóa phân hủy hợp chất hữu Để kiểm tra xem tác nhân gây phản ứng oxi hóa RhB, sử dụng methanol để dập tắt gốc tự [20] Kết thực nghiệm ảnh hƣởng CH3OH đến thay đổi nồng độ Rhodamine B theo thời gian, hiệu suất quang phân hủy Rhodamine B sau 100 phút chiếu sáng, tốc độ quang phân hủy RhB đƣợc thể Hình 3.10, Hình 3.11 Hình 3.12 C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 20 40 60 80 100 time (min) C:H=1:0 C:H=1:1 C:H=1:10 C:H=1:20 C:H=1:5 Hình 3.10 Ảnh hưởng CH3OH đến thay đổi nồng độ Rhodamine B theo thời gian 27 100 H(%) 80 60 40 20 0 10 15 CH3OH:H2O2 20 25 Hình 3.11 Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy Rhodamine B vào tỉ lệ CH3OH:H2O2 0.05 k(min-1) 0.04 0.03 0.02 0.01 0 CH3OH:H2O2 10 20 Hình 3.12 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào tỉ lệ CH3OH:H2O2 Kết thực nghiệm cho thấy, có mặt CH3OH – tác nhân bắt gốc tự do, làm giảm mạnh tốc độ quang phân hủy Rhodamine B Ở tỉ lệ CH3OH: H2O2 = 20:1 phản ứng phân hủy RhB gần nhƣ dừng hồn tồn, nồng độ RhB gần nhƣ khơng đổi theo thời gian Sau 100 phút chiếu sáng nồng độ RhB giảm 2,61 %, nhiên ln(C0/C) 28 không phụ thuộc tuyến tính vào thời gian, điều xác nhận thêm lần q trình oxi hóa RhB xảy nhờ gốc tự HO 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố đến phản ứng phân hủy RhB xúc tác Fe2O3@TiO2 có mặt H2O2 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2O2 đến động học trình quang phân hủy Rhodamine B xúc tác Fe2O3@TiO2 thể Hình 3.13, Hình 3.14 Hình 3.15 Tăng nồng độ tác nhân oxi hóa H2O2 từ M đến 0,7 M hiệu suất quang phân hủy Rhodamine B sau 100 phút chiếu sáng tăng nhanh, sau gần nhƣ khơng đổi (Hình 3.14) Ở nồng độ H2O2 0,05 M hiệu suất quang phân hủy đạt 88,22%, tăng nồng độ H2O2 lên 0,7 M hiệu suất quang phân hủy đạt 99,14% Vì lƣợng tác nhân oxi hóa đƣợc lấy dƣ nhiều so với Rhodamine B, hiệu suất quang phân hủy xác định thời điểm t = 100 phút (thời gian phản ứng lớn) gần 100% nên không thấy rõ ảnh hƣởng nồng độ H2O2 đến tốc độ phản ứng Do cần phân tích số liệu số tốc độ quang phân hủy theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood 0.8 C/C0 0.6 0.4 0.2 0 0M 20 40 0.05 M 0.1 M 60 t(min) 0.3 M 80 0.5 M 100 0.7 M Hình 3.13 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 29 100 H(%) 80 60 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 CH2O2 (M) 0.5 0.6 0.7 Hình 3.14 Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy Rhodamine B sau 100 phút chiếu sáng vào nồng độ H2O2 0.05 k(min-1) 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.05 0.1 0.3 CH2O2 (M) 0.5 0.7 Hình 3.15 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Rhodamine B theo mơ 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 Rhodamine B tính theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood tăng nhanh sau tăng chậm dần 30 Điều giải thích tăng nồng độ H2O2 lƣợng gốc tự tạo thành lớn nên tốc độ phân hủy RhB tăng Tuy nhiên số lƣợng tâm hoạt động phụ thuộc vào hàm lƣợng chất xúc tác, nồng độ H2O2 lớn so với tâm hoạt động việc tăng nồng độ H2O2 khơng làm tăng đáng kể lƣợng gốc tự HO tạo thành Ngoài nồng độ H2O2 lớn gốc tự HO cịn tự triệt tiêu theo phƣơng trình: HO  H2O2  H2O  HO2 (3.6) HO  HO2  H2O  O2 (3.7) Trong nghiên cứu lựa chọn nồng độ H2O2 0,5 M 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu xúc tác Fe2O3@TiO2 đến tốc độ quang phân hủy Rhodamine B có mặt H2O2 thể Hình 3.16 Hình 3.17 0.8 C/C0 0.6 0.4 0.2 0 20 40 60 0g/L 0.05 g/L t(min) 0.1 g/L 0.2 g/L 0.25 g/L 0.3 g/L 80 0.15 g/L Hình 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 100 31 0.04 k(min-1) 0.03 0.02 0.01 0 0.05 0.1 0.15 m (g/L) 0.2 0.25 0.3 Hình 3.17 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào hàm lượng vật liệu Kết thực nghiệm cho thấy khơng có mặt chất xúc tác Fe2O3@TiO2, phản ứng quang phân hủy Rhodamine B diễn chậm, sau 100 phút hiệu suất xử lý quang RhB đạt 51,28%, số tốc độ theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood k = 0,0063 min-1 Thêm 0,05 g/L vật liệu Fe2O3@TiO2 hiệu suất quang phân hủy RhB đạt 97,32 % số tốc độ k tăng gần lần Tăng hàm lƣợng vật liệu từ 0,05 g/L đến 0,3 g/L tốc độ quang phân hủy Rhodamine B tăng sau giảm dần Với hàm lƣợng vật liệu 0,3 g/L hiệu suất quang phân hủy giảm 58,64% số tốc độ k = 0,0088 min-1, lớn không đáng kể so với không sử dụng xúc tác Hàm lƣợng vật liệu xúc tác tốt đƣợc xác định 0,1 g/L Điều giải thích tăng hàm lƣợng chất xúc tác có thêm nhiều vị trí hoạt động bề mặt vật liệu cho H2O2 bám vào, tƣơng tác tạo gốc tự nên tốc độ phản ứng phân hủy RhB tăng Tuy nhiên lƣợng chất xúc tác Fe2O3@TiO2 lớn phần gốc tự thay phản ứng với RhB lại tƣơng tác với tâm hoạt động bị hoạt tính, tốc độ phân hủy RhB giảm Hàm lƣợng vật liệu Fe2O3@TiO2 đƣợc sử dụng nghiên cứu 0,1 g/L 32 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ RhB Nồng độ đầu Rhodamine B ảnh hƣởng đáng kể đến tốc độ quang phân hủy chất màu Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ đầu đến tốc độ quang phân hủy Rhodamine B H2O2 xúc tác Fe2O3@TiO2 thể Hình 3.18 Hình 3.19 Kết thực nghiệm cho thấy, cho nồng độ RhB từ 10 ppm lên 40 ppm tốc độ quang phân hủy RhB tăng, sau giảm mạnh Điều giải thích tăng nồng độ Rhodamine B 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 Rhodamine B lớn, lƣợng RhB bị hấp phụ nhiều, chiếm hầu hết tâm hoạt động bề mặt vật liệu, cản trở trình tƣơng tác hấp thụ ánh sáng vật liệu nhƣ q trình hoạt hóa H2O2 tốc độ phản ứng giảm 10ppm 20ppm 0.8 25ppm 30ppm C/C0 0.6 40ppm 0.4 0.2 0 20 40 60 80 100 t(min) Hình 3.18 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 33 0.04 k (min-1) 0.03 0.02 0.01 10 20 25 CRhB (M) 30 40 Hình 3.19 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào nồng độ đầu Rhodamine B 3.4.4 Ảnh hưởng pH môi trường Kết khảo sát ảnh hƣởng pH môi trƣờng đến động học xúc tác quang phân hủy Rhodamine B đƣợc thể Hình 3.20 Hình 3.21 0.8 C/C0 0.6 0.4 0.2 0 20 pH = 2.3 40 pH t(min) pH 5.6 60 80 pH 7.8 100 pH 10 Hình 3.20 Ảnh hưởng pH môi trường đến đồ thị phụ thuộc C/C0 vào thời gian Rhodamine B 34 0.04 k (min-1) 0.03 0.02 0.01 2.3 5.6 pH 7.8 10 Hình 3.21 Đồ thị phụ thuộc số tốc độ quang phân hủy Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào pH môi trường Kết thực nghiệm cho thấy, pH môi trƣờng với pH tự nhiên dung dịch Rhodamine B (pH = 5,6) cho tốc độ quang phân hủy lớn Giảm pH dung dịch môi trƣờng axit tốc độ quang phân hủy RhB giảm, sau khơng đổi Tăng pH dung dịch môi trƣờng bazơ làm giảm mạnh tốc độ phản ứng quang phân hủy Rhodamine B Điều đƣợc giải thích pH thấp vật liệu mang điện tích dƣơng, không thuận lợi cho việc hấp phụ cation RhB mang điện tích dƣơng Tƣơng tác đẩy làm cho gốc tự khó tiếp cận với phân tử Rhodamine B, dễ dàng bị hoạt tính va chạm với tâm hoạt động vật liệu Khi pH > pHI vật liệu mang điện tích âm, RhB mang điện tích dƣơng, q trình hấp phụ xảy thuận lợi Gốc tự hoạt động HO sinh tƣơng tác H2O2 với e-CB dễ dàng công phân tử RhB gắn bề mặt vật liệu nên tốc độ quang phân hủy lớn Tuy nhiên phân tử RhB cồng kềnh nên môi trƣờng bazơ bị hấp phụ nhiều bề mặt vật liệu cản trở trình nhận ánh sáng Fe2O3@TiO2 nhƣ q trình hoạt hóa phân tử H2O2 nên tốc độ phản ứng quang phân hủy giảm Ngoài môi trƣờng bazơ mạnh nồng độ OH- lớn khiến ion Fe3+ bị thủy phân thành Fe(OH)3 khả phản ứng với H2O2 tạo gốc tự nên hoạt tính xúc tác số tốc độ phân hủy RhB giảm mạnh 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận -Đã tổng hợp đƣợc vật liệu Fe2O3@TiO2 có cấu trúc lập phƣơng rỗng xốp theo phƣơng pháp thủy luyện từ PB TiOSO4 - Đã xác định đƣợc đặc trƣng hoá lý vật liệu với phổ đặc trƣng IR, Raman, XRD hình ảnh SEM - Vật liệu Fe2O3@TiO2 thể khả xúc tác quang phân hủy RhB có mặt H2O2 chiếu ánh sáng nhìn thấy Ở điều kiện RhB 25 ppm, H2O2 0,5 M, hàm lƣợng xúc tác 0,3 g/L, hiệu suất quang phân hủy RhB đạt 98,32 % sau 100 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 đƣợc xác định k = 0,041 min-1 Tác nhân gây phản ứng oxi hóa Rhodamine B đƣợc chứng minh gốc tự HO -Đã khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình xúc tác quang phân hủy RhB: Nồng độ H2O2, hàm lƣợng chất xúc tác, nồng độ đầu RhB pH môi trƣờng Điều kiện phù hợp để phản ứng quang phân hủy RhB có mặt H2O2 xúc tác Fe2O3@TiO2 xảy với tốc độ lớn là: 0,5 M H2O2 + 0,1 g/L Fe2O3@TiO2 + 25 ppm RhB, pH = 5,6 4.2 Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hƣởng tỉ lệ TiO2:Fe2O3 đến khả xúc tác vật liệu - Thử khả xúc tác quang vật liệu hợp chất hữu khác 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Ngọc Khánh, Phan Trung Hiếu, Nguyễn Thị Cẩm Tiên, Võ Thị Thanh Thùy, Võ Thanh Hằng, Nguyễn Nhật Huy (2021), “Nghiên cứu loại bỏ Rhodamine B nƣớc trình Fenton sử dụng vật liệu bùn thải từ nhà máy xử lý nƣớc ngầm nhiễm sắt”, Tạp chí Mơi trường, số Chun đề Tiếng việt III, 83-87 [2] Zhongli Zhou, Hang Yin, Yuling Zhao, Jianmin Zhang, Yahui Li, Jinshi Yuan, Jie Tang and Fengyun Wang (2021), Synthesis of Magnetic α-Fe2O3/Rutile TiO2 Hollow Spheres for Visible-Light Photocatalytic Activity, Catalysis, 11, 396, https://doi.org/10.3390/catal11030396 [3] Mohamed Zayed, Salsbeel Samy, Mohamed Shaban, Abeer S Altowyan, Hany Hamdy and Ashour M Ahmed (2022), Fabrication of TiO2/NiO p-n Nanocomposite for Enhancement Dye Photodegradation under Solar Radiation, Nanomaterials, 12, 989 https://doi.org/10.3390/nano12060989 [4] Mạc Đình Thiết (2013), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang xúc tác nano hệ TiO2-CeO2 thăm dị khả ứng dụng xử lý mơi trường”, Luận văn tiến sĩ Hóa học, Hà Nội [5] Phạm Minh Tứ (2019), “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng đánh giá hoạt tính quang xúc tác hệ vật liệu tổ hợp sở nano TiO2/(CNT, ZnO, SiO2)”, Luận án tiến sĩ hóa học, Hà Nội [6] Dƣơng Thị Hanh (2018), “Chế biến, ứng dụng sản phẩm Fe2O3 sau trình điều chế TiO2 từ quặng ILMENIT theo phương pháp amoni florua”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Hà Nội [7] Dƣơng Thị Oanh (2017), “Tổng hợp hạt nano TiO2/Fe2O3 ứng dụng xử lý amoxicillin”, Khóa luận tốt nghiệp, Hà Nội [8] Tran Van Khai, Nguyen Quang Vinh, Le Van Thang, Mai Thanh Phong (2019), “Effect of temperature on the structure and properties of Fe2O3/graphene nanocomposites synthesized by hydrothermal method”, Vietnam Journal of Science and Technology, 57 (3A), 150-159 37 [9] J Liu, J Wang, Y Li, P.Jia, F.Lu and K.Chen (2015), “Hydrothermal synthesis of monodisperse α-Fe2O3 nanocubes”, Materials Research Innovations, V 19, I 5, 371-375 [10] Marin Tadic, Djordje Trpkov, Lazar Kopanja, Sandra Vojnovic, Matjaz Panjan (2019), “Hydrothermal synthesis of hematite (α-Fe2O3) nanoparticle forms: Synthesis conditions, structure, particle shape analysis, cytotoxicity and magnetic properties”, Journal of Alloys and Compounds, V.792, 599-609 [11] Phạm Thị Thủy Triều, Bùi Thị Hằng (2018), “Tổng hợp Fe2O3 phƣơng pháp sol-gel ứng dụng cho pin sắt – khí”, Khoa học & công nghệ Việt Nam, 60(8), 8, 50-53 [12] K Raja, M Mary Jaculine, M Jose, Sunil Verma, A.A.M Prince, K Llangovan, K Sethusankar, S Jerome Das (2015), “Sol–gel synthesis and characterization of α-Fe2O3 nanoparticles”, Superlattices and Microstructures, V.86, 306-312 [13] Đặng Văn Long, 2018, Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm Rhodamine B vật liệu hấp phụ từ bã mía qua xử lý NaOH NaOH/H2O2, Luận văn thạc sĩ [14] Nguyễn Thị Khanh (2016), Nghiên cứu xử lý Rhodamine B phương pháp oxi hóa sử dụng quặng pyrolusite làm xúc tác nhiệt độ thường áp suất thường, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa học tự nhiên [15] Nguyễn Thị Kim Sa (2016), Nghiên cứu xử lý Rhodamine B vật liệu hấp phụ Sepiolite, Khóa luận tốt nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam [16] Dƣơng Thị Oanh (2017), Tổng hợp hạt Nano TiO2/Fe2O3 ứng dụng xử lý Amoxicillin, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sƣ phạm Hà Nội [17] Lassoued, B Dkhil, Gadri, and S mmar, “Control of the shape and size of iron oxide (α-Fe2O3) nanoparticles synthesized through the chemical precipitation method,” Results Phys., vol 7, pp 3007–3015, 2017 [18] Houda Mansour, Hanen Letifi, Radhouane Bargougui, Sonia De Almeida‐ Didry, Beatrice Negulescu, Cécile Autret‐ Lambert, Abdellatif Gadri, Salah Ammar (2017), Structural, optical, magnetic and electrical properties of hematite (αFe2O3) nanoparticles synthesized by two methods: polyol and precipitation, Appl Phys A 123, 787 https://doi.org/10.1007/s00339-017-1408-1 38 [19] V H Castrejón-Sánchez, E Camps, and M Camacho-López, Quantification of phase content in TiO2 thin films by Raman spectroscopy, Superf y vacío, vol 27, no 3, pp 88–92 [20] Nguyen Thi Lan, Vo Hoang Anh, Hoang Duc An, Nguyen Phi Hung, Dao Ngoc Nhiem, Bui Van Thang, Pham Khac Lieu, and Dinh Quang Khieu, Synthesis of CN-S-Tridoped TiO2 from Vietnam Ilmenite Ore and Its Visible Light-DrivenPhotocatalytic Activity for Tetracyline Degradation, Journal of Nanomaterials, Volume 2020, Article ID 1523164, 14 pages [21] Na Wang, Yunchen Du, Wenjie Ma, Ping Xu, Xijiang Han (2017), “Rational design and synthesis of SnO2-encapsulate α-Fe2O3 nanocubes as a robust and stable photo-Fenton catalyst”, Applied Catalysis B: Environmental, V.210, 23-33 ... Kết xây dựng đường chuẩn Rhodamine B 22 3.3 Kết thử khả xúc tác quang phân hủy RhB có mặt H2O2 vật liệu Để thử khả xúc tác quang phân hủy Rhodamine B có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2 tiến hành... đƣờng chuẩn Rhodamine B .21 3.3 Kết thử khả xúc tác quang phân hủy RhB có mặt H2O2 vật liệu 22 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố đến phản ứng phân hủy RhB xúc tác Fe2O3@TiO2 có mặt H2O2 ... ? ?Nghiên cứu khả xúc tác quang phân hủy Rhodamine B có mặt H2O2 vật liệu Fe2O3@TiO2” Đối tƣợng mục đích nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Vật liệu có cấu trúc lõi vỏ Fe2O3@TiO2 2.2 Mục đích nghiên