Các đặc trưng tính chất của vật liệu, thành phần pha, kích thước hạt, năng lượng vùng cấm của vật liệu được xác định bằng các phương pháp như: Phương pháp nhiễu xạ tia X XRD, kính hiển v
TỔNG QUAN
Tổng quan về ZnO
ZnO là hợp chất vô cơ được tạo thành từ sự kết hợp của nguyên tố kẽm (Zn) thuộc nhóm IIB và nguyên tố oxy (O) thuộc nhóm VIA Ở điều kiện bình thường, ZnO tồn tại dưới dạng bột màu trắng mịn, không mùi và có đặc tính khó nóng chảy Tuy nhiên, khi đun nóng, ZnO không phân hủy nhưng lại giải phóng hơi độc hại, có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.
ZnO là chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm trực tiếp là 3,37 eV và năng lượng liên kết lớn
ZnO có năng lượng vùng cấm khoảng 60 meV tại nhiệt độ thường, điều này cho phép nó thể hiện các đặc tính quang điện tử và áp điện vượt trội Nhờ vào khả năng tương thích sinh học, tính thân thiện với môi trường và ổn định nhiệt, ZnO đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như kỹ thuật điện tử và quang hóa điện tử, thiết bị truyền động, cảm biến, thiết bị phát xạ trường, pin mặt trời, laser UV và chất xúc tác quang.
1.1.2 Cấu trúc tinh thể ZnO
ZnO tồn tại trong cấu trúc tinh thể wurtzite, rocksalt và zineblende Ở điều kiện thường, cấu trúc wurtzite là ổn định nhất và phổ biến nhất (Hình 1.1) [11]
Cấu trúc tinh thể wurtzite của ZnO có ô cơ sở lục giác với các thông số mạng tinh thể a = 0,325 nm và c = 0,520 nm Mỗi ion kẽm được bao quanh bởi bốn ion oxy trong một phối trí tứ diện, tạo nên sự không đối xứng trong cấu trúc tinh thể Điều này dẫn đến các tính chất áp điện và phân cực tinh thể, đồng thời là yếu tố chính trong sự phát triển của tinh thể và phát sinh khuyết tật Các thông số mạng tinh thể của ZnO có thể thay đổi phụ thuộc vào đặc tính độc lập của các nguyên tử ngoại lai, khuyết tật, biến dạng bên ngoài và nhiệt độ.
Hình 1 1 Cấu trúc tinh thể wurtzite của ZnO
Kẽm Oxit làm chất xúc tác quang hóa
1.2.1 Cơ chế xúc tác quang hóa
Hình 1 2 Cơ chế xúc tác quang hóa dị thể của ZnO [12]
Quá trình quang xúc tác trong ZnO được khởi xướng khi vật liệu này hấp thụ bức xạ ánh sáng có năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của ZnO Sự hấp thụ photon này kích thích và chuyển electron từ vùng hóa trị sang vùng dẫn, tạo ra lỗ trống trong vùng hóa trị Các hạt mang điện quang sinh được tạo ra sẽ di chuyển đến bề mặt ZnO và tham gia vào các phản ứng oxi hóa - khử.
Các điện tử và lỗ trống có phản ứng cao ở bề mặt của chất xúc tác quang ZnO thường tham gia vào các phản ứng khử và oxy hóa, tạo ra các gốc hydroxyl (•OH) và các gốc superoxide (O2•) thông qua các phản ứng sau: các lỗ trống ở vùng valence (hVB+) phản ứng với nước để tạo ra gốc hydroxyl và ion hydro (H+), trong khi các điện tử ở vùng dẫn (eCB-) phản ứng với oxy để tạo ra gốc superoxide.
Trong ZnO, điện thế âm của vùng dẫn thấp hơn điện thế oxy hóa khử của O2/O2-, cho phép tạo ra các gốc anion superoxit thông qua các electron Ngược lại, điện thế dương của vùng hóa trị cao hơn thế oxy hóa khử của •OH/H2O, dẫn đến việc các phân tử nước bị oxy hóa bởi các lỗ trống để tạo thành các gốc hydroxyl.
Các gốc hydroxyl (OH • ) và gốc superoxit • O2 - đóng vai trò là tác nhân oxy hóa mạnh, phản ứng với các chất hữu cơ độc hại được hấp thụ trên bề mặt ZnO, tạo thành các sản phẩm trung gian Quá trình này tiếp tục chuyển hóa các chất trung gian thành các sản phẩm vô hại, góp phần làm sạch môi trường.
Chất hữu cơ + • OH/ • O2 - → Sản phẩm trung gian (1.4) Sản phẩm trung gian → CO2 + H2O (1.5)
ZnO hoạt động kém hơn dưới bức xạ mặt trời do năng lượng vùng cấm lớn, điều này gây hạn chế trong ứng dụng quang xúc tác của ZnO.
Nhóm nghiên cứu của Moshfegh đã thành công trong việc biến tính các cấu trúc nano ZnO theo hướng phát triển các chất xúc tác quang hoạt động với ánh sáng nhìn thấy thông qua biến tính bề mặt và năng lượng vùng cấm Quá trình pha tạp ZnO với kim loại và phi kim loại giúp mở rộng dải bước sóng hấp thụ của ZnO, từ đó thay đổi cấu trúc dải điện tử trong quang phổ ánh sáng khả kiến mà không làm giảm hoạt tính quang xúc tác.
Nghiên cứu của Coronado và cộng sự đã chỉ ra rằng pha tạp kim loại có thể dịch chuyển bờ hấp thụ của chất xúc tác quang khi nồng độ pha tạp nhỏ hơn 10% mol Sự tương tác của các trạng thái điện tử trong chất xúc tác quang có thể bị ảnh hưởng bởi sự pha tạp kim loại, dẫn đến sự thay đổi trong phổ hấp thụ của chất xúc tác.
Việc pha tạp cation kim loại vào vùng hóa trị hoặc vùng dẫn của ZnO tạo ra mức năng lượng vùng cấm mới và làm thu hẹp vùng cấm của ZnO Sự pha tạp loại p với các ion kim loại hoạt động như chất nhận điện tử tạo ra một mức năng lượng thấp hơn vùng dẫn ban đầu, trong khi sự pha tạp loại n với các ion kim loại hoạt động như chất cho điện tử Các trạng thái mới này có khả năng hấp thụ ánh sáng với bước sóng dài hơn, mở ra tiềm năng ứng dụng mới cho vật liệu ZnO.
Pha tạp phi kim trong ZnO tạo ra một trạng thái vùng hóa trị mới, giúp thu hẹp năng lượng vùng cấm bằng cách tăng vùng hóa trị lên tối đa Khác với pha tạp kim loại, pha tạp phi kim ít có khả năng hình thành các trung tâm tái tổ hợp, do đó hiệu quả hơn trong việc cải thiện hoạt tính quang xúc tác của ZnO dưới ánh sáng khả kiến.
Các mức năng lượng của ZnO pha tạp có thể được tạo ra thông qua các phương pháp khác nhau Khi pha tạp kiểu p với những ion kim loại, các mức năng lượng mới được hình thành do sự tương tác giữa ion kim loại và mạng tinh thể ZnO Ngược lại, pha tạp kiểu n với những ion kim loại cũng tạo ra các mức năng lượng mới do sự thay thế của ion kim loại trong mạng tinh thể Ngoài ra, việc pha tạp các phi kim cũng có thể tạo ra các mức năng lượng hóa trị mới, làm thay đổi tính chất của vật liệu ZnO.
1.2.3 ZnO pha tạp kim loại chuyển tiếp
Pha tạp kim loại chuyển tiếp (TMs) trong mạng tinh thể ZnO là một phương pháp hiệu quả để điều chỉnh độ rộng vùng cấm của ZnO, giúp nó trở thành chất xúc tác quang hoạt động với ánh sáng nhìn thấy được Quá trình này không chỉ thay đổi hình thái và kích thước hạt tinh thể của ZnO mà còn ức chế sự phát triển của nó, tạo ra các cấu trúc nano nhỏ hơn với diện tích bề mặt cao hơn Việc bổ sung các cation TM vào mạng tinh thể ZnO làm thay đổi môi trường của Zn và cấu trúc dải điện tử của ZnO, đồng thời tạo ra các khuyết tật tinh thể như lỗ trống oxi, hoạt động như bẫy electron để giảm thiểu quá trình tái kết hợp của electron và lỗ trống quang sinh.
Một số tạp kim loại chuyển tiếp thường được sử dụng để tạo ra các orbital d hoặc f trống hoặc chưa được điền đầy, giúp cải thiện tính chất quang học của vật liệu Khi pha tạp chất chuyển tiếp kim loại (TM) vào ZnO, bờ hấp thụ quang của vật liệu này sẽ mở rộng sang vùng ánh sáng nhìn thấy, cho phép nó hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra lợi ích của việc pha tạp kim loại trong lĩnh vực xúc tác quang, đặc biệt là khi sử dụng các kim loại chuyển tiếp như sắt (Fe) và đồng (Cu) để tăng cường hoạt tính của chất xúc tác quang ZnO Việc pha tạp ZnO với nồng độ sắt (Fe) và crom (Cr) phù hợp có thể tạo ra chất xúc tác quang có tính chất sắt từ, giúp dễ dàng thu thập chất xúc tác quang từ môi trường sau phản ứng phân hủy.
1.2.4 ZnO pha tạp kim loại đồng Đồng là một nguyên tố rẻ tiền và bán kinh ion của Cu gần bằng của Zn Do đó Cu 2+ có thể xâm nhập đơn giản vào các vị trí nhóm thế của mạng tinh thể ZnO và biến đổi đặc điểm hấp thụ, phát xạ thành vùng ánh sáng khả kiến [24] Các sự chuyển đổi trạng thái giữa Cu
- 3d và Zn - 4s trong vùng dẫn tạo ra sự hấp thụ ánh sáng nhìn thấy trong ZnO pha tạp Cu
Việc thay thế ion Cu 2+ trên vị trí Zn 2+ đã được chứng minh thông qua sự thay đổi kích thước hạt tinh thể ZnO bằng phương pháp phân tích mẫu XRD Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng năng lượng vùng cấm của ZnO bị pha tạp Cu giảm khi nồng độ pha tạp tăng từ 1,0 đến 4,0% mol, nhưng lại tăng khi nồng độ pha tạp đạt 5,0% mol, như minh họa trong hình 1.4.
Hình 1 4 Bandgap của ZnO và ZnO pha tạp Cu
Nguyên liệu tổng hợp vật liệu nano ZnO
Resinat kim loại là sản phẩm được tạo ra từ phản ứng hóa học giữa axit có trong nhựa thông và muối kim loại, trong đó ion H+ ở nhóm –COOH của các axit nhựa được thay thế bằng kim loại, tạo thành các xà phòng kim loại như resinat chì, resinat nhôm, resinat mangan, resinat kẽm, Các chất này thường được sử dụng để tạo thành các lớp kim loại hoặc oxit kim loại trên các chất nền khác nhau.
Colophan là một sản phẩm tự nhiên có nguồn gốc từ nhựa thông, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như giấy, chất dẻo, sơn, mực in và cao su Đây là loại nhựa thực vật thu được từ mủ thông sau quá trình chưng cất hoặc lôi cuốn hơi nước để thu hồi tinh dầu thông Thành phần chính của colophan bao gồm 90% axit abielic và 10% các chất khác, tạo nên giá trị sử dụng đa dạng của sản phẩm này.
7 hidrocacbua, este, rượu bậc hai Nó có thể tan trong kiềm, tạo muối natri, gọi là xà phòng colophan [30]
Nhựa thông là một chất rắn bán trong suốt, có độ cứng và giòn nhất định, đồng thời sở hữu nhiều màu sắc đa dạng từ vàng đến đen Về bản chất, colophan là một dung dịch rắn bao gồm 13 axit nhựa đồng phân, với công thức chung là C20H30O2 hoặc C19H29COOH Căn cứ vào cấu trúc của axit nhựa, colophan thông được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên đặc điểm cấu trúc của chúng.
- Nhóm axit nhựa kiểu axit abietic
- Nhóm axit nhựa kiểu 2 vòng
Hình 1 5 Cấu trúc axit nhựa trong nhựa thông
Colophan được tạo thành từ nhiều axit nhựa, và tính chất hóa học của nó phụ thuộc vào khả năng phản ứng của các axit nhựa này Trong phân tử axit nhựa có hai trung tâm phản ứng hóa học quan trọng là nối đôi và gốc axit (-COOH), quyết định tính chất hóa học của colophan Do phản ứng của nối đôi và gốc axit, colophan dễ dàng thay đổi cấu tạo, nhạy cảm với tác dụng oxy hóa của không khí và tham gia vào các phản ứng hóa học quan trọng như cộng hợp, hydro hóa, polyme hóa và este hóa.
Một số phương pháp chế tạo vật liệu quang xúc tác ZnO
1.4.1 Tổng hợp ZnO bằng phương pháp sol-gel
Phương pháp sol-gel là một quy trình tạo vật liệu tiên tiến, sử dụng hợp chất có chứa thành phần hoạt tính hóa học cao làm tiền chất Quá trình này bắt đầu bằng việc trộn đồng nhất các nguyên liệu thô trong pha lỏng, sau đó thực hiện các phản ứng hóa học thủy phân và ngưng tụ để tạo thành sol trong suốt ổn định Tiếp theo, sol sẽ polyme hóa giữa các hạt keo để tạo thành gel có cấu trúc mạng ba chiều, chứa đầy dung môi Cuối cùng, gel được sấy khô, thiêu kết và đông đặc để tạo thành vật liệu có cấu trúc chắc chắn.
Qúa trình sol-gel thực chất xảy ra 2 giai đoạn chủ yếu [31]:
Quá trình thủy phân tạo sol là phản ứng giữa các hạt Alkoxyde (M(OR)n) với nước, dẫn đến sự hình thành dung dịch sol Quá trình này diễn ra thông qua phản ứng hóa học giữa các nhóm chức Alkoxyde và nước, tạo ra dung dịch sol có tính chất đặc trưng.
M(OR)n + xH2O → M(OH)x (OR)n-x + nROH
Quá trình ngưng tụ tạo gel là một quá trình trùng ngưng quan trọng, trong đó nước và các nhóm ROH bị loại bỏ đồng thời các alcolar bị thủy phân ngưng tụ để hình thành các liên kết kim loại-oxi, tạo nên cấu trúc gel ổn định.
Có thể biểu diễn qúa trình gel hóa qua ba giai đoạn như sau:
• Ngưng tụ các monome Alcolat để hình thành các hạt polyme:
-M-OH + OH-M- → -M-O-M + H2O -M-OH + RO-M- → -M-O-M + ROH
• Các hạt polyme phát triển dần lên về kích thước
Quá trình sol-gel diễn ra khi các hạt nhỏ liên kết thành mạch, sau đó hình thành mạng không gian và cuối cùng tạo thành gel khi độ nhớt tăng lên đột ngột, với dung môi nằm trong các lỗ trống của gel Phương pháp sol-gel có nhiều ưu điểm đáng kể.
- Duy trì độ tinh khiết cao
- Ở cấp độ phân tử, tạo ra sự đồng nhất trong các pha
- Dễ dàng tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp
- Lựa chọn các điều kiện thích hợp có thể chuẩn bị các vật liệu mới khác nhau
1.4.2 Tổng hợp ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt là một kỹ thuật hóa học ướt giúp kết tinh các vật liệu thành cấu trúc nano Quá trình này được thực hiện trong một bình kín với áp suất hơi cao và nhiệt độ dao động từ 100 °C đến 250 °C, tạo điều kiện lý tưởng cho sự hình thành cấu trúc nano.
Tổng hợp thủy nhiệt mang lại nhiều lợi thế vượt trội, bao gồm điều kiện vận hành nhẹ nhàng với nhiệt độ phản ứng dưới 300 °C, quy trình tổng hợp đơn giản và thân thiện với môi trường Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép phân tán tốt trong dung dịch, đồng thời không đòi hỏi đầu tư lớn về thiết bị, năng lượng và tiền chất vật liệu so với các phương pháp tổng hợp dung dịch khác.
1.4.3 Tổng hợp ZnO bằng phương pháp đốt cháy
Phương pháp đốt cháy (CS) hay đốt cháy ở nhiệt độ cao (SHS) là một phương pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí để sản xuất các vật liệu oxit khác nhau Gần đây, phương pháp này đã trở nên phổ biến trong việc tổng hợp vật liệu nano nhờ những ưu điểm vượt trội của nó.
Phương pháp đốt cháy được phân loại:
Quá trình đốt cháy pha khí là một phản ứng hóa học quan trọng, trong đó nitrat kim loại đóng vai trò là chất phản ứng oxi hóa và urê đóng vai trò là chất phản ứng khử Để thực hiện quá trình này, cần phải cân các tiền chất rắn, sau đó nghiền và trộn chúng trong nước cất để tạo thành dung dịch đồng nhất Dung dịch này sau đó được đốt cháy ở nhiệt độ thấp, khoảng 500 °C, tạo ra phản ứng hóa học mạnh mẽ.
Quá trình tổng hợp thường diễn ra trong thời gian ngắn, dưới 10 phút, với nhiệt độ cao gần 1200°C Đốt cháy dung dịch là một quy trình linh hoạt, đơn giản và nhanh chóng, nhưng bị ảnh hưởng bởi bản chất của chất tạo phức hữu cơ, độ phân cực của dung dịch, độ ổn định của phức ion kim loại và nhiệt độ Để đạt được nhiệt độ tối đa tại thời điểm tổng hợp, nhiên liệu và chất oxy hóa phải được sử dụng với lượng thích hợp Tuy nhiên, sau khi tổng hợp, sự kết tụ có thể xảy ra trong vài ngày, nhưng có thể được nghiền thành bột mịn.
Tổng quan về Methyl Orange và Phenol
MO là một loại thuốc nhuộm azo phổ biến, thường được gọi là chất chỉ thị pH, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như dệt, giấy, in và thực phẩm Tuy nhiên, loại thuốc nhuộm này thường được thải ra trong nước thải công nghiệp, gây ra những nguy hại nghiêm trọng cho sức khỏe, bao gồm cả đột biến và ung thư.
Công thức phân tử: C14H14N3O3SNa
Phân tử gam: 327,34 g/mol; nhiệt độ nóng chảy lớn hơn 300 o C
Hình 1 6 Công thức cấu tạo của MO
Phân tử gam: 327,34 g/mol; nhiệt độ nóng chảy lớn hơn 300 o C
Phenol (C6H5OH) là một hợp chất hữu cơ quan trọng, bao gồm một nhóm phenyl liên kết với một nhóm hydroxyl, đóng vai trò then chốt trong sản xuất nhiều loại sản phẩm đa dạng Với ứng dụng rộng rãi, phenol trở thành một thành phần không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Phenol được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm hóa dầu, các quy trình hóa lỏng, tổng hợp thuốc nhuộm, sản xuất giấy và dược phẩm Do mức độ sử dụng phổ biến của phenol, việc kiểm soát sự độc hại và tìm kiếm các kỹ thuật hiệu quả để xử lý và thải bỏ phenol một cách an toàn trở nên đặc biệt quan trọng.
Phenol là một chất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, khó bị phân hủy sinh học và thường xuyên xuất hiện trong nước thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp Chất này không chỉ gây ngộ độc thần kinh mà còn có tính ăn mòn cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người Do đó, việc loại bỏ hoặc phân hủy phenol đúng cách trước khi nước thải ra môi trường là vô cùng quan trọng.
THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
Bảng 2 1 Hóa chất sử dụng
Tên hóa chất Độ tinh khiết Xuất xứ
Colophan thông Chỉ số acid: 168,5 Việt Nam
Zn(CH3COO)2.2H2O 98% Trung Quốc
Cu(CH3COO)2.H2O 99,5% Trung Quốc
Kali hexaxyanoferat (III) 99% Trung Quốc
Bảng 2 2 Thiết bị sử dụng
Tên thiết bị Hãng sản xuất Xuất xứ
Cân kỹ thuật Precisa Thụy Sĩ
Bếp khuấy gia nhiệt Ika C-Mag hs7 Malaysia
Tủ sấy Memmert Đức Đèn LED 30W Philips Việt Nam Đèn UV-C 6W Philips Trung Quốc
Máy quang phổ tử ngoại khả kiến 2 chùm tia
Máy ly tâm Hermle – Z 206A Đức
Ngoài ra còn các dụng cụ như: Beacher 250mL, cá từ, erlen 250mL, đũa thủy tinh, cối, chày và một số dụng cụ khác
Tổng hợp vật liệu
2.2.1 Tổng hợp vật liệu ZnO bằng phương pháp sol-gel
Hình 2 1 Quy trình tạo vật liệu ZnO
Thuyết minh quy trình: Tổng hợp vật liệu ZnO bằng phương pháp Sol gel gồm 2 giai đoạn
- Giai đoạn 1: Phản ứng xà phòng hóa tạo Resinat natri
Để thực hiện phản ứng xà phòng hóa, chúng ta cần nghiền mịn 8 gam colophan thông và cho vào beacher Tiếp theo, từ từ thêm 48 ml dung dịch NaOH 0,5N vào beacher, đồng thời gia nhiệt ở 100 độ C cho đến khi dung dịch được hòa tan hoàn toàn Quá trình này đòi hỏi sự kiểm soát kiềm thừa để tránh phân ly xà phòng, duy trì trạng thái kiềm nhẹ vừa phải để tạo keo xà phòng chất lượng.
Phương trình phản ứng tạo resinat natri:
Hình 2 2 Xà phòng hóa hòa tan colophan
- Giai đoạn tạo resinat kẽm
Phương trình phản ứng tạo resinat kẽm:
Để tạo kết tủa resinat kim loại, một phản ứng hóa học quan trọng được thực hiện bằng cách cho 3,1608g kẽm acatate Zn(CH3COO)2 10% vào sản phẩm resinat natri dư 20% Sau đó, hỗn hợp được khuấy từ ở nhiệt độ 60 độ C cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, tạo ra kết tủa resinat kim loại theo phương trình 2C19H29COONa + Zn(CH3COO)2 → (C19H29COO)2Zn + 2CH3COONa.
Sau khi phản ứng hoàn thành, kết tủa được thu lại bằng cách rửa nhiều lần bằng nước cất và lọc qua phiễu lọc Sản phẩm sau đó được sấy khô ở nhiệt độ 60 độ C trong 10 giờ Tiếp theo, bột resinat kẽm thu được sẽ được nung ở nhiệt độ 600 độ C với tốc độ nâng nhiệt 5 độ C/phút, lưu giữ trong 2 giờ và làm nguội tự nhiên Quá trình này tạo ra nano ZnO, sau đó sẽ được phân tích các đặc trưng tính chất và ứng dụng trong quang hóa xúc tác để phân hủy chất hữu cơ.
2.2.2 Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp – CuO/ZnO bằng phương pháp sol-gel
Hình 2 4 Quy trình tạo vật liệu CuO/ZnO Thuyết minh quy trình:
Cho 48 ml dung dịch NaOH 0,5 N vào beacher chứa 8 gam bột colophan thông Đặt beacher lên bếp khuấy từ, gia nhiệt ở 100 0 C cho đến khi dung dịch được hòa tan hoàn toàn, sau đó thêm vào dung dịch đồng acetate và tiếp tục cho vào dung dịch kẽm acetate, khối lượng hai muối khan dư 20% và được pha loãng bằng nước cất Khối lượng đồng acetat và kẽm acetat
18 cần dùng theo các tỷ lệ mol Cu/Zn là (1:5); (1:10); (1:15) và (1:20), được thống kê trong bảng 2.3
Bảng 2 cung cấp thông tin về khối lượng (gam) các muối Cu(CH3COO)2.H2O và Zn(CH3COO)2.2H2O cần thiết để tạo ra các resinat đồng-kẽm với các tỷ lệ mol Cu/Zn khác nhau, giúp người đọc dễ dàng tham khảo và áp dụng trong thực tế.
Tỉ lệ mol Cu/Zn
Cu(CH3COO)2.H2O (g) 0,4800 0,2618 0,1800 0,1371 Zn(CH3COO)2.2H2O (g) 2,6340 2,8730 2,9632 3,0100
Phương trình phản ứng tạo resinat đồng – kẽm:
Zn(CH3COO)2 + 2C19H29COONa → (C19H29COO)2Zn + 2CH3COONa
Cu(CH3COO)2 + 2C19H29COONa → (C19H29COO)2Cu + 2CH3COONa
Sau khi phản ứng hoàn toàn, kết tủa được thu lại bằng cách rửa nhiều lần với nước cất và lọc qua phiễu lọc Sản phẩm sau đó được sấy ở nhiệt độ 60 độ C trong 10 giờ Tiếp theo, bột resinat kẽm – đồng thu được sẽ được nung ở nhiệt độ 600 độ C với tốc độ nâng nhiệt 5 độ C/phút, lưu giữ trong 2 giờ và làm nguội tự nhiên Quá trình này tạo ra nano CuO/ZnO, sau đó sẽ được phân tích các tính chất đặc trưng và ứng dụng trong quang hóa xúc tác để phân hủy chất hữu cơ.
Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng tính chất của vật liệu
XRD (Phân tích tán xạ tia X) là một kỹ thuật được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu Quá trình này hoạt động dựa trên sự phản chiếu hình học, trong đó nguồn tia X và máy dò được bố trí trên cùng một phía của mẫu vật liệu Khi các tia X bị tán xạ từ ống được phản xạ qua mẫu và vào máy thu tín hiệu, chúng cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc tinh thể của vật liệu.
Máy quang phổ nhiễu xạ tia X là một công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu Về cơ bản, thiết bị này bao gồm một nguồn, quang học sơ cấp, bộ phận mẫu, quang học thứ cấp và bộ thu tín hiệu Quá trình nhiễu xạ tia X xảy ra khi 19 chùm tia X giao thoa với nhau, tạo ra thông tin chi tiết về cấu trúc vật liệu Ứng dụng của nhiễu xạ tia X bao gồm tính toán kích thước và độ kết tinh của tinh thể, định tính cấu trúc pha và định lượng thành phần pha vật liệu, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất và đặc điểm của vật liệu.
Kích thước tinh thể trung bình được tính theo công thức Scherrer: D = 0,9 𝜆
D: kích thước tinh thể trung bình (nm) λ: bước sóng của tia X, λ = 0,154056 nm
B: chiều rộng của phổ (rad) θ: góc nhiễu xạ (rad)
Các mẫu ZnO và CuO/ZnO với tỷ lệ khác nhau (1:5, 1:10, 1:15, 1:20) sau khi nung ở 600 độ C đã được phân tích thành phần khoáng bằng phương pháp XRD tại Trường Đại học Tài chính - Marketing cơ sở Phú Nhuận sử dụng máy EMPYREAN - Hãng PANalytic, model 6890 N.
2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là thiết bị quan trọng trong việc chụp ảnh hình thái bề mặt của vật liệu với độ phân giải cao, cho phép quan sát chi tiết cấu trúc bề mặt Quá trình chụp ảnh được thực hiện bằng cách chiếu một chùm điện tử có năng lượng thấp tới vật liệu và quét bề mặt của mẫu, tạo ra các tín hiệu tương tác giữa điện tử và bề mặt mẫu Thông qua việc phân tích các tín hiệu này, hình ảnh của mẫu được tạo ra, cung cấp thông tin chi tiết về hình thái bề mặt của vật liệu.
Các phép đo và phân tích SEM của các mẫu trong luận văn được thực hiện trên thiết bị kính hiển vi điện tử quét HIT HI S-4800 tại trung tâm nghiên cứu triển khai khu công nghệ cao, với khả năng phóng đại cao nhất lên đến 800.000 lần và độ phân giải đạt đến 2 nm ở hiệu điện thế 1 kV.
2.3.3 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)
Quang phổ tán xạ năng lượng tia X là một kỹ thuật phân tích tiên tiến, kết hợp với kính hiển vi điện tử để xác định thành phần hóa học và phân tích nguyên tố của các mẫu vật liệu Kỹ thuật này hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo ra các tia X khi mẫu vật liệu bị kích thích bởi chùm electron, sau đó phân tích phổ tán xạ năng lượng của các tia X này để xác định thành phần hóa học của mẫu.
Phổ tia X đặc trưng là một kỹ thuật quan trọng giúp xác định danh tính của các nguyên tố có trong mẫu Thông thường, kỹ thuật này được sử dụng kết hợp với kính hiển vi điện tử quét (SEM) để ghi lại ảnh vi cấu trúc vật rắn Quá trình này xảy ra khi chùm tia điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn, tạo ra tia X đặc trưng của từng nguyên tố Các tia X này sau đó được sử dụng để xác định thành phần nguyên tố của mẫu rắn, cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc và thành phần của vật liệu.
Trong luận văn này, nano ZnO được phân tích bằng TM4000plus của Hitachi (Nhật Bản) tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
2.3.4 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-VIS DRS)
Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán ánh sáng UV-Vis DRS (UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy) là kỹ thuật thường được áp dụng để nghiên cứu tính chất quang học của vật liệu bán dẫn, giúp xác định đỉnh hấp thụ đặc trưng của các vật liệu này Thông qua việc xác định đỉnh hấp thụ, người ta có thể tính toán năng lượng vùng cấm của vật liệu bán dẫn, cung cấp thông tin quan trọng về tính chất quang học của chúng.
Phương pháp này hoạt động dựa trên cơ chế nhảy của electron từ orbital có mức năng lượng thấp lên orbital có mức năng lượng cao khi bị kích thích bởi tia bức xạ trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến, cụ thể là trong khoảng bước sóng từ 200 đến 800 nm.
Trong phổ này, điểm uốn giữa phần truyền qua và hấp thụ cao được xác định, và bước sóng tương ứng với điểm uốn này được gọi là bờ hấp thụ Năng lượng vùng cấm Eg có thể được tính toán dựa trên phương trình Planck, cung cấp thông tin quan trọng về đặc tính của vật liệu.
E g (eV) = h.c λ (2.2) Trong đó: h: hằng số Planck, h = 6.625 × 10 –34 J.s
21 c: vận tốc ánh sáng λ: bước sóng (nm)
Năng lượng vùng cấm còn được tính theo phương pháp Tauc bằng công thức [43]: αh=A(h − Eg) 1 2 (2.3)
Trong đó: α: hệ số hấp thụ h: hằng số Planck
Vẽ đồ thị (αh) 2 theo h cho phép xác định đường thẳng tiếp tuyến đi qua điểm uốn của đường cong này Đường thẳng tiếp tuyến này cắt trục hoành tại một điểm, và giao điểm này chính là năng lượng vùng cấm của vật liệu.
Trong luận văn này, phổ hấp thụ vật rắn được ghi nhận trên máy V-550 JASCO (Nhật) ở viện Hàn lâm khoa học Tp.HCM
Nghiên cứu khả năng quang xúc tác của vật liệu nano Zno pha tạp Cu và khảo sát một số yếu tố đến qúa trình phân hủy MO dưới ánh sáng khả kiến
sát một số yếu tố đến qúa trình phân hủy MO dưới ánh sáng khả kiến
2.4.1 Đường chuẩn xác định nồng độ MO a) Cách tiến hành
Để xác định nồng độ của dung dịch MO, chúng tôi đã tiến hành pha chế các dung dịch có nồng độ khác nhau, bao gồm 0,1; 1; 2; 2,5; 3; 4; 5; 10 ppm từ dung dịch MO ban đầu có nồng độ 100 ppm Trước tiên, chúng tôi đo phổ UV – VIS của dung dịch MO trong khoảng bước sóng từ 200 – 800 nm để xác định bước sóng có mật độ quang lớn nhất Sau đó, chúng tôi chọn bước sóng này để xây dựng đường chuẩn và định lượng, và kết quả cho thấy bước sóng được chọn là 𝜆 = 464 nm.
Hình 2 5 Dãy dung dịch methyl orange dùng để lập đường chuẩn b) Lập đường chuẩn
Bảng 2.4 Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ MO ở λ = 464nm
Hình 2 6 Đường chuẩn xác định nồng độ methyl da cam ở λ = 464 nm y = 0.0765x + 0.0063 R² = 0.9994
2.4.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp Cu dưới ánh sáng khả kiến
2.4.2.1 Khảo sát hiệu suất của phản ứng quang xúc tác phân hủy MO theo nồng độ khác nhau của của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp Cu
Để đánh giá hiệu suất phân hủy của vật liệu ZnO, chúng tôi đã thực hiện thí nghiệm với 2 cốc chứa 200 mL dung dịch MO có nồng độ 5 ppm và 10 ppm Sau đó, 0,4 gam vật liệu ZnO được cân chính xác và phân tán vào từng cốc, khuấy trong bóng tối 30 phút để đạt được sự bằng hấp phụ và phân tán đồng đều giữa các hạt xúc tác Các dung dịch huyền phù này sau đó được chiếu sáng trực tiếp bằng đèn compact 40W trong điều kiện khuấy liên tục, với bóng đèn đặt cách dung dịch khoảng 20 cm và khuấy trong bếp từ Quá trình này được thực hiện trong các khoảng thời gian khác nhau, bao gồm 60 phút, 120 phút, 180 phút và 240 phút, để đánh giá hiệu suất phân hủy của vật liệu ZnO.
Sau 300 phút, 360 phút và 420 phút, dung dịch được lấy ra, ly tâm để tách chất rắn và lọc qua nút lọc nylon Tiếp đó, đo mật độ quang (At) bằng máy UV – VIS UH5300 – HITACHI tại khoa Công nghệ Hóa học và thực phẩm - ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh.
Hiệu suất quang xúc tác được tính theo công thức: H = 𝐶 𝑜 −𝐶 𝑡
𝐶 𝑜 × 100 Trong đó: Co: Nồng độ chất màu ban đầu
Ct: Nồng độ chất màu tại thời gian khảo sát
H: hiệu suất phân hủy MO
Thực hiện các thí nghiệm tương tự với các vật liệu nano CuO/ZnO (1:5); CuO/ZnO (1:10); CuO/ZnO (1:15) và CuO/ZnO (1:20)
2.4.2.2 Ảnh hưởng của pH đến phản ứng quang xúc tác của vật liệu CuO/ZnO (1:10)
Để bắt đầu thí nghiệm, chúng tôi chuẩn bị 5 cốc 250 ml, mỗi cốc chứa 200 ml dung dịch MO có nồng độ 5 ppm được pha chế từ dung dịch MO 100 ppm Sau đó, các dung dịch này được hiệu chuẩn pH tại các điểm pH lần lượt là 4, 5, 6, 7 và 8 bằng cách sử dụng NaOH 0,1 N hoặc HCl 0,1 N Tiếp theo, chúng tôi cho 200ml dung dịch MO nồng độ 5 ppm và pH = 4 vào beacher 250 ml có chứa 0,4 gam vật liệu CuO/ZnO (1:10) và khuấy hỗn hợp phản ứng ở tốc độ không đổi trong bóng tối trong 30 phút, sau đó chiếu sáng bằng đèn để kích hoạt phản ứng.
Các thí nghiệm được thực hiện tại các mốc thời gian 30 phút, 60 phút, 120 phút, 180 phút, 240 phút và 300 phút Sau đó, các dung dịch được ly tâm và lọc để tách chất rắn, rồi đo mật độ quang bằng máy UV-VIS tại bước sóng 464 nm để xác định nồng độ MO còn lại trong dung dịch thông qua đường chuẩn Quá trình này được lặp lại với các dung dịch MO tại các điểm pH khác nhau để thu được kết quả toàn diện.
2.2.4.3 Phản ứng quang xúc tác của vật liệu CuO/ZnO (1:10) với các khối lượng mẫu khác nhau
Để thực hiện thí nghiệm, chúng tôi đã chuẩn bị một cốc 250mL chứa 200 mL dung dịch MO có nồng độ ban đầu là 5ppm và pH được điều chỉnh đến 4 Sau đó, 0,2 gam bột CuO/ZnO (tỷ lệ 1:10) được thêm vào cốc và khuấy đều hỗn hợp trong bóng tối trong 30 phút Tiếp theo, hỗn hợp được chiếu sáng bằng đèn LED tại các thời điểm 30 phút, 60 phút, 120 phút, 180 phút, 240 phút, 300 phút, 360 phút và 420 phút Sau khi ly tâm để tách bột, mật độ quang của dung dịch được đo bằng máy UV-VIS ở bước sóng 464 nm, từ đó suy ra nồng độ MO còn lại trong dung dịch dựa trên đường chuẩn.
Thực hiện các thí nghiệm tương tự với các mẫu nano CuO/ZnO (1:10) có khối lượng 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 (gam)
2.2.4.4 Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu CuO/ZnO (1:10)
Các bột vật liệu sau khi quang hóa và ly tâm sẽ được giữ lại và đem đi sấy khô ở nhiệt độ
Để bắt đầu thí nghiệm, các cốc 250mL được chuẩn bị, mỗi cốc chứa 200mL dung dịch MO có nồng độ 5 ppm Tiếp theo, khoảng 0,4 gam bột sau khi sấy khô được cho vào các cốc Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở tốc độ không đổi trong bóng tối trong 30 phút, sau đó được chiếu sáng bằng đèn LED ở các mốc thời gian cụ thể để quan sát và ghi lại kết quả thí nghiệm.
Các mẫu dung dịch sẽ được xử lý trong khoảng thời gian khác nhau, bao gồm 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 240 phút, 300 phút, 360 phút và 420 phút Sau đó, các dung dịch này sẽ được ly tâm và lọc để tách chất rắn, rồi đo mật độ quang bằng máy UV-VIS ở bước sóng 464 nm Từ kết quả đo, nồng độ MO còn lại trong dung dịch sẽ được xác định thông qua đường chuẩn.
Nghiên cứu khả năng quang xúc tác của vật liệu CuO/ZnO (1:10) phân hủy
2.5.1 Đường chuẩn xác định nồng độ phenol a) Nguyên tắc: Phenol phản ứng với 4-aminoantipyrin ở pH 10,0 ± 0,2 khi có mặt kali hexaxyanoferat (III) để tạo phầm màu antipyrin b) Chuẩn bị hóa chất
- Dung dịch phenol gốc 1,00 g/l: Hoà tan 1,00 g phenol vào nước (vừa đun sôi để nguội) trong bình định mức 1000 ml và định mức bằng chính nước đó
- Phenol, dung dịch chuẩn 0,01 g/l: Chuẩn bị pha loãng 10,0 ml dung dịch gốc phenol thành 1000 ml bằng nước (vừa đun sôi để nguồi) trong bình định mức dung tích 1000 ml
- 4-aminoantipyrin, dung dịch 20 g/l: Hoà tan 2,0 g 4-aminoantipyrin (C11H13N2O) vào nước và định mức đến 100 ml
- Amoni clorua dung dịch 20 g/l: Hoà tan 20 g amoni clorua (NH4Cl) trong nước và định mức đến 1000 ml
- Kali hexaxyanoferat(III), dung dịch 80 g/l: Hoà tan 8,0 g kali hexaxynoferat (III) trong nước và định mức đến 100 ml c) Cách tiến hành
Để tạo dãy dung dịch hiệu chuẩn, hãy chuẩn bị các bình định mức 100 ml chứa 0 ml, 0,1 ml, 0,2 ml, 0,3 ml, 0,4 ml, 0,5 ml và 1 ml dung dịch chuẩn phenol, sau đó thêm nước đến vạch mức Đối với phần mẫu thử, thêm 5 ml dung dịch đệm hoặc 5 ml dung dịch amoni clorua và điều chỉnh pH đến 10 ± 0,2 bằng amoni hydroxit Tiếp theo, thêm 2,0 ml dung dịch 4-aminoantipyrin và lắc đều, sau đó thêm 2,0 ml dung dịch kali hexaxyanoferat (III) và lắc ngay Cuối cùng, sau 15 phút, hãy đo độ hấp thụ quang của dãy dung dịch trên ở bước sóng 510 nm, sử dụng nước làm dung dịch so sánh.
Hình 2 7 Dãy dung dịch phenol dùng để lập đường chuẩn d) Lập đường chuẩn phenol
Bảng 2 5 Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ phenol ở λ = 510nm
Hình 2 8 Đường chuẩn xác định nồng độ phenol ở λ = 510 nm y = 0.1526x + 0.0101 R² = 0.9995
2.5.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu CuO/ZnO (1:10) phân hủy phenol theo điều kiện chiếu sáng
Để thực hiện thí nghiệm phân hủy phenol, chúng tôi đã chuẩn bị một cốc có dung tích 250 mL chứa 200 mL dung dịch phenol chuẩn 5 ppm Sau đó, 0,4 gam vật liệu CuO/ZnO (tỷ lệ 1:10) được cân chính xác và phân tán vào cốc Hỗn hợp được khuấy trong bóng tối 30 phút, sau đó được chiếu sáng trực tiếp bằng đèn compact 40W đặt cách dung dịch khoảng 20 cm và khuấy trên bếp từ trong thời gian phân hủy cụ thể (60 phút, 120 phút, ).
Sau thời gian 180 phút, 240 phút, 300 phút, 360 phút, 420 phút, 480 phút, lấy dung dịch ra và ly tâm để tách chất rắn Tiếp theo, thêm 5 ml dung dịch amoni clorua vào phần mẫu thử và điều chỉnh pH đến 10 ± 0,2 bằng amoni hidroxit Sau đó, thêm 2,0 ml dung dịch 4-aminoantipyrin và lắc đều ngay lập tức, tiếp tục thêm 2,0 ml dung dịch kali hexaxyanoferat III và lắc đều lại Cuối cùng, tiến hành đo mật độ quang (At) bằng máy UV – VIS UH5300 – HITACHI tại khoa Công nghệ Hóa học và thực phẩm - ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh.
Tiến hành thí nghiệm tương tự với đèn UV-C
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Đặc trưng tính chất của vật liệu
Hình 3 1 Vật liệu (a) Nano CuO/ZnO, (b) Nano ZnO
Hình 3 2 Kết quả đo XRD của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp Cu
Kết quả đo XRD của các vật liệu ZnO, CuO/ZnO với tỷ lệ khác nhau (1:5, 1:10, 1:15, 1:20) được trình bày trong hình 3.2 Qua phân tích phổ XRD, người ta quan sát thấy sự xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ tại các góc tán xạ cụ thể, tương ứng với các mặt tinh thể đặc trưng của vật liệu, bao gồm (100), (002), (101), (102), (110), (103), (112), (201) và (004).
(200), (112), (201) Các đỉnh nhiễu xạ quan sát được có cấu trúc tinh thể lục phương wurtzite giống ZnO theo JCPDS Số 89 – 7102 [44]
Ngoài ra, trên phổ XRD của ZnO pha tạp Cu xuất hiện các peak nhiễu xạ ở góc 2θ (35,568; 38,762; 48,846) tương ứng với các mặt tinh thể (111), (002), (202) của CuO [45]
Kích thước tinh thể theo các mặt phẳng của ZnO và ZnO pha tạp theo công thức Scherrer:
Bảng 3 1 Kích thước tinh thể của một số mặt phẳng của ZnO và ZnO pha tạp theo công thức Scherrer
Kích thước tinh thể của ZnO khi pha tạp với Cu 2+ nhỏ hơn so với ZnO nguyên chất Điều này cho thấy việc bổ sung ion Cu 2+ vào ZnO không làm thay đổi cấu trúc tinh thể cơ bản, nhưng lại có ảnh hưởng đáng kể đến kích thước tinh thể của vật liệu này.
Hình 3 3 Ảnh FESEM của (a) Nano ZnO; (b) Nano CuO/ZnO (1:10)
Hình thái bề mặt của vật liệu nano ZnO và CuO/ZnO (1:10) được thể hiện trong hình 3.3 cho thấy sự tương đồng đáng kể, với hình dạng gần giống lục giác Kích thước hạt của ZnO được quan sát khoảng 34 nm, cho thấy sự đồng nhất và ổn định của cấu trúc nano.
Kích thước hạt nano của ZnO nguyên chất khoảng 65 nm, trong khi đó kích thước hạt nano của CuO/ZnO (1:10) dao động từ 60 - 140 nm Sự khác biệt này cho thấy rằng sau khi ZnO được pha tạp với Cu, các hạt nano có thể đã kết tụ lại, dẫn đến kích thước hạt lớn hơn.
Hình 3 4 Kết quả phân tích EDS của vật liệu ZnO và CuO/ZnO (1:5)
Quang phổ tán sắc năng lượng ở Hình 3.4 cho thấy thành phần nguyên tố của vật liệu nano ZnO và CuO/ZnO (1:5), trong đó nano ZnO chỉ chứa hai nguyên tố chính là Zn và O Đối với vật liệu CuO/ZnO (1:5), các thành phần chính bao gồm Cu, Zn và O, với chi tiết dữ liệu thành phần nguyên tố được thống kê ở Bảng 3.2.
Bảng 3 2 Bảng thống kê dữ liệu thành phần nguyên tố của CuO/ZnO (1:5)
Nguyên tố Phần trăm khối lượng
3.1.4 Kết qủa đo phổ khuếch tán phản xạ và bandgap của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp
3.1.4.1 Kết qủa đo phổ khuếch tán phản xạ của vật liệu
Hình 3 5 Phổ khuếch tán phản xạ của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp
Khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu ZnO và ZnO/CuO với các tỷ lệ khác nhau đã được nghiên cứu thông qua phương pháp đo phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến tại nhiệt độ thường Kết quả cho thấy cả ZnO và ZnO/CuO đều có đỉnh hấp thụ ánh sáng ở vùng tử ngoại Tuy nhiên, trong vùng ánh sáng khả kiến, việc biến tính ZnO pha tạp Cu đã giúp dịch chuyển bờ hấp thụ của ZnO, cho thấy sự thay đổi đáng kể trong khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu này.
Khi tỷ lệ pha tạp tăng, độ hấp thu quang của vật liệu cũng tăng theo Sự hiện diện của ion Cu 2+ trong ZnO đã làm dịch chuyển bờ hấp thu từ vùng tử ngoại sang vùng khả kiến, cho phép vật liệu này hấp thụ ánh sáng ở bước sóng dài hơn.
3.1.4.2 Kết qủa đo bandgap của vật liệu
Hình 3 6 Bandgap của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp
Năng lượng vùng cấm của ZnO, CuO/ZnO (1:5), CuO/ZnO (1:10), CuO/ZnO (1:15) và CuO/ZnO (1:20) lần lượt là 3,155; 2,916; 3,008; 3,029; 3,057 (eV)
Khi pha tạp đồng (Cu) vào vật liệu kẽm oxit (ZnO), năng lượng vùng cấm của ZnO đã giảm đáng kể Sự thay thế của một số ion Cu 2+ vào vị trí của Zn 2+ làm giảm sự tái tổ hợp của electron và lỗ trống quang sinh, từ đó tạo ra mức năng lượng mới Điều này đã được chứng minh thông qua khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp, cho thấy hiệu suất phân hủy tăng lên đáng kể sau khi pha tạp đồng.
Kết qủa khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy methyl orange của vật liệu
3.2 Kết qủa khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy methyl orange của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp Cu
3.2.1 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy MO theo nồng độ khác nhau của vật liệu
ZnO và ZnO pha tạp Cu
Hình 3 7 Hiệu suất xúc tác quang hóa vật liệu ZnO và ZnO pha tạp với các tỉ lệ mol
Cu/Zn khác nhau phân hủy MO nồng độ 5 ppm dưới ánh sáng khả kiến
Hiệu suất xúc tác quang hóa của ZnO và ZnO pha tạp với các nồng độ Cu khác nhau trong việc phân hủy MO với nồng độ 5ppm được thể hiện ở hình 3.7 Kết quả cho thấy ZnO không pha tạp có hoạt động quang xúc tác hạn chế dưới ánh sáng khả kiến, đạt hiệu suất quang xúc tác chỉ 42,7% sau 6 giờ phản ứng.
Hiệu suất phân hủy MO nồng độ 5 ppm của các vật liệu CuO/ZnO (1:5), CuO/ZnO (1:10), CuO/ZnO (1:15), CuO/ZnO (1:20) tại mốc 420 phút lần lượt là 80,77%; 91,08%; 76,47%; 73,87%
Vật liệu CuO/ZnO (1:10) có hiệu suất xúc tác quang hóa cao nhất
Quá trình xúc tác quang hóa phân hủy MO nồng độ 5ppm được nghiên cứu thông qua phổ hấp thụ UV-Vis Kết quả cho thấy sự biến thiên của phổ hấp thụ UV-Vis đối với các mẫu nano khác nhau, bao gồm nano CuO/ZnO với các tỷ lệ khác nhau (1:5, 1:10, 1:15, 1:20) và nano ZnO Các kết quả này cho phép đánh giá hiệu suất phân hủy MO của các mẫu nano khác nhau.
Kết quả thí nghiệm về hiệu suất xúc tác quang hóa của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp với các tỉ lệ mol Cu/Zn khác nhau trong quá trình phân hủy MO nồng độ 10 ppm dưới ánh sáng khả kiến được trình bày ở hình 3.9 Từ kết quả này, có thể thấy rằng hiệu suất phân hủy MO của vật liệu ZnO pha tạp với các tỉ lệ mol Cu/Zn khác nhau có sự thay đổi đáng kể so với vật liệu ZnO nguyên chất.
Hiệu suất xúc tác quang hóa của ZnO và ZnO pha tạp với các nồng độ Cu khác nhau trong quá trình phân hủy MO với nồng độ 10ppm được thể hiện ở hình 3.9 Kết quả cho thấy ZnO không pha tạp có hoạt động quang xúc tác yếu dưới ánh sáng khả kiến, với hiệu suất quang xúc tác chỉ đạt 36,4% sau 6 giờ quang hóa.
Hiệu suất phân hủy MO nồng độ 10 ppm của các vật liệu CuO/ZnO (1:5), CuO/ZnO (1:10) CuO/ZnO (1:15), CuO/ZnO (1:20) tại mốc 420 phút lần lượt là 73,7 %; 86,9 %; 67,5 %; 47,31 %
Quá trình xúc tác quang hóa phân hủy MO nồng độ 10ppm đã được nghiên cứu thông qua phổ hấp thụ UV-Vis Kết quả cho thấy sự biến thiên của phổ hấp thụ UV-Vis trong quá trình này đối với các mẫu nano CuO/ZnO với tỷ lệ khác nhau, cụ thể là nano CuO/ZnO (1:5) và nano CuO/ZnO (1:10) Sự thay đổi trong phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy hiệu suất xúc tác quang hóa phân hủy MO của các mẫu nano này.
CuO/ZnO (1:15 ; (d) nano CuO/ZnO (1:20); (e) nano ZnO
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất quang hóa của vật liệu tăng đáng kể sau khi pha tạp Cu vào ZnO Đặc biệt, vật liệu CuO/ZnO (1:10) thể hiện khả năng phân hủy MO tốt nhất ở cả hai nồng độ 5 ppm và 10 ppm Ngoài ra, hiệu suất xúc tác quang hóa của ZnO và ZnO pha tạp với các tỉ lệ mol Cu/Zn khác nhau cũng cho thấy khả năng phân hủy MO tốt hơn ở nồng độ 5 ppm so với 10 ppm dưới ánh sáng khả kiến.
Khi nồng độ MO tăng lên, phản ứng oxy hóa quang phân hủy diễn ra chậm hơn, dẫn đến hiệu suất giảm Nguyên nhân chính khiến ZnO có hiệu suất quang xúc tác thấp dưới ánh sáng khả kiến là do năng lượng vùng cấm rộng và sự tái kết hợp giữa electron và lỗ trống Tuy nhiên, khi Cu 2+ được pha tạp vào ZnO, hoạt tính xúc tác tăng do Cu 2+ thay thế Zn 2+ trong cấu trúc lục phương, chiếm các electron từ vùng dẫn và giảm sự tái tổ hợp electron và lỗ trống trên bề mặt ZnO Điều này dẫn đến giá trị bandgap giảm và hoạt tính quang xúc tác tăng, nhưng việc tăng tỷ lệ Cu pha tạp có thể cản trở quá trình hấp thụ ánh sáng của ZnO.
Nghiên cứu tổng hợp các hạt nano ZnO pha tạp Cu đã được thực hiện để điều tra khả năng phân hủy quang xúc tác của methyl da cam Kết quả cho thấy việc bổ sung một lượng Cu cao hơn có thể hoạt động như một trung tâm tái tổ hợp, dẫn đến giảm hoạt động xúc tác quang hóa Điều này gợi ý rằng việc kiểm soát tỷ lệ pha tạp Cu trong hạt nano ZnO có thể ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác quang hóa của chúng.
3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xúc tác quang hóa
Hình 3 11 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xúc tác quang hóa mẫu nano CuO/ZnO
Hiệu suất quang xúc tác của vật liệu nano CuO/ZnO (1:10) được đánh giá trong phạm vi pH từ 4 đến 8, kết quả thể hiện trong hình 3.11 Điều đáng chú ý là hiệu suất quang xúc tác đạt giá trị cao nhất tại pH=4 và giảm dần khi pH tăng lên 8.
Trong môi trường axit, bề mặt của CuO/ZnO tích điện dương, tạo điều kiện cho sự hấp phụ của thuốc nhuộm methyl da cam anion thông qua lực tương tác tĩnh điện Ngược lại, ở pH cao hơn, hoạt tính quang xúc tác của CuO/ZnO giảm do lực đẩy tĩnh điện giữa chất xúc tác tích điện âm và thuốc nhuộm anion methyl da cam Sự phụ thuộc vào pH của hoạt tính quang xúc tác của CuO/ZnO cho thấy tầm quan trọng của tương tác tĩnh điện trong quá trình hấp phụ và phân hủy thuốc nhuộm.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 pH4 pH5 pH6 pH7 pH8
Hình 3 12 Sự biến thiên của phổ hấp thụ UV – Vis của quá trình xúc tác quang hóa phân hủy MO của vật liệu CuO/ZnO (1:10) tại các điểm pH 4; 5; 6; 7; 8
3.2.3 Khả năng quang xúc tác của CuO/ZnO (1:10) khi thay đổi hàm lượng của vật liệu
Hình 3 13 Hiệu suất quang hóa của mẫu nano CuO/ZnO (1:10) khi thay đổi hàm lượng vật liệu
Kết quả hiệu suất xúc tác quang hóa phân hủy dung dịch MO nồng độ 5 ppm của vật liệu nano CuO/ZnO (1:10) với các khối lượng mẫu khác nhau được trình bày ở hình 3.13 Cụ thể, hiệu suất phân hủy chất màu sau 420 phút đã được ghi nhận với các khối lượng mẫu lần lượt là 0,2 gam, 0,3 gam, 0,4 gam, 0,5 gam và 0,6 gam.
Hiệu suất quang hóa của các mẫu lần lượt đạt 65,34%; 74%; 91,09%; 91,19% và 89,13% Điều này cho thấy hiệu suất phân hủy MO tăng dần khi tăng hàm lượng vật liệu lên 0,4 gam, sau đó không thay đổi đáng kể khi tăng lên 0,5 gam, nhưng lại giảm khi hàm lượng vật liệu là 0,6 gam.
Lượng chất xúc tác tăng trên bề mặt hấp thụ dẫn đến sự gia tăng các gốc hydroxyl và superoxide Tuy nhiên, khi đạt giá trị tối ưu, hiệu quả phân hủy giảm do độ đục của huyền phù tăng, cản trở sự chiếu sáng và làm giảm khả năng hấp thụ ánh sáng của bề mặt chất xúc tác quang.
Quá trình xúc tác quang hóa phân hủy MO khi sử dụng vật liệu CuO/ZnO với các hàm lượng khác nhau đã được nghiên cứu thông qua sự biến thiên của phổ hấp thụ UV – Vis Kết quả cho thấy vật liệu CuO/ZnO có khả năng phân hủy MO hiệu quả dưới ánh sáng khả kiến Sự thay đổi hàm lượng của vật liệu CuO/ZnO đã ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy MO, cho thấy sự cần thiết của việc tối ưu hóa hàm lượng vật liệu để đạt được hiệu quả phân hủy cao nhất.
3.2.4 Khả năng tái sử dụng của vật liệu CuO/ZnO (1:10)
Hình 3 15 Hiệu suất phân hủy MO sau nhiều lần tái sử dụng vật liệu CuO/ZnO (1:10)
Dựa trên hình 3.15, có thể quan sát thấy hiệu suất quang hóa đã giảm đáng kể sau lần tái sử dụng đầu tiên, từ 90,98% xuống còn 58,9% Đặc biệt, khi tái sử dụng lần thứ hai, hiệu suất quang hóa tiếp tục giảm xuống còn 38,8%, cho thấy sự suy giảm rõ rệt sau mỗi lần tái sử dụng.
Kết quả khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy phenol của vật liệu CuO/ZnO (1:10)
Hình 3 17 Hiệu suất quang hóa phân hủy phenol của CuO/ZnO (1:10) dưới ánh sáng tử ngoại và khả kiến
Hiệu suất quang hóa phân hủy phenol của nano CuO/ZnO (1:10) được thể hiện rõ rệt dưới ánh sáng tử ngoại và khả kiến, với hiệu suất phân hủy lần lượt đạt 73,2% và 86,6% sau 7 giờ quang hóa Điều này cho thấy hoạt tính quang xúc tác của vật liệu CuO/ZnO (1:10) tăng lên đáng kể khi thay đổi điều kiện chiếu sáng, từ ánh sáng khả kiến đến ánh sáng tử ngoại.
Quá trình xúc tác quang hóa phân hủy phenol khi sử dụng vật liệu CuO/ZnO (1:10) đã được nghiên cứu thông qua sự biến thiên của phổ hấp thụ UV-Vis Kết quả cho thấy rằng, dưới ánh sáng tử ngoại (a), phổ hấp thụ của phenol có sự thay đổi đáng kể, chỉ ra hiệu suất phân hủy cao Ngược lại, dưới ánh sáng khả kiến (b), sự thay đổi của phổ hấp thụ không đáng kể, cho thấy hiệu suất phân hủy thấp hơn Điều này cho thấy rằng vật liệu CuO/ZnO (1:10) có khả năng xúc tác quang hóa phân hủy phenol hiệu quả dưới ánh sáng tử ngoại.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đã chế tạo thành công các vật liệu nano ZnO; CuO/ZnO với các tỷ lệ khác nhau (1:20; 1:15; 1:10; 1:5) bằng phương pháp Sol-Gel từ tiền chất colophan thông và muối Zn(CH3COO)2, Cu(CH3COO)2, mở ra khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ.
Kết quả khảo sát đặc trưng tính chất của các vật liệu bằng phổ XRD, FESEM, EDS và Bandgap cho thấy vật liệu ZnO có hình dạng gần giống hình lục giác Sự pha tạp Cu vào ZnO làm tăng kích thước tinh thể nano Năng lượng vùng cấm của các vật liệu nano ZnO và các hợp chất CuO/ZnO với tỷ lệ khác nhau lần lượt là 3,155 eV, 2,916 eV, 3,008 eV, 3,029 eV và 3,057 eV, tương ứng với tỷ lệ 1:5, 1:10, 1:15 và 1:20.
Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác quang của ZnO và ZnO pha tạp Cu cho thấy hiệu suất phân hủy methyl da cam (MO) dưới ánh sáng khả kiến được cải thiện đáng kể sau khi pha tạp Cu Cụ thể, hiệu suất phân hủy MO nồng độ 5 ppm của các vật liệu ZnO và các hợp chất ZnO pha tạp Cu với tỷ lệ khác nhau lần lượt là 42,7% đối với ZnO nguyên chất, 73,87% đối với CuO/ZnO (1:20), 91,09% đối với CuO/ZnO (1:10), 76,47% đối với CuO/ZnO (1:15) và 80,77% đối với CuO/ZnO (1:5).
Vật liệu nano CuO/ZnO (1:10) cho thấy hiệu suất phân hủy MO cao nhất trong các thí nghiệm Khi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng, kết quả cho thấy vật liệu này hoạt động quang xúc tác tốt nhất tại độ pH 4 và hàm lượng mẫu là 0,5 gam Ngoài ra, khả năng tái sử dụng của vật liệu nano CuO/ZnO (1:10) sau 3 lần sử dụng vẫn đạt được 38,8%, chứng tỏ tính ổn định và hiệu quả của vật liệu này trong các ứng dụng thực tế.
Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác quang của nano CuO/ZnO (1:10) đối với phenol dưới điều kiện chiếu sáng của đèn UV và đèn LED cho thấy hiệu suất phân hủy phenol lần lượt đạt 86,6% và 73,2%, chứng tỏ khả năng phân hủy hiệu quả của nano CuO/ZnO trong điều kiện chiếu sáng khác nhau.
Để áp dụng rộng rãi các kết quả của nghiên cứu vào thực tế, cần thiết phải có những nghiên cứu toàn diện hơn, bao gồm một số nội dung nghiên cứu quan trọng cần được đề xuất để hoàn thiện và phát triển.
Nghiên cứu này tập trung vào tổng hợp và chế tạo vật liệu ZnO pha tạp Cu với các hàm lượng pha tạp khác nhau, nhằm mục đích đánh giá và tìm ra khả năng tối ưu của vật liệu này Quá trình tổng hợp và chế tạo vật liệu sẽ được thực hiện với các hàm lượng pha tạp Cu khác nhau để so sánh và đánh giá hiệu suất của vật liệu Kết quả nghiên cứu sẽ giúp xác định hàm lượng pha tạp Cu tối ưu cho vật liệu ZnO, từ đó có thể ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như điện tử, quang điện tử và cảm biến.
Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng phân hủy phenol của vật liệu ZnO pha tạp Cu với tỷ lệ mol Cu/Zn khác nhau, nhằm xác định hiệu suất xúc tác quang hóa của vật liệu này Quá trình nghiên cứu sẽ giúp làm sáng tỏ vai trò của tỷ lệ mol Cu/Zn trong việc cải thiện khả năng phân hủy phenol, từ đó đề xuất phương pháp tối ưu hóa vật liệu ZnO pha tạp Cu cho ứng dụng thực tế Kết quả nghiên cứu này có thể cung cấp thông tin hữu ích cho việc phát triển các vật liệu xúc tác quang hóa hiệu quả hơn trong tương lai.
Nghiên cứu về khả năng phân hủy các chất hữu cơ của vật liệu cho thấy một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình này Điều kiện chiếu sáng là một trong những yếu tố chính, bên cạnh đó, nồng độ chất hữu cơ ban đầu cũng đóng vai trò quan trọng Ngoài ra, pha tạp kim loại khác cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng phân hủy, và việc phân hủy các chất hữu cơ khác cũng cần được xem xét.
[1] R Saravanan et al., "Enhanced photocatalytic activity of ZnO/CuO nanocomposite for the degradation of textile dye on visible light illumination," vol 33, no 1, pp 91-98, 2013
[2] C Shifu, Z Wei, Z Sujuan, and L J C E J Wei, "Preparation, characterization and photocatalytic activity of N-containing ZnO powder," vol 148, no 2-3, pp 263-
[3] K Kanade et al., "Self-assembled aligned Cu doped ZnO nanoparticles for photocatalytic hydrogen production under visible light irradiation," vol 102, no 1, pp 98-104, 2007
[4] S.-H Hsieh and J.-M J A S S Ting, "Characterization and photocatalytic performance of ternary Cu-doped ZnO/Graphene materials," vol 427, pp 465-475,
[5] A Fujishima and X J C R C Zhang, "Titanium dioxide photocatalysis: present situation and future approaches," vol 9, no 5-6, pp 750-760, 2006
[6] M Wang, F Ren, G Cai, Y Liu, S Shen, and L J N R Guo, "Activating ZnO nanorod photoanodes in visible light by Cu ion implantation," vol 7, no 3, pp 353-
[7] A Alhadhrami, A Almalki, A M A Adam, and M S J I J E S Refat,
"Preparation of semiconductor zinc oxide nanoparticles as a photocatalyst to get rid of organic dyes existing factories in exchange for reuse in suitable purpose," vol 13, no 7, pp 6503-6521, 2018
[8] W A Kadhim, R A Azeez, and F Al-zuhairi, "Preparation and characterization of
Cu doped ZnO nanoparticles by non - surfactant sol-gel technique," 2018
[10] C Jagadish and S J Pearton, Zinc oxide bulk, thin films and nanostructures: processing, properties, and applications Elsevier, 2011
[11] H Morkoỗ and ĩ ệzgỹr, Zinc oxide: fundamentals, materials and device technology John Wiley & Sons, 2008
[12] M Samadi, M Zirak, A Naseri, E Khorashadizade, and A Z J T S F Moshfegh,
"Recent progress on doped ZnO nanostructures for visible-light photocatalysis," vol
[13] Y Zheng et al., "Luminescence and photocatalytic activity of ZnO nanocrystals: correlation between structure and property," vol 46, no 16, pp 6675-6682, 2007
[14] A Mclaren, T Valdes-Solis, G Li, and S C J J o t A C S Tsang, "Shape and size effects of ZnO nanocrystals on photocatalytic activity," vol 131, no 35, pp 12540-12541, 2009
[15] M Samadi, H A Shivaee, M Zanetti, A Pourjavadi, and A J J o M C A C
Moshfegh, "Visible light photocatalytic activity of novel MWCNT-doped ZnO electrospun nanofibers," vol 359, pp 42-48, 2012
[16] J Li, N J C S Wu, and Technology, "Semiconductor-based photocatalysts and photoelectrochemical cells for solar fuel generation: a review," vol 5, no 3, pp 1360-1384, 2015
[17] J M Coronado, F Fresno, M D Hernández-Alonso, and R Portela, Design of advanced photocatalytic materials for energy and environmental applications
[18] S Rehman, R Ullah, A Butt, and N J J o h m Gohar, "Strategies of making
TiO2 and ZnO visible light active," vol 170, no 2-3, pp 560-569, 2009
[19] C Wu, L Shen, Y.-C Zhang, and Q J M L Huang, "Solvothermal synthesis of
Cr-doped ZnO nanowires with visible light-driven photocatalytic activity," vol 65, no 12, pp 1794-1796, 2011
[20] K Barick, S Singh, M Aslam, D J M Bahadur, and M Materials, "Porosity and photocatalytic studies of transition metal doped ZnO nanoclusters," vol 134, no 1-
[21] S Yi, J Cui, S Li, L Zhang, D Wang, and Y J A s s Lin, "Enhanced visible- light photocatalytic activity of Fe/ZnO for rhodamine B degradation and its photogenerated charge transfer properties," vol 319, pp 230-236, 2014
[22] S Anandan and M J P C C P Miyauchi, "Ce-doped ZnO (Ce x Zn 1− x O) becomes an efficient visible-light-sensitive photocatalyst by co-catalyst (Cu 2+) grafting," vol 13, no 33, pp 14937-14945, 2011
[23] Y Peng, S Qin, W.-S Wang, and A.-W J C Xu, "Fabrication of porous Cd-doped
ZnO nanorods with enhanced photocatalytic activity and stability," vol 15, no 33, pp 6518-6525, 2013
[24] M Mittal, M Sharma, and O J S E Pandey, "UV–Visible light induced photocatalytic studies of Cu doped ZnO nanoparticles prepared by co-precipitation method," vol 110, pp 386-397, 2014
[25] J Zheng, J Song, Q Jiang, and J J J o M S M i E Lian, "Optical properties of
Cu-doped ZnO nanoparticles experimental and first-principles theory research," vol
[26] İ Polat, S Yılmaz, İ Altın, E Bacaksız, M J M C Sửkmen, and Physics, "The influence of Cu-doping on structural, optical and photocatalytic properties of ZnO nanorods," vol 148, no 3, pp 528-532, 2014
[27] M Fu, Y Li, P Lu, J Liu, and F J A S S Dong, "Sol–gel preparation and enhanced photocatalytic performance of Cu-doped ZnO nanoparticles," vol 258, no
[28] P Jongnavakit, P Amornpitoksuk, S Suwanboon, and N J A S S Ndiege,
"Preparation and photocatalytic activity of Cu-doped ZnO thin films prepared by the sol–gel method," vol 258, no 20, pp 8192-8198, 2012
[29] https://pdfcoffee.com/sol-gel-5-pdf-free.html
[30] V Q Bảo, "Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính dùng cho keo giấy và các tông," 2008
[31] X J V I o S Wang and Technology, "Preparation, synthesis and application of sol-gel method," 2020
[32] M S Dahiya, V K Tomer, and S Duhan, "Metal–ferrite nanocomposites for targeted drug delivery," in Applications of Nanocomposite Materials in Drug Delivery: Elsevier, 2018, pp 737-760
[33] A Li and W Liu, "Optical properties of ferroelectric nanocrystal/polymer composites," in Physical Properties and Applications of Polymer Nanocomposites: Elsevier, 2010, pp 108-158
[34] S T Aruna, A S J C o i s s Mukasyan, and m science, "Combustion synthesis and nanomaterials," vol 12, no 3-4, pp 44-50, 2008
[35] N S Satpute and S Dhoble, "Role of rare-earth ions for energy-saving LED lighting devices," in Energy Materials: Elsevier, 2021, pp 407-444
[36] B D Stojanovic, A S Dzunuzovic, and N I Ilic, "Review of methods for the preparation of magnetic metal oxides," in Magnetic, ferroelectric, and multiferroic metal oxides: Elsevier, 2018, pp 333-359
[37] A Malviya, D Jaspal, P Sharma, and A J S E R Dubey, "Isothermal mathematical modeling for decolorizing water-A comparative approach," vol 25, no 1, 2015
[38] G Parshetti, A Telke, D Kalyani, and S J J o H M Govindwar, "Decolorization and detoxification of sulfonated azo dye methyl orange by Kocuria rosea MTCC 1532," vol 176, no 1-3, pp 503-509, 2010
[39] M G Steiner, "Photocatalytic Decomposition of Phenol under Visible and UV Light
Utilizing Titanium Dioxide Based Catalysts," 2017
Researchers have investigated the impact of polymer-based nanoparticles on antimicrobial drug delivery systems, as discussed in the chapter "Effect of polymer-based nanoparticles on the assay of antimicrobial drug delivery systems" by Gumustas et al in the 2017 publication "Multifunctional systems for combined delivery, biosensing and diagnostics" by Elsevier This study, spanning pages 67-108, sheds light on the role of nanoparticles in enhancing the efficacy of antimicrobial drug delivery By examining the effects of polymer-based nanoparticles, the authors provide valuable insights into the development of more efficient drug delivery systems The findings of this research contribute to the advancement of multifunctional systems for combined delivery, biosensing, and diagnostics.
[41] S K Verma and A K Das, Biosynthesized Nanomaterials Elsevier, 2021
[42] R Schwalm, "UV coatings: basics, recent developments and new applications,"
[43] P Jubu, F Yam, V Igba, and K J J o S S C Beh, "Tauc-plot scale and extrapolation effect on bandgap estimation from UV–vis–NIR data–a case study of β-Ga2O3," vol 290, p 121576, 2020
[44] A Kadam, T G Kim, D S Shin, K Garadkar, J J J o A Park, and Compounds,
"Morphological evolution of Cu doped ZnO for enhancement of photocatalytic activity," vol 710, pp 102-113, 2017
[45] K Jhansi, S Chandralingam, M Reddy, P Suvarna, C Ashok, and M J J N M
S Rao, "CuO nanoparticles synthesis and characterization for humidity sensor application," vol 3, pp 10-14, 2016
[46] R Saleh, N F J S A P A M Djaja, and B Spectroscopy, "Transition-metal- doped ZnO nanoparticles: synthesis, characterization and photocatalytic activity under UV light," vol 130, pp 581-590, 2014
PHỤ LỤC Phụ lục 1 Kết quả đặc trưng tính chất của các vật liệu
Phụ lục 1.1 Kích thước tinh thể một số mặt phẳng đặc trưng của ZnO được tính theo
Phụ lục 1.2 Kích thước tinh thể một số mặt phẳng đặc trưng của CuO/ZnO (1:5) được tính theo Scherrer
Phụ lục 1.3 Kích thước tinh thể một số mặt phẳng đặc trưng của CuO/ZnO (1:10) được tính theo Scherrer
Phụ lục 1.4 Kích thước tinh thể một số mặt phẳng đặc trưng của CuO/ZnO (1:15) được tính theo Scherrer
Phụ lục 1.5 Kích thước tinh thể một số mặt phẳng đặc trưng của CuO/ZnO (1:20) được tính theo Scherrer
Phụ lục 1.6 Ảnh FESEM của (a) Nano ZnO (×60.0k), (b) Nano ZnO (×120.0k)
54 Phụ lục 1.7 Ảnh FESEM của (a) Nano ZnO (×200k), (b) Nano ZnO (×60k), (c) Nano
Phụ lục 2: Hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu
ZnO CuO/ZnO (1:5) CuO/ZnO (1:10)
420 0.2271 42.69 0.082 80.77 0.0427 91.08 Phụ lục 2.1 Hiệu suất quang hóa phân hủy MO nồng độ 5 ppm của các vật liệu nano ZnO và CuO/ZnO (1:5), CuO/ZnO (1:10)
Phụ lục 2.2 Hiệu suất quang hóa phân hủy MO nồng độ 5 ppm của các vật liệu nano CuO/ZnO (1:15), CuO/ZnO (1:20)
ZnO CuO/ZnO (1:5) CuO/ZnO (1:10)
420 0.4932 36.42 0.2088 73.74 0.1083 86.96 Phụ lục 2.3 Hiệu suất quang hóa phân hủy MO nồng độ 10 ppm của các vật liệu nano
ZnO và CuO/ZnO (1:5), CuO/ZnO (1:10)
Phụ lục 2.4 Hiệu suất quang hóa phân hủy MO nồng độ 10 ppm của các vật liệu nano
Phụ lục 2.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quang hóa của vật liệu CuO/ZnO (1:10)
420 0.2563 67.51 0.4102 47.31 pH 4 pH 5 pH 6 pH 7 pH 8
ABS H% ABS H% ABS H% ABS H% ABS H%
0,2 gam 0,3 gam 0,4 gam 0,5 gam 0,6 gam
ABS H% ABS H% ABS H% ABS H% ABS H%
Phụ luc 2.6 Hiệu suất xúc tác quang hóa phân hủy MO nồng độ 5 ppm của vật liệu
CuO/ZnO (1:10) với các hàm lượng mẫu khác nhau
0.043 91,09 0,1648 58,93 0,241 38,85 Phụ luc 2.7 Tái sử dụng của vật liệu (1:10) sau 3 lần quang hóa
Phụ luc 2.8 Hiệu suất quang hóa phân hủy phenol của vật liệu CuO/ZnO (1:10) dưới ánh sáng khả kiến và ánh sáng tử ngoại
Thời gian (phút) Ánh sáng tử ngoại Ánh sáng khả kiến