Luan Van Dinh Thi Nhat.doc

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– ĐINH THỊ NHẬT TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA NANO COMPOSITE NiFe2O4/g C3N4 LUẬN VĂN THẠC SĨ H[.]

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––

ĐINH THỊ NHẬT

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC

VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC

CỦA NANO COMPOSITE NiFe2O4/g-C3N4

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2023

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––––––

ĐINH THỊ NHẬT

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC

VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC

CỦA NANO COMPOSITE NiFe2O4/g-C3N4

Ngành: HOÁ VÔ CƠ

Mã số: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN THỊ TỐ LOAN

THÁI NGUYÊN - 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này làtrung thực và chưa hề được sử dụng trong bất cứ một công trình nào Tôi xin camđoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và cácthông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tôi cam đoan đã thực hiện việc kiểm tra mức độ tương đồng nội dung luậnvăn qua phần mềm Turnitin một cách trung thực và đạt kết quả mức độ tương đồng25% Bản luận văn kiểm tra qua phần mềm là bản cứng đã nộp để bảo vệ trước hộiđồng Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2023

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Nguyễn Thị Tố Loan

Tác giả luận văn

Đinh Thị Nhật

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới cô giáo PGS.TS.Nguyễn Thị Tố Loan - người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo tận tình emtrong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, các cán bộ kĩ thuật viên phòngthí nghiệm khoa Hóa học- Trường Đại học Sư phạm- Đại học Thái Nguyên đã tạomọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm thí nghiệm

Em xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, bạn bè, người thântrong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2023

Học viên

Đinh Thị Nhật

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

Chương I: TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về g-C 3 N 4 2

1.1.1 Cấu trúc tinh thể 2

1.1.2 Tính chất của g-C 3 N 4 4

1.1.3 Một số phương pháp tổng hợp và ứng dụng của g-C 3 N 4 5

1.2 Vật liệu composite chứa g-C 3 N 4 7

1.3 Tổng quan về phẩm nhuộm 10

1.3.1 Khái niệm, phân loại 10

1.3.2 Tình hình ô nhiễm nước do phẩm nhuộm 12

Chương II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 14

2.1.1 Dụng cụ, thiết bị 14

2.1.2 Hóa chất 14

2.2 Tổng hợp vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 15

2.2.1 Tổng hợp g-C 3 N 4 15

2.2.2 Tổng hợp mẫu NiFe 2 O 4 15

2.2.3 Tổng hợp vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 15

2.3 Nghiên cứu đặc trưng của các vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 15

2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 15

2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét 16

2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua 16

2.3.4 Phương pháp đo phổ tán xạ năng lượng tia X 16

2.3.5 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis 16

2.3.6 Phương pháp phổ hồng ngoại 16

2.3.7 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng 17

2.3.8 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis 17

2.3.9 Phương pháp đo từ kế mẫu rung 17

2.4 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 17

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B 17

2.4.2 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B 18

2.4.3 Khảo sát khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 20

2.5 Khảo sát khả năng phân hủy các chất màu trong nước thải dệt nhuộm chiếu cói 20

Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

3.1 Kết quả nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu 21

3.1.1 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen 21

3.1.2 Phổ hồng ngoại 21

3.1.3 Kết quả nghiên cứu phổ tán xạ năng lượng tia X 24

3.1.4 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis 25

3.1.5 Hình thái học bề mặt của các mẫu 26

3.1.6 Kết quả nghiên cứu diện tích bề mặt riêng 28

3.1.7 Kết quả đo tính chất từ 29

3.2 Kết quả nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B của các vật liệu 31

3.2.1 Thời gian đạt cân bằng hấp phụ 31

3.2.2 Kết quả nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác của các mẫu vật liệu 32

3.2.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vật liệu 33

3.2.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng H 2 O 2 34

3.2.5 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ RhB 35 3.2.6 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất ức chế 35 3.3 Động học của phản ứng phân hủy RhB khi có mặt vật liệu 36 3.4 Kết quả nghiên cứu khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 38

3.5 Kết quả khảo sát khả năng phân hủy chất màu trong nước thải dệt nhuộm chiếu cói của vật liệu composite 39 3.6 So sánh hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 với một số vật liệu khác 41 KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Số thứ

tự

Kí hiệu

viết tắt Tên đầy đủ

1 AA Ascorbic acid (C6H8O6)

Biochemical Oxygen Demand (Lượng oxy hòa tan sử dụng để phân hủy chất hữu cơ sử dụng trong năm ngày)

3 BET Brunauer Emmett Teller (Diện tích bề mặt riêng)

4 CB Conduction band (Vùng dẫn)

5 COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa hóa học)

6 DRS Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis

7 EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X

8 EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)

9 g-C3N4 Graphitic carbon nitride

10 HOMO Orbital phân tử có năng lượng cao nhất

11 IPA Isopropyl alcohol (C3H8O)

12 LUMO Orbital phân tử có năng lượng thấp nhất không có electron

14 UV Ultraviolet (Tia cực tím)

15 UV VIS Ultraviolet Visible Spectroscopy

(Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến)

16 VB Valence band (Vùng hóa trị )

17 VMS Vibrating Sample Magnetomete (Từ kế mẫu rung)

19 SEM Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

20 TEM Transnission electron microscope

(Kính hiển vi điện tử truyền qua)

21 XRD X-Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X)

22 FT-IR Quang phổ hồng ngoại

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc trưng và ứng dụng của một số vật liệu composite của g-C3N4 10

Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B 17

Bảng 3.1 Số sóng đặc trưng cho dao động của liên kết trong các mẫu 23

Bảng 3.2 Các thông số bề mặt của mẫu NiFe2O4, g-C3N4 và CNF3 29 Bảng 3.3 Bảng giá trị ln(Co/Ct) theo thời gian chiếu sáng khi có mặt H2O2 và

các mẫu vật liệu 36Bảng 3.4 Hiệu suất phân hủy chất màu trong nước thải dệt nhuộm trên mẫu CNF3

38Bảng 3.5 So sánh hiệu suất quang xúc tác phân huỷ RhB của một số vật liệu 41

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc g-C3N4 dựa trên đơn vị s-triazine (a) và tri-s-triazine (b) [34] 2

Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể g-C3N4 dựa trên đơn vị heptazine (a) và kiểu xếp chồng ABAB (b) [8] 3

Hình 1.3 Cấu trúc đơn lớp của g-C3N4 [6] 3

Hình 1.4 Các nhóm chức trong g-C3N4 [15] 4

Hình 1.5 Giản đồ XRD của các mẫu g-C3N4 khi nung ở 450 ÷550oC [3] 5

Hình 1.6 Sơ đồ mô tả cơ chế sự tạo thành vật liệu CAN từ urea và acetylacetone [29] .6

Hình 1.7 Ảnh SEM, TEM của mẫu CN (a,b) và CAN-10 (c), phổ UV-Vis của các mẫu [29] 7

Hình 1.8 Phân loại các hệ nối dị thể: loại I có vùng cấm che lấp nhau (a), loại II có vùng cấm so le nhau (b), loại III có vùng cấm hở (c) [15] 7

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp vật liệu composite MnFe2O4/g-C3N4 [11] 9

Hình 1.10 Ảnh SEM của MnFe2O4 (a), g-C3N4 (b), MnFe2O4/g-C3N4 (c) và phổ UV-Vis (d), giản đồ XRD (e) và phổ IR (f) của các mẫu [11] 9

Hình 1.11 Sơ đồ cơ chế phân huỷ RhB trên hệ xúc tác MnFe2O4/g-C3N4[11] 9

Hình 1.12 Công thức cấu tạo (a) và phổ hấp thụ UV- Vis của dung dịch RhB (b) .12

Hình 1.13 Nước thải từ các nhà máy dệt nhuộm 13

Hình 2.1 Phổ UV-Vis của dung dịch RhB (a) ở các nồng độ khác nhau và đường chuẩn xác định nồng độ của RhB (b) 18

Hình 2.2 Mẫu nước thải ban đầu (a) và sau khi pha loãng 25 lần (b) 20

Hình 3.1 Giản đồ XRD của mẫu NiFe2O4, g-C3N4, CNF1 ÷CNF3 21

Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của mẫu g-C3N4 (a),NiFe2O4 (b) 22

Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của mẫu CNF1 (a), CNF2 (b) và CNF3(c) 22

Hình 3.4 Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu g-C3N4 24

Hình 3.5 Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu NiFe2O4 24

Hình 3.6 Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu CNF3 25

Hình 3.7 Phổ DRS của các mẫu g-C3N4 (1), NiFe2O4 (2), CNF1 (3), CNF2 (4)

và CNF3 (5) 25

Hình 3.8a Sự phụ thuộc của giá trị (αhν)hν))2 vào giá trị hν) của g- C3N4 (a),NiFe2O4 (b) .26

Hình 3.8b Sự phụ thuộc của giá trị (αhν)hν))2 vào giá trị hν) của CNF1 (a), CNF2 (b) và CNF3 (c) 26

Hình 3.9 Ảnh SEM (a) và TEM (b) của mẫu g-C3N4 27

Hình 3.10 Ảnh SEM (a) và TEM (b) của mẫu NiFe2O4 27

Hình 3.11 Ảnh SEM (a) và TEM (b) của mẫu CNF3 27

Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ khí N2 (a) và sự phân bố đường kính mao quản (b) của mẫu g-C3N4 28

Hình 3.13 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ khí N2 (a) và sự phân bố đường kính mao quản (b) của mẫu NiFe2O4 28

Hình 3.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ khí N2(a) và sự phân bố đường kính mao quản (b) của mẫu CNF3 29

Hình 3.15a Đường cong từ trễ của vật liệu NiFe2O4 (a), CNF1 (b) 30

Hình 3.15b Đường cong từ trễ của vật liệu CNF2 (c) và CNF3 (d) 30

Hình 3.16 Giá trị độ bão hòa từ của các mẫu vật liệu 30

Hình 3.17 Mẫu CNF3 trong nước khi không có từ trường (a) và khi có từ trường (b) 31

Hình 3.18 Hiệu suất hấp phụ RhB theo thời gian khi có mặt các vật liệu 31

Hình 3.19 Hiệu suất phân huỷ RhB sau 90 phút chiếu sáng khi có mặt H2O2 (a), NiFe2O4 (b), g-C3N4 (c), CNF1 (d) 32

Hình 3.20 Hiệu suất phân huỷ RhB sau 90 phút chiếu sáng khi đồng thời có mặt H2O2 và các vật liệu : NiFe2O4 (1), g-C3N4 (2), CNF1 (3), CNF2 (4), CNF3 (5) 32

Hình 3.21 Cơ chế phân huỷ MB trên hệ xúc tác CoFe2O4/g-C3N4 [23] 33

Hình 3.22 Hiệu suất phân hủy RhB sau 90 phút chiếu sáng khi có mặt H2O2 và vật liệu CNF3 có khối lượng 0,05 gam ÷0,2 gam 34 Hình 3.23 Biểu đồ hiệu suất phân hủy RhB sau 90 phút chiếu sáng với sự có

mặt của vật liệu CNF3 và H2O2 với thể tích 1,5 mL ÷ 3,0 mL 34Hình 3.24 Hiệu suất phân hủy RhB của các vật liệu CNF3 kếp hợp H2O2 ở các

nồng độ sau 90 phút chiếu sáng 35Hình 3.25 Hiệu suất phân hủy RhB của hệ vật liệu CNF3 khi không có chất ức

chế (1) và khi có mặt Ascorbic(2), EDTA (3) và IPA (4) 36Hình 3.26 Sự phụ thuộc của ln(Co/Ct) vào thời gian chiếu sáng khi có mặt H2O2

và mẫu NiFe2O4 (a); C3N4 (b) 37Hình 3.27 Sự phụ thuộc của ln(Co/Ct) vào thời gian chiếu sáng khi có mặt H2O2

và mẫu CNF1 (a), CNF2(b) và CNF3(c) 37Hình 3.28 Hiệu suất phân hủy RhB của vật liệu CNF3 sau 3 lần tái sử dụng 38Hình 3.29 Giản đồ XRD (a) và ảnh SEM (b) của vật liệu CNF3 sau 3 lần tái sử

dụng 39Hình 3.30 Phổ UV-Vis của chất màu trong nước thải dệt nhuộm chiếu cói bị

phân hủy theo thời gian sau 10 giờ chiếu sáng 40

MỞ ĐẦU

Tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay đang diễn ra ở khắp nơi trên thế giới đặcbiệt tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam Một trong những vấn đề đặt racho các nước đang phát triển là cải thiện môi trường ô nhiễm từ các chất độc hại do nềncông nghiệp tạo ra Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệpthực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệtnhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam Vớikhối lượng lớn hóa chất sử dụng, nước thải ngành dệt nhuộm có mức ô nhiễm cao và rấtđộc cho hệ sinh thái nước Loại nước thải này chứa nhiều thành phần độc hại, độ màucao, hoá chất, độ kiềm và độ pH cao, tiềm ẩn nhiều nguy hiểm đối với con người và hệsinh thái Đã có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lí ô nhiễm nước, trong đó cóphương pháp oxi hoá nâng cao dựa trên các chất quang xúc tác

Trong số các chất quang xúc tác, graphite carbon nitride (g-C3N4) nhận đượcnhiều sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học do nó có cấu trúc electron độcđáo, có độ bền cao, không độc hại, dễ tổng hợp Hiệu suất quang xúc tác của g-C3N4trong vùng nhìn thấy cao hơn so với các chất quang xúc tác truyền thống như ZnO,TiO2 Nóđược dùng làm chất xúc tác để tách nước thành hydrogen, khử CO2 và phânhủy nhiều hợp chất ô nhiễm trong vùng ánh sáng khả kiến Tuy nhiên, g-C3N4 vẫn thểhiện hiệu suất xúc tác quang không như mong muốn do những hạn chế như tốc độ tái tổhợp electron và lỗ trống quang sinh nhanh, khả năng chuyển chất mang điện thấp, diệntích bề mặt riêng nhỏ, độ trơ bề mặt cao, hấp thụ khả kiến kém, động học phản ứngchậm, khả năng oxi hóa trung bình, tính linh động của các hạt mang điện thấp Kết quảcủa nhiều nghiên cứu cho thấy, một trong số phương pháp tăng hiệu quả xúc tác quangcủa g-C3N4 là kết hợp nó với chất bán dẫn khác tạo hợp chất composite [12], [21], [22]

Với mục đích góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu vật liệu quang xúc tác ứng dụng

trong xử lý hợp chất hữu cơ ô nhiễm, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài : “Tổng hợp,

nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của nano composite

NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 ”

Chương I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về g-C 3 N 4

1.1.1 Cấu trúc tinh thể

Carbon nitride (C3N4) tồn tại ở các dạng thù hình khác nhau, thường được tìm thấyvới 7 pha là -C3N4, -C3N4, C3N4 lập phương, C3N4 giả lập phương, g-h-triazine, g-o-triazine và g-h-heptazine Ở điều kiện thường, graphitic carbon nitride (g-C3N4) đượccoi là pha ổn định nhất trong tất cả các dạng thù hình của carbon nitride [7]

Nhóm nghiên cứu của Bojdys [7] đã đưa ra được cấu trúc 2D của g-C3N4 như sau:Tinh thể g-C3N4 được hình thành dựa trên các đơn lớp với mỗi đơn lớp là sự sắp xếp củacác đơn vị s-heptazine dạng hexagonal với các thông số mạng tinh thể là a=b=8,434 Å,c=6,722 Å, tương ứng với kiểu sắp xếp ABAB Các khoảng trống trong các lớp đượcxếp chồng nhau tạo thành các rãnh chạy song song với mặt (001)

Cấu trúc g-C3N4 được xây dựng trên đơn vị tri-s-triazine ứng với năng lượng

g-C3N4 khoảng 30 kJ/mol, ổn định hơn so với g-C3N4 được xây dựng từ đơn vị s-triazine

và các đơn vị khác [34] (Hình 1.1) Nguyên nhân là do sự khác nhau về môi trường điện

tử và kích thước lỗ hổng nitride làm cho năng lượng ổn định của các cấu trúc g-C3N4tương ứng khác nhau [18]

Hình 1.1 Cấu trúc g-C 3 N 4 dựa trên đơn vị s-triazine (a) và tri-s-triazine (b) [34]

Như vậy, có thể cho rằng, g-C3N4 là một polymer dị vòng được hình thành bằngcách thay thế tuần hoàn một phần nguyên tử carbon trong khung graphite bằng nguyên

tố nitrogen (Hình 1.2) Vì vậy, g-C3N4 gồm các mặt liên hợp  của các nguyên tử carbon

và nitrogen ở trạng thái lai hoá sp2, tương tự như trong carbon graphite Các thông sốmạng của g-C3N4 được xác định như sau: a=b=8,1Å, c=6,5Å; ==90o, =120o [8] Tuynhiên, khoảng cách xếp chồng giữa hai lớp của g-C3N4 là khoảng 0,326 nm, đặc hơn 3%

so với trong tinh thể carbon graphite Trong cùng một lớp, quá trình polymer hoá củacác đơn vị s-triazine đã tạo thành các đơn lớp g-C3N4 thông qua cầu nối là các nguyên tử

Nsp3 trên mỗi đơn vị triazine, đồng thời tạo thành lỗ hổng giữa ba đơn vị triazine gần nhau nhất với khoảng cách trung bình khoảng 0,675 nm

tri-s-Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể g-C3N4 dựa trên đơn vị heptazine (a) và kiểu xếp

chồng ABAB (b) [8]

Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học Zuluaga [26] đã chỉ ra rằng, nhiệt độ tổng hợp

có ảnh hưởng đến cấu trúc lớp và độ rộng vùng cấm phụ thuộc vào cấu trúc xếp chồngcủa g-C3N4 Điều này có nghĩa là năng lượng vùng cấm của g-C3N4 phụ thuộc vào hằng

số mạng Kết quả phân tích mật độ trạng thái cho thấy, đỉnh của vùng hoá trị (VB) baogồm các trạng thái s, px, py và đáy vùng dẫn (CB) chỉ bao gồm các trạng thái pz trong hệg-C3N4 Khi hằng số mạng giảm, dẫn đến sự xen phủ các trạng thái pz lân cận tăng cao,

do đó đáy của CB có sự chuyển dịch năng lượng cao hơn so với trạng thái s, px, py, làmthu hẹp năng lượng vùng cấm

Hình 1.3 Cấu trúc đơn lớp của g-C 3 N 4 [6]

Để xác định các nguyên tử C, N nào trong g-C3N4 đóng góp vào mức VB và CB,tác giả [6] đã chỉ ra rằng, VB của mỗi lớp g-C3N4 chiếm chủ yếu bởi nguyên tố N2 và

CB được hợp thành từ nguyên tử C1, C2 và một lượng nhỏ các nguyên tử N1 và N2(Hình 1.3) Các nguyên tử N3 chỉ dùng làm cầu nối 3 đơn vị tri-s-triazine, không đónggóp vào biên VB và CB Do đó, HOMO của mỗi lớp g-C3N4 bao gồm tất cả các nguyên

tử N2 và LUMO chủ yếu được phân bố trên các nguyên tử C1, C2 và một phần cácnguyên tử N2

1.1.2 Tính chất của g-C 3 N 4

Graphitic carbon nitride với độ rộng vùng cấm vừa phải (2,7 eV) là một chất

quang xúc tác bán dẫn đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học

Nó có độ bền hoá học cao, hầu như không tan hoặc không phản ứng với các dung môithông thường như nước, ethanol, toluene Graphitic carbon nitride bền với nhiệt, có độcứng cao, khối lượng riêng thấp và có khả năng chống ăn mòn cao Đặc biệt, nó hoạtđộng như một chất xúc tác đa chức Nguyên nhân là do trong phân tử tồn tại các hợpphần thể hiện các tính chất khác nhau như tính chất điện của hệ liên hợp, tính chấtnucleophile do nhóm chức Lewis base, Bronsted base và khả năng hình thành liên kếthydrogen (Hình 1.4)[15]

Hình 1.4 Các nhóm chức trong g-C 3 N 4 [15]

Ngoài những ưu điểm trên thì g-C3N4 có nhược điểm về tính chất như có diệntích bề mặt riêng thấp, khả năng linh động của các hạt mang điện thấp, sự tái tổ hợp củaelectron và lỗ trống cao và hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến kém Chính những điều nàylàm giảm hiệu quả của g-C3N4 trong lĩnh vực xúc tác

1.1.3 Một số phương pháp tổng hợp và ứng dụng của g-C 3 N 4

Graphitic carbon nitride thường được tổng hợp trực tiếp từ các chất giàu carbon vànitrogen như urea, thiourea, melamine, cyanamide, dicyandiamide bằng cách nung ởnhiệt độ xác định [29], [31], [32]

Zhang và cộng sự [32] đã tổng hợp g-C3N4 bằng cách sử dụng urea, thiourea vàdicyandiamide làm tiền chất và nhận thấy rằng quá trình tổng hợp chủ yếu liên quan đếnquá trình polymer hóa Các phân tử urea, thiourea được chuyển đổi thành melamin bằngcác phản ứng cộng và ngưng tụ Trong khi đó các phân tử dicyandiamide được ngưng tụtrực tiếp thành melamine Khi nhiệt độ tăng lên, các đơn vị tri-s-triazine hình thànhbằng cách sắp xếp lại melamine và tiếp tục được trùng hợp tạo thành g-C3N4

Khi nung trực tiếp melamine ở 550oC với tốc độ gia nhiệt là 2o/phút trong 4 giờYunjin Yao và cộng sự [31] cũng thu được g-C3N4

Tác giả Nguyễn Văn Kim [3] đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung urea đến

sự tạo thành g-C3N4 Kết quả đo giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) cho thấy, trongkhoảng nhiệt độ khảo sát (từ 450 ÷ 550oC), mẫu được nung ở 500 oC có cường độ nhiễu

xạ ở các góc 2 là 13,2o (100) và 27,3o (002) cao và sắc nét nhất, đặc trưng cho là sự tạothành của g-C3N4 (Hình 1.5)

Hình 1.5 Giản đồ XRD của các mẫu g-C 3 N 4 khi nung ở 450 ÷ 550 o C [3]

Từ nguồn nguyên liệu ban đầu là urea và acetylacetone, nhóm tác giả Yang Yang[29] đã tổng hợp được các mẫu vật liệu g-C3N4 khi nung ở 550oC trong 3 giờ Ứng vớilượng acetylacetone ban đầu là 0, 5, 10 và 30 μL, các mẫu vật liệu thu được kí hiệu lầnL, các mẫu vật liệu thu được kí hiệu lầnlượt là CN, ACN-5, ACN-10 và ACN-30 Cơ chế hình thành vật liệu ACN được tác giả

đưa ra ở Hình 1.6 Ảnh SEM và TEM (Hình 1.7a,b) cho thấy, vật liệu CN có dạng tấmvới bề mặt thô Các mẫu vật liệu ACN-10 có hình thái không thay đổi (Hình 1.7c)nhưng có diện tích bề mặt riêng (67,81 m2/g), tổng thể tích mao quản (0,33 cm3/g) nhỏhơn so với của vật liệu CN (77,4 m2/g và 0,41 cm3/g) Năng lượng vùng cấm của mẫuACN-10 xác định được là 2,35 eV, nhỏ hơn so với của mẫu CN (2,64 eV) Hoạt tínhquang xúc tác của các mẫu vật liệu được đánh giá thông qua phản ứng phân huỷoxytetracyline (OTC) Kết quả cho thấy, khi có mặt mẫu ACN-10, hiệu suất phân huỷOTC đạt cao nhất (79,3%) sau 60 phút chiếu sáng Phản ứng phân huỷ OTC trên cácchất xúc tác tuân theo phương trình động học bậc 1 Hằng số tốc độ phản ứng giảm theotrật tự sau: ACN-10 (0,029 phút-1) > ACN-30 (0,027 phút-1) > ACN-5 (0,02 phút-1) >

Hình 1.6 Sơ đồ mô tả cơ chế sự tạo thành vật liệu CAN từ

urea và acetylacetone [29]

Hình 1.7 Ảnh SEM, TEM của mẫu CN (a,b) và CAN-10 (c), phổ UV-Vis của các

mẫu [29]

1.2 Vật liệu composite chứa g-C 3 N 4

Để nâng cao khả năng ứng dụng của g-C3N4 trong lĩnh vực quang xúc tác, nhiều kĩthuật đã được áp dụng như pha tạp các nguyên tố kim loại, phi kim [1], [4], [6], [14],[16], tạo hợp chất composite với chất bán dẫn khác [2], [3], [10], [10], [19], [22 ]

So với g-C3N4 tinh khiết, các vật liệu g-C3N4 khi được pha tạp có khả năng hấp thụquang được tăng cường, thời gian sống của electron-lỗ trống (e-h+) quang sinh được kéodài, giảm sự tái tổ hợp của e-h+ và diện tích bề mặt riêng tăng [6], [16]

Khi g-C3N4 kết hợp với các chất bán dẫn khác để tạo composite sẽ tạo thành mộtcấu trúc điện tử mới nhờ sự hình thành giao diện phân cách pha [15] Cấu trúc điện tửcủa vật liệu composite phụ thuộc vào độ rộng vùng cấm và thế của vùng dẫn (CB) vàvùng hoá trị (VB) trong chất bán dẫn Tác giả Jiuqing Wen [15] đã phân thành 3 loại hệnối dị thể như Hình 1.8

Hình 1.8 Phân loại các hệ nối dị thể: loại I có vùng cấm che lấp nhau (a), loại II có

vùng cấm so le nhau (b), loại III có vùng cấm hở (c) [15]

Đối với hệ nối dị thể loại I, thế của vùng hoá trị và vùng dẫn của chất bán dẫn thứ

1 (SCI) nằm trong chất bán dẫn thứ 2 (SCII) Do đó, khi chiếu ánh sáng có năng lượng

≥ năng lượng vùng cấm của các chất bán dẫn sẽ hình thành cặp e-h+ và có sự chuyển vàtích luỹ chất mang điện trong từng phần chất bán dẫn đơn mà không có sự tách điệntích Vì vậy, hiệu quả oxi hoá khử của vật liệu composite thường giảm

Ở hệ nối dị thể loại II, hai chất bán dẫn có thế VB và CB đặt so le nhau nên thếhoá học được hình thành giữa chúng có thể nâng lên hoặc giảm xuống Điều này dẫnđến các phần tử mang điện sẽ di chuyển theo hướng ngược lại, làm sự phân tách của e-

h+ được tăng cường đáng kể, giảm sự tái tổ hợp và tăng thời gian sống của chúng.Trong hệ này, các phản ứng oxi hoá khử diễn ra ở hai chất bán dẫn khác nhau Đối với

hệ nối dị thể loại III, thế VB và CB của chúng không giao nhau

Một số chất bán dẫn thường được lựa chọn để kết hợp với g-C3N4 tạo hợp chấtcomposite có khả năng quang xúc tác cao như TiO2 [2], Ta2O5 [3], SnO2 [19], nhất làcác ferrite MFe2O4 [5], [10], [12], [13], [24]

Vật liệu composite MnFe2O4/g-C3N4 đã được tác giả [11] tổng hợp theo sơ đồ ởHình 1.9 Ba mẫu vật liệu composite được chế tạo có lượng MnFe2O4 tương ứng là 10,

20 và 30% Ảnh SEM cho thấy, các hạt MnFe2O4 được tạo thành có kích thước khôngđều, khoảng 200 - 400 nm (Hình 1.10a) Đã quan sát được cấu trúc lớp với bề mặt nhẵntrên ảnh SEM của g-C3N4 (Hình 1.10b) Cấu trúc hỗn hợp của MnFe2O4 và g-C3N4 đãxuất hiện trên ảnh SEM của mẫu composite (Hình 1.10c) Thành phần pha, các đặctrưng về liên kết và năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu cũng đã được nhóm tácgiả nghiên cứu Hoạt tính quang xúc tác của các hệ vật liệu được nghiên cứu thông quaphản ứng phân huỷ Rhodamine B Trong cùng điều kiện nghiên cứu (nồng độ RhB banđầu là 30 mg/L, nồng độ chất xúc tác là 0,4 g/L, thời gian chiếu sáng 90 phút, pH =7)các mẫu composite đều cho hiệu suất phân huỷ RhB cao hơn so với mẫu đơn MnFe2O4,g-C3N4 Trong 3 mẫu composite, mẫu 30%MnFe2O4/g-C3N4 cho hiệu suất phân huỷRhB cao nhất, đạt 97,2% sau 90 phút chiếu sáng Tác giả cho rằng, hoạt tính quang xúctác của hệ composite được nâng cao là do có sự tạo thành hệ nối dị thể giữa MnFe2O4 vàg-C3N4, làm giảm sự tái tổ hợp của e-h+ và năng lượng vùng cấm của hệ (Hình 1.11)

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp vật liệu composite MnFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 [11]

Hình 1.10 Ảnh SEM của MnFe 2 O 4 (a), g-C 3 N 4 (b), MnFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 (c) và phổ UV-Vis (d), giản đồ XRD (e) và phổ IR (f) của các mẫu [11]

Hình 1.11 Sơ đồ cơ chế phân huỷ RhB trên hệ xúc tác MnFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 [11]

Ngoài MnFe2O4, nhiều ferrite cũng đã được lựa chọn làm chất kết hợp với g-C3N4tạo hợp chất composite, nâng cao hiệu suất quang xúc tác phân huỷ hợp chất hữu cơ ônhiễm của g-C3N4 như CaFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, ZnFe2O4 (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Đặc trưng và ứng dụng của một số vật liệu composite của g-C 3 N 4

Vật liệu

Năng lượng vùng cấm (eV)

Độ bão hoà

từ (emu/g) Ứng dụng

Tài liệu tham khảo

methylene blue [25]30%MnFe2O4/g-C3N4 1,81 6,91 Phân huỷ

oxytetracycline [17]

50%CoFe2O4/g-C3N4 1,31

-Phân huỷmethylene blue,methyl orange,congo red

[10]

NiFe2O4/g-C3N4 1,75 28,8

Phân huỷmethylene blue,Rhodamine B

[13]

Rhodamine B [28]

1.3 Tổng quan về phẩm nhuộm

1.3.1 Khái niệm, phân loại

Phẩm nhuộm là những chất hữu cơ mang màu có khả năng nhuộm màu các vậtliệu như vải, giấy, nhựa, da…Phẩm nhuộm có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợpnhưng phổ biến và sử dụng nhiều hơn cả là phẩm nhuộm tổng hợp

Độ bền màu và tính chất không bị phân hủy là đặc điểm nổi bật của các loạithuốc nhuộm Màu sắc của phẩm nhuộm có được là do phẩm nhuộm chứa những nhómmang màu (quinon, azo, nitro) và các nhóm trợ màu như OH, NH2…có tác dụng làmtăng màu và tăng tính bám của phẩm nhuộm vào sợi

Phẩm nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sửdụng Phẩm nhuộm được phân loại theo hai cách phổ biến :

a Phân loại theo cấu trúc hoá học: phẩm nhuộm azo, phẩm nhuộm antraquinon,phẩm nhuộm triarylmetan, phẩm nhuộm phtaloxiamin

b Phân loại theo đặc tính áp dụng: phẩm nhuộm hoàn nguyên, phẩm nhuộm lưuhoá, phẩm nhuộm trực tiếp, phẩm nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốcnhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính

Trong đề tài này, chúng tôi tập trung nghiên cứu về Rhodamine B là chất màuđược sử dụng trong ngành dệt may, dệt chiếu cói ở nước ta

Giới thiệu chung về Rhodamine B

Công thức phân tử: C28H31ClN2O3

Khối lượng phân tử: M = 479,02 g/mol

Tên gọi : [ (2 carboxyphenyl) 6 diethylamino 3 xanthenylidene] diethylammonium chloride

-Rhodamine B (RhB) là chất bột màu đỏ, ánh xanh lá cây, dễ hòa tan trong nước

và dung môi cồn Trong tự nhiên RhB có trong một số quả, hạt như hạt điều, quả dứa và

ở dạng này RhB hầu như không độc Rhodamine B tổng hợp là hóa chất có độc tính cao.Nhiễm độc Rhodamine B ở mức nhẹ có thể gây nôn mửa, ngộ độ c Nếu tích lũyRhodamine B vào cơ thể trong thời gian dài thậm chí có thể gây ung thư Nếu tiếp xúcqua da sẽ cảm thấy mẩn ngứa, dị ứng Còn nếu tiếp xúc qua đường hô hấp, cơ thể sẽ gặpphải triệu trứng như tức ngực, khó thở, ngứa cổ, ho và viêm họng Khoa học đã chứngminh, vòng thơm benzen là một tổ hợp hóa học khá bền, được cho là nguyên nhân gâyung thư cao

Rhodamine B thường được sử dụng làm chất đánh dấu để xác định hướng và lưutốc của dòng chảy Rhodamine B được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghệsinh học như kính hiển vi huỳnh quang, phân tích dòng chảy, xét nghiệm hấp phụ miễndịch liên kết với enzim sử dụng trong sinh học làm phẩm nhuộm phát huỳnh quang đểphát hiện sinh vật kháng acid Rhodamine B được sản xuất trong công nghiệp bằngcông nghệ hóa dầu và được xếp vào nhóm thuốc nhuộm công nghiệp với mục đích sửdụng làm thuốc nhuộm Rhodamine B hấp thụ quang mạnh trong vùng ánh sáng khảkiến với bước sóng cực đại là 553 nm (Hình 1.12)

(a) (b) Hình 1.12 Công thức cấu tạo (a) và phổ hấp thụ UV- Vis của dung dịch RhB (b) 1.3.2 Tình hình ô nhiễm nước do phẩm nhuộm

Ô nhiễm nước do các sản phẩm thuốc nhuộm gây ra là một vấn đề đáng lo ngại

về môi trường Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhưdệt may, da, giấy và in ấn, và việc thải bỏ hoặc thải chúng vào các vùng nước khôngđúng cách có thể gây ảnh hưởng bất lợi đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe conngười Sau đây là một số điểm chính liên quan đến ô nhiễm nước do các sản phẩmthuốc nhuộm:

Phát tán các hóa chất độc hại: Ngân hàng Thế giới ước tính, ngành dệt

nhuộm sử dụng 1/4 hóa chất toàn thế giới mỗi năm và 1/5 lượng nước ô nhiễm toàncầu do ngành công nghiệp dệt nhuộm thải ra Về cơ bản thành phần nước thải dệtnhuộm sẽ có những đặc trưng điển hình sau: Độ pH khá lớn (8,6 - 9,8), độ màu rấtcao (nồng độ 350-3710 Pt-Co), hàm lượng các chất hữu cơ cao, hàm lượng cặn lơlửng SS có thể đạt tới ngưỡng 2000 mg/l, COD (360-2448 mgO2/L), BOD5 (200-1450mgO2/L); chứa kim loại nặng Cr+6 (0,093-0,264 mg/L), Pb (KPH-0,007 mg/L), Cd(KPH-0,00025 mg/L), Hg (KPH mg/L), As (KPH-0,013 mg/L) (Nguồn Centerma -2010) Việc xử lý hoặc thải bỏ các hóa chất này không đúng cách có thể dẫn đến việcchúng thải vào các vùng nước, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước

Cường độ màu cao và khả năng phân hủy sinh học thấp: Thuốc nhuộm

được thiết kế có cường độ màu cao, nghĩa là ngay cả một lượng nhỏ thuốc nhuộmcũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước Ngoài ra, nhiều loại thuốcnhuộm tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học thấp, khiến chúng tồn tại trong cácvùng nước trong thời gian dài Sự tích tụ thuốc nhuộm trong nước có thể làm giảm sự

xâm nhập của ánh sáng mặt trời, làm gián đoạn quá trình quang hợp và ảnh hưởngđến thực vật và sinh vật thủy sinh.

Phá vỡ hệ sinh thái dưới nước: Thuốc nhuộm có thể có tác động xấu đến hệ

sinh thái dưới nước Chúng có thể làm thay đổi độ pH của nước, nồng độ oxy hòa tan

và nhiệt độ, gây hại cho sinh vật dưới nước Thuốc nhuộm cũng có thể cản trở sự pháttriển của thực vật thủy sinh, làm giảm sản xuất oxygen và ảnh hưởng đến sự cân bằngchung của hệ sinh thái Ngoài ra, một số loại thuốc nhuộm có thể gây độc cho cá,động vật không xương sống và các sinh vật thủy sinh khác, dẫn đến giảm đa dạngsinh học

Mối lo ngại về sức khỏe con người: Sự hiện diện của sản phẩm thuốc nhuộm trongnguồn nước có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người Một số thuốc nhuộm và các sảnphẩm phân hủy của chúng được biết là độc hại và có thể tích tụ trong cơ thể theo thời gian.Tiêu thụ nước hoặc cá bị ô nhiễm từ các vùng nước bị ô nhiễm có thể dẫn đến nhiều vấn đề sứckhỏe khác nhau, bao gồm kích ứng da, các vấn đề về hô hấp, mất cân bằng nội tiết tố và thậmchí là ung thư Những nỗ lực nhằm giảm thiểu ô nhiễm nước do các sản phẩm thuốc nhuộm baogồm các quy định chặt chẽ hơn về sản xuất thuốc nhuộm và xả nước thải, phát triển thuốcnhuộm thân thiện với môi trường và có khả năng phân hủy sinh học cũng như triển khai cáccông nghệ xử lý nước thải tiên tiến Điều quan trọng đối với các ngành công nghiệp, cơ quanquản lý và người tiêu dùng là phải nhận thức được tác động môi trường tiềm ẩn của các sảnphẩm thuốc nhuộm và thực hiện các biện pháp để giảm thiểu việc thải chúng vào các vùngnước

Hình 1.13 Nước thải từ các nhà máy dệt nhuộm

Chương II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Bình tam giác dung tích 250 mL

- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt có dung tích: 25 mL,

- Cân điện tử bốn số Precisa XT 120A

- Máy khuấy từ gia nhiệt

2.1.2 Hóa chất

Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) Merck

Isopropyl alcohol (C3H8O) Trung Quốc

2.2 Tổng hợp vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4

2.2.1 Tổng hợp g-C 3 N 4

Lấy 10 gam urea đem nung ở 500oC với tốc độ nâng nhiệt 5oC/phút trong 2 giờthu được g-C3N4 Để nguội đến nhiệt độ phòng sau đó nghiền mịn, rửa sạch bằng dungdịch HNO3 0,1M và nước cất đến trung tính Tiếp tục sấy mẫu ở nhiệt độ 70 oC thu đượcg-C3N4 tinh khiết [11]

2.2.2 Tổng hợp mẫu NiFe 2 O 4

Lấy 8,008 gam urea, hoà tan trong nước rồi thêm vào đó 5,8158 gamNi(NO3)2.6H2O và 16,158 gam Fe(NO3)3.9H2O Khuấy đều hỗn hợp trên máy từ gianhiệt ở 70oC trong thời gian 4 giờ Tiếp tục sấy khô mẫu ở 70oC rồi đem nung ở nhiệt độ

500oC trong 3 giờ, thu được mẫu NiFe2O4 [20]

Giả thiết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra như sau:

3Ni(NO3)2 + 6Fe(NO3)3 + 20(NH2)2CO → 3NiFe2O4 + 32N2 + 20CO2 + 40H2O

2.2.3 Tổng hợp vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4

Lấy 0,01 gam NiFe2O4 đã tổng hợp ở trên trộn với 0,09 gam g-C3N4 rồi nung ở

450oC trong 2 giờ thu được vật liệu NiFe2O4/g-C3N4 có %NiFe2O4 là 10%, kí hiệu làCNF1 [11] Tổng hợp tương tự với các mẫu composite có %NiFe2O4 là 20% (CNF2) và30% (CNF3)

2.3 Nghiên cứu đặc trưng của các vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4

2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen

70o, bước nhảy 0,03o, điện áp 30KV, cường

độ ống phát 0,03A tại trường Đại học Khoahọc Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét

Xác định hình thái bề mặt, kích thước và

hình dạng của vật liệu

- Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của cácmẫu được đo trên máy JEOL – 5300 (NhậtBản) tại Viện khoa học vật liệu, Viện Hànlâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua

2.3.4 Phương pháp đo phổ tán xạ năng lượng tia X

Xác định sự có mặt của các nguyên tố

trong các mẫu vật liệu

Phổ EDX của các mẫu vật liệu được đobằng máy S-4800 (Hitachi, Nhật Bản) ViệnKhoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam

2.3.5 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis

Xác định khả năng hấp thụ ánh sáng của

vật liệu Đánh giá sự thay đổi giá trị

năng lượng vùng cấm (Eg) của chất bán

dẫn

Phổ DRS của các vật liệu được đo trênmáy quang phổ Cary 5000 UV–Vis–NIR(Agilent, Nhật Bản) tại Viện Khoa họcVật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học vàCông nghệ Việt Nam

2.3.6 Phương pháp phổ hồng ngoại

Xác định sự tạo thành liên kết giữa phối

tử và ion kim loại

Phổ hồng ngoại của các mẫu được đo trênmáy FTIR Affinity - 1S (Nhật Bản) tạikhoa Hóa học, trường Đại học Khoa học

Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

2.3.7 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng

Xác định diện tích bề mặt riêng và sự phân

bố đường kính mao quản của các mẫu vật

liệu

Diện tích bề mặt riêng (BET) của cácmẫu được đo trên máy Tritar 3000(Micromeritic, Mỹ), tại Trường Đại học

Sư phạm Hà Nội

2.3.8 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis

Xác định hàm lượng các chất dựa vào đo

độ hấp thụ quang trong khoảng nồng độ

xác định

Độ hấp thụ quang của dung dịch RhBđược đo trên máy UV 1700 (Shimadzu,Nhật Bản), tại Khoa Hóa học, TrườngĐại học Sư phạm Thái Nguyên

2.3.9 Phương pháp đo từ kế mẫu rung

Đo tính chất từ của vật liệu từ, hoạt động

trên nguyên tắc thu tín hiệu cảm ứng điện

từ khi rung mẫu đo trong từ trường

Đo trên hệ đo từ kế mẫu rung tạiphòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn,Viện Khoa học Vật liệu Viện Hàn lâmKhoa học và Công nghệ Việt Nam

2.4 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu composite NiFe 2 O 4 /g-C 3 N 4 2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B

Đo độ hấp thụ quang (Abs) của các dung dịch Rhodamine B có nồng độ từ 1 ÷

10 mg/L ở bước sóng 553 nm Kết quả được chỉ ra ở Bảng 2.1 và Hình 2.1

Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamine B

7 0,405 0,572 0,786 0,969 1,173 1,324 1,497 1,676 1,799

Hình 2.1 Phổ UV-Vis của dung dịch RhB (a) ở các nồng độ khác

nhau

và đường chuẩn xác định nồng độ của RhB (b)

Từ Hình 2.1 cho thấy, trong khoảng nồng độ khảo sát, độ hấp thụ quang phụthuộc tuyến tính vào nồng độ RhB theo phương trình bậc nhất: y=0,1798x + 0,0519 với

độ hồi qui cao (R2 = 0,998)

2.4.2 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B

2.4.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ

Lấy 0,1 gam mẫu NiFe2O4 rồi thêm vào đó 100 mL dung dịch Rhodamine B cónồng độ 25 mg/L (pH=7) Khuấy mẫu trong bóng tối trong 75 phút Cứ sau 15 phúttrích 5mL mẫu, li tâm lọc bỏ chất rắn, pha loãng phần dung dịch 3 lần, rồi đo độ hấp thụquang ở bước sóng 553 nm Từ giá trị độ hấp thụ cực đại và phương trình đường chuẩnxác định được các giá trị nồng độ Rhodamine B tương ứng Hiệu suất hấp phụRhodamine B của vật liệu NiFe2O4 được xác định bằng công thức sau:

Trong đó: Co là nồng độ của RhB tại thời điểm ban đầu (mg/L)

Ct là nồng độ của RhB tại thời điểm t (mg/L)

Tiến hành tương tự như trên đối với các mẫu g-C3N4, CNF1, CNF2 và CNF3

2.4.2.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân huỷ Rhodamine B của các mẫu

Lấy 0,1 gam mẫu NiFe2O4 rồi thêm vào đó 100 mL dung dịch Rhodamine B cónồng độ 25 mg/L (pH=7) Khuấy mẫu trong bóng tối 45 phút cho đạt cân bằng hấp phụ