nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano sno2 và ag sno2 ứng dụng làm xúc tác quang hóa

Khả năng quang xúc tác của các vật liệu nano được nghiên cứu dựa trên sự phân hủy chất màu Congored CR dưới ánh sáng khả kiến trong 90 phút.. Sử dụng chất bán dẫn vào xúc tác quang là mộ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 Ag/SnO2 ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC QUANG HÓA

GVHD: TS VÕ THỊ THU NHƯ SVTH: PHẠM NGUYỄN MINH NGUYỆT

S K L 0 1 1 8 8 2

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO SnO2 VÀ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phạm Nguyễn Minh Nguyệt MSSV: 19128054

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Vô cơ - Silicat 1 Tên khóa luận: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano SnO2 và Ag/SnO2 ứng dụng làm xúc tác quang hóa

2 Nhiệm vụ của khóa luận: Tổng hợp vật liệu nano SnO2 và nano Ag/SnO2 bằng phương pháp sol-gel ứng dụng làm xúc tác quang hóa

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 01/10/2022 4 Ngày hoàn thành khoá luận: 31/07/2023 5 Họ tên người hướng dẫn: TS Võ Thị Thu Như 6 Nội dung hướng dẫn:

- Chế tạo vật liệu nano SnO2 và vật liệu nano Ag/SnO2 theo các tỷ lệ Ag/SnO2 lần lượt là 0.5, 1, 2, và 3%

- Khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu nano SnO2 và Ag/SnO2 - So sánh khả năng xúc tác quang hóa phân hủy chất màu Congo red của vật liệu nano SnO2 và

Ag/SnO2 - Khảo sát khả năng xúc tác quang hóa phân hủy chát màu Congo red của vật liệu nano Ag/SnO2

1% khi thay đổi hàm lượng của vật liệu, nồng độ CR ban đầu, pH - Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu nano Ag/SnO2 1%

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học

TRƯỞNG BỘ MÔN

Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2023

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC-THỰC PHẨM

BỘ MÔN CN HÓA HỌC -

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-

PHIẾU TRẢ LỜI GÓP Ý NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

I.Thông tin chung - Họ và tên sinh viên: Phạm Nguyễn Minh Nguyệt Lớp: 191280V

- Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano SnO2 và Ag/SnO2 ứng dụng làm xúc tác quang hóa

- Mã số khóa luận: ……… - Họ và tên người hướng dẫn chính: TS Võ Thị Thu Như

II.Nội dung trả lờ

GV PHẢN BIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2023

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

STT Nội dung góp ý Nội dung trả lời

1 Tất cả các hình ảnh rất nhỏ, mờ Bố cục không hợp lý

Hiệu chỉnh/thay thế các hình ảnh phù hợp, bố trí lại bố cục một cách hợp lý hơn

2 Các hình TEM thiếu giá trị thang đo

Thêm các giá trị thang đo vào hình TEM

3 Phần bàn luận về các peak nhiễu xạ của Ag và Ag2O chưa chuẩn xác

Viết lại bàn luận về peak nhiễu xạ của Ag và Ag2O

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Công nghệ hóa học và thực phẩm trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa luận này

Tôi xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ quản lý phòng thí nghiệm đã tạo môi trừờng làm việc cũng như cung cấp các dụng cụ, thiết bị để việc tiến hành luận văn diễn ra thuận lợi

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Võ Thị Thu Như, ngành Hóa trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM – người đã trực tiếp hướng dẫn tôi Cô luôn nhiệt tình và quan tâm và giải đáp nhiều thắc mắc của tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

Khoảng thời gian vừa qua có lẽ là một kỉ niệm đặc biệt trong thời sinh viên của tôi, nó giúp tôi biết cách phân bổ thời gian hợp lí hơn, giúp cho khả năng viết luận được nâng cao hơn Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè những người thân yêu đã dành rất nhiều tình cảm và tiền bạc giúp tôi đi đến chặng đường này

Đây là lần đầu tiên tôi thực hiện các nghiên cứu khoa học nên sẽ còn rất nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để khóa luận này trở nên tốt hơn

Và cuối cùng cảm ơn quý thầy cô, quý đọc giả đã đọc bài luận này Kính chúc quý thầy cô có thật nhiều sức khỏe và thành công trên con đường sự nghiệp của mình Xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2023

Sinh viên thực hiện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và không sao chép của bất cứ công trình nghiên cứu nào khác Luận văn được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Võ Thị Thu Như Các số liệu, những kết luận được trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường

TP Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2023

Sinh viên thực hiện

1.1 Tổng quan về vật liệu nano SnO2 4

1.1.1 Cấu trúc tinh thể SnO2 4

1.1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của SnO2 4

1.1.3 Một số ứng dụng của vật liệu nano SnO2 5

1.2 Cơ chế phân hủy chất hữu cơ bằng quang xúc tác của SnO2 5

1.2.1 Khái niệm quang xúc tác 5

1.2.2 Cơ chế quang xúc tác SnO2 phân hủy chất màu hữu cơ 6

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác 7

1.2.3.1 Quá trình tái kết hợp lỗ trống quang sinh và electron quang sinh [13] 7

1.2.3.2 Các chất diệt gốc hydroxyl [14] 8

1.3 Vật liệu SnO2 pha tạp kim loại Ag 8

1.4 Các phương pháp tổng hợp vật liệu SnO2 và SnO2 pha tạp 9

1.4.1 Phương pháp sol-gel 9

1.4.2 Phương pháp thủy nhiệt 10

1.4.3 Phương pháp nhiệt dung môi 10

1.5 Các phương pháp xử lý chất màu hữu cơ 11

1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 13

1.7 Tổng quan về Congo red (CR) 15

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Hóa chất và thiết bị thực nghiệm 16

2.1.1 Hóa chất thực nghiệm 16

2.1.2 Thiết bị thực nghiệm 17

2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu 18

2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano SnO2 bằng phương pháp sol-gel 18

2.2.2 Tổng hợp vật liệu nano Ag/SnO2 bằng phương pháp sol-gel 19

2.3 Các phương pháp nghiên cứu tính chất và đặc trưng của vật liệu 20

2.3.1 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction – XRD) 20

2.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 22

2.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 23

2.3.4 Phương pháp đo phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 23

2.3.5 Phương pháp đo điện thế zeta 24

2.3.6 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV – Vis 25

2.3.7 Phương pháp xác định phổ khuếch tán phản xạ (DRS) và Bandgap của vật liệu [29] 26

2.4 Đánh giá hoạt tính quang xúc tác thông qua phản ứng quang xúc tác phân hủy chất màu Congo red (CR) 26

2.4.1 Đường chuẩn của chất màu 27

2.4.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy CR của vật liệu nano SnO2 và Ag/SnO2 28

2.4.2.1 Khảo sát hiệu suất phản ứng quang xúc tác phân hủy CR theo thời gian của các vật liệu SnO2 và Ag/SnO2 dưới ánh sáng khả kiến 28

2.4.2.2 Khảo sát hiệu ứng quang xúc tác phân hủy CR của vật liệu Ag/SnO2 1% khi thay đổi nồng độ CR 29

2.4.2.3 Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu Ag/SnO2 1% khi thay đổi hàm lượng của vật liệu 29

2.4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xúc tác quang hóa 29

2.4.2.5 Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu nano Ag/SnO2 1% 30

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31

3.1 Tính chất đặc trưng của vật liệu 31

3.1.1 Hình ảnh mẫu vật liệu nano SnO2 và nano Ag/SnO2 31

3.1.2 Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu vật liệu SnO2 và Ag/SnO2 31

3.1.3 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) 33

3.1.4 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 34

3.1.5 Kết quả đo EDX 35

3.1.6 Kết quả phổ khuếch tán phản xạ (DRS) và Bandgap của vật liệu SnO2 và

Ag/SnO2 3% 37

3.1.6.1 Phổ khuếch tán phản xạ (DRS) của các vật liệu 37

3.1.6.2 Kết quả bandgap của vật liệu SnO2 và Ag/SnO2 37

3.1.7 Kết quả đo thế zeta 39

3.2 Kết quả khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SnO2 và Ag/SnO2trong điều kiện ánh sáng khả kiến 40

3.2.1 Hiệu suất phản ứng quang xúc tác phân hủy CR theo thời gian của các vật liệu SnO2 và Ag/SnO2 dưới ánh sáng khả kiến 40

3.2.2 Hiệu suất phản ứng quang xúc tác phân hủy CR của vật liệu Ag/SnO2 1% khi thay đổi nồng độ ban đầu 41

3.2.3 Khả năng quang xúc tác phân hủy CR khi thay đổi hàm lượng của vật liệu Ag/SnO2 1% 43

3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng pH của vật liệu nano Ag/SnO2 1% đến hiệu suất xúc tác quang hóa phân hủy CR 44

3.2.5 Khả năng tái sử dụng của vật liệu nano Ag/SnO2 1% 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các loại hóa chất sử dụng trong luận văn 16 Bảng 2.2 Các thiết bị sử dụng trong luận văn 17 Bảng 2.3 Sự phụ thuộc của mật độ quang Abs vào nồng độ CR ở 𝜆max = 498nm 27 Bảng 3.1 Kích thước tinh thể của các mẫu vật liệu SnO2, Ag/SnO2 2% và Ag/SnO2 3% 33 Bảng 3.2 Thành phần các nguyên tố trong mẫu SnO2 36 Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố trong mẫu Ag/SnO2 3% 36

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mô hình cấu trúc tinh thể của SnO2 4

Hình 1.2 Giản đồ cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn SnO2 5

Hình 1.3 Sơ đồ cơ chế phản ứng quang xúc tác của vật liệu khi được chiếu sáng 7

Hình 1.4 Sơ đồ phân tách cặp electron-lỗ trống và cơ chế phản ứng có thể có của nano Ag/SnO2 dưới sự chiếu xạ của tia cực tím 9

Hình 1.5 Giá trị kapp của SnO2 thương mại và các tỷ lệ SnO2/Ag 14

Hình 1.6 Kết quả quang xúc tác phân hủy dung dịch MV của các mẫu SnO2 và SnO2pha tạp Zn 15

Hình 1.7 Phổ hấp thụ RhB khi dùng vật liệu Cur-Ag-SnO2 15

Hình 1.8 Cấu trúc phân tử của Congo red 16

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu nano SnO2 18

Hình 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nano Ag/SnO2 19

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống thiết bị chiếu xạ tia X 21

Hình 2.4 Cơ chế của hiện tượng nhiễu xạ tia X trên bề mặt chất rắn tinh thể 21

Hình 2.5 Cơ chế vận hành của thiết bị kính hiển vi điện tử quét (SEM) 22

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 23

Hình 2.7 Dãy dung dịch chuẩn của chất màu CR 27

Hình 2.8 Đường chuẩn xác định nồng độ Congo red ở 𝜆 = 498 nm 28

Hình 3.1 Mẫu vật liệu nano SnO2 và nano Ag/SnO2 31

Hình 3.2 Giản đồ XRD của mẫu SnO2 và các tỷ lệ của mẫu Ag/SnO2 31

Hình 3.3 Ảnh SEM của hạt nano SnO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 33

Hình 3.4 Ảnh SEM của hạt nano Ag/SnO2 3% tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 34

Hình 3.5 Ảnh TEM của vật liệu nano SnO2 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 34

Hình 3.6 Ảnh TEM của vật liệu nano Ag/SnO2 3% tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 35

Hình 3.7 Kết quả đo EDX mẫu nano SnO2 35

Hình 3.8 Kết quả đo EDX mẫu nano Ag/SnO2 3% 36

Hình 3.9 Phổ khuếch tán phản xạ của các vật liệu 37

Hình 3.10 Bandgap của vật liệu nano SnO2 và Ag/SnO2 38

Hình 3.11 Thế zeta của vật liệu nano SnO2 39

Hình 3.12 Thế zeta của vật liệu nano Ag/SnO2 3% 39

Hình 3.13 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy CR (C = 20ppm) của vật liệu nano SnO2và Ag/SnO2 (hàm lượng = 0.1 g/L) dưới ánh sáng khả kiến 40

Hình 3.14 Phổ hấp thụ UV – Vis quá trình xúc tác quang hóa phân hủy CR của mẫu vật liệu nano SnO2 và các mẫu vật liệu nano Ag/SnO2 41

Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hiệu suất phân hủy của mẫu vật liệu M2 dối với CR khi thay đổi nồng độ CR ban đầu 42

Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của hiệu suất phản ứng xúc tác quang hóa khi thay đổi hàm lượng của vật liệu Ag/SnO2 1% 43

Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn hiệu suất phân hủy CR (C = 20ppm) trong các điều kiện pH khác nhau của vật liệu nano Ag/SnO2 1% 44

Hình 3.18 Biểu đồ biểu diễn khả năng tái sử dụng của vật liệu nano Ag/SnO2 1% 45

SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron

Microscopy FESEM Kính hiển vi điện tử quét

phát xạ trường

Field Emission Scanning Electron Microscopy TEM Kính hiển vi điện tử truyền

qua

Transmission Electron Microscopy EDX Phổ tán sắc năng lượng Energy Dispersive X-ray

Spectroscopy DRS Phổ phản xạ khuếch tán tử

ngoại khả kiến

UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy UV-Vis Phổ tử ngoại khả kiến Ultraviolet – Visible

spectroscopy

TÓM TẮT

Các vật liệu nano SnO2 và nano SnO2 pha tạp Ag (với các tỉ lệ phần trăm Ag/SnO2 lần lượt là 0.5, 1, 2 và 3%) đã được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel với các nguyên liệu ban đầu là SnCl4.5H2O và AgNO3 Các tính chất đặc trưng của vật liệu được đánh giá bằng các phương pháp hiện đại như: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phổ khuếch tán phản xạ (DRS), phương pháp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), thế zeta Khả năng quang xúc tác của các vật liệu nano được nghiên cứu dựa trên sự phân hủy chất màu Congored (CR) dưới ánh sáng khả kiến trong 90 phút Từ các kết quả phân tích phân tích vật liệu cho thấy dược đã chế tạo thành công các vật liệu nano SnO2 và SnO2 pha tạp Ag Qua đánh giá khả năng quang xúc tác phân hủy chất màu CR, vật liệu Ag/SnO2 đã thể hiện khả năng quang xúc tác tốt hơn vật liệu SnO2 Cụ thể, trong thời gian 90 phút với điều kiện ánh sáng khả kiến, hiệu suất thu được của vật liệu Ag/SnO2 1% là 100% trong khi của vật liệu SnO2 là 9.49%

Tiếp tục thực hiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang hóa của vật liệu như: nồng độ của dung dịch CR ( 20, 30, 40, 50ppm), hàm lượng của vật liệu (0.05, 0.1, 0.15, 0.2 và 0.3g), pH ( 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) và kiểm tra khả năng tái sử dụng của vật liệu

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường nước nói riêng là một vấn đề nghiêm trọng hiện nay trên toàn thế giới; đặc biệt là sự ô nhiễm bởi các chất hữu cơ độc hại trong nước thải dệt nhuộm và các chất bảo vệ thực vật trong nông nghiệp thải ra môi trường Các chất độc hại này bền vững, khó bị phân hủy sinh học, và tồn tại trong môi trường một thời gian dài Để xử lý những vấn đề nói trên các nhà khoa học đã tìm kiếm ra nhiều phương pháp để xử lý chất màu hữu cơ Sử dụng chất bán dẫn vào xúc tác quang là một trong những phương pháp hiệu quả và chi phí thấp được sử dụng để loại bỏ các chất màu hữu cơ với những ưu điểm như: tiêu thụ năng lượng thấp, không độc hại và khả năng sử dụng hiệu quả tia UV hoặc ánh sáng nhìn thấy [1] Phương pháp này thường sử dụng chất xúc tác là các chất bán dẫn, khi được chiếu sáng bằng ánh sáng có năng lượng lớn hơn hoặc bằng năng lượng vùng cấm thì electron vùng hóa trị sẽ di chuyển lên vùng dẫn tạo ra các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh Các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh này là tác nhân chính tạo ra ⋅OH và ⋅O2 có khả năng oxi hóa rất mạnh phân hủy hầu hết các chât hữu cơ độc hại

Trong số các chất bán dẫn oxit kim loại khác nhau như: TiO2 [2], ZnO [3], WO3 [4], Fe2O3

[5], Bi2O3 [6],… thì SnO2 đã được sử dụng rộng rãi cho các quá trình quang xúc tác với những ưu điểm như: hoạt tính quang hóa cao, độ nhạy sáng cao, chi phí thấp và thân thiện với môi trường [7] [8]

Tuy nhiên, SnO2 có năng lượng vùng cấm lớn (Eg = 3.6eV) nên chỉ có những bức xạ tử ngoại có năng lượng photon lớn hơn 3,6 eV mới có thể được hấp thụ và hình thành phản ứng quang hóa Do đó, chỉ có một phần nhỏ ánh sáng mặt trời có chứa tia tử ngoại UV có thể được sử dụng Mặt khác, thời gian diễn ra quá trình tái kết hợp giữa điện tử và lỗ trống quang sinh là rất nhanh cũng là trở ngại làm giảm hiệu quả xúc tác của SnO2 Để giải quyết vấn đề và giúp nâng cao hiệu suất của phản ứng quang xúc tác, một trong những cách hiệu quả nhất đó là cải tiến hoạt tính quang xúc tác của SnO2 bằng cách biến tính pha tạp với các kim loại hoặc phi kim tạo ra các loại vật liệu quang xúc tác mang gốc SnO2 Các ion kim loại hoặc phi kim được pha tạp sẽ đóng vai trò là “một bẫy điện tích” hoạt động như

một lỗ trống giữ các điện tử quang sinh ngăn chặn quá trình tái tổ hợp cặp electron/lỗ trống, làm tăng hiệu suất của phản ứng quang hóa

Xuất phát từ những lý do đó đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano SnO 2 và Ag/SnO 2

ứng dụng làm xúc tác quang hóa.” được thực hiện

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Nghiên cứu tổng hợp, chế tạo vật liệu quang xúc tác SnO2 và Ag/SnO2, khảo sát khả năng phân hủy chất màu Congo red của vật liệu dưới điều kiện ánh sáng khả kiến Kết quả nghiên cứu của luận văn là nền tảng cho khả năng ứng dụng vào thực tế của vật liệu, giúp nâng cao hiệu quả quá trình xử lý chất màu hữu cơ trong cuộc sống

Nội dung của khóa luận bao gồm:

Nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano SnO2 và SnO2 pha tạp Ag (với các tỉ lệ phần trăm Ag/SnO2 lần lượt là 0.5, 1, 2 và 3%) bằng phương pháp sol-gel

Xác định cấu trúc, tính chất của các vật liệu bằng các phương pháp hiện đại như: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phổ khuếch tán phản xạ (DRS), phương pháp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), thế zeta

Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu dưới ánh sáng khả kiến và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang hóa của vật liệu (nồng độ của dung dịch CR, hàm lượng chất xúc tác, pH) và khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về vật liệu nano SnO 2

1.1.1 Cấu trúc tinh thể SnO 2

Hình 1.1 Mô hình cấu trúc tinh thể của SnO2

Vật liệu SnO2 là vật liệu bán dẫn thuộc nhóm AIVBVI Bán dẫn SnO2 thường có cấu trúc kiểu rutile Mạng tinh thể SnO2 có các ô cơ sở thuộc hệ tứ giác tâm khối của cation thiếc (Sn) và các anion O tạo thành bát diện đều quanh Sn Trong ô cơ sở có chứa 6 nguyên tử, gồm 2 nguyên tử Sn và 4 nguyên tử O Các nguyên tử Sn tạo thành mạng lập phương tâm khối và các nguyên tử O được đặt gần đúng tại các đỉnh của khối bát diện đều [9]

Hằng số mạng của SnO2 là: a = b = 4.7373Å, c = 3.1864Å

1.1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của SnO 2

Các kết quả nghiên cứu lý thuyết vùng năng lượng của SnO2 cho thấy đây là bán dẫn có vùng cấm thẳng Giản đố cấu trúc vùng năng lượng của SnO2 được biểu diễn ở hình Ta có thể nhận thấy tại tâm vùng Brillouin (г) cực đại vùng hóa trị và cực tiểu vùng dẫn nằm trên cùng một vec tơ sóng 𝑘⃗ Giá trị khe năng lượng nhỏ nhất vào cỡ 𝐸𝑔 = 3.6 (eV) tại nhiệt độ phòng [10] Năng lượng liên kết excition trong SnO2 rất lớn (cỡ 130 meV)

Hình 1.2 Giản đồ cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn SnO2

1.1.3 Một số ứng dụng của vật liệu nano SnO 2

Đặc điểm nổi bật của SnO2 là: Dẫn điện tốt và trong suốt trong một dải sóng xác định nào đó, so với một số vật liệu bán dẫn khác chúng bền hơn, ổn định hơn và trơ về mặt hóa học Nhờ những đặc điểm đó chúng được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ứng dụng trong công nghiệp, thương mại

Trong pin mặt trời, các màng oxit kim loại SnO2, In2O3 … được dùng làm điện cực trong suốt đồng thời dùng làm lớp bảo vệ Ngoài ra SnO2 còn có thể được làm cathode quang trong pin hóa học, làm lớp phản xạ nhiệt trong suốt, ứng dụng trong hệ thống tin quang, làm sensor đo độ nhạy khí, độ ẩm… Trong thời gian gần đây, dựa vào việc chế tạo ra các hạt nano vàng, nano bạc có tính ứng dụng cao trong y sinh học, một số nhà nghiên cứu trên thế giới đã bắt đầu tìm hiểu các quy luật để bọc các hạt nano vàng, nano bạc bằng hạt nano SnO2 để ứng dụng trong việc phát hiện các tế bào ung thư

1.2 Cơ chế phân hủy chất hữu cơ bằng quang xúc tác của SnO 2

1.2.1 Khái niệm quang xúc tác

Quang xúc tác là quá trình tăng tốc độ phản ứng quang của chất xúc tác dưới tác dụng của ánh sáng Chất có khả năng quang xúc tác là chất có khả năng hoạt hóa dưới ánh sáng, có

năng lượng vùng cấm hấp thụ được năng lượng ánh sáng, bền trong quá trình sử dụng, dễ thu hồi, không gây ô nhiễm cho môi trường

1.2.2 Cơ chế quang xúc tác SnO 2 phân hủy chất màu hữu cơ

Đầu tiên chất hữu cơ sẽ hấp phụ lên bề mặt SnO2, sự gia tăng khả năng hấp phụ là một yếu tố thuận lợi cho quá trình quang hóa SnO2 sau khi hấp phụ các năng lượng photon do ánh sáng truyền tới, các electron trong vùng hóa trị sẽ chuyển sang trạng thái kích thích nhảy lên vùng dẫn Khi đó các electron trên vùng dẫn gọi là electron quang sinh và vùng hóa trị sẽ có các lỗ trống mang điện tích dương (h+) gọi là lỗ trống quang sinh Electron quang sinh và lỗ trống quang sinh sẽ tạo ra các gốc tự do, có khả năng oxy hóa mạnh Quá trình oxy hóa nước của lỗ trống quang sinh và quá trình khử oxy của electron quang sinh tạo ra các gốc ⸱O2- và ⸱OH tương ứng [11]

h+ + H2O → ⸱OH + H+

e- + O2 → ⸱O2

-Ngoài ra các chất hữu cơ hấp phụ trước lên bề mặt SnO2 sẽ tạo điều kiện cho quá trình di chuyển điện tử được diễn ra thuận lợi hơn Các electron quang sinh ở vùng dẫn sẽ thực hiện quá trình khử với các phân tử có khả năng nhận electron (A) và các lỗ trống quang sinh sẽ thực hiện quá trình oxy hóa với các phân tử có khả năng cho electron (B)

chất trong quá trình quang xúc tác,… Trong đó cách pha tạp kim loại vào các chất bán dẫn là được sử dụng nhiều nhất [12]

Hình 1.3 Sơ đồ cơ chế phản ứng quang xúc tác của vật liệu khi được chiếu sáng

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác

1.2.3.1 Quá trình tái kết hợp lỗ trống quang sinh và electron quang sinh [13]

Tác nhân chính của quá trình quang xúc tác là gốc ⸱OH, ⸱O2- Do đó, để làm tăng hiệu suất của quá trình quang xúc tác cần phải làm giảm sự tái kết hợp của electron quang sinh và lỗ trống quang sinh

• Tạo ra các khuyết tật trong mạng tinh thể nhằm rút ngắn quãng đường di chuyển của lỗ trống ra bề mặt chất xúc tác

• Tạo ra các tác nhân bẫy điện tử quang sinh, hạn chế quá trình tái kết hợp giữa điện tử quang sinh và lỗ trống quang sinh Pha tạp vào chất xúc tác một số kim loại như Mn, Ce, Cu,… đóng vai trò như các bẫy thu giữ electron, hạn chế được quá trình tái kết hợp, làm tăng thời gian sống của các lỗ trống quang sinh để tạ ra gốc hydroxyl • Trong quá trình quang xúc tác có thể bổ sung thêm một số chất như O2, O3, H2O2

được gọi là những chất thu nhận điện tử không thuận nghịch nhằn mục đích lấy electron trên vùng dẫn:

1.3 Vật liệu SnO 2 pha tạp kim loại Ag

Việc pha tạp Ag vào SnO2 nhằm mục đích làm cho SnO2 trở thành chất xúc tác quang hoạt động ở vùng ánh sáng khả kiến Ag được pha tạp vào SnO2 sẽ đóng vai trò là bẫy cho các electron và lỗ trống quang điện, dẫn đến giảm tái hợp electron-lỗ trống [15], [16], do đó cải thiện hiệu suất quang xúc tác của SnO2 Ngoài ra việc pha tạp Ag còn làm giảm năng lượng vùng cấm của SnO2

Hoạt tính quang xúc tác của Ag/SnO2 có thể được quy cho sự phân tách điện tích được thúc đẩy của các electron tạo ra (e-) và lỗ trống (h+) Khi Ag/SnO2 được phân tán trong dung dịch với chất ô nhiễm hữu cơ, được chiếu xạ bởi tia UV có năng lượng photon cao hơn hoặc bằng năng lượng vùng cấm của Ag/SnO2, các electron trong vùng hóa trị (VB) có thể bị kích thích lên vùng dẫn (CB) đồng thời tạo ra cùng một lượng lỗ trống trong VB Các electron trên bề mặt Ag có thể bị giữ bởi oxy hòa tan (thực hiện quá trình khử), trong khi các lỗ trống trên bề mặt SnO2 có thể bị giữ lại bởi hydroxyl bề mặt (thực hiện quá trình oxy hóa), cả hai đều dẫn đến sự hình thành các gốc tự do, có thể phá vỡ các liên kết hữu cơ và oxy hóa hầu hết các chất ô nhiễm [17]

Ngoài ra, hoạt tính quang xúc tác của Ag/SnO2 vẫn phụ thuộc vào mức độ bao phủ SnO2

bởi lớp phủ hạt nano Ag [18] Khi hàm lượng Ag tăng lên, các hạt nano Ag dư thừa bắt đầu kết tụ trên bề mặt Ag/SnO2, đầu tiên làm giảm các vị trí hoạt động của các electron và lỗ trống, sau đó che chắn sự hấp thụ ánh sáng tia cực tím , làm giảm khả năng quang xúc tác của nano Ag/SnO2

Hình 1.4 Sơ đồ phân tách cặp electron-lỗ trống và cơ chế phản ứng có thể có của nano

Ag/SnO2 dưới sự chiếu xạ của tia cực tím

1.4 Các phương pháp tổng hợp vật liệu SnO 2 và SnO 2 pha tạp

1.4.1 Phương pháp sol-gel

Sol-gel là một phương pháp hóa học (phương pháp hóa học ướt) để tổng hợp các cấu trúc nano khác nhau, đặc biệt là các hạt nano oxit kim loại Trong phương pháp này, tiền chất phân tử (thường là alkoxit kim loại) được hòa tan trong nước hoặc rượu và chuyển thành gel bằng cách đun nóng và khuấy thủy phân trong rượu Vì gel thu được từ quá trình thủy phân trong rượu bị ướt hoặc ẩm, nên nó phải được làm khô bằng các phương pháp thích hợp tùy thuộc vào đặc tính mong muốn và ứng dụng của gel Ví dụ, nếu nó là một dung dịch cồn, quá trình làm khô được thực hiện bằng cách đốt cháy cồn Sau giai đoạn sấy khô, gel được tạo ra có dạng bột và sau đó được nung Phương pháp sol-gel là một phương pháp hiệu quả về chi phí và ở nhiệt độ phản ứng thấp nên có thể kiểm soát tốt thành phần hóa học của sản phẩm Phương pháp sol-gel có thể được sử dụng trong quá tình sản xuất gốm sứ như một vật liệu đúc và có thể được sử dụng như một chất trung gian giữa các màng mỏng của oxit kim loại trong các ứng dụng khác nhau Các vật liệu thu được từ phương pháp sol-gel được sử dụng trong các công nghệ quang học, điện tử, năng lượng, kỹ thuật bề mặt, cảm biến sinh học, dược phẩm và công nghệ tách (chẳng hạn như sắc ký) Phương pháp sol-gel là một phương pháp công nghiệp và thông thường để tổng hợp các hạt nano có thành phần hóa học khác nhau Cơ sở của phương pháp sol-gel là sản xuất sol đồng nhất từ các tiền chất và chuyển nó thành gel Dung môi trong gel sau đó được loại bỏ khỏi cấu trúc gel và phần gel còn lại được làm khô Các đặc tính của gel khô phụ thuộc đáng kể vào

phương pháp làm khô Phương pháp sol-gel có một số ưu điểm như tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao, dễ thay đổi các tính chất vật lí của sản phẩm, tạo ra sự đồng nhất trong pha ở mức độ phân tử,… [19]

1.4.2 Phương pháp thủy nhiệt

Đây là một phương pháp tổng hợp vật liệu dựa trên độ hòa tan của vật chất trong dung dịch dưới nhiệt độ và áp suất cao

Trong phương pháp thủy nhiệt (hydrothemal) các tiền chất được hòa tan vào trong nước và phản ứng được thực hiện trong một nồi hấp (autoclave) ở điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao Nếu các tiền chất được hòa tan trong các dung môi khác nước thì phương pháp này được gọi là phương pháp dung môi nhiệt (solvothermal) Nước và các dung môi ở đây đóng vai trò vừa là môi trường truyền áp suất vừa là môi trường tạo nhiệt độ cao Do đó, để chế tạo vật liệu bằng phương pháp này, chúng ta cần phải chú ý đến sự phụ thuộc của áp suất hơi nước vào nhiệt độ trong điều kiện đẳng tích

Sau khi quá trình nung kết thúc, nồi hấp có thể để nguội tự nhiên trong môi trường khí quyển hoặc làm lạnh theo một chu trình định sẵn Sản phẩm sau khi làm nguội sẽ được lọc ra và được rửa sạch để thu được sản phẩm tinh khiết Trong quá trình thủy nhiệt ta rất cần phải quan tâm đến các thông số như độ hợp thức hóa học, độ pH của môi trường, thời gian, nhiệt độ chế tạo,… Vì các thông số số này sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình chế tạo Phương pháp thủy nhiệt có rất nhiều ưu điểm như có thể dễ dàng điều chỉnh kích thước, hình dạng, độ kết tinh của các cấu trúc nano bằng cách thay đổi các thông số thực nghiệm như nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, loại dung môi, chất hoạt hóa bề mặt, tiền chất ban đầu

1.4.3 Phương pháp nhiệt dung môi

Phương pháp nhiệt dung môi tương tự như phương pháp thủy nhiệt Tuy nhiên, ở phương pháp này dung môi được sử dụng không phải là nước mà là các dung môi hữu cơ có nhiệt độ cao hơn nước Do đó, phương pháp nhiệt dung môi có thể kiểm soát tốt kích thước, hình dạng và độ kết tinh của các hạt nano

1.5 Các phương pháp xử lý chất màu hữu cơ

Một số phương pháp phổ biến trong xử lý nước thải dệt nhuộm: • Phương pháp keo tụ

Là phương pháp sử dụng hóa chất để phân hủy các chất ô nhiễm thành bùn và cho lắng xuống Các chất bẩn kết tụ lại sẽ được thu gom, quá trình này tạo ra một nguồn nước tương đối tốt Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước và cũng có thể được áp dụng để xử lý mẫu cho các ứng dụng quan trắc

• Phương pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ thường được ứng dụng trong việc xử lý các chất thải không thể từ phân hủy sinh học hay các chất hữu cơ không thể xử lý bằng phương pháp sinh học thông thường

Phương pháp này hoạt động dựa trên cơ sở hấp thụ chất tan trên bề mặt chất rắn, xốp Các chất dùng để hấp thụ trong phương pháp này khá quen thuộc, có thể kể đến như than hoạt tính, đất sét, magie Trong đó, than hoạt tính được sử dụng nhiều nhất nhờ giá thành rẻ, dễ tìm kiếm và phù hợp với bề mặt riêng lớn từ 400 – 500m2/g

• Phương pháp phân hủy sinh học Là một công nghệ đang phát triển bao gồm việc sử dụng các vi sinh vật sống được chọn lọc để phân hủy, chuyển hóa hoặc cố định bất kỳ chất độc như thuốc trừ sâu, chất ô nhiễm hữu cơ và hydrocacbon từ đất và nước, nhằm loại bỏ các chất không mong muốn ra khỏi môi trường Mặc dù mọi sinh vật đều có khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm, nhưng chỉ có một số sinh vật cụ thể mới được sử dụng rộng rãi để loại bỏ các chất ô nhiễm một cách hiệu quả Một trong những điều kiện quan trọng trong việc phân hủy hiệu quả các chất thải ô nhiễm trong môi trường là lựa chọn vi sinh vật Đó là bởi vì mỗi loài vi sinh vật thích nghi và hoạt động trong môi trường sống cụ thể nào đó Ngoài ra các chất trung gian được tạo ra trong quá trình phân hủy lại có hại cho nhiều loại sinh vật trong môi trường đó, do đó phương pháp này rất khó để sử dụng một cách đại trà [20]

• Phương pháp màng lọc Đây được xem là phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm truyền thống Các màng lọc được thiết kế với những lỗ lọc có kích thước siêu nhỏ, dễ thấm hút, cho phép giữ lại toàn bộ các cặn bẩn, xơ, cặn dầu mỡ hay bụi lơ lửng trong nước thải

Việc sử dụng màng lọc trong xử lý nước thải dệt nhuộm giúp doanh nghiệp tiết kiệm được đến 70% lượng nước sạch so với trước đây nhờ có thể tái sử dụng nước qua một số quy trình

• Phương pháp phân hủy hóa học dựa vào các quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) Quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes) là một phương pháp đặc hiệu để xử lý những thành phần ô nhiễm hữu cơ mà các phương pháp khác không xử lý được Phương pháp này được xem như thành tựu khoa học mới trong lĩnh vực xử lý nước và nước thải trong gần hai thập kỷ gần đây của thế giới

Bản chất của phương pháp này là thực hiện phân hủy các hợp chất ô nhiễm hữu cơ bền vững (không thể phân hủy sinh học) dựa trên quá trình oxy hóa mạnh hơn bình thường (oxy hóa nâng cao – AOP) để có thể phá bỏ các liên kết hóa học bền vững trong các hợp chất ô nhiễm Cơ chế của quá trình này dựa vào tác nhân oxy hóa mạnh là gốc tự do hydroxyl (*OH) tiến hành quá trình oxy hóa nâng cao So với các quá trình oxy hóa thông thường, oxy hóa nâng cao giúp tăng tốc độ phản ứng đến hàng nghìn, hàng tỷ lần [21], [22]

Phân loại quá trình oxy hóa nâng cao theo tác nhân oxy hóa: - Quá trình oxy hóa bàng Ozon

- Quá trình oxy hóa Fenton - Quá trình quang hóa xúc tác nano Dựa vào các ưu thế nổi bật, Phương pháp phân hủy hóa học dựa vào các quá trình oxy hóa nâng cao được đánh giá là phương án tiềm năng giúp giải quyết các vấn đề về nước thải dệt nhuộm nói riêng cũng như các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững khác Đặc biệt

ứng dụng các vật liệu xúc tác quang bán dẫn như SnO2, ZnO, CuO, Ag,… trong quá trình phân hủy quan học các hợp chất ô nhiễm hữu cơ độc hại (thuốc nhuộm màu tồn dư trong nước thải, phenol, sản phẩm dầu mỏ, hydrosunfua, các hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, cyanua, phẩm nhuộm…) thành các hợp chất ít độc hại hơn như H2O, CO2

và các gốc hydrocacbon Bên cạnh đó, vật liệu xúc tác quang còn giúp loại bỏ được các ion kim loại nặng trong nước thải và tiêu diệt vi khuẩn thông qua quá trình oxy hóa – khử trong điều kiện ánh sáng thích hợp

1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước vật liệu nano SnO 2 pha tạp

SnO2 đã được sử dụng rộng rãi như một chất xúc tác quang phân hủy chất màu hữu cơ do khả năng phân hủy hiệu quả dưới ánh sáng khả kiến và tính không độc hại của nó [23] Tuy nhiên, việc sử dụng SnO2 làm chất xúc tác quang cho mục đích thương mại bị hạn chế do năng lượng vùng cấm của SnO2 lớn (Eg = 3.6 eV) đã cản trở hoạt động quang xúc tác của nó dưới ánh sáng khả kiến Bên cạnh đó hoạt tính quang xúc tác của SnO2 cũng bị hạn chế bởi sự tái hợp nhanh chóng của các cặp electron và lỗ trống quang sinh [24]

Vì vậy, để giải quyết vấn đề và giúp nâng cao hiệu suất của phản ứng quang xúc tác, đó là cải tiến hoạt tính quang xúc tác của SnO2 bằng cách pha tạp một số nguyên tố ngoại lai vào SnO2 như kim loại quý, ion kim loại và chất bán dẫn, những nguyên tố này sẽ hoạt động như những cái bẫy đối với các lỗ trống và electron tạo ra cảm ứng quang hóa, do đó ngăn chặn được khả năng tái hợp của chúng và làm tăng hiệu suất của phản ứng quang hóa Xin Wang và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp SnO2 pha tạp Ag bằng phương pháp thủy nhiệt Các mẫu SnO2 có hàm lượng Ag (tỷ lệ nguyên tử) 0%, 3%, 5% và 10% [25] Bên cạnh đó, hoạt tính quang xúc tác của SnO2/Ag được đo bằng sự phân hủy quang xúc tác của thuốc nhuộm RhB dưới ánh sáng tia cực tím và ánh sáng mặt trời

Hình 1.5 Giá trị kapp của SnO2 thương mại và các tỷ lệ SnO2/Ag Theo kết quả trong Hình 1.6, khi chiếu tia UV hoặc ánh sáng mặt trời, mẫu 3% SnO2/Ag cho thấy khả năng quang xúc tác cao nhất là 0.0586 min-1 (đèn UV) và 0.00521 min-1 (ánh sáng mặt trời) Mẫu 0% SnO2/Ag thể hiện khả năng quang xúc tác trung bình (9.59557× 10−4) giữa các mẫu 5% SnO2/Ag và 10% SnO2/Ag, điều này cho thấy rằng hình thái không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến hoạt động quang xúc tác

S Suthakaran và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp SnO2 pha tạp Zn bằng phương pháp thủy nhiệt nhằm nâng cao hiệu suất quang xúc tác và hiệu suất lưu trữ năng lượng [26] Các mẫu SnO2 có hàm lượng Zn ở các nồng độ mol tương ứng là 0.02, 0.03, 0.04 và 0.05M Khi tăng nồng độ mol Zn, cường độ của các peak nhiễu xạ giảm Diều này có nghĩa là khi pha tạp Zn trong SnO2 đã tạo ra các khuyết tật tinh thể Khi nồng độ mol của Zn tăng từ 0.01M lên 0.03M, độ rộng của peak vẫn tăng và kích thước tinh thể giảm Tiếp tục tăng nồng độ mol Zn từ 0.03M đến 0.05M, với việc giảm dần độ rộng của các peak đã cho thấy rằng sự tăng kích thước tinh thể có thể là do hiệu ứng kích thước của tinh thể

Hình 1.6 Kết quả quang xúc tác phân hủy dung dịch MV của các mẫu SnO2 và SnO2 pha

tạp Zn Hình 1.6 cho biết hiệu suất phân hủy dung dịch MV của các mẫu vật liệu dưới sự chiếu xạ của ánh sáng mặt trời Sau thời gian chiếu xạ 120 phút, mẫu vật liệu SnO2 pha tạp Ag có thể phân hủy dung dịch MV tới 94% so với SnO2 (80%)

Ngoài việc pha tạp thêm một kim loại hoặc phi kim, K Vignesh đã nghiên cứu tổng hợp SnO2 pha tạp Ag biến tính với curcumin [27]

Hình 1.7 Phổ hấp thụ RhB khi dùng vật liệu Cur-Ag-SnO2

Từ Hình 1.7, cường độ hấp thụ của RhB giảm dần khi thời gian tăng lên, chứng tỏ rằng có sự phân hủy chất màu trên bề mặt vật liệu Cur-Ag-SnO2

1.7 Tổng quan về Congo red (CR)

Congo red hay còn có tên gọi là muối natri aminonaphthalene-1-sulfonic acid) Nó là thuốc nhuộm azo Congo red hòa tan trong nước tạo ra dung dịch keo màu đỏ, độ hòa tan của nó lớn hơn trong dung môi hữu cơ [28]

3,3′-([1,1′-biphenyl]-4,4′-diyl)bis(4-Công thức phân tử: C32H22N6Na2O6S2

Khối lượng mol: 696.665 g/mol Danh pháp IUPAC: disodium 4-amino-3-[4-[4-(1-amino-4-sulfonato-naphthalen-2-yl)diazenylphenyl]phenyl]diazenyl-naphthalene-1-sulfonate

Hình 1.8 Cấu trúc phân tử của Congo red

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Hóa chất và thiết bị thực nghiệm

2.1.1 Hóa chất thực nghiệm

Bảng 2.1 Các loại hóa chất sử dụng trong luận văn

Tên hóa chất Độ tinh khiết Xuất xứ

2.1.2 Thiết bị thực nghiệm

Bảng 2.2 Các thiết bị sử dụng trong luận văn Tên thiết bị Số hiệu, hãng sản xuất Xuất xứ

Ngoài những thiết bị trên, luận văn còn sử dụng các dụng cụ như: beacher 250 mL, cá từ, ống đong 100 mL, fiol, cối, chày và một số dụng cụ khác

2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu

2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano SnO 2 bằng phương pháp sol-gel

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu nano SnO2

Thuyết minh quy trình: Hòa tan 6g SnCl4.5H20 trong 20mL nước cất hai lần và thêm từ từ dung dịch NH3 (C = 25%) (vừa thêm vừa khuấy) vào cho đến khi dung dịch có pH=7 Dung dịch tạo thành được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 2h cho đến khi kết tủa được tạo thành hoàn toàn Sau đó, lọc rửa kết tủa để loại bỏ ion Cl- Kết tủa thu được sấy khô ở 100oC trong 2h Cuối cùng, mẫu được đem đi nung ở nhiệt độ 600oC với tốc độ nâng nhiệt là 5oC/phút, lưu trong 3h, làm nguội tự nhiên và dùng cối nghiền thành dạng bột mịn

Các phản ứng trong quá trình sol-gel

SnCl4.5H2O + NH4OH → NH4Cl + Sn(OH)4

Sn(OH)4 𝑡

𝑜

→ SnO2 + 2H2O

2.2.2 Tổng hợp vật liệu nano Ag/SnO 2 bằng phương pháp sol-gel

Hình 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nano Ag/SnO2

Thuyết minh quy trình: Hòa tan 6g SnCl4.5H2O trong 10mL nước cất và AgNO3 trong 10mL nước cất (tương ứng với từng tỷ lệ khối lượng Ag/SnO2 mong muốn là 0.5, 1, 2 và 3%) Gọi các mẫu Ag/SnO2

0.5%, Ag/SnO2 1%, Ag/SnO2 2% và Ag/SnO2 3% lần lượt là mẫu M1, M2, M3 và M4