TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH gC3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN Mã số đề tài: S2015.222.06 Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Tự Nhiên BÌNH ĐỊNH, 04/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN Mã số đề tài: S2015.222.06 Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Tự nhiên Sinh viên thực Dân tộc Lớp, khoa Ngành học : : : : Trần Mỹ Nghệ Giới tính: Nam Kinh Sư Phạm Hóa K36, Khoa Hóa Học, Năm thứ: 3/4 Sư Phạm Hóa Người hướng dẫn: PGS.TS Võ Viễn BÌNH ĐỊNH, 04/2016 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN - Mã số: S2015.222.06 - Sinh viên thực hiện: STT Tên sinh viên Lớp Khóa Khoa Trần Mỹ Nghệ Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học Triệu Hoàng Lan Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học Lương Thị Huệ Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học Hà Thị Thanh Hồng Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học Nguyễn Nhật Phúc CNKT Hóa Học 37 Hóa Học - Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Võ Viễn Mục tiêu đề tài: Điều chế vật liệu g-C3N4 từ nhiều nguyên liệu khác biến tính pha tạp B, S nhằm tăng tính chất xúc tác quang vùng ánh sáng khả kiến Tính sáng tạo: - Là công trình tổng hợp vật liệu g-C3N4 từ nhiều tiền chất khác - Là công trình tiến hành pha tạp lúc nguyên tố phi kim B S vào vật liệu có cấu trúc g-C3N4 - Pha tạp với nhiệt độ khác sau khảo sát chế phản ứng việc sử dụng quencher (chất bắt) - Các vật liệu thu có hoạt tính xúc tác quang hóa tốt Đây phản ứng sử dụng nguồn lượng dồi ánh sáng mặt trời Chất xúc tác điều chế từ tiền chất vật liệu có giá thành thấp Kết nghiên cứu: - Tổng hợp 12 mẫu vật liệu pha tạp B, S từ tiền chất khác nhau: Urea (C), Melamine (M), Thiourea (TU) Được chia thành nhóm: + Nhóm vật liệu pha tạp B gồm mẫu: CB-9/1-T; MB-9/1-T + Nhóm vật liệu pha tạp S gồm mẫu: MTU-9/1-T; CTU-9/1-T + Nhóm vật liệu pha tạp đồng thời B S gồm mẫu: MTUB-9/-T; TUB-9/1-T - Mỗi nhóm vật liệu tổng hợp nhiệt độ khác T: 500 oC 550oC với tỉ lệ 9/1 - Hoạt tính xúc tác đánh giá kết cho thấy mẫu tổng hợp nhiệt độ 500oC, tỉ lệ thiourea/axit boric 9/1 TUB-9/1-500 có hoạt tính xúc tác quang tốt Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Kết đề tài làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu vật liệu gC3N4 - Có thể ứng dụng làm chất xúc tác quang có hiệu việc xử lý chất hữu làm ô nhiễm nguồn nước Ngày 07, tháng 04, năm 2016 Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Trần Mỹ Nghệ Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài : Đây công trình nhóm sinh viên đạt lần Nhóm sinh viên thu kết mới, đáng tin cậy Vì thế, kết tài liệu tham khảo tốt cho sinh viên muốn nghiên vứu vật liệu g-C3N4 Ngày , tháng 04, năm 2016 Người hướng dẫn (ký, họ tên) Xác nhận Khoa (ký, họ tên) THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ tên : Trần Mỹ Nghệ Sinh ngày : 20 tháng 09 năm 1995 Nơi sinh : Tây Sơn , Bình Định Lớp : Sư Phạm Hóa Khoa : Hóa Học Khóa: 36 Địa liên hệ : 01 Phan Đăng Lưu, TP Quy Nhơn Điện thoại 0962 636 913 : Email: mynghesph36@gmail.com II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP : * Năm thứ 1: Ngành học: Sư phạm Hóa Khoa: Hóa Học Kết xếp loại học tập: Loại Khá * Năm thứ 2: Ngành học: Sư phạm Hóa Khoa: Hóa Học Kết xếp loại học tập: Loại Khá * Năm thứ 3: Ngành học: Sư phạm Hóa Khoa: Hóa Học Kết xếp loại học tập ( Học Kì I): Loại Khá Ngày 07 tháng 04 năm 2016 Xác nhận Khoa (ký, họ tên) Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài Trần Mỹ Nghệ LỜI CẢM ƠN Thay mặt cho bạn nhóm nghiên cứu,em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu trường Đại Học Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa Học, thầy cô khoa, trường tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đề tài nghiên cứu Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc đến thầy PSG.TS Võ Viễn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để đề tài chúng em hoàn thành Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn thầy cô Trung tâm thí nghiệm thực hành nhiệt tình giúp đỡ chúng em trình thực nghiệm Cuối cùng,em bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến người thân gia đình bạn bè động viên giúp đỡ suốt trình thực đề tài Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kinh nghiệm kiến thức, trình độ nên tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thông cảm góp ý quý thầy cô để đề tài có hướng tiến vươn xa Em xin chân thành cảm ơn Quy Nhơn, tháng năm 2016 Sinh viên Trần Mỹ Nghệ MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Công nghệ nano phát triển với đời vật liệu ứng dụng cao mang đến thành tựu nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt môi trường Các vật liệu bán dẫn làm xúc tác quang nghiên cứu rộng rãi lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường tạo nguồn lượng sạch, có khả tái sinh từ việc tách nước tinh khiết thành H2 O2 Một số chất bán dẫn sử dụng làm chất xúc tác quang cho hiệu ZnO, TiO 2, Zn2TiO2, CdS, WO3, muối tungstate Mặc dầu vậy, có vùng cấm rộng nên chúng hấp thụ ánh sáng tử ngoại, vùng mà chiếm khoảng 5% tổng lượng photon ánh sáng mặt trời Để sử dụng ánh sáng mặt trời hiệu hơn, nhiều nghiên cứu thực để vật liệu có khả xúc tác vùng khả kiến cải thiện hoạt tính xúc tác quang chúng Lý chọn đề tài Đứng trước nhu cầu ngày tăng người, hoạt động sản xuất công nghiệp không ngừng phát triển Tuy nhiên, mặt trái việc sản xuất ô nhiễm môi trường vấn đề đặt thiết nước ta mà hầu hết quốc gia giới Để xử lý môi trường, có nhiều phương pháp khác vật lý, sinh học hay hóa học kết hợp phương pháp Trong số phương pháp nêu trên, hóa học có nhiều lợi thế, đặc biệt chất nhiễm hữu dùng phương pháp khác Một phương pháp hấp dẫn nhà khoa học xử lý hợp chất nước sử dụng phản ứng phân hủy xúc tác quang điều kiện ánh sáng khả kiến, chúng sử dụng nguồn lượng có sẵn ánh sáng mặt trời tác nhân oxi hóa oxy không khí Vì điều định chất xúc tác Thông thường người ta sử dụng chất bán dẫn để làm chất xúc tác quang, oxit kim loại quan tâm nhiều Tuy nhiên, oxit kim loại thường hoạt động vùng ánh sáng tử ngoại Vì nhiều nhà khoa học quan tâm đến việc biến tính oxit để sử dụng vùng ánh sáng nhìn thấy Thời gian gần đây, loại vật liệu bán dẫn không kim loại, dạng polymer cacbon nitrua có cấu trúc lớp graphit (g-C 3N4) Vật liệu ưu điểm có lượng vùng cấm bé, khoảng 2,7 eV hoạt động điều kiện ánh sáng mặt trời, tổng hợp lượng lớn, bền hóa Tuy nhiên dạng nguyên chất, g-C 3N4 có nhược điểm dể tái hợp electron lỗ trống quang sinh, dẫn đến hiệu suất xúc tác Do đó, muốn tăng cường hiệu xúc tác quang vật liệu cần hạn chế tái kêt hợp Có nhiều phương pháp để làm tăng hoạt tính xúc tác quang, bật lên phương pháp pha tạp (doping) g-C3N4 với nguyên tố phi kim khác O, S, B, P, F Đây phương pháp hiệu ứng dụng nhiều, vật liệu sau pha tạp có hoạt tính xúc tác vượt trội không pha tạp Tuy nhiên, số lượng công trình công bố việc pha tạp hạn chế dừng lại việc pha tạp nguyên tố Xuất phát từ thực tế sở khoa học trên, chọn đề tài: “TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C 3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN” Trong đề tài này, khắc phục nhược điểm cách phạ tạp vào chất g-C 3N4 lúc nguyên tố không kim loại B, S theo phương pháp trực tiếp nhằm tăng hoạt động vùng ánh sáng khả kiến giảm tượng tái kết hợp electron lỗ trống quang sinh Mục tiêu đề tài Điều chế vật liệu g-C3N4 từ nhiều chất khác biến tính pha tạp B, S nhằm tăng tính chất xúc tác quang vùng ánh sáng khả kiến Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Tổng hợp g-C3N4 pha tạp B, S Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp biến tính g-C3N4 quy mô phòng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài chúng, thực phương pháp sau: - Tổng hợp trực tiếp vật liệu g-C3N4 từ nguồn nguyên liệu khác ure, thioure, melamin với điều kiện nhiệt độ khác 500 0C, 5500C Sau pha tạp B (bởi Axit Boric), S (bởi ThioUrea) vào vật liệu - Đặc trưng vật liệu phương pháp hóa lý đại như: + Phương pháp nhiễu xạ tia X + Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM + Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM + Phương pháp phổ hồng ngoại IR + Phương pháp đo quang UV-vis trạng thái rắn + Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X EDS - Đánh giá hoạt tính xúc tác quang vật liệu tổng hợp phản ứng phân hủy xanh methylen điều kiện ánh sáng khả kiến Nội dung nghiên cứu Trong đề tài nghiên cứu nội dung sau: - Tổng hợp vật liệu xúc tác g-C3N4 pha tạp đồng thời B S - Đặc trưng vật liệu tổng hợp - Khảo sát khả xúc quang vật liệu biến tính phản ứng phân hủy xanh methylen điều kiện ánh sáng khả kiến Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC g-C3N4 Cacbon nitrua dạng graphit (g-C3N4) trở nên ngày quan trọng dự đoán lý thuyết tính chất khác thường chúng ứng dụng đầy hứa hẹn khác nhau, từ xúc tác quang, chất xúc tác dị thể, đến chất Gần đây, loạt cấu trúc nano vật liệu g-C 3N4 mao quản nano phát triển cho loạt ứng dụng Vật liệu g-C3N4 ứng cử viên đầy hứa hẹn bổ sung ứng dụng cacbon vật liệu Ở điều kiện thường, g-C3N4 coi dạng thù hình ổn định nhất, có số lượng lớn báo cáo tiếp cận tổng hợp biến tính khác vật liệu g-C3N4 bao gồm khối xếp chồng lên dọc theo trục c mặt graphit Trong g-C3N4 lục giác, Teter Hemley [20] mô tả lần mặt graphit cấu tạo lục giác vòng triazine (C 3N3) (Hình 1.1a) Sự liên kết vòng gắn chặt nitơ bổ sung mà liên kết với ba vòng Trong cấu trúc này, cacbon diện kiểu lai hóa sp 2, N thể lai hóa sp2 sp3 bên vòng tương ứng [20] Hình 1.1 Mặt phẳng Graphitic (a) hexagonal (b) orthorhombic C3N4 [20] Trên sở ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua carbon nitride graphitic tổng hợp áp suất cao, Alves cộng đề xuất liên kết (C 3N3) khác vào mặt phẳng (Hình 1.1b) Ở đây, vòng (C 3N3) liên kết với hai cách khác nhau: (i) liên kết trực tiếp Nsp - Nsp3 hai nguyên tử nitơ thuộc hai vòng lân cận (ii) liên kết thông qua N lai hóa sp mà không thuộc vòng [21] Hơn nữa, nhiều cách xếp chồng xem xét Các kiểu xếp chồng ABCABC đề xuất Liu Wentzcovitch tương thích với nhóm không gian R3m Teter Hemley đề nghị kiểu xếp chồng AB, kiểu xếp phù hợp với nhóm không gian P6m2 Kiểu xếp chồng AA đề xuất Khoảng cách mặt phẳng bên dự kiến thay đổi 3,45 Å, 3.36 Å 3.06 Å theo thứ tự kiểu xếp AA, AB ABC tương ứng [20] Những hiểu biết gần cấu trúc hợp chất mô tả Franklin vào đầu năm 1922 Ông thấy thành phần thực nghiệm dẫn xuất melon có nguồn gốc từ thiocyanate thủy ngân khác theo phương pháp điều chế lượng hydro thay đổi từ 1,1-2,0% khối lượng Dựa phát này, người ta cho có lẽ cấu trúc đơn ấn định cho melon có nhiều khả hỗn hợp polyme có kích thước cấu trúc khác [22] g-C3N4 tổng hợp phản ứng ngưng tụ xianamit, dicyandiamide melamine Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, vật liệu khác với mức độ ngưng tụ tính chất khác thu Cấu trúc hình thành polyme C 3N4 (melon) với nhóm amino vòng polyme có độ trật tự cao Phản ứng tiếp tục dẫn đến loại C 3N4 đặc khít khiếm khuyết, dựa đơn vị tri-s-triazine (C6N7) khối kiến trúc Kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao chứng tỏ đặc tính loại ngưng tụ có không gian hai chiều rộng Do tổng hợp kiểu trùng hợp từ tiền chất lỏng, loạt cấu trúc nano vật liệu hạt nano bột mao quản hình thành Những cấu trúc nano cho phép tinh chỉnh thuộc tính, khả cho đan xen, tiềm làm phong phú bề mặt vật liệu cho phản ứng dị thể Do tính chất bán dẫn đặc biệt g-C3N4, chúng cho thấy hoạt tính xúc tác tuyệt vời cho nhiều phản ứng khác Chẳng hạn kích hoạt benzen, phản ứng ngưng tụ ba phân tử (trimerization) kích hoạt khí carbon dioxide Kết tính toán đại giải thích cho trường hợp bất thường chất xúc tác không kim loại dị thể g-C3N4 đóng vai trò chất xúc tác dị thể biến tính nano kim loại Các phương pháp tổng hợp khác g-C 3N4 bao gồm ngưng tụ hợp chất ban đầu giàu cacbon nitơ khác Kouvetakis cộng phân hủy tiền chất dẫn xuất melamine nhiệt độ 400-500 0C để thu carbon nitride vô định hình với thành phần cấu tạo xác đỉnh graphitic xếp rõ ràng Nhiều công trình nghiên cứu khác phương pháp tổng hợp g- C 3N4 từ chất giàu nitơ khác công bố [22] Komatsu công bố mô hình carbon nitride có độ trật tự cao, C91H14N124 Nhóm đưa dạng kết tinh cao gọi melon ''khối lượng phân tử cao'' Một bước tiến việc tiếp cận theo hướng hệ thống Hình 3.9: Năng lượng vùng cấm mẫu vật liệu so với g-C 3N4 tinh khiết Qua kết phân tích ta thấy hầu hết mẫu vật liệu điều chế đề tài có lượng vùng cấm thấp lượng vùng cấm gC3N4 khiết Điều tọa điều kiện thuận lợi cho kích thích electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn để thực chế xúc tác Đáng lưu ý mẫu vật liệu TUB9/1-500 có Eg = 2.1 eV, kích thích electron vật liệu dễ dàng có khả cho hiệu xúc tác cao Để đặc trưng thêm cấu trúc vật liệu, chọn nhóm mẫu pha tạp B làm đại diện để tiến hành phép đo khác Hình ảnh TEM chúng trình bày hình 3.9 Hình ảnh cho thấy hình dạng xếp chồng lên Đây đặc trưng kiểu cấu trúc lớp graphit g-C3N4 (A) (B) (C) Hình 3.9: Hình ảnh TEM mẫu pha tạp B Urea -CB (C), Melamin MB (B), Thiourea TUB (C) Hình thái bề mặt vật liệu đặc trưng kỹ thuật SEM Trong hình 3.10 hình ảnh SEM mẫu đại diện, mẫu pha tạp B chất Urea, Melamin Thiourea Các hình ảnh đặc trưng kiểu lớp vật liệu (A) (B) (C) Hình 3.10: Hình ảnh SEM mẫu pha tạp B Urea -CB (C), Melamin MB (B), Thiourea -TUB (C) Để thêm thông tin thành phần cấu tạo vật liệu, mẫu đặc trưng phổ hồng ngoại IR Hình 3.11 thể kết đặc trưng phổ hồng ngoại nhóm vật liệu pha tạp B, pha tạp S pha tạp B với S Tuy có sai lệch pic nhóm vật liệu nhìn chung xuất pic 804,7cm -1, vùng 1250-1650 cm-1, vùng 3000-3600 cm-1 Theo nhiều tài liệu [49], pic tương ứng mode dao động đơn vị triazine, C-N vòng dị thể liên kết N-H Kết hoàn toàn phù hợp với nhiều tài liệu công bố cấu trúc C 3N4 vật liệu [49] Điều chứng tỏ mẫu pha tạp giữ cấu trúc g-C 3N4 tinh khiết (A) (B) (C) Hình 3.11: Phổ hồng ngoại IR nhóm vật liệu pha tạp B (A), pha tạp S (B), pha tạp B S (C) Để minh chứng có mặt B mẫu vật liệu, mẫu đặc trưng MB9/1-500 chọn để đo kỹ thuật XPS Thành phần nguyên tố trình bày Bảng 3.3 hình 3.12 cho thấy có mặt B sản phẩm Bảng 3.3 Thành phần nguyên tố mẫu MB-9/1-500 theo phương pháp XPS Name B1s C1s N1s O1s Start BE 198,1 290,3 406,35 538,9 Peak BE 193,38 284,6 401,61 533,47 End BE 189,8 280,7 397,3 529 Height Counts 1542,32 589,01 134,69 13260,7 At % 35,09 8,14 1,25 55,52 Hình 3.12 Phổ XPS tổng quát MB-9/1-500 Phổ XPS cho thấy trạng thái liên kết nguyên tố MB-9/1-500 (hình 3.13) Phổ XPS C1s N1s đặc trưng cho vật liệu g-C 3N4 Riêng có mặt oxy có từ hai nguồn, oxy không khí hấp phụ bề mặt từ nguồn nguyên liệu axit boric Điều đặc biệt cần lưu ý có mặt B với cực đại 193,6 eV đặc trưng co liên kết C-NB [*] Điều chứng minh B pha tạp mạng g-C3N4 * S C Yan, Z S Li, and Z G Zou, Photodegradation of Rhodamine B and Methyl Orange over Boron-Doped g-C3N4 under Visible Light Irradiation, Langmuir 2010, 26(6), 3894–3901 (Em đánh lại số tài liệu tham khảo đưa xuống phần TLTK) Hình 3.13 Phổ XPS C1s, N1s, O1s B1s có mẫu MB-9/1-500 3.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TỔNG HỢP 3.2.1 Phương pháp xác định nồng độ xanh methylen Để có sở xác định đường chuẩn xanh metylen, phổ UV – Vis dung dịch xanh methylen đo trình bày hình 3.14 Hình 3.14 Phổ UV-Vis dung dịch xanh methylene Dựa vào phổ này, phụ thuộc độ hấp thụ bước sóng 663 nm theo nồng độ xanh metylen trình bày hình 3.15 Hình 3.15 Sự phụ thuộc cường độ hấp thụ UV-Vis dung dịch xanh methylen bước sóng 663 nm theo nồng độ 3.2.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang Để khảo sát hoạt tính xúc quang vật liệu sau biến tính, tiến hành thí nghiệm phân hủy dung dịch xanh methylen điều kiện ánh sáng đèn dây đốt vonfram công suất 100W có kết hợp kính lọc tia UV Sau khuấy hỗn hợp phản ứng bóng tối giờ, hỗn hợp phản ứng khuấy ánh sáng đèn dây đốt chắn kính lọc tia UV cốc hở Theo thời gian, cường độ màu dung dịch nhạt dần Đồ thị biểu diễn phụ thuộc C/C theo thời gian thể hình 3.16 3.17, C nồng độ dung dịch xanh methylen sau chạy bóng tối C nồng độ dung dịch xanh methylene thời gian phản ứng t Đầu tiên khảo sát hoạt tính xúc tác quang mẫu có nhiệt độ 5000C Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc C/C0 xanh methylene theo thời gian phản ứng t vật liệu 5000C Hình 3.16 cho thấy hấp phụ nồng độ giảm không đáng kể so với trình chiếu sáng, điều có nghĩa trình hấp phụ vật liệu không đáng kể mà yếu tố để nồng độ xanh methylene giảm trình xúc tác quang Đồ thị cho thấy hiệu suất xúc tác quang cao, hầu hết cho hiệu suất 50% cao mẫu vật liệu TUB-9/1-500 cho hiệu suất gần tuyệt đối H = 99,05% Bên cạnh vật liệu khác cho hiệu suất cao MTUB-7/2/1500 (88,25%), CTU-9/1-500 (74,11%) Sau khảo sát trình xúc tác quang nhóm vật liệu 550 0C thu kết khả quang hình 3.17 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc C/C0 xanh methylene theo thời gian phản ứng t vật liệu 5500C Kết xúc tác quang vật liệu nhiệt độ 550 0C tốt mẫu 5000C Điều lý giải nhiệt độ khác màu sắc, cấu trúc tinh thể khả hấp phụ bước sóng vật liệu chất pha tạp chất tương tự cặp vật liệu nên cho hiệu xúc tác không khác nhiều Ở nhiệt độ 550 0C mẫu có hiệu suất cao TUB-9/1550 với H = 96,04% sau chiếu sáng Giữa vật liêu khác chênh lệch hiệu suất khác nhau, nhiệt độ vật liệu TUB-9/1- T cho kết vượt trội vật liệu khác, điều cho thấy pha tạp lúc B S chất Thiourea mang đến hiệu mong đợi Kết hiệu suất xúc tác quang trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4 Tổng hợp hiệu suất xúc tác quang vật liệu ST Mẫu vật liệu Phần trăm STT Mẫu vật liệu Phần trăm T chuyển hóa chuyển hóa (%) 67.40 33.52 54.71 51.11 88.25 57.15 (%) 31.30 17.88 74.11 74.53 99.05 96.04 MTU-9/1-500 MTU-9/1-550 MB-9/1-500 MB-9/1-550 MTUB-7/2/1-500 MTUB-7/2/1-550 10 11 12 CB-9/1-500 CB-9/1-550 CTU-9/1-500 CTU-9/1-550 TUB-9/1-500 TUB-9/1-550 Dể nghiên cứu động học trình phản ứng, áp dụng mô hình Langmuir-Hinshelwood kết thu sau (hình 3.18, 3.19) Hình 3.18 Đồ thị mô mô hình Langmuir-Hinshelwood mẫu vật liệu 5000C Hình 3.19 Đồ thị mô mô hình Langmuir-Hinshelwood mẫu vật liệu 5500C Qua đồ thị thiết lập thấy giá trị đồ thị gần tuyến tính nằm đường thẳng với mức độ xác khác Do đó, khẳng định vật liệu tham gia trình xúc tác quang theo mô hình Langmuir-Hinshewood Từ việc vẽ đồ thị dễ dàng xác định số tốc độ phản ứng k tổng hợp bảng 3.5 Bảng 3.5 Bảng tổng kết số liệu số tốc độ theo mô hình Langmuir-Hinshewood STT 10 11 12 Mẫu vật liệu MTU-9/1-500 MTU-9/1-550 MB-9/1-500 MB-9/1-550 MTUB-7/2/1-500 MTUB-7/2/1-550 CB-9/1-500 CB-9/1-550 CTU-9/1-500 CTU-9/1-550 TUB-9/1-500 TUB-9/1-550 Hằng số tốc độ k Hệ số hồi quy 0.15754 0.05317 0.12170 0.10202 0.32985 0.11878 0.05322 0.02792 0.19052 0.21393 0.67785 0.52758 R2 0.97224 0.93119 0.95836 0.93047 0.98020 0.97256 0.95722 0.97256 0.99776 0.97809 0.99078 0.94938 Qua kết trên, ta thấy số tốc độ phản ứng hệ số quy hồi có khác biệt vật liệu mang tính đặc trưng Dẫn đầu số nhóm vật liệu pha tạp lúc B S cho số tốc độ cao nhất: TUB-9/1-500 có k=0.67785 có R2 = 99,078 mẫu TUB-9/1-550 có k = 0.52758 có hệ số hồi quy 0.94938 Từ kết luận TUB-9/1-500 mẫu vật liệu cho hoạt tính xúc tác quang tốt số 12 mẫu điều chế Như trình bày phần Tổng quan tài liệu, chế phản ứng xúc tác quang có giai đoạn trung gian thành gốc tự Để khẳng định nhận định này, nhiều tác giả sử dụng chất dập tắt (quencher) chất trung gian làm cho chúng không hoạt động Để thăm dò vai trò chất trung gian, chọn mẫu tốt TUB-9/1-500 để tiếp tục tiến hành khảo sát Như trình bày trên, phản ứng xúc tác quang, electron quang sinh lỗ trống quang sinh nguyên nhân dẫn đến trình hóa học xảy bao gồm trình oxi hóa h+VB trình khử e -CB Dưới tác dụng ánh sáng có bước sóng thích hợp, electron lỗ trống chuyển đến bề mặt tương tác với số chất bị hấp • − thụ nước oxy tạo chất tự bề mặt chất bán dẫn HO• , O2 , H2O2, O2 đóng vai trò quan trọng chế quang phân hủy hợp chất hữu Để đánh giá ảnh hưởng tác nhân đến trình quang phân hủy hợp chất hữu TUB-9/1-500, tiến hành trình chạy xúc tác quang với diện chất dập tắt khác Các chất hóa chất có tác dụng cản trở hoạt động tác nhân định phản ứng phân hủy cách bắt giữ chúng suốt trình thí nghiệm quang xúc tác Trong đề tài, sử dụng quencher khác 1,4-Benzoquinone sử dụng để bẫy • − gốc anion ( O2 ) gốc hydroxyl (OH-) bẫy tert-butanol Các quencher cho với 0,12g mẫu TUB-9/1-500, 120ml xanh metylen thời điểm ban đầu với nồng độ 0,12 mM 12ml thể tích Các bước thực tương tự trình chạy xúc tác quang Kết thu thể đồ thị Hình 3.120 Trong chất dập tắt sử dụng, chất 1,4-Benzoquinone • − làm cho tốc độ phản ứng giảm Điều dự đoán vai trò gốc ion O2 đóng môt vai trò quan trọng trình xúc tác Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc C/C0 xanh methylene theo thời gian phản ứng t có quencher vật liệu TUB-9/1-500 KẾT LUẬN Từ kết thu trên, số kết luận rút sau Chúng tổng hợp 12 mẫu từ nguồn nguyên liệu ban đầu khác melamine, urea, thiourea axit boric thiourea nguồn pha tạp điều kiện nhiệt độ 500 0C, 5500C Bằng phương pháp đặc trưng nhiễu xạ tia X, IR đặc trưng UV-Vis trạng thái rắn cho thấy hình thành cấu trúc g-C3N4 với số liệu phù hợp với công bố trước g-C3N4 Tất mẫu thu thể tính chất xúc tác quang vùng ánh sáng khả kiến trình xúc tác tuân theo mô hình LangmuirHinshelwood Trong 12 mẫu thu được, mẫu TUB-9/1-500 có hoạt tính tốt Bằng cách sử dụng quencher, chế xúc tác quang đề • − nghị Theo tác nhân trung gian chế gốc anion ( O2 ) sau gốc hydroxyl (OH-) ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN... trên, chọn đề tài: “TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C 3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN” Trong đề tài này, khắc phục nhược điểm cách phạ tạp vào chất g-C 3N4 lúc nguyên... NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN - Mã số: S2015.222.06 - Sinh viên thực hiện: