NGHIÊN cứu TỔNG hợp và HOẠT TÍNH xúc tác QUANG của COMPOSIT sno2g c3n4

MỤC LỤC TRANG BÌA TRANG BÌA PHỤ LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU, DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI THÔNG TIN VỀ SINH VIÊNCHỊUTRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan g-C3N4 1.1.1.Vật liệu g-C3N4 1.1.2 Vật liệu tổng hợp g-C3N4: melamin 1.1.2.1 Giới thiệu melamin 1.1.2.2 Tổng hợp 1.1.2.3 Ứng dụng 10 1.2 Tổng quan thiếc (IV) oxit 10 1.2.1 Thiếc (Sn) 10 1.2.2 Thiếc (IV) oxit 11 1.2.2.1 Cấu trúc tinh thể thiếc (IV) oxit 11 1.2.2.2 Tính chất 13 1.2.2.3 Ứng dụng SnO2 14 1.3 Giới thiệu rhodamin B 14 1.4 Giới thiệu vật liệu xúc tác quang tiềm chúng 15 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 23 2.1 TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG 23 2.1.1 Hóa chất: 23 2.1.2.Dụng cụ 23 2.1.3 Tổng hợp vật liệu xúc tác quang 23 2.1.3.1 Các bước tiến hành tổng hợp g-C3N4 23 2.1.3.2 Các bước tiến hành tổng hợp thiếc (IV) oxit 24 2.1.3.3 Các bước tiến hành tổng hợp vật liệu composit SnO2/g-C3N4 24 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 25 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) 25 2.2.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 26 Nguyên lí hoạt động tạo ảnh SEM sau: 26 2.2.3 Phổ hồng ngoại (IR) 27 2.2.4 Phương pháp phân tích nhiệt (TGA) 28 2.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 30 3.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TỔNG HỢP 37 3.2.1 Phương pháp xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ rhodamin B 37 3.2.2 Xây dựng đường chuẩn 38 3.2.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang 38 41 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Danh mục hóa chất dùng đề tài 23 Bảng 3.1 Đồ thị hấp thụ dung dịch RhB có nồng độ từ 0,5 đến 10 mg/l 38 Bảng 3.2 Tổng hợp hiệu suất xúc tác quang vật liệu 40 Bảng 3.3 Bảng tổng kết số liệu số tốc độ theo mơ hình LangmuirHinshewood 42 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo lớp g-C3N4 hoàn hảo Hình 1.2 Mặt phẳng Graphitic(a)hexagonalvà(b)orthorhombic g-C3N4 Hình 1.3 Triazine (trái) mơ hình kết nối tảng tri-s-triazine (phải) dạng thù hình g-C3N4 tiềm [1] Hình 1.4 Con đường phản ứng hình thành g-C3N4 từ dicyandiamide (c), (a) mạng lưới g-C3N4, (b) hình ảnh khối bột g-C3N4 (màu vàng) [10] Hình 1.5 Phân tử melamin Hình 1.6 (a) Mơ hình tinh thể SnO2 với bề mặt có số Miller thấp Tế bào đơn vị rutile trình bày hình (b), (c), (d) tương ứng với mặt (110), (100), (101) [28] 12 Hình 1.7 Cơ chế phản ứng xúc tác quang 19 Hình 1.8 Sơ đồ chế Langmuir- Hinshelwood 20 Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả q trình đánh giá hoạt tính xúc tác quang hấp phụ vật liệu 29 Hình 3.1 Hình ảnh mẫu vật liệu g-C3N4 (a), SnO2 (b), MSC-1:5 (c), MSC1:6 (d) MSC-1:7 (e) 30 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X g-C3N4 31 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X SnO2 32 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu vật liệu MSC 33 Hình 3.5 Hình ảnh SEM mẫu SnO2 (a), MSC-1:5 (b), MSC-1:6 (c),MSC-1:7 (d) 34 Hình 3.6 Phổhồng ngoại g-C3N4 (hình trên) SnO2 (hình dưới) 35 Hình 3.7 Phổhồng ngoại mẫu vật liệu composit SnO2/g-C3N4 36 Hình 3.8 Giản đồ phân tích nhiệt MSC-1:6 37 Hình 3.9 Đồ thị đường chuẩn rhodamin B có nồng độ 0,5 – 10 mg/l 38 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc C/C0 Rhodamin B theo thời gian phản ứng t vật liệu 39 Hình 3.11 Đồ thị mơ mơ hình Langmuir-Hinshelwood mẫu vật liệu 5200C 41 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.Thông tin chung: − Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA COMPOSIT SnO2/g-C3N4 − Mã số đề tài: S2016.389.83 − Sinh viên thực hiện: STT Tên sinh viên Lớp Khóa Khoa Huỳnh Thị Phụ Sư phạm hóa 37 Hóa Phạm Văn Nhanh Sư phạm hóa 37 Hóa Nguyễn Ngọc Phi Sư phạm hóa 37 Hóa Đào Thị Kim Thoa Sư phạm hóa 37 Hóa Nguyễn Thị Kim Thoa Sư phạm hóa 37 Hóa − Người hướng dẫn: PGS.TS.Võ Viễn Mục tiêu đề tài: Điều chế vật liệu composit SnO2/g-C3N4 có hoạt tính xúc tác quang tốt vùng ánh sáng khả kiến Tính sáng tạo: − Là cơng trình tiến hành biến tính oxit SnO2 vật liệu g-C3N4 phương pháp − Các vật liệu thu có hoạt tính xúc tác quang 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 mẫu vật liệu g-C3N4 tinh khiết từ melamin, mẫu vật liệu SnO2 tinh khiết mẫu vật liệu composit: MSC-1:5, MSC-1:6, MSC-1:7 − Đã tìm điều kiện tối ưu mẫu có 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 xúc tác quang − Có thể ứng dụng làm chất xúc tác quang có hiệu việc xử lý chất hữu làm ô nhiễm nguồn nước Ngày 12 tháng 04 năm 2017 Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Huỳnh Thị Phụ Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài : Đây cơng 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 xúc tác quang Ngày 12 tháng 04 năm 2017 Xác nhận Khoa (ký, họ tên) Người hướng dẫn (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 : Huỳnh Thị Phụ Sinh ngày : 22/01/1996 Nơi sinh : Thị xã Sông Cầu, tỉnh Phú Yên Lớp : Khoa : Sư Phạm Hóa Khóa: 37 Hóa Địa liên hệ :Kí túc xá C5, Trường Đại học Quy Nhơn Điện thoại : 0968 984 174Email:huynhthiphusphk37@gmail.com II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP : * Năm thứ 1: Ngành học: Sư phạm Hóa Khoa: Hóa Kết xếp loại học tập:loại Giỏi * Năm thứ 2: Ngành học: Sư phạm HóaKhoa: Hóa Kết xếp loại học tập: loại Giỏi * Năm thứ 3: Ngành học: Sư phạm HóaKhoa: Hóa Kết xếp loại học tập (Học Kì I): loại Khá Ngày 12 tháng 04 năm2017 Xác nhận Khoa (ký, họ tên) Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài Huỳnh Thị Phụ LỜI CẢM ƠN Thay mặt thành viên nhóm nghiên cứu, em xin dành lời cảm ơn sâu sắc gửi đến Thầy PGS.TS.Võ Viễn - người Thầy tận tình quan tâm, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để đề tài chúng em hoàn thành Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm khoa Hóa thầy cô khoa, trường tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đề tài nghiên cứu Bên cạnh đó, em xin tỏ lòng biết ơn đến thầy Trung tâm thí nghiệm thực hành A6 nhiệt tình bảo, dạy dỗ chúng em suốt trình thực đề tài Hơn nữa, em xin cảm ơn đến anh chị cao học, anh chị khóa bạn bè khoa, lòng biết ơn sâu sắc quan tâm, giúp đỡ động viên ý kiến đóng góp, thảo luận suốt thời gian thực đề tài Đặc biệt, em vơ cảm ơn đến bạn nhóm nghiên cứu với em Những người sát cánh, miệt mài, cố gắng chung tay góp sức để có kết ngày hơm Cuối cùng,em xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình, người thân người bạn em Những người luôn mong mỏi, động viên, cổ vũ tinh thần tiếp sức cho em thêm nghị lực suốt trình thực đề tài Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kinh nghiệm kiến thức, trình độ nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thơng cảm góp ý q thầy để đề tài có hướng tiến vươn xa Em xin chân thành cảm ơn Quy Nhơn, tháng năm 2017 Sinh viên Huỳnh Thị Phụ 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 mơi 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, TiO2, Zn2TiO2, CdS, WO3, muối tungstate, số đó, TiO2 ZnO nghiên cứu nhiều [12, 18] 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 Ô nhiễm môi trường vấn đề đặt thiết nước ta mà hầu hết quốc gia giới Việc gia tăng dân số phát triển công nghiệp dẫn đến việc ngày nhiều chất độc hại thải vào môi trường Các chất độc hại gây nên bệnh tật liên quan đến nhiễm làm ấm lên khí hậu toàn cầu Trong số chất độc hại thải môi trường, đáng ý chất hữu độc hại, nhóm chất tương đối bền vững, khó bị phân hủy sinh học, lan truyền tồn lưu thời gian dài môi trường Do vậy, việc nghiên cứu xử lý triệt để hợp chất hữu độc hại môi trường bị ô nhiễm mối quan tâm hàng đầu quốc gia đặc biệt có ý nghĩa quan trọng sống tương lai người Để xử lý mơi 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 ô nhiễm hữu bền 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 oxy khơng khí Tuy nhiên, 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 polyme carbon nitride có cấu trúc lớp graphit (g-C3N4 ) (hình 1) quan tâm Vật liệu ưu điểm có lượng vùng cấm bé, khoảng 2,7 eV hoạt động vùng ánh sáng mặt trời, tổng hợp lượng lớn, bền hóa [1] Tuy nhiên dạng nguyên chất, g-C3N4 có nhược điểm dễ tái tổ hợp electron lỗ trống quang sinh, dẫn đến hiệu suất xúc tác [3] Một số cơng trình nghiên cứu pha tạp g-C3N4 với nguyên tố phi kim O, S, B, P hay gắn với chất bán dẫn khác làm giảm tốc độ tái kết hợp electron lỗ trống quang sinh, dẫn đến cải thiện hoạt tính xúc tác quang [25] Hình 1.1 Cấu tạo lớp g-C3N4 hoàn hảo Xuất phát từ thực tiễn sở phân tích trên, chúng tơi chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA COMPOSIT SnO2/g-C3N4” Trong đề tài này, khắc phục nhược (110)ba pic 2θ =33,9°, 2θ =38,0°, 2θ =51,8° tương ứng ng với v mặt (101), (211)và (301) củaa ccấu trúc tinh thể SnO2 (JCPDS 72-1147), 1147), điều phù hợp với số liệu nhiễuu xxạ chuẩn cho bốn mặt tứ diện củaa SnO2 (PDF 411445) Kết phù hợ ợp với tài liệu công bố [20] Hình 3.3Gi 3.3Giản đồ nhiễu xạ tia X SnO2 Hình 3.4 trình bày kkết đo nhiễu xạ tia X mẫu vậật liệu tổng hợp Nhìn chung, mặcc dù tổng hợp với tỉ lệ khác nh hình dạng phổ gần xu xuất pic đặc trưng ng ccủa SnO2 gC3N4 Cụ thể, phổ bi biểu diễn picđặc trưng SnO2 33,8° 33,8 51,9°, nhiên pic 26,6° 26,6 gần với pic đặc trưng củủa g-C3N4 nên phổ pic bị b che Ngồi ra, điềuđáng lưu ý mẫu u xu xuất hai pic vị trí 2θ =13,1 13,1° 2θ =27,3° đặc trưng cho có mặt m g-C3N4 vật liệu Theo nhiềuu tài li liệu công bố pic tương ứng ng với v cấu trúc carbon nitride dạng lớpp ki kiểu graphit (g-C3N4) [18] Đặc biệtt pic có cường 32 độ khác mẫu MSC-1:5, MSC-1:7 MSC-1:6, pic có cường độ cao mẫu MSC-1:6 Như vậy, kết XRD minh chứng tổng hợp thành công mẫu vật liệu composit SnO2/g-C3N4, mẫu MSC-1:6 có độ tinh thể cao nhất, điều dự đốn mẫu có khả hoạt tính xúc tác tốt hai mẫu lại Hình 3.4Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu vật liệu MSC 33 Để kiểm tra hình thái, vật liệu đặc trưng SEM Trong hình 3.5 hình ảnh SEM mẫu vật liệu MSC-1:n SnO2 tinh khiết Có thể nhận thấy mẫu SnO2 tinh khiết có hạt dạng hình cầu đồng có đường kính khoảng 50 nm Tuy nhiên composit có dạng khối lớn Điều lớp g-C3N4 hình thành bề mặt SnO2 Kết khẳng định thêm chúng tơi thành công việc tạo composit SnO2 g-C3N4 Hình 3.5 Hình ảnh SEM mẫu SnO2(a),MSC-1:5 (b), MSC-1:6 (c),MSC-1:7 (d) Để thêm thông tin thành phần cấu tạo vật liệu, mẫu đặc trưngphổ hồng ngoại IR Để so sánh, phổ IR g-C3N4 vàSnO2cũng trình bày hình 3.6 Chúng ta dễ dàng nhận thấy pic 34 có số sóng 804 cm-1,vùng vùng 1250-1650cm-1 3200 cm-1 Theo tài li liệu [21], pic tương ứng ng mode dao động đơn vị triazine, C-N N ccủa vòng dị thể liên kết N-H, đặcc trư trưng cho g-C3N4.Phổ IR SnO2 xuấtt hi pic có số sóng 628,8 cm-1 Đây ây pic đặc trưng SnO2 Hình 3.6Phổhồng ngoại ngo g-C3N4 (hình trên) SnO2 (hình dưới) d Phổ IR mẫuuMSC-1:5, MSC-1:6, MSC-1:7 đượcc trình bày hình 3.7 Tuy có sai lệch ch pic mẫu vật liệu đềều có xuất pic có số sóng 808,2 cm-1, vùng 1245-1650 cm-1,vùng3000-36 3600 cm-1 Kết minh chứng mạnh nh mẽ m cho có mặt g-C3N4 vvật liệu Bên 35 cạnh đó, mẫu tổng hợp xuất pic khoảng 605cm-1là tín hiệu liên kết Sn-O Dễ dàng nhận thấy cường pic tương đối rõ mẫu MSC-1:6, sau MSC-1:7 cuối MSC-1:5 Kết hàm lượng SnO2 MSC-1:6 lớn Riêng mẫu MSC-1:5 pic khơng rõ ràng Nhìn chung, kết phổ IR mẫu chứng minhsự có mặt SnO2 g-C3N4 composit SnO2/g-C3N4 Hình 3.7 Phổhồng ngoại mẫu vật liệu composit SnO2/g-C3N4 Kết đặc trưng TG-DTA mẫu đại diện (MSC-1:6) đo kết trình bày hình 3.8 Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng, q trình trọng lượng chia làm giai đoạn: thứ từ nhiệt độ phòng đến khoảng 250oC, tương ứng với nước vật lý; giai đoạn thứ hai khoảng 500oC, khoảng ngưng tụ melamin lại mẫu thành g-C3N4, giai đoạn kèm theo pic thu nhiệt mạnh 485oC; giai đoạn thứ ba từ 500 đến 650oC, tương ứng với phân hủy g-C3N4 Tất tượng phù hợp với phân hủy g-C3N4 SnO2 composit 36 Hình 3.8 Giản Gi đồ phân tích nhiệt MSC-1:6 3.2 KHẢO SÁT HOẠT T TÍNH XÚC TÁC QUANG C CỦA VẬT LIỆ ỆU TỔNG HỢP 3.2.1.Phương ng pháp xây d dựng đường chuẩn xác định nồng độ rhodamin hodamin B Phương pháp lập đư đường chuẩn RhB tiến hành sau: ppha dung dịch chuẩn RhB có nồng ng đđộ lần lượtt 0,5 mg/l; 1,0mg/l; 2,0 mg/l; 3,0 mg/l; 4,0 mg/l; 5,0 mg/l; 6,0 mg/l; 7,0 mg/l; 8,0 mg/l; 9,0 mg/l; 10,0 mg/l Sau tiến hành đo mật độ quang củủa dung dịch chuẩn bướcc sóng 553 nm, ghi lại giá trị mật độ quang (A) nnồng độ (C) tương ứng củaa RhB Vẽ đồ thị biểu diễnn m mối quan hệ (C) (A) Phương ương trình tr đường chuẩn có dạng: A = a.C + b Trong rong đó: đó:C nồng độ RhB 37 A mật độ quang a, b số Kết đượcc trình bày bảng b 3.1 hình 3.8 3.2.2.Xây dựng đường ng chu chuẩn Bảng 3.1 Đồ thị hấp thụ ụ dung dịch RhB có nồng độ từ 0,5 đến đ 10 mg/l Nồng 0,5 độ 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 RhB Abs 0,069 0,174 0,380 0,550 0,748 0,971 1,156 1,358 1,568 1,734 1,930 Hình 3.9 Đồ thị đườ ờng chuẩn rhodamin B có nồng độ 0,5 – 10 mg/l 3.2.3.Khảo sát hoạtt tính xúc tác quang Để khảo sát hoạtt tính xúc quang ccủa vật liệu sau biếến tính, chúng tơi tiến hành thí nghiệm m phân hhủy dung dịch rhodamin B dướii điều đ kiện ánh sáng đèn dây đốtt vonfram công su suất 100W có kết hợp kính lọcc tia UV Sau khuấy hỗn hợp phản ứng ng bóng ttối giờ, hỗn hợp phản ứng ng khuấy ánh sáng đèn èn dây đốt đ chắn kính lọcc tia UV m cốc hở Theo thời gian, cường độộ màu dung dịch nhạt dần Đồ thị biểểu diễn phụ 38 thuộc C/C0 theo thờii gian đư thể ởhình 3.10, C0 nồng n độ dung dịch rhodamin amin B sau ch chạy bóng tốii C nnồng độ dung dịch Rhodamin B thời gian phản ứng t Đồ thị khảo sát hoạtt tính xúc tác quang ccủa mẫu vật liệuu composit SnO2/gC3N4 trình bày hình hìn 3.10: Hình 3.10Đồ thị biểu u di diễn phụ thuộc C/C0 a Rhodamin B theo th thời gian phản ứng t vật liệu Từ kết thu đượcc hình 3.10 cho thấy, hấpp phụ ph nồng độ RhB giảm khơng đáng kểể so với q trình chiếu sáng, điều có ngh nghĩa trình hấp phụ đối vớii vvật liệu khơng đáng kể mà yếu tố để nồng độ RhB giảm m trình xúc tác quang Đồ thị cho thấy rằng, ng, so sánh m mẫu mẫu MSC-1: 1:6 có hoạt tính xúc táctốt so với mẫẫu MSC-1:5 MSC-1:7và tốt nhiềều so với mẫu SnO2 g-C3N4 tinh khiếết Trong khoảng 6h chiếu sáng, độ chuyển chuy hóa RhB mẫu MSC-1:6đã đạthi hiệu suất 74,22% Kết đánh giá hoạtt tính xúc tác ch 39 mẫu MSC-1:6 tốtt nh sau hai mẫu MSC-1:5, 1:5, MSC MSC-1:7 cho hiệu suất gần Tuy nhiên, ch có SnO2 ngun chất hoạạt tính xúc tác khơng cao Kết phù hhợp với kết rút từ đặc trưng vật liệu Kết hiệu suấtt xúc tác quang trình bày bảng ng 3.2 Bảng 3.2 Tổng ng hợp h hiệu suất xúc tác quang vậtt liệu li STT Mẫu vật liệu Phần trăm m chuyển chuy hóa (%) g-C3N4 53,47 SnO2 18,89 MSC-1:5 70,03 MSC-1:6 74,22 MSC-1:7 70,48 Để nghiên cứu động ng học h trình phản ứng, ng, chúng em áp dụng d mơ hình Langmuir-Hinshelwood Hinshelwood kết k thu sau (hình 3.14) 40 Hình 3.11 Đồ thị mơ ph mơ hình Langmuir-Hinshelwood elwood c mẫu vật liệu 5200C 41 Qua đồ thị thiết lập, thấy giá trị gần nằm đường thẳng mối quan hệ ln(Co/C) theo thời gian gần tuyến tính với hệ số hồi quy R2 cao Do đó, khẳng định vật liệu tham gia trình xúc tác quang tn theo mơ hình Langmuir-Hinshewood Từ đồ thị, dễ dàng xác định số tốc độ phản ứng k tổng hợp bảng 3.3 Bảng 3.3 Bảng tổng kết số liệu số tốc độ theo mơ hình LangmuirHinshewood STT Mẫu vật liệu Hằng số tốc độ k Hệ số hồi quy R2 MSC 1:5 0.20539 0.95471 MSC 1:6 0,22883 0.99120 MSC 1:7 0.21122 0.97631 Kết cho thấy rằng, số tốc độ phản ứng có khác biệt vật liệu mang tính đặc trưng Hằng số tốc độ giảm dần theo thứ tự: MSC-1:6>MSC-1:7>MSC-1:5 Tóm lại, kết luận đánh giá hoạt tính xúc tác vai trò việc kết hợpSnO2 với g-C3N4 tạo nên vật liệu cải thiện hoạt tính xúc tác quang SnO2 Kết mở việc gắn SnO2 lên chất khác để làm tăng hoạt tính xúc tác quang số ứng dụng khác 42 KẾT LUẬN Từ kết thu trên, số kết luận rút sau: Chúng tổng hợp mẫu vật liệu composit SnO2/g-C3N4 phương pháp đơn giản từ melamin Sn6O4(OH)4 tỉ lệ khối lượng khác nhau, kí hiệu MSC-1:n với n=5,6,7 tương ứng với tỉ lệ Sn6O4(OH)4:melamin 1:5, 1:6, 1:7 520°C Bằng phương pháp đặc trưng nhiễu xạ IR, nhiễu xạ tia X, phân tích nhiệt cho thấy hình thành cấu trúc g-C3N4 SnO2 với số liệu phù hợp công bố trước SnO2 g-C3N4 Tất mẫu thu thể tính chất xúc tác quang vùng ánh sáng khả kiến trình xúc tác tn theo mơ hình LangmuirHinshelwood Trong mẫu thu được, mẫu MSC-1:6 có hoạt tính xúc tác quang tốt 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Arne Thomas, Anna Fischer, Frederic Goettmann, Markus Antonietti, JensOliver Muller, Robert Schlogl and Johan M Carlsson, Graphitic carbon nitride materials: variation of structure and morphology and their use as metalfree catalysts,J Mater Chem.,2008,18, 4893–4908 [2] X Chen, Y S Jun, K Takanabe, Ordered mesoporous SBA-15 type graphitic carbon nitride: a semiconductor host structure for photocatalytic hydrogen evolution-with visible light,Chemistry of Materials, 2009, 21 (18), 4093– 4095 [3] Guoping Dong, Yuanhao Zhang, Qiwen Pan, Jianrong Qiu, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 20 (2014) 33-50 [4] K Maeda, X Wang, Y Nishihara, D Lu, M Antonietti, and K Domen, Photocatalytic activities of graphitic carbon nitride powder for water reduction and oxidation under visible light, Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113 (12), 4940–4947 [5] A Thomas, A Fischer, F Goettmann et al., Graphitic carbon nitride materials: variation of structure and morphology and their use as metal-free catalysts,Journal of Materials Chemistry,2008,18(41), 4893–4908 [6] X Li, J Zhang, L Shen et al., Preparation and characterization of graphitic carbon nitride through pyrolysis of melamin, Applied Physics A, 2009, 94 (2), 387–392 [7] Sergey Stolbov and Sebastian Zuluaga, Sulfur doping effects on the electronic and geometric structures of graphitic carbon nitride photocatalyst: insights from first principles,J Phys.: Condens Matter,2013,25, 085507 [8] Muhammad Tahir, Chuanbao Cao, Faheem K Butt, Sajid Butt, Faryal Idrees, Zulfiqar Ali, Imran Aslam, M Tanveer, Asif Mahmoodc and Nasir Mahmood, Large scale production of novel g-C3N4 micro strings with high surface area and versatile photodegradation ability, CrystEngComm, 2014, 16, 1825–1830 [9] I Alves, G Demazeau, B Tanguy and F Weill, I Alves, G Demazeau, B Tanguy, F Weill, On a new model of the graphitic form of C3N4, Solid State Communications,1999,109(11), 697–701 [10] Saumyaprava Acharya, Satyabadi Martha, Prakash Chandra Sahoo and Kulamani Parida, Glimpses of the modification of perovskite with grapheneanalogous materials in photocatalytic applications, Inorg Chem Front., 2015, 2, 807–823 [11] Ding Z.; Chen X.; Antonietti M.; Wang X., Synthesis of transition metalmodified carbon nitride polymers for selective hydrocarbon oxidation, ChemSusChem,2011,4, 274–281 [12] A Lei, B Qu, W Zhou, Y Wang, Q Zhang, B Zou, Facile synthesis and enhanced photocatalytic activity of hierarchical porous ZnO microspheres,Materials Letters, 2012, 66, 72–75 [13] Liao G Z., Chen S., Quan X., Yu H T., Zhao H M., Graphene oxide modified g-C3N4 hybrid with enhanced photocatalytic capability under visible light irradiation,J Mater Chem.,2012,22, 2721–2726 [14] Huang L., Xu H., Li Y., Li H., Cheng X., Xia J., Xua Y., Cai G., Visible-lightinduced WO3/g-C3N4 composites with enhanced photocatalytic activity, Dalton Trans.,2013,42, 8606–8616 [15] Y J Wang, R Shi, J Lin, Y F Zhu, Enhancement of photocurrent and photocatalytic activity of ZnO hybridized with graphite-like C3N4, Energy & Environmental Science,2011,4, 2922–2929 [16] L M Sun, X Zhao, C J Jia, Y X Zhou, X F Cheng, P Li, L Liu, W L Fan, Enhanced visible-light photocatalytic activity of g-C3N4–ZnWO4 by fabricating a heterojunction: investigation based on experimental and theoretical studies,Journal of Materials Chemistry,2012,22, 23428–23438 [17] Y J Wang, X J Bai, C S Pan, J He, Y F Zhu, Enhancement of photocatalytic activity of Bi2WO6 hybridized withgraphite-like C3N4, Journal of Materials Chemistry,2012,22, 11568–11573 [18] R M Mohamed, D L McKinney, W M Sigmund, Enhanced nanocatalysts,Materials Science and Engineering R,2012,73, 1–13 [19] L Ge, C.C Han, J Liu, Novel visible light-induced g-C3N4/BiO2WO6 composite photocatalysts for efficient degradation of methyl orange, Appl Catal B: Environ 108-109 (2011) 100-107 [20]] J.L Long, W.W Xue, X.Q Xie, Q Gu, Y.G Zhou, Y.W Chi, W.K Chen, Z.X Ding, X.X Wang, Sn2ỵ dopant induced visible-light activity of SnO2 a noparticles for H2 production, Catal Commun 16 (2011) 215–219 [21] R C Dante, P Martin-Ramos, A Correa-Guimaraes, J Martin-Gil, Synthesis of graphitic carbon nitride by reaction of melamine and uric acid, Materials Chemistry and Physics 130, 2011, 1094– 1102 [22] S Wu, H Cao, S Yin, X Liu, X Zhang, Amino acid-assisted hydrothermal synthesis and photocatalysis of SnO2 nanocrystals, J Phy Chem C 113 (2009) 17893-17898 [23] Z Zhang, C Shao, X Li, L Zhang, H Xue, C Wang, Y Liu, Electrospun nanofibers of ZnO-SnO2 heterojunction with high photocatalytic activity, J Phy Chem C 114 (2010) 79207925 [24] Y Zang, L Li, X Li, R Lin, G Li, Synergistic collaboration of gC3N4/SnO2 composites for enhanced visible-light photocatalytic activity, Chem Eng J 246 (2014) 277-286 [25] Yong Wang, Jinshui Zhang, Xinchen Wang, Markus Antonietti, and Haoran Li, and Angew Chem Int Ed 49 (2010) 3356-3359 [26] Wang L., Lou Z., Zhang T., Fan H., Xu X (2011), “Facile synthesis of hierarchical SnO2 semiconductor microspheres for gas sensor application”, Sensors and Actuators B, Vol 155, pp 285–289 [27] Ge J P., Wang J., Zhang H-X., Wang X., Peng Q., Li Y-D (2006), “High ethanol sensitive SnO2 microspheres”, Sensors and Actuators B, Vol 113, pp 937–943 [28] Batzill M., Ulrike D (2005), “The surface and materials science of tin oxide”, Progress in Surface Science, Vol 79, pp 47–154 ... 41 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.Thông tin chung: − Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA COMPOSIT SnO2/g -C3N4 − Mã số đề tài: S2016.389.83 −... 28 2.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 30 3.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TỔNG HỢP ... đánh giá phản ứng phân hủy hợp chất hữu môi trường nước Nội dung nghiên cứu Trong đề tài này, nghiên cứu nội dung sau: − Tổng hợp g -C3N4 − Tổng hợp SnO2 − Tổng hợp composit hai phương pháp: trực