Để xác định thành phần pha cấu trúc tinh thể của vật liệu bent , chúng tôi tiến hành chụp XRD các mẫu bent theo các tỉ lệ mol khác nhau .
Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu Bent; Bent-TiO2-FeNS theo các tỷ lệ khác nhau
Bảng 3.6. Kích thước hạt TiO2 và tỷ lệ pha A/R theo tỷ lệ Bentonite
Mẫu Kích thƣớc hạt pha A (nm) Tỷ lệ pha A (%) Tỷ lệ pha R (%)
49
Bent 0.5 3.93 100 -
Bent 1 5.03 100 -
Bent 1.5 3.65 100 -
Chú thích: Kích thước hạt và tỷ lệ pha A được tính từ pic 2θ = 25,26o
Từ giản đồ hình 3.5 ta thấy xuất hiện các pic đặc trƣng cho pha anastas của TiO2 tại vị trí góc nhiễu xạ 2θ = 25,26o ; 37,78o; 38,56o ; 48,00o; 53,90o. Ngoài ra còn xuất hiện các pic đặc trƣng cho thành phần của Bentonit tại vị trí 2θ = 6o đặc trƣng cho thành phần Montmorillonite và tại vị trí góc nhiễu xạ 2θ = 26.700 đặc trƣng cho thành phần Quartz.
Kết quả trên giản đồ cho thấy sau khi chống, Bentonit có khoảng cách lớp cơ bản tăng từ d=7.432 Å lên đến d =15.405Å ở góc nhiễu xạ 2θ = 6o. Chứng tỏ vật liệu Bentonite đã đƣợc chống thành công bằng Ti pha tạp N, S, Fe.
So sánh với kích thƣớc hạt TiO2-450 (4.96 nm),ta thấy TiO2 mang trên Bentonite có kích thƣớc giảm khá nhiều (bảng 3.6). Tuy nhiên, khi thay đổi hàm lƣợng bentonit thì kích thƣớc hạt không thay đổi nhiều. Điều này có thể đƣợc giải thích là khi phân tán các hạt TiO2 trên bề mặt Bentonit, TiO2 đi vào các lớp của Bentonite, trong quá trình nung định hình cột chống đã làm giảm cơ hội tích tụ của các hạt nano, dẫn đến kích thƣớc hạt giảm nhƣng không nhiều.
3.2.2. Kết quả phổ UV- VIS
Nhƣ chúng ta biết TiO2 có năng lƣợng vùng cấm khá cao 3,25 eV, do đó đặc tính quang xúc tác của nó chủ yếu thể hiện trong vùng tử ngoại UV. Việc pha tạp Fe, N, S chống bent vào nhằm mục đích hạ thấp năng lƣợng vùng cấm, kéo dài sự hấp thụ ánh sáng của TiO2 về vùng VIS, kết quả chúng tôi thu đƣợc nhƣ sau:
50
Hình 3.6. a) Phổ UV-VIS của Bent chống Ti pha tạp Fe, N, S b) Năng lượng vùng cấm TiO2 trên Bent chống Ti pha tạpFe, N, S
Kết quả phổ UV-VIS cho thấy khi phân tán TiO2 pha tạp Fe, N, S thì sự hấp thụ ánh sáng chuyển dịch nhanh về vùng khả kiến, khi tăng hàm lƣợng bentonite tƣơng ứng với sự giảm năng lƣợng vùng cấm của TiO2.
Theo một số nghiên cứu, trong phổ hấp thụ UV-Vis, đỉnh hấp thụ ứng với bƣớc sóng 210 nm đặc trƣng cho sự tồn tại của Titan nằm trong mạng Bentonite (ở dạng tứ diện TiO4), còn đỉnh hấp thụ ứng với bƣớc sóng 300 nm đặc trƣng cho sự tồn tại của Titan nằm ngoài mạng lƣới Bentonite (dạng anatase) [46]. Đồng thời, phổ hấp thụ UV-Vis (Hình 3.6 a) chỉ ra rằng, các mẫu xúc tác Bent 0.5; Bent 1; Bent 1.5 có cả Titan nằm ngoài mạng lƣới Bent có cấu trúc tinh thể kiểu anatase và có cả Titan nằm trong mạng lƣới Bent ở dạng tứ diện TiO4. Điều này khẳng định một lần nữa, Ti đã xen giữa các lớp Bentonite tạo nên cột chống.
Do hoạt tính xúc tác của TiO2 phụ thuộc nhiều vào năng lƣợng vùng cấm, kích thƣớc hạt, diện tích bề mặt tiếp xúc nên từ các kết quả của phổ XRD và phổ UV- VIS có thể nhận định rằng Bent 1 sẽ có hoạt tính xúc tác tốt nhất.
3.2.3. Kết quả phổ tán xạ năng lƣợng EDX
51
Để kiểm tra sự có mặt của Fe, N và S có mặt trong vật liệu chống Ti chúng tôi tiến hành chụp EDX tại 3 điểm khác nhau trên bề mặt của mẫu Bent-Ti-FeNS-450 (Bent 1), kết quả thể hiện trên hình 3.7 và trong bảng 3.7 .
Hình 3.7. Phổ EDX của mẫu Bent- TiO2-FeNS-450 (Bent 1)
Bảng 3.7. Kết quả thành phần nguyên tố của mẫu vật liệu Bent-TiO2- FeNS-450(Bent 1) Bent –TiO2- FeNS -450 Nguyên tố (% khối lƣợng) N O Al Si S K Ca Ti Fe Tổng 01 0.16 52.2 2.46 5.9 0.45 0.85 0.89 35.42 1.49 100.00 02 0.18 50.73 2.37 4.12 0.48 2.83 0.72 37.33 1.22 100.00 03 0.21 49.55 2.53 5.99 0.55 1.01 1.02 38.05 1.09 100.00 Qua ảnh phổ chúng ta thấy xuất hiện pic tại 2.307 Kev đặc trƣng cho S và pic tại 0.392 KeV đặc trƣng cho N và pic 6.45 KeV đặc trƣng cho Fe. Bảng 3.6 chỉ ra rằng phần trăm khối lƣợng của N trong mẫu Bent-TiO2-FeNS-450 dao động từ 0.16 đến 0.21% về khối lƣợng cho thấy sự phân bố của N khá đồng đều trong mẫu. Tƣơng tự phần trăm khối lƣợng của S trong mẫu Bent-TiO2-FeNS-450 dao động từ 0.45 đến 0.55% và phần trăm khối lƣợng của Fe trong mẫu Bent-TiO2-FeNS-450 dao động từ 1.09 đến 1.49% về khối lƣợng cho thấy sự phân bố của S và Fe khá đồng đều trong mẫu.
52