Trong thí nghiệm này, chúng tôi giữ cố định lượng vật liệu xúc tác Mn(1%)- ZnO là 200 mg, thể tích dung dịch xanh metylen 10ppm là 100 ml và thay đổi pH dung dịch lần lượt bằng 6, 7, 8, 9, 10, 11. Tiến hành phản ứng quang xúc tác xử lý xanh metylen theo quy trình 2.3.4. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.3 và hình 3.6.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý xanh metylen
pH Thời gian (phút) 30 60 90 120 150
6
ABS 1,610 1,140 0,768 0,578 0,500
[xanh metylen]sau 7,42 5,24 3,52 2,64 2,28
Hiệu suất (%) 25,8 47,6 64,8 73,6 77,2
7
ABS 1,450 1,043 0,738 0,522 0,395
[xanh metylen]sau 6,68 4,79 3,38 2,38 1,79
Hiệu suất (%) 33,2 52,1 66,2 76,2 82,1
8
ABS 1,425 0,885 0,598 0,427 0,351
[xanh metylen]sau 6,56 4,06 2,73 1,94 1,59
Hiệu suất (%) 34,4 59,4 72,7 80,6 84,1
9
ABS 1,183 0,796 0,574 0,394 0,254
[xanh metylen]sau 5,44 3,65 2,62 1,79 1,14
54
10
ABS 0,500 0,368 0,211 0,148 0,088
[xanh metylen]sau 2,28 1,67 0,94 0,65 0,37
Hiệu suất (%) 77,2 83,3 90,6 93,5 96,3
11
ABS 0,960 0,511 0,369 0,250 0,200
[xanh metylen]sau 4,41 2,33 1,67 1,12 0,89
Hiệu suất (%) 55,9 76,7 83,3 88,8 91,1
Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất xử lý xanh metylen
Từ kết quả bảng 3.3 và hình 3.6 ta thấy: khi pH của dung dịch tăng từ 6 đến 10, hiệu suất xử lý xanh metylen tăng (từ 77,2% đến 96,3% tương ứng với thời gian phản ứng là 150 phút). Nhưng khi pH tăng đến 11 thì hiệu suất xử lý lại giảm (từ 96,3% xuống 91,1%). Theo chúng tôi, kết quả này có thể do hai nguyên nhân:
55
Nguyên nhân thứ nhất: Bề mặt của vật liệu ZnO pha tạp 1% Mn trong nước luôn
tích điện, đặc trưng cho tính chất này là điểm đẳng điện (pHpzc), đó là điểm mà tại một
pH của dung dịch nào đó thì bề mặt trung hòa về mặt điện tích. Theo Priti Bansal và cộng sự [26], điểm đẳng điện của bề mặt ZnO nằm trong khoảng pH = 9 ± 0,3. Khi pH
dung dịch cao hơn hoặc thấp hơn điểm đẳng điện (pHpzc) thì bề mặt của ZnO tích điện
âm hay dương:
ZnOH + H+ → ZnOH2+ (pH<9,3)
ZnOH + OH− → ZnO− +H2O (pH>9,3)
Khi pH của dung dịch là 10 thì bề mặt của ZnO mang điện tích âm, trong khi đó xanh metylen là một thuốc nhuộm cation nên nó đươc ưu tiên hấp phụ lên bề mặt tích điện âm của vật liệu. Điều này làm tăng tốc độ phân hủy quang xúc tác của xanh
metylen. Tuy nhiên nếu pH quá cao so với điểm đẳng điện thì nồng độ OH- sẽ vượt
một ngưỡng nào đó làm giảm tốc độ phản ứng, điều này có thể do khi lượng xanh metylen bị hấp phụ trên bề mặt xúc tác quá lớn gây ra hiện tượng cản quang làm giảm hoạt tính xúc tác.
Nguyên do thứ hai: giá trị pH cao hơn có thể cung cấp nhiều ion hiđroxyl để
phản ứng với h+ tạo ra OH·, một tác nhân làm tăng tốc độ phân hủy quang xúc tác.
Qua việc phân tích kết quả trên, chúng tôi lựa chọn pH = 10 để làm pH tối ưu cho các khảo sát về sau.