- Rhodamine B:
3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng chế độ nung
Nhiệt độ nung và thời gian nung là 2 yếu tố ảnh hƣởng đến thành phần cấu trúc pha tinh thể trong quá trình điều chế vật liệu. Tăng nhiệt độ và thời gian nung đều ảnh hƣởng tới quá trình chuyển pha của TiO2, đồng thời quá trình kết tụ cũng xảy ra nhanh hơn, góp phần làm tăng kích thƣớc hạt, ảnh hƣởng tới hoạt tính quang xúc tác của vật liệu thu đƣợc.
Để khảo sát ảnh hƣởng của các điều kiện nung, các mẫu vật liệu đƣợc tổng hợp cố định các điều kiện: với tỷ lệ % khối lƣợng Thioure/TiO2 là: 25%, các điều kiện thủy nhiệt tối ƣu, bao gồm nhiệt độ nung : nhiệt độ thủy nhiệt: 1500C; thời gian thủy nhiệt: 2h; áp suất thủy nhiêt: P≈ 27, 8 Mpa ( sử dụng 10ml NH3 30% cho bình thủy nhiệt có dung tích 200ml).
3.2.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung
Các mẫu vật liệu N,S-TiO2 đƣợc tổng hợp theo điều kiện 3.2.3 và cố định thêm: thời gian nung 2h, các mức nhiệt độ nung thay đổi từ 300-6000C.
Kết quả khảo sát hoạt tính quang xúc tác của các mẫu vật liệu này đƣợc trình bày trong bảng 3.5 và hình 3.10.
Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung tới hiệu suất phân hủy RhB của vật liệu N,S- TiO2
Thời gian chiếu sáng (phút)
Hiệu Suất phân hủy RhB(%)
3000C 4000C 5000C 6000C 30(Tối) 2,7 10,7 2,2 5,4 30 42,8 87,1 64,3 54,9 60 63,6 97,6 85,3 77,6 90 76,6 98,8 87,3 81,2 120 85,6 99,4 95,5 92,0
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới hiệu suất phân hủy RhB của vật liệu N,S-TiO2 0C 0C 0C 0 20 40 60 80 100 0 30T 30S 60S 90S 120S H iệu suấ t ph ân hủ y (%)
Thời gian chiếu sáng (phút)
300 400 500 600
Hình 3.11: Ảnh SEM của các mẫu vật liệu N,S-TiO2 tổng hợp tại các nhiệt độ nung khác nhau
Hình 3.10 cho thấy, khi tăng nhiệt độ nung từ 300oC đến 600oC, hiệu suất phân huỷ RhB tăng lên, đạt cực đại ở 4000C, sau đó giảm xuống khi nhiệt độ nung tăng từ 400oC đến 600oC. Nhƣ vậy, nhiệt độ nung mẫu thích hợp là 400oC. Sở dĩ nhƣ vậy là do trong quá trình nung mẫu, vật liệu đã thực hiện quá trình chuyển pha từ dạng vô định hình sang pha anata ở khoảng 3000C đến 4000C và từ pha anata sang pha rutin ở khoảng nhiệt độ trên 5000C. Dự đoán này là phù hợp với kết quả phổ chụp XRD của các mẫu vật liệu nung tại các thời gian khác nhau đƣợc trình bày trên hình 3.12.
Hình 3.12: Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu nung ở nhiệt độ khác nhau
Trên giản đồ XRD của các mẫu bột N,S-TiO2 cho thấy ở nhiệt độ nung thấp 3000C, cấu trúc tinh thể vật liệu chƣa hình thành dạng anatas hay rutin mà chủ yếu từ dạng vô định hình. Khi tăng nhiệt độ nung lên 4000C, trên giản đồ xuất hiện các píc đặc trƣng cho thành phần pha anatas tại vị trí các góc2θ = 25,30 ; 37,80; 48o; 53,90o ; 55o và 62,52o. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ lên 600oC, sự chuyển pha từ anatas sang rutin có thể đã xảy ra, làm giảm cƣờng độ các pic đặc trƣng của pha anatas. Thành phần pha của anatas thấp sẽ làm giảm hoạt tính quang xúc tác của vật liệu.
3.2.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian nung
Các mẫu vật liệu N,S-TiO2 đƣợc tổng hợp theo điều kiện 3.2.3 và cố định thêm: nhiệt độ nung: 4000C. Thời gian nung thay đổi từ 1-4h.
Kết quả khảo sát hoạt tính quang xúc tác của các mẫu vật liệu đƣợc trình bày trong bảng 3.6 và hình 3.13.
Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của thời gian nung tới hiệu suất phân hủy RhB của vật liệu N,S-TiO2
Thời gian chiếu sâng (phút)
Hiệu Suất phân hủy RhB(%)
1h 2h 3h 4h 30(tối) 2,1 10,6 1,7 2,1 30 54,8 87,1 69,9 65,0 60 72,1 97,6 78,2 76,4 90 80,4 98,8 86,2 82,8 120 83,5 99,4 89,0 87,1 0 20 40 60 80 100 0 30T 30S 60S 90S 120S H iệu suấ t ph ân hủ y (%)
Thời gian chiếu sáng (phút)
1h 2h 3h 4h
Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian nung tới hiệu suất phân hủy RhB của vật liệu N,S-TiO2
Hình 3.13 cho thấy, thời gian nung có ảnh hƣởng đến hiệu suất phân hủy RhB. Khi tăng thời gian nung thì hiệu suất phân hủy RhB tăng sau đó lại giảm, đạt cực đại ở thời gian nung là 2h. Khi tăng thời gian nung tại 4000C (1-2h) quá trình chuyển pha từ vô định hình thành anata đạt mức độ tăng dần và khi thời gian nung đạt 2h thì quá trình chuyển pha xảy ra gần nhƣ hoàn toàn. Điều này cũng đƣợc nhận thấy từ kết quả chụp phổ XRD của các mẫu vật liệu đƣợc nung với thời gian khác nhau. Kết quả này đƣợc trình bày trên hình 3.14.
Hình 3.14: Phổ XRD của mẫu vật liệu N,S-TiO2 tổng hợp theo các thời gian nung khác nhau
Thời gian nung kéo dài dẫn tới hiện tƣợng kết tụ làm tăng kích thƣớc hạt, do đó làm giảm hiệu suất quang xúc tác. Kết quả này phù hợp với ảnh SEM thu đƣợc từ các mẫu vật liệu có thời gian nung khác nhau trên hình 3.15.
Hình 3.15: Ảnh SEM của mẫu vật liệu N,S-TiO2 tổng hợp theo các thời gian nung khác nhau
Quá trình khảo sát điều kiện nung thu đƣợc các điều kiện tổng hợp vật liệu tối ƣu nhƣ sau: Nhiệt độ nung: 4000C, thời gian nung: 2h.