Các kết quả nghiên cứu
3.1.2. Nghiên cứu định l−ợng hoạt tính xúc tác quang hĩa của nano TiO 2 trong điều kiện khí hậu Việt Nam.
Để nghiên cứu một cách định l−ợng hoạt tính xúc tác quang hĩa, trong một số nghiên cứu gần đây ng−ời ta đã đánh giá mức độ hoạt tính của xúc tác quang hĩa qua mức độ phân hủy dung dịch xanh methylene (MB). Việc đo sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB đ−ợc thực hiện qua ph−ơng pháp phân tích định l−ợng MB bằng việc đo mật độ quang của dung dịch MB. Tham khảo các tμi liệu trên, nhĩm đề tμi đã áp dụng ph−ơng pháp nμy để nghiên cứu định l−ợng mức độ hoạt tính xúc tác quang hĩa của bột nano TiO2. Trong ph−ơng pháp đo mật độ quang ng−ời ta sẽ phải xác định đ−ờng chuẩn của mối liên hệ giữa mật độ quang D vμ
nồng độ của dung dịch phân tích theo ph−ơng trình của định luật Lambert-Beer: I = I010- εCl
Trong đĩ: I : C−ờng độ chùm ánh sáng đi qua dung dịch; I0 : C−ờng độ chùm sáng tới dung dịch;
ε : Hệ số hấp thụ ánh sáng, đặc tr−ng cho mỗi chất mμu, C: Nồng độ chất mμu trong dung dịch;
l: Chiều dμy của lớp dung dịch hấp thụ ánh sáng, cm.
Nếu lấy logarit ph−ơng trình định luật Beer vμ đổi dấu, thì ph−ơng trình cĩ dạng:
lg ( I0/I ) = ε.C.l
Đại l−ợng lg ( I0/I ) lμ đại l−ợng đặc tr−ng rất quan trọng cho mμu của dung dịch, đ−ợc gọi lμ mật độ quang của dung dịch vμ đ−ợc ký hiệu bằng chữ “ D “:
Từ ph−ơng trình đĩ chúng ta thấy, mật độ quang của dung dịch D tỷ lệ thuận với nồng độ C của chất mμu vμ chiều dμy của lớp dung dịch cần phân tích. Nh− vậy, nếu ta cố định chiều dμy của lớp dung dịch lμ l cm thì trong ph−ơng trình trên chỉ cịn 2 biến lμ D vμ C sẽ cĩ tỷ lệ tuyến tính với nhau, Nếu ta đo đ−ợc D thì sẽ tính ra đ−ợc nồng độ của dung dịch lμ C. Tuy nhiên sự phụ thuộc nμy khơng phải lúc nμo cũng tuyến tính do đĩ trong ph−ơng pháp định l−ợng bằng đo mật độ quang ng−ời ta phải xây dựng đ−ờng chuẩn để tìm ra khoảng nồng độ cĩ tỷ lệ tuyến tính với mật độ quang của dung dịch cần đo. Trong thực tế khi phân tích định l−ợng ta phải khảo sát tr−ớc vμ đ−a nồng độ của dung dịch chất cần đo D vμo vùng cĩ quan hệ tuyến tính mμ đ−ờng chuẩn qui định.
a) Xây dựng đ−ờng chuẩn về mật độ quang của dung dịch MB
Xanh methylen sử dụng lμ loại hĩa chất tinh khiết 99,98%. Tr−ớc khi sử dụng chất mμu nμy đ−ợc sấy trong thời gian 3 giờ ở nhiệt độ 90-100oC đến trọng l−ợng khơng đổi. Sau đĩ lấy ra vμ lμm nguội trong bình hút ẩm.
Bảng 5: Giá trị mật độ quang D của các dung dịch MB từ 0,25 đến 2,5 mM
Dung dịch 1 2 3 4 5 6 C MB, (mM) 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 D 0,105 0,21 0,419 0,629 0,838 1,05 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0.25 0.5 1 1.5 2 2.5 Nồng độ MB (mM) M ậ t độ quang D
Hình 15: Đ−ờng chuẩn mối liên hệ giữa mật độ quang vμ nồng độ của dung dịch MB
Cân chính xác một l−ợng 0,80g xanh methylen trên cân phân tích. Hoμ tan l−ợng xanh methylen vừa cân với n−ớc cất trong bình định mức dung tích 500 ml ta thu đ−ợc dung dịch xanh methylen cĩ nồng độ 5 mM. Từ dung dịch nμy chuẩn bị một loạt dung dịch cĩ nồng độ thấp hơn 0,25mM, 0,5mM, 1,0mM, 1,5mM,
2,0mM, 2,5mM vμ đo mật độ quang của các dung dịch nμy. Sự liên quan giữa nồng độ dung dịch (C) vμ mật độ quang (D) đ−ợc thể hiện ở bảng 5 vμ hình 15. Theo kết quả trên thì mối liên hệ giữa C vμ D chỉ tuyến tính trong khoảng nồng độ từ 0,5 đến 2,5 mM.
b) So sánh định l−ợng hoạt tính xúc tác của các sản phẩm TiO2
Để so sánh hoạt tính xúc tác quang hĩa của bột nano TiO2 điều chế đ−ợc với các sản phẩm cùng loại của n−ớc ngoμi, nhĩm đề tμi đã khảo sát quá trình phân hủy của xúc tác quang hĩa đối với dung dịch MB trong điều kiện ánh sáng tự nhiên tại thμnh phố HCM qua việc phân tích sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB của các dung dịch MB cĩ chứa các loại bột nano TiO2 khác nhau theo thời gian phơi nắng tại thμnh phố HCM. Kết quả nghiên cứu đ−ợc trình bầy tại bảng 6 vμ hình 16.
Bảng 6: Sự suy giảm nồng độ của các dung dịch MB cĩ chứa các mẫu xúc tác quang hĩa khác nhau
Nano TiO2 Degussa P25 (Đức)
Mật độ quang D 1,05 0,53 0,29 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Nồng độ MB (C) mM 2,5 1,25 0,68 0,16 0 0 0 Thời gian (phút) 0 30 60 90 120 150 180 210 240
Nano TiO2 -VIBM (Việt Nam)
Mật độ quang D 1,05 0,71 0,53 0,37 0,21 0,06 0,00 0,00 0,00 Nồng độ MB (C) mM 2,50 1,70 1,25 0,88 0,50 0,15 0,00 0,00 0,00 Thời gian (phút) 0 30 60 90 120 150 180 210 240
Nano TiO2- CBMA (Trung Quốc)
Mật độ quang D 1,05 0,81 0,61 0,47 0,36 0,20 0,11 0,05 0,00 Nồng độ MB (C) mM 2,50 1,92 1,45 1,13 0,85 0,48 0,25 0,13 0,00 Thời gian (phút) 0 30 60 90 120 150 180 210 240
Hình 16: Hoạt tính xúc tác quang hĩa qua sự phân hủy xanh methylene của 3 loại xúc tác: A: nano TiO2- P25 (Degussa); B: nano TiO2-VIBM; C: nano TiO2-CBMA
Kết quả ở bảng 6 vμ hình 16 cho ta thấy rằng hoạt tính xúc tác quang hĩa của cả 3 loại xúc tác trong điều kiện khí hậu Việt Nam đều rất mạnh. Tuy nhiên mạnh nhất lμ nano TiO2 P25 (Degussa) cĩ tốc độ phân hủy chất MB nhanh nhất biểu hiện ở đ−ờng cong suy giảm c−ờng độ (A) cĩ độ dốc lớn nhất vμ chỉ sau 2 h đã phân hủy hoμn toμn l−ợng MB cĩ trong dung dịch. Tiếp theo lμ nano TiO2- VIBM vμ nano TiO2-CBMA cĩ tốc độ phân hủy MB t−ơng đ−ơng nhau thể hiện ở độ dốc gần giống nhau của 2 đ−ờng cong B vμ C. Tuy nhiên điểm tiếp 0 của đ−ờng cong B ở tại 3 giờ cịn điểm tiếp 0 của đ−ờng cong C tại 4 giờ. Kết quả thí nghiệm nμy phù hợp với kết quả phân tích định tính ở mục 3.1.1. Điều nμy khẳng định hoạt tính xúc tác quang hĩa của nano TiO2-VIBM do đề tμi chế tạo cao hơn sản phẩm cùng loại của Trung Quốc.