Mọi quỏ trỡnh biến đổi húa học hay húa lý xảy ra luụn kốm theo hiệu ứng nhiệt (∆H). Bằng một cặp pin nhiệt điện vi phõn và điện kế thế, người ta đo được sự chờnh lệch nhiệt độ giữa hai loại vật liệu được đốt núng trong điều kiện như nhau. Một trong hai loại vật liệu đú trơ về nhiệt (vật liệu thường dựng là α - Al2O3) và vật liệu kia là mẫu thớ nghiệm cần xỏc định. Thụng thường người ta biểu diễn kết quả bằng cỏch ghi hiệu ứng nhiệt trờn trục tung, trục hoành là nhiệt độ nung. Trờn giản đồ phõn tớch nhiệt, khi cú hiệu ứng tỏa nhiệt thỡ xuất hiện pic tỏa nhiệt với đỉnh pic hướng lờn, ngược lại hiệu ứng thu nhiệt cho pic hướng xuống. Lỳc đường biểu diễn bắt đầu lệch khỏi đường thẳng nằm ngang được coi là lỳc bắt đầu của phản ứng, cỏc điểm dừng nhiều nhất ở phớa cuối chứng tỏ sự kết thỳc phản ứng. Dựa vào đường cong nhiệt vi sai cựng với đường TGA, người ta cú thể dự đoỏn được cỏc phản ứng xảy ra trong pha rắn ở cỏc nhiệt độ nung khỏc nhau cũng như quỏ trỡnh chuyển pha.
vi. Phương phỏp khảo sỏt hoạt tớnh quang xỳc tỏc của CeO2
Trong bài luận văn tốt nghiệp này chỳng tụi đó thử hoạt tớnh quang xỳc tỏc của vật liệu nano CeO2 tổng hợp được thụng qua khả năng phõn hủy dung dịch Methylen blue (Xanh metylen).
Methylen blue là một hợp chất dị vũng thơm cú CTPT là C16H18ClN3S. Ở nhiệt độ phũng Methylen blue dường như là một chất đặc, khụng mựi, bột màu xanh đen. Khi hũa tan trong nước sẽ cho ra dung dịch màu xanh (hỡnh 1.15). Dạng hidrate cú ba phõn tử nước/một phõn tử Methylenen blue. Methylen blue khụng nờn nhầm với methyl blue, một chất nhuộm mụ và cũng khụng phải methyl violets thường dựng như một chất chỉ thị pH.
Theo danh phỏp quốc tế (INN) Methylen blue cú tờn gọi là Methyl thioninium chloride và cú cụng thức cấu tạo là:
Hỡnh 1.15. Phõn tử Methylenen blue
Khối lượng mol: 319,85 g/mol; Nhiệt độ núng chảy: 100 – 110oC.
Methylen blue hấp thụ bước súng cực đại ở 665 nm. Methylen blue dễ bị phõn hủy dưới tỏc dụng của ỏnh sỏng làm giảm nồng độ. Vỡ vậy trong quỏ trỡnh bảo quản cũng như tiến hành thớ nghiệm cần chỳ ý trỏnh để Xanh Metylen tiếp xỳc với ỏnh sỏng.
Hỡnh 1.16. Bỡnh định mức dung dịch Xanh metylen
Hoạt tớnh quang húa xỳc tỏc của CeO2 được chỳng tụi đỏnh giỏ qua hiệu suất phản ứng phõn hủy quang xỳc tỏc Methylen blue (MB). Xỏc định sự suy giảm nồng độ dung dịch MB bằng việc đo độ hấp thụ quang của dung dịch tại cỏc thời điểm khỏc nhau. Độ hấp thụ quang của dung dịch tuõn theo định luật Bughe – Lambe – Bia:
C l I I A l o .. log =ε = Trong đú:
A: Độ hấp thụ quang của dung dịch (Mật độ quang) C: Nồng độ dung dịch (mol/l, mg/l)
l: Chiều dày lớp dung dịch (cm)
ε: Hệ số hấp thụ phõn tử, phụ thuộc vào bản chất của chất màu và bước súng của ỏnh sỏng tới (l.cm−1.mol−1)
Io, Il: Cường độ tia sỏng ban đầu và sau khi đi qua mẫu.
Theo định luật Bughe – Lambe – Bia, độ hấp thụ quang của dung dịch phụ thuộc tuyến tớnh vào nồng độ dung dịch. Do đú, để xỏc định sự suy giảm nồng độ dung dịch MB tại cỏc thời điểm khỏc nhau, trước tiờn cần phải lập phương trỡnh đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ dung dịch phõn tớch C.
Đo độ hấp thụ quang của dung dịch MB tại cỏc thời điểm khỏc nhau, ta thu được cỏc giỏ trị Ax.
Dựa vào phương trỡnh đường chuẩn ta tớnh được cỏc giỏ trị Cx. Đú chớnh là nồng độ của dung dịch MB tại thời điểm cõn bằng. Từ đú tớnh hiệu suất phản ứng phõn hủy quang xỳc tỏc MB H (%) theo cụng thức sau:
Trong đú:
Co: là nồng độ của dung dịch Xanh metylen ban đầu (ppm)
Ccb: là nồng độ dung dịch Xanh metylen tại thời điểm cõn bằng (ppm)
% 100 (%)= − ì O cb O C C C H ) . . )( . . (lcm−1 mol−1 cmmoll−1
1.7. Nguyờn lý xỳc tỏc quang húa [1, 2, 4, 18]
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của CeO2 cú kớch thước nanomet đang được cỏc nhà nghiờn cứu chỳ ý đến trong những năm gần đõy là làm sạch mụi trường thụng qua phản ứng quang xỳc tỏc.
Năm 1930, khỏi niệm quang xỳc tỏc ra đời. Trong hoỏ học nú dựng để núi đến những phản ứng xảy ra dưới tỏc dụng đồng thời của ỏnh sỏng và chất xỳc tỏc, hay núi cỏch khỏc, ỏnh sỏng chớnh là nhõn tố kớch hoạt chất xỳc tỏc, giỳp cho phản ứng xảy ra. Khi cú sự kớch thớch của ỏnh sỏng, trong chất bỏn dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và cú sự trao đổi electron giữa cỏc chất bị hấp phụ, thụng qua cầu nối là chất bỏn dẫn. Bằng cỏch như vậy, chất xỳc tỏc quang làm tăng tốc độ phản ứng quang húa, cụ thể là tạo ra một loạt quy trỡnh giống như phản ứng oxy hoỏ - khử và cỏc phõn tử ở dạng chuyển tiếp cú khả năng oxy hoỏ - khử mạnh khi được chiếu bằng ỏnh sỏng thớch hợp.