6. Cấu trúc luận văn
3.3.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch
Như phân tích ở phần đánh giá hoạt tính xúc tác quang của vật liệu khi thay đổi nồng độ MB và cường độ nguồn sáng, mẫu composit g-C3N4/BaTiO3 10% là tốt nhất trong các mẫu khảo sát. Vì vậy, mẫu này được chọn để khảo sát sự ảnh hưởng của pH dung dịch đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu.
Trong thực tế, pH của dung dịch từ các nguồn khác nhau là không giống nhau. Vì vậy, để khảo sát độ bền cũng như ảnh hưởng của pH môi trường đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu, chúng tôi tiến hành thí nghiệm trong những điều kiện pH khác nhau. Môi trường pH được điều chỉnh các giá trị pH ngay từ đầu bởi các dung dịch HCl 0,1 M và NaOH 0,1 M.
Nhằm đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi pH đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu g-C3N4/BaTiO3 10%, trước hết, điểm điện tích không pHPZC của vật liệu đã được xác định, kết quả được trình bày ở Hình 3.19.
Hình 3.19. Sự phụ thuộc ΔpHi vào pHi nhằm xác định điểm điện tích không pHPZC
của vật liệu g-C3N4/BaTiO3 10%
Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp chuẩn độ đo pH của dung dịch chất điện ly NaCl 0,1 M ở 29 ⁰C. Thể tích dung dịch NaCl 0,1 M là 50 mL, các dung dịch ban đầu được điều chỉnh pHi về các giá trị 2,02; 3,97; 6,08; 8,04; 9,97 và 12,00. Quá trình hấp phụ của vật liệu được tiến hành trong 1,5 giờ. Dung dịch thu được đem lọc bỏ chất rắn và đo lại pHf. Đồ thị ΔpHi = pHi – pHf cắt trục hoành tại giá trị có hoành độ chính là pHPZC, kết quả này được trình bày ở Bảng 3.4.
Từ Hình 3.19 và kết quả từ Bảng 3.4, pHPZC của vật liệu khảo sát là 7,7. Nghĩa là tại pH < pHPZC, bề mặt vật liệu tích điện dương, ngược lại, tại pH > pHPZC, bề mặt vật liệu tích điện âm.
Bảng 3.4. Sự thay đổi giá trị ΔpHi theo pHi
pHi pHf ΔpH= pHi - pHf 2,02 2,94 -0,92 3,97 6,23 -2,26 6,08 7,17 -1,09 8,04 7,79 0,25 9,97 8,29 1,68
Tiếp tục tiến hành khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu trong các môi trường pH khác nhau, kết quả được trình bày ở Hình 3.20.
Hình 3.20. (a) Sự thay đổi C/Co theo thời gian ở các pH đầu khác nhau; (b) Hiệu suất
quang phân hủy với các pH đầu khác nhau
Ảnh hưởng của pH đến quá trình phân hủy MB có thể giải thích dựa vào ảnh hưởng của pH môi trường đến trạng thái tồn tại của phân tử MB cũng như điện tích bề mặt của vật liệu xúc tác.
Trên thực tế MB thường tồn tại ở hai dạng, đó là dạng oxi hóa và dạng khử (Hình 3.21).
(a)
Hình 3.21. Dạng oxi hóa và dạng khử của xanh metylen
Kết quả Hình 3.20 cho thấy g-C3N4/BaTiO3 10% có thể hoạt động hiệu quả trong cả môi trường axit lẫn bazơ.
Theo cân bằng axit - bazơ của MB:
MBH2+ MB + 2H+ (3.5)
Với giá trị pKa thấp (dưới 1), việc phân hủy MB chủ yếu là do sự tồn tại dạng không màu (Leuco metylen) của thuốc nhuộm [15].
Khi pH của dung dịch lớn hơn pHpzc (7,7), khả năng phân hủy MB của vật liệu bắt đầu tăng nhanh và đạt hiệu suất cao nhất tại pH = 11,77. Kết quả này là do lực hút tĩnh điện giữa bề mặt vật liệu hấp phụ tích điện âm và thuốc nhuộm cation tích điện dương [3]. Nồng độ OHˉtăng là nguyên nhân về hiệu quả phân hủy cao đối với MB khi OHˉ có thể trung hòa H+ được tạo ra từ phản ứng quang xúc tác.