6. Cấu trúc luận văn
3.2.2.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác quang của mẫu vật liệu g-
Dung lượng hấp phụ của ba mẫu vật liệu composit g-C3N4/BaTiO3 x%: g-C3N4/BaTiO3 5%, g-C3N4/BaTiO3 10%, g-C3N4/BaTiO3 15% theo thời gian được trình bày ở Hình 3.14.
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi dung lượng hấp phụ theo thời gian của ba
mẫu vật liệu g-C3N4/BaTiO3 5%, g-C3N4/BaTiO3 10%, g-C3N4/BaTiO3 15%
Hình 3.14 cho thấy, ở cả ba mẫu vật liệu composit, dung lượng hấp phụ tăng trong 1,5 giờ đầu. Sau 1,5 giờ đầu, giá trị này gần như không thay đổi. Như vậy, thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các composit là sau 1,5 giờ chạy trong bóng tối. Nồng độ của dung dịch MB tại thời điểm này được chọn là C0 – nồng độ bắt đầu để khảo sát hoạt tính xúc tác quang đối với các mẫu vật liệu này.
3.2.2.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác quang của mẫu vật liệu g-C3N4/BaTiO3 x% x%
g-C3N4/BaTiO3 5%, g-C3N4/BaTiO3 10% và g-C3N4/BaTiO3 15% được so sánh với hai mẫu vật liệu tiền chất là BaTiO3, g-C3N4 (ở cùng điều kiện khảo sát) được trình bày ở Hình 3.15.
Hình 3.15. Đồ thị sự phụ thuộc C/Co của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng của
BaTiO3 , g-C3N4 và composit g-C3N4/BaTiO3 x%
(nồng độ MB 5 mg/L; đèn 220V - 60W)
Từ Hình 3.15 cho thấy, mẫu g-C3N4/BaTiO3 10% có hoạt tính xúc tác cao nhất. Sau 7 giờ chiếu sáng, sự phân hủy xanh metylen trên mẫu này đạt 72,25%, giá trị này cao hơn nhiều so với mẫu g-C3N4/BaTiO3 5% ( đạt 60,18%) và mẫu g-C3N4/BaTiO3 15% ( đạt 47,08%).
Kết quả này cho thấy rằng, các vật liệu composit đều có hoạt tính quang xúc tác vượt trội so với vật liệu BaTiO3 và g-C3N4 riêng lẻ. Điều này là do tác dụng hiệp trợ của g-C3N4 và BaTiO3 đã làm tăng hoạt tính xúc tác của vật liệu composit. Sự hiện diện của BaTiO3 trong composit đã khắc phục được nhược điểm tái kết hợp electron – lỗ trống quang sinh thường xảy ra đối với hai chất bán dẫn tinh khiết g-C3N4 và BaTiO3, vì vậy làm tăng hoạt tính xúc tác quang
của vật liệu composit. Mặt khác, do mức độ phân tán BaTiO3 trong mỗi composit là khác nhau nên hiệu suất phân hủy MB đối với mỗi mẫu composit cũng khác nhau.
Động học của quá trình xúc tác quang và hằng số tốc độ của phản ứng phân hủy MB cũng là một tiêu chí quan trọng để đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu. Để thực hiện đánh giá này, chúng tôi áp dụng mô hình Langmuir – Hinshelwood với phương trình:
0
C
ln = kKt = k't
C
Với k’ là một hằng số tỉ lệ biểu thị cho mức độ chuyển hóa MB.
Hình 3.16 biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính của ln(Co/C) vào thời gian phản ứng của các mẫu BaTiO3, g-C3N4 và composit g-C3N4/BaTiO3 ở tỉ lệ tiền chất khác nhau.
Hình 3.16. Sự phụ thuộc của giá trị ln(Co/C) vào thời gian t (giờ) theo mô hình
Langmuir – Hinshelwood của mẫu BaTiO3, g-C3N4 và composit g-C3N4/BaTiO3 x%
xác định được hằng số tốc độ phản ứng k tương ứng với quá trình xúc tác của từng mẫu được thống kê ở Bảng 3.3.
Bảng 3.3. Hằng số tốc độ của vật liệu BaTiO3, g-C3N4 và g-C3N4/BaTiO3 ở các tỉ lệ
Hằng số tốc độ k Hệ số tương quan R2 g-C3N4/BaTiO3 5% 0,1327 0,998 g-C3N4/BaTiO3 10% 0,1785 0,9971 g-C3N4/BaTiO3 15% 0,0959 0,9576 BaTiO3 0,0778 0,9982 g-C3N4 0,0477 0,9763
Sự phân hủy MB của các vật liệu composit tuân theo phương trình động học bậc 1, với hệ số hồi quy khá cao R2 ≥ 0,9576. Từ các giá trị thu được cho thấy, các composit g-C3N4/BaTiO3 có tốc độ phân hủy MB nhanh hơn so với các mẫu BaTiO3 và g-C3N4 riêng lẻ. Đặc điểm này thể hiện rõ nét nhất ở mẫu g-C3N4/BaTiO3 10%, tốc độ phân hủy MB của mẫu này gấp 2,29 lần so với mẫu BaTiO3 và gấp 3,74 lần so với mẫu g-C3N4. Cũng từ kết quả này cho biết, tốc độ phân hủy MB là nhanh nhất đối với vật liệu g-C3N4/BaTiO3 10% gấp 1,35 lần vật liệu g-C3N4/BaTiO3 5% và gần gấp 1,86 lần vật liệu g- C3N4/BaTiO3 15%. Kết quả này khẳng định, composit hình thành từ tỉ lệ tiền chất g-C3N4/BaTiO3 10% là tốt nhất trong 3 mẫu khảo sát để tăng cường hoạt tính xúc tác quang của vật liệu.