3.2.2.1. Xác định thời gian cân bằng hấp phụ của các vật liệu composite ANT-x-1 với RhB
Sự thay đổi nồng độ RhB theo thời gian do sự hấp phụ của các composite ANT-x-1 được trình bày ở Bảng 3.4.
Bảng 3. 4. Giá trị dung lượng hấp phụ thay đổi theo thời gian của các vật liệu composite ANT-x-1 (x = 5, 7, 10 và 13)
Thời gian (phút)
Dung lượng hấp phụ q (mg/g)
ANT-5-1 ANT-7-1 ANT-10-1 ANT-13-1
0 0 0 0 0 30 0,68 0,71 0,65 0,72 60 1,08 1,18 1,08 1,21 90 1,41 1,39 1,42 1,50 120 1,54 1,41 1,45 1,52 150 1,53 1,43 1,44 1,53 180 1,53 1,45 1,43 1,52 210 1,55 1,42 1,47 1,54
Từ Bảng 3.4, đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ của các vật liệu composite ANT-x-1 theo thời gian được thể hiện ở Hình 3.13.
Hình 3. 13. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian của các vật liệu composite ANT-x-1 (x = 5, 7, 10 và 13)
Kết quả ở Hình 3.13 cho thấy, dung lượng hấp phụ RhB trên vật liệu ANT-x-1 tăng trong 90 phút đầu. Sau 90 phút, hầu như dung lượng hấp phụ không thay đổi. Như vậy, thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các vật liệu composite ANT-x-1 là 90 phút. Do đó, chúng tôi chọn nồng độ của dung dịch RhB tại thời điểm 90 phút là nồng độ đầu để khảo sát hoạt tính xúc tác quang của các vật liệu composite ANT-x-1.
3.2.2.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composite ANT-x-1
Để đánh giá hoạt tính quang xúc tác của các composite ANT-x-1 tổng hợp được, thí nghiệm phân hủy RhB với nồng độ 10 mg/L, chiếu sáng bằng đèn led được tiến hành. Kết quả độ chuyển RhB được trình bày ở Hình 3.14
Hình 3. 14. Đồ thị sự phụ thuộc giá trị C/C0 của RhB theo thời gian chiếu sáng của các vật liệu composite ANT-x-1
Kết quả ở Hình 3.14 cho thấy rằng, khi so sánh bốn mẫu vật liệu biến tính ở các tỉ lệ khác nhau, mẫu ANT-10-1 có hoạt tính quang xúc tác cao nhất. Sau 3 giờ phản ứng độ chuyển hóa của RhB trên mẫu ANT-10-1 đạt 64,10%. Trong khi đó, đối với mẫu ANT-5-1, độ chuyển hóa RhB đạt 50,15%, mẫu ANT-7-1, đạt 56,67%, mẫu ANT-13-1, đạt 58,45% ở cùng thời gian khảo sát. Kết quả cho thấy, hầu hết các vật liệu composite Ag3VO4/N-TiO2 đều thể hiện hoạt tính cao hơn so với vật liệu tinh khiết. Điều này được giải thích là
do tốc độ tái tổ hợp cặp điện tử - lỗ trống quang sinh đã giảm đáng kể. Nguyên nhân là do sự có mặt của Ag3VO4 trong vật liệu, làm gia tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến của vật liệu để tạo cặp điện tử - lỗ trống quang sinh đồng thời sự có mặt của N-TiO2 đã làm giảm sự tái tổ hợp cặp điện tử - lỗ trống quang sinh trên vật liệu Ag3VO4. Chính đặc điểm này làm cho vật liệu composite phân hủy dung dịch RhB cũng như duy trì hoạt tính quang xúc tác của chúng theo thời gian, nhất là vật liệu composite ANT-10-1.
Khi so sánh độ chuyển hóa RhB trên các vật liệu composite ở các tỉ lệ khối lượng Ag3VO4/N-TiO2 khác nhau cho thấy, khi tăng hàm lượng Ag3VO4
thì hoạt tính quang xúc tác của các composite giảm có thể do điện tử quay lại vùng hóa trị của Ag3VO4 lớn (do không đủ lượng N-TiO2 bắt giữ các điện tử từ vùng dẫn của Ag3VO4), khi đó chúng sẽ tái tổ hợp với lỗ trống của Ag3VO4, dẫn đến hoạt tính quang xúc tác giảm đối với vật liệu ANT-13-1. Kết quả này cho thấy, việc lựa chọn một hàm lượng chất phù hợp để tổng hợp vật liệu composite là yếu tố quan trọng để làm tăng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu. Từ kết quả này, tỉ lệ khối lượng Ag3VO4:N-TiO2 là 10 :1 được xem là tỉ lệ thích hợp trong vùng khảo sát để tổng hợp composite.