6. Cấu trỳc luận văn
2.6. Động học quang xỳc tỏc
Tiến hành khảo sỏt khả năng phõn hủy của TC (10 mg/L). Sau khi khuấy t (giờ) trong búng tối để quỏ trỡnh hấp phụ - khử hấp phụ đạt cõn bằng, với lượng xỳc tỏc là 100 mg và thể tớch TC là 200 mL dưới nguồn sỏng đốn LED (220V-30W) trong khoảng thời gian là 3 giờ. Chất xỳc tỏc dựng trong nghiờn cứu này là GB-10. Xỏc định sự phụ thuộc của ln(Co/C) vào thời gian phản ứng t để tỡm quy luật động học.
Phản ứng phõn hủy xỳc tỏc dị thể thường tuõn theo mụ hỡnh động học Langmuir – Hinshelwood. Theo mụ hỡnh này, tốc độ phản ứng xỳc tỏc dị thể (r) tỉ lệ với phần diện tớch bề mặt bị che phủ bởi chất phản ứng () theo phương trỡnh: r = k = k KC 1 + KC (2.8) Trong đú C là nồng độ chất phản ứng, k là hằng số tốc độ phản ứng, K là hằng số cõn bằng hấp phụ của chất phản ứng trờn bề mặt xỳc tỏc. Đối với cỏc dung dịch loóng C rất bộ (C < 10-3 M), KC << 1 nờn phương trỡnh (3.1)
cú dạng:
r = k = kKC = k’C = -dC/dt (2.9)
Trong đú k’ được xem như hằng số tốc độ biểu kiến. Từ đú suy ra: ln C0
C
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc trưng vật liệu và khảo sỏt hoạt tớnh quang xỳc tỏc của g-C3N4
3.1.1. Đặc trưng vật liệu g-C3N4
3.1.1.1. Màu sắc của vật liệu g-C3N4
Ảnh chụp màu sắc của mẫu urea và vật liệu g-C3N4 tổng hợp bằng phương phỏp nhiệt phõn urea ở 530 oC được trỡnh bày ở Hỡnh 3.1.
Hỡnh 3. 1Ảnh chụp urea (a) và vật liệu g-C3N4 (b)
Kết quả ở Hỡnh 3.1 cho thấy: urea cú màu trắng, cũn vật liệu g-C3N4 tổng hợp cú màu vàng nhạt. Điều này cho thấy vật liệu g-C3N4 cú khả năng hấp thụ photon ỏnh sỏng trong vựng khả kiến.
3.1.1.2. Phương phỏp nhiễu xạ tia X
Vật liệu g-C3N4 được tổng hợp từ tiền chất urea trong điều kiện nung yếm khớ ở 530 oC được đặc trưng bằng phương phỏp nhiễu xạ tia X. Kết quả được trỡnh bày ở Hỡnh 3.2.
Hỡnh 3. 2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu g-C3N4
Kết quả ở Hỡnh 3.2 cho thấy: giản đồ nhiễu xạ tia X đặc trưng của vật liệu g-C3N4 xuất hiện đỉnh nhiễu xạ cú cường độ mạnh tại vị trớ gúc 2θ bằng 27,4o là do sự sắp xếp của cỏc hệ thống liờn hợp thơm, tương ứng với mặt tinh thể (002), đỉnh nhiễu xạ cú cường độ thấp hơn ở vị trớ gúc 2θ là 13,1o là do sự sắp xếp tuần hoàn cỏc đơn vị tri-s-triazin,tương ứng với mặt tinh thể (100) [48]. Như vậy phương phỏp nhiễu xạ tia X đó xỏc nhận sự cú mặt của cỏc đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trỳc của chất bỏn dẫn hữu cơ g-C3N4 tổng hợp từ urea bằng phương phỏp nhiệt pha rắn.
3.1.1.3. Phương phỏp phổ hồng ngoại
Cỏc đặc điểm liờn kết trong vật liệu g-C3N4 được khảo sỏt bởi phổ hồng ngoại, kết quả được trỡnh bày ở Hỡnh 3.3. Từ kết quả ở Hỡnh 3.3 cho thấy, xuất hiện cỏc đỉnh phổ cú cường độ mạnh ở cỏc tần số đặc trưng của cỏc dao động liờn quan đến cỏc liờn kết húa học giữa cacbon và nitơ. Đỉnh hấp thụ ở 813,96 cm-1 tương ứng với dao động đặc trưng của liờn kết C–N vũng thơm của đơn vị triazin. Một số pic cú cường độ mạnh trong khoảng 1462,04 – 1240,23 cm-1 cũng được cho là cỏc dao động húa trị của liờn kết C–N ngoài vũng thơm. Pic ở 1631,78 và 1571,99 cm-1 là dao động húa trị của liờn kết
C=N. Cỏc dải hấp thụ cú đỉnh ở 3425,58 cm-1 là dao động của cỏc amin thứ cấp (melem) và sơ cấp (melamin) do sự hỡnh thành liờn kết hidro giữa cỏc phõn tử của chỳng. Kết quả này phự hợp với tài liệu đó cụng bố [52], [43]. Như vậy phổ IR đó chỉ ra sự cú mặt đầy đủ của cỏc liờn kết trong vật liệu g-C3N4. Kết quả này cũng phự hợp với cỏc dữ liệu thu được từ giản đồ XRD.
Hỡnh 3. 3 Phổ hồng ngoại của vật liệu g-C3N4
3.1.1.4. Phương phỏp phổ phản xạ khuếch tỏn tử ngoại-khả kiến
Để đỏnh giỏ khả năng hấp thụ bức xạ của g-C3N4, vật liệu này được đặc trưng bằng phương phỏp phổ phản xạ khuếch tỏn tử ngoại- khả kiến, kết quả được trỡnh bày ở Hỡnh 3.4.Kết quả phổ hấp thụ UV-Vis trạng thỏi rắn của vật liệu g-C3N4 ở Hỡnh 3.4a cho thấy: cú một dải hấp thụ bắt đầu từ vựng tử ngoại trải dài sang vựng nhỡn thấy đến bước súng khoảng 500 nm. Giỏ trị năng lượng vựng cấm của g-C3N4 được xỏc định theo hàm Kubelka-Munk khoảng 2,78 eV (Hỡnh 3.4b). Kết quả này phự hợp với một số tài liệu đó cụng bố [14], [52]. Đặc điểm này cú một ý nghĩa rất quan trọng, điều này cho thấy rằng, g-C3N4 là vật liệu cú khả năng tham gia phản ứng quang xỳc tỏc trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy.
Hỡnh 3. 4 Phổ UV-Vis mẫu rắn (a) và đồ thị sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo theo năng lượng ỏnh sỏng bị hấp thụ của vật liệu g-C3N4 (b)
3.1.1.5. Phương phỏp kớnh hiển vi điện tử quột
Ảnh vi cấu trỳc của vật liệu g-C3N4 đó tổng hợp được đặc trưng bằng phương phỏp hiển vi điện tử quột. Kết quả được trỡnh bày ở Hỡnh 3.5. Kết quả ảnh SEM của vật liệu g-C3N4 cho thấy, vật liệu cú cấu trỳc gần như dạng lớp gồm cỏc hạt kết dớnh lại với nhau thành từng cụm.
Hỡnh 3. 5 Ảnh SEM của vật liệu g-C3N4