6. Cấu trúc luận văn
3.2.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu compositeTiO 2/g-C3N4
TiO2/g-C3N4
Hoạt tính xúc tác quang của các vật liệu sau khi tổng hợp được khảo sát bởi sự phân hủy của dung dịch RhB nồng độ 30 mg/L dưới điều kiện ánh sáng đèn sợi đốt vonfram công suất 60 W (độ rọi trung bình 150 Lux). Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C0 theo thời gian được trình bày ở các Hình 3.7.
Hình 3.7. Sự thay đổi nồng độ của RhB theo thời gian phản ứng trên vật liệu g-C3N4, TiO2, TN-0.25, TN-0.5, TN-1, TN-1.5, TN-2
Kết quả cho thấy sau 6 giờ chiếu đèn, ban đầu hiệu suất chuyển hóa RhB tăng dần và đạt cực đại ở mẫu TN-1, sau đó giảm dần. Cụ thể các mẫu vật liệu composite cho hiệu suất phân hủy lần lượt là TN-0.25 (56,9%), TN-0.5 (61,7%), TN-1 (86%), TN-1.5 (61,4%) và TN-2 (57,6%). Sự thay đổi hiệu suất chuyển hóa RhB của các mẫu TN hoàn toàn phù hợp với giá trị Eg thu được như trên. Hơn nữa, theo chúng tôi, khi thể tích TiCl4 tăng dần (lượng TiO2 trong composite) tăng lên, nghĩa là số tâm hoạt động trên bề mặt xúc tác tăng và hoạt tính xúc tác vật liệu tăng. Tuy nhiên, khi lượng TiCl4 quá lớn (V > 1 mL), có thể dễ xảy ra quá trình kết tụ đám của các hạt TiO2 trên bề mặt composite, đồng thời kích thước hạt TiO2 tăng. Như các nghiên cứu trước đây
kích thước hạt là các yếu tố quan trọng của hoạt tính xúc tác quang của vật liệu [2].
Để so sánh tốc độ phân hủy của dung dịch RhB bằng các chất xúc tác quang khác nhau, động học của phản ứng quang xúc tác đã được nghiên cứu theo mô hình Langmuir-Hinshelwood, được biểu diễn:
Phương trình động học được áp dụng:
ln(C0/Ct) = kapp∙t hoặc Ct = C0exp(-kapp∙t)
Trong đó: C0 và Ct là nồng độ chất phản ứng tại các thời điểm t = 0 và t = t tương ứng
kapp là hằng số tốc độ phản ứng.
Đồ thị động học của phản ứng trên các mẫu xúc tác được thể hiện trong Hình 3.8. Từ phương trình động học, các giá trị kapp có thể được tính từ tuyến tính phù hợp với các sơ đồ động học, được trình bày trong Bảng 3.3.
Hình 3.8. Mô hình động học Langmuir – Hinshelwood áp dụng cho các mẫu TiO2, g-C3N4, TN-0.25, TN-0.5, TN-1, TN-1.5, TN-2 với dung dịch RhB
Bảng 3.3. Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến bậc một của quá trình phân hủy RhB bởi TiO2, g-C3N4 và TN Chất xúc tác Kapp(giờ-1) R2 TiO2 0,0362 0,98 g-C3N4 0,1186 0,94 TN-0.25 0,1386 0,95 TN-0.5 0,1602 0,96 TN-1 0,3185 0,94 TN-1.5 0,1566 0,97 TN-2 0,1476 0,94
Từ các giá trị hằng số tốc độ của các vật liệu ở Hình 3.8 có thể tính được tốc độ phân hủy RhB của các vật liệu composite. Tốc độ phân hủy RhB của các vật liệu tuân theo phương trình bậc 1. Tốc độ phân hủy RhB của các vật liệu TN-0.25, TN-0.5, TN-1, TN-1.5 và TN-2 gấp tốc độ phân hủy của g-C3N4 tương ứng là 1,6; 1,4; 2,69; 1,31 và 1,25 lần và gấp tốc độ phân hủy của TiO2 tương ứng là 3,83; 4,41; 8,8; 4,33 và 4,1 lần.
Như vậy, với thể tích TiCl4 là 1 mL trong 1,5 gam g-C3N4 là điều kiện thích hợp nhất để tổng hợp composite TiO2/g-C3N4. Vì vậy, điều kiện tổng hợp composite này được chọn là tối ưu để khảo sát yếu tố tiếp theo.