6. Cấu trúc luận văn
3.3.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch
Để khảo sát độ bền cũng như ảnh hưởng của pH môi trường đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu, thí nghiệm được thực hiện trong những điều kiện pH khác nhau. Môi trường pH được điều chỉnh ngay từ đầu bằng 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/SnO2, trước hết điểm điện tích không pHPZC của vật
liệu được xác định, kết quả được trình bày ở Hình 3.21.
Hình 3.21. Sự phụ thuộc pHi vào pHi nhằm xác định điểm điện tích không pHPZC của vật liệu g-C3N4/SnO2
Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp chuẩn độ đo pH của dung dịch chất điện ly NaCl 0,1 M ở 29oC. Thể tích dung dịch NaCl 0,1 M là 50 mL, các dung dịch ban đầu được điều chỉnh pHi về các giá trị 2,00; 4,01; 6,00; 8,01; 10,04 và 12,00. Quá trình hấp phụ của vật liệu được tiến hành trong 1 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 3.3.Từ Hình 3.21 và kết quả từ Bảng 3.3, pHPZC của vật liệu khảo sát là 6,75. 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 ΔpHi= pHi - pHf 2,00 2,08 -0,08 4,01 4,18 -0,17 6,00 6,37 -0,37 8,01 6,97 1,04 10,04 8,07 1,97 12,00 11,94 0,06
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 3.23.
Hình 3.22. (A)-Sự thay đổi C/C0 theo thời gian ở các pH đầu khác nhau; (B)-Hiệu suất quang phân hủy với các pH đầu khác nhau
Hình 3.22 cho thấy, giá trị pH có ảnh hưởng đến khả năng phân hủy MB của vật liệu g-C3N4/SnO2. Sau 7 giờ chiếu sáng, hiệu suất tăng dần khi tăng pH. Tại pH = 10,42 hiệu quả loại bỏ MB đạt giá trị cao nhất là 88,84%. Rõ ràng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu thể hiện trong môi trường bazơ cao hơn so với môi trường axit.
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.
Thứ nhất, MB là chất màu cơ bản tồn tại ở dạng cation trong môi trường nước với giá trị pKa = 3,8. Khi pH > 3,8 thì bề mặt phân tử MB tích điện dương [22]. Thứ hai, giá trị điểm đẳng điện pHPZC của vật liệu là 6,75. Ở pH =2,56 <pHPZC, bề mặt vật liệu mang điện tích dương trong khi phân tử MB lại không mang điện nên tương tác giữa bề mặt xúc tác và chất màu chủ yếu là tương tác yếu Van der Waals, dẫn đến khả năng hấp phụ MB lên bề mặt chất xúc tác kém, kéo theo phản ứng phân hủy quang hóa xảy ra với hiệu suất thấp. Khi pH = 4,15 (nhỏ hơn giá trị pHPZC, lớn hơn giá trị pKa của MB) bề mặt vật liệu tích điện dương, làm tăng lực đẩy giữa bề mặt vật liệu với cation MB dẫn đến hiệu quả hấp phụ MB giảm. Hơn nữa sự tích điện dương của bề mặt có thể hạn chế sự cung cấp OHˉ cần cho việc tạo thành gốc tự do có vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất màu. Khi tăng pH đến 6,96 (lớn hơn giá trị pHPZC cũng như giá trị pKa của MB) hiệu suất phân hủy MB tăng mạnh do tương tác tĩnh điện giữa bề mặt vật liệu tích điện âm và cation phẩm nhuộm tích điện dương chiếm ưu thế kéo theo sự tăng mạnh độ hấp phụ và làm cho phản ứng quang hóa xảy ra mạnh hơn. Hiệu suất phân hủy MB tiếp tục tăng và đạt cao nhất là 88,84% tại pH = 10,42. Việc tăng hiệu suất phản ứng phân hủy MB khi pH càng cao còn do sự tăng số lượng ion hydroxyl ở bề mặt vật liệu xúc tác dẫn đến hình thành nhiều gốc HO theo phương trình sau [16]:
- •
h + HO HO
Như vậy, các yếu tố thực nghiệm như nồng độ MB, cường độ nguồn sáng, pH dung dịch đã có ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu g-C3N4/SnO2.