4. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.8.2.Tính chất quang xúc tác của vật liệu ZnO và Fe3O4-ZnO dƣớ
thích của ánh sáng UV
Hình 3.12. Phổ hấp thụ UV-Vis thu đƣợc sau quá trình chiếu sáng UV với các thời gian khác nhau từ 15 – 150 phút
Sau quá trình hấp phụ 60 phút, chúng tôi tiến hành nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác với nguồn chiếu sáng là đèn UV (bƣớc sóng 365 nm) của hai mẫu ZnO và Fe3O4-ZnO với mol giữa Fe3O4:ZnO =1:8. Kết quả đo phổ hấp thụ UV-Vis thu đƣợc sau quá trình chiếu sáng với các thời gian khác nhau đƣợc trình bày trên hình 3.12. Dễ dàng thấy rằng cƣờng độ đỉnh hấp thụ 664 nm giảm dần theo thời gian chiếu sáng. Sự suy giảm cƣờng độ đỉnh 664 nm (nồng độ MB) theo thời gian từ các phổ hấp thụ đƣợc mô tả trên hình 3.13a. Có thể quan sát, sự suy giảm MB của vật liệu Fe3O4-ZnO (95%) cao hơn so với ZnO (57%) sau thời gian chiếu sáng 150 phút. Điều này chứng tỏ rằng Fe3O4 có vai trò quan trọng trong việc tăng cƣờng hoạt tính quan xúc tác của ZnO.
Sự phân hủy các phân tử MB trong quá trình quang xúc tác thƣờng đƣợc biểu diễn thông qua phƣơng trình động học bậc 1 (3.1)
Trong đó, C0, C là nồng độ MB ban đầu và tại thời điểm t (mol/L), k là hệ số động học bậc 1 (1/s) đặc trƣng cho tốc độ phản ứng và t là thời gian (s).
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn sự suy giảm nồng độ MB theo thời gian thu đƣợc từ các phổ hấp thụ (a) và đồ thị biểu diễn động học của quá trình quang xúc tác (b)
Từ đồ thị đƣờng biểu diễn sự suy giảm nồng độ MB theo thời gian (hình 3.13a), chúng tôi suy ra đồ thị biểu diễn động học của quá trình quang xúc tác nhƣ trình hình 3.13b. Từ đồ thị này, bằng cách khớp hàm, giá trị k và hệ số tƣơng quan (R2
) của hai mẫu ZnO, Fe3O4-ZnO đƣợc xác định lần lƣợt là 0,0039 (1/s), R2=0,78 và 0,018, R2 =0,94. Sự phù hợp giữa số liệu thực nghiệm và hàm tuyến tính đƣợc đánh giá thông qua hệ số tƣơng quan R2. Khi R2 càng lớn (tức càng gần 1) cho thấy mức độ phù hợp giữa thực nghiệm và hàm tuyến tính càng cao. Chúng tôi kết luận rằng, mẫu Fe3O4-ZnO có tốc độ phân hủy MB cao hơn (k=0,018) và phù hợp hơn với mô hình động học bậc 1 (R2=0,94) so với mẫu ZnO (k=0,0039, R2=0,78).
Một vấn đề quan trọng khác là cơ chế quang xúc tác của hai loại vật liệu này sẽ đƣợc chúng tôi thảo luận ở phần 3.6.5.