Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.4. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
2.4.1. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu
Điểm đẳng điện của vật liệu [127] được xác định như sau: cho vào 6 bình tam giác (dung tích 100 ml) 25 ml dung dịch NaCl 0,1M có giá trị pH ban đầu (pHi)
54
đã được điều chỉnh nằm trong khoảng từ 2 đến 12 bằng dung dịch HCl 0,1M hoặc
NaOH 0,1M. Giá trị pH của dung dịch được đo trên máy HANA HI2011.
Tiếp theo cho vào mỗi bình tam giác trên 0,05g vật liệu MoS2/rGO đậy kín và khuấy trên máy khuấy từ trong 24 giờ. Sau đó, để lắng và lọc lấy dung dịch, đo lại các giá trị pH gọi là pHf. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ sự khác nhau giữa các giá trị pH ban đầu và sau cùng ( pH = pHf - pHi) theo pHilà đường cong cắt trục hoành tại pH = 0 cho ta giá trị pH đẳng điện (pHpzc).
Tiến hành tương tự để xác định điểm đẳng điện của vật liệu Mn-MoS2/rGO.
2.4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ RhB của vật liệu
Khả năng hấp phụ RhB của vật liệu được xác định theo quy trình sau:
Chuẩn bị 6 cốc dung tích 100 ml, cho vào mỗi cốc 5 mg xúc tác compozit MoS2/rGO với 20 ml dung dịch chất màu (RhB). Khuấy các hỗn hợp trong bóng tối để tránh khả năng phản ứng quang xúc tác xảy ra khi nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu. Thời gian khuấy của các cốc lần lượt là 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120
phút, 180 phút và 240 phút. Sau khi ly tâm để loại bỏ chất hấp phụ, các mẫu dung
dịch được đo quang trên máy quang phổ CE - 2011 để xác định nồng độ của RhB. Lượng chất màu RhB hấp phụ lên compozit MoS2/rGO tại thời điểm t được xác định theo công thức [105]:
Trong đó: Co là nồng độ ban đầu của dung dịch chất màu RhB (mg/l); Ct là
nồng độ của chất màu tại thời điểm t (mg/l); V là thể tích của dung dịch RhB; và m
là khối lượng của compozit MoS2/rGO sử dụng cho quá trình hấp phụ.
2.4.3. Đánh giá khả năng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu cho phản ứng phân hủy RhB được xác
định như mô tả trên hình 2.7. Cho 0,1g xúc tác vào trong 400 ml dung dịch chất màu RhB với nồng độ 20 mg/l dưới điều kiện khuấy từ ở nhiệt độ phòng. Dung dịch được khuấy trong bóng tối với thời gian 120 phút để đạt cân bằng hấp phụ - nhả hấp phụ của chất màu RhB trên bề mặt của vật liệu.
55
Hình 2.7.Sơ đồ thí nghiệm khảo sáthoạt tính xúc tác quang của vật liệu
Chiếu sáng hệ phản ứng bằng đèn compact. Cứ sau 30 phút phản ứng, 4 ml dung dịch được lấy ra, ly tâm để tách xúc tác và phân tích xác định nồng độ RhB trong dung dịch bằngmáy đo quang phổ ở bước sóng 553 nm.
2.4.4. Động học phản ứng quang xúc tác của vật liệu
Phản ứng phân hủy xúc tác dị thể thường tuân theo mô hình động học
Langmuir-Hishelwood [128]. Theo mô hình này, tốc độ phản ứng xúc tác dị thể (r) tỉ lệ với phần diện tích bề mặt bị che phủ bởi chất phản ứng () theo phương trình:
r = k = k KC 1 + KC (2.20) Trong đó, C là nồng độ chất phản ứng, k là hằng số tốc độ phản ứng, K là hằng số cân bằng hấp phụ của chất phản ứng trên bề mặt xúc tác. Đối với các dung dịch loãng thì giá trị C thường rất bé (C < 10-3 mol/L) nên KC << 1 và phương trình có dạng:
r = k= kKC = k’C = -dC/dt. (2.21) Vì vậy, phương trình động học được áp dụng là:
ln(Co/Ct) = k’t (2.22)
Trong đó, Co và Ct là nồng độ chất phản ứng tại thời điểm t = 0 và t 0 tương ứng; k’ là hằng số tốc độ phản ứng.
56
2.4.5. Xác định sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy RhB
Để xác định các sản phẩm trung gian hình thành trong quá trình phân hủy
RhB, phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC/MS) được sử dụng. Mẫu dung dịch sau những khoảng thời gian phản ứng nhất định được rút ra từmôi trường phản ứng và chuyển đi phân tích LC/MS.
Nguyên tắc của phương pháp: Dung môi từ hệ thống bơm kết hợp với mẫu
phân tích được đưa qua cột sắc ký dưới dạng dung dịch. Các chất phân tích được phân bố liên tục giữa pha động và pha tĩnh tạo ra sự phân tách cân bằng khi di chuyển xuống cột. Đĩa chứa các hợp chất đã tách này rửa giải khỏi cột ở các thời
điểm khác nhau, đi vào bề mặt phân cách nơi dung môi được bay hơi và các hợp chất này bị ion hóa và sau đó di chuyển vào bộ phận phân tích phổ khối. Thấu kính
điện thu chùm ion tích điện và đưa vào máy phân tích khối lượng. Chúng được quét bằng dòng điện trực tiếp/tần số vô tuyến (dc/RF) được áp vào xen kẽtrên đường di chuyển của các ion. Vì thế tín hiệu các ion có giá trị m/z được lựa chọn đưa vào
máy dò và kích hoạt tín hiệu. Tín hiệu này kết hợp trong máy tính với thông tin điều khiển mà nó đang gửi đến khối phổ kế để tạo ra một mảng ba chiều cường độ tín hiệu theo thời gian so với thông tin m/z đểlưu trữ và xử lý [129].
* Thực nghiệm:
Trong luận án này, các chất trung gian xuất hiện trong quá trình phân hủy
RhB được phân tích xác định trên hệ LC/MS D-Trap-SL Agilent 1100 tại Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.4.6.Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu
Quá trình thực nghiệm đánh giá khả năng tái sử dụng và tuổi thọ của các chất xúc tác: vật liệu sau khi tham gia xúc tác được ly tâm giữ lại phần rắn, rửa lại nhiều lần bằng rượu etylic và sau đó rửa lại bằng nước cất. Mẫu được sấy khô ở 60oC qua
đêm và tái sử dụng làm xúc tác trở lại. Lặp lại quy trình như vậy 5 lần để khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng như qua đó đánh giá được độ bền hay tuổi thọ của các chất xúc tác.
57