Phổ UV-Vis của dung dịch metylen xanh trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau được đưa ra ở hình 3.10 - 3.13. Kết quả cho thấy, H2O2 cũng cĩ khả năng phân hủy MB, sau 300 phút, hiệu suất phân hủy MB đạt 16,17%. Khi cĩ mặt vật liệu ZCF0, hiệu suất phân hủy MB đạt tới 17,74% sau 300 phút chiếu sáng. Với sự cĩ mặt đồng thời của H2O2 và chất xúc tác ZCF0, sau 300 phút chiếu sáng hiệu suất phân hủy MB đạt tới 55,44%. Trong cùng điều kiện, cĩ mặt H2O2
và được chiếu sáng, hiệu suất phân hủy MB tăng từ 64,46% lên 88,76% khi cĩ mặt vật liệu ZCF2 ÷ZCF8, sau đĩ giảm xuống 79,91% với sự cĩ mặt của ZCF10. Như vậy, các mẫu CoFe2O4 khi được pha tạp ion Zn2+ đều cĩ hoạt tính quang xúc tác cao hơn so với mẫu CoFe2O4 tinh khiết.
Hình 3.10. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian khi chỉ cĩ mặt
Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng khi cĩ
mặt đồng thời H2O2 và vật liệu ZCF0; ZCF2
Hình 3.12.Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian khi chiếu sáng
Hình 3.13. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng khi
cĩ mặt đồng thời H2O2 và vật liệu ZCF8; ZCF10
Bảng 3.4. Hiệu suất phân hủy MB khi cĩ mặt H2O2 và các vật liệu
ZCF0 ÷ ZCF10, sau 300 phút chiếu sáng
Vật liệu ZCF0 ZCF2 ZCF4 ZCF6 ZCF8 ZCF10
H(%) 55,44 64,46 70,37 75,91 88,76 79,91
Tác giả [21] đã đưa ra cơ chế của phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ trên các chất bán dẫn và ferit như sau (hình 3.14):
Dưới sự tác động của ánh sáng nhìn thấy, các electron trong vùng hĩa trị (VB) của ferit (MFe2O4) sẽ bị kích thích tới vùng dẫn (CB) tạo ra một cặp electron - lỗ trống (e-cb/h+(vb)):
MFe2O4
ℎ
→ e- + h+
Tại vùng dẫn (CB): Electron (e-) trên bề mặt chất xúc tác sẽ tác dụng với O2 để tạo ra supeoxit gốc anion ●O2 và các ion ●O2 hình thành sẽ tiếp tục phản ứng với H2O, tạo ra gốc hydroxyl ●OH.
e- + O2 ●O2-
●HO2 + H2O → H2O2 + ●OH H2O2 → 2●OH
Tại vùng hĩa trị (VB): Lỗ trống mang điện dương h+ dễ dàng tác dụng với anion hiđroxyl trên bề mặt của chất xúc tác tạo thành gốc hiđroxyl tự do.
h+ + OHˉ → ●OH
Các gốc ●OH cĩ tính oxi hĩa mạnh khơng chọn lọc nên khi cĩ mặt chất xúc tác trong điều kiện chiếu sáng, sẽ oxi hĩa được nhiều hợp chất hữu cơ:
2 ●OH + hợp chất hữu cơ → CO2 + H2O
Hình 3.14. Minh họa cơ chế quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ trên các chất bán dẫn và ferit [21]
Theo các tác giả [22], khi hệ được chiếu sáng thích hợp, với sự cĩ mặt của H2O2 và ferit phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ diễn ra theo cơ chế photo-Fenton. Các cation (M=Fe,Co) cĩ mặt trong CoFe2O4 với sự cĩ mặt H2O2 (là chất oxi hĩa) xảy ra phản ứng Fenton theo các phản ứng sau:
Mn+ + H2O2 h M(n+1) + OH + OH- (M = Fe, Co) (1)
M(n+1) + H2O2 h Mn+ + HOO + H+ (M = Fe, Co) (2)
OH là nhân tố chính trong quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ. Do vịng Fe(II,III) và Co(II,III) nên tính bền của hệ ferit được tồn tại trong suốt quá trình phân hủy và các tác nhân OH được tiếp tục tạo ra.
Khi pha tạp các ion kim loại, sự phân bố ion trong mạng tinh thể và tính chất điện, từ, quang và hoạt tính xúc tác của ferit bị thay đổi [8,13,22,25,26]. Trong trường hợp này, sự cĩ mặt của ion Zn2+ trong mạng tinh thể ferit đã làm tăng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu CoFe2O4. Theo tác giả [8,25,26], mặc dù ion Zn2+ khơng tham gia vào quá trình photo-Fenton, nhưng sự cĩ mặt của chúng trong mạng ferit đã làm giảm sự tái tổ hợp của electron và lỗ trống. Do đĩ, hiệu suất quang xúc tác của các vật liệu pha tạp ion Zn2+ được tăng cường.