Phổ UV-Vis của dung dịch MB sau 60 phút khi có mặt vật liệu CNF0, trong bóng tối đƣợc đƣa ra ở hình 3.9.
Kết quả tính toán cho thấy, sau 30 phút hiệu suất hấp phụ metylen xanh chỉ đạt 8,97%. Từ 30 đến 60 phút, hiệu suất hấp phụ tăng không đáng kể. Từ kết quả trên chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các vật liệu là 30 phút.
Hình 3.9. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian khi có mặt vật liệu CNF0, ở trong bóng tối
3.5.2. Kết quả nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy metylen xanh của các mẫu của các mẫu
Phổ UV-Vis của dung dịch metylen xanh trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau đƣợc đƣa ra ở hình 3.10 - 3.13. Kết quả cho thấy, H2O2 cũng có khả năng phân hủy MB, sau 300 phút, hiệu suất phân hủy MB đạt 16,17%. Khi có mặt vật liệu CNF0, hiệu suất phân hủy MB đạt tới 30,15% sau 300 phút chiếu sáng. Với sự có mặt đồng thời của H2O2 và chất xúc tác CNF0, sau 300 phút chiếu sáng hiệu suất phân hủy MB đạt tới 63,90%. Trong cùng điều kiện, có mặt H2O2 và đƣợc chiếu sáng, hiệu suất phân hủy MB tăng từ 69,49% lên 83,06% khi có mặt vật liệu CNF2 ÷CNF6, sau đó giảm xuống 79,55% và 74,77% với sự có mặt của CNF8 và CNF10 tƣơng ứng. Nhƣ vậy, các mẫu NiFe2O4 khi đƣợc pha tạp ion Co2+ đều có hoạt tính quang xúc tác cao hơn so với mẫu NiFe2O4 tinh khiết.
Hình 3.10. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian khi chỉ có mặt
Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng khi có
mặt đồng thời H2O2 và vật liệu CNF0; CNF2
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
có mặt đồng thời H2O2 và vật liệu CNF8; CNF10
Bảng 3.4. Hiệu suất phân hủy MB khi có mặt H2O2 và các vật liệu
CNF0 ÷ CNF10, sau 300 phút chiếu sáng
Vật liệu CNF0 CNF2 CNF4 CNF6 CNF8 CNF10
H(%) 63,90 69,49 73,66 83,06 79,05 74,77
Tác giả [18] đã đƣa ra cơ chế của phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ trên các chất bán dẫn và ferit nhƣ sau (hình 3.14):
Dƣới sự tác động của ánh sáng nhìn thấy, các electron trong vùng hóa 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 → 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 hóa trị (VB): Lỗ trống mang điện dƣơng 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 có tính oxi hóa mạnh không chọn lọc nên khi có mặt chất xúc tác trong điều kiện chiếu sáng, sẽ oxi hóa đƣợc 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 [18]
Theo các tác giả [22,24], khi dùng chất oxi hóa là H2O2 và có mặt ferit, dƣới điều kiện chiếu sáng, quá trình Fenton dị thể xảy ra và hiệu suất quang xúc tác đƣợc tăng cƣờng. Cụ thể quá trình Fenton dị thể xảy ra nhƣ sau:
Các ion sắt trên bề mặt ferit phản ứng với H2O2 theo các phƣơng trình sau: Fe(III) + H2O2 → Fe(II) + •OOH + H+
Fe(III)+ •OOH→ Fe(II) + O2 + H+ Fe(II)+ H2O2 → Fe(III) + OH• + OH¯
RhB + (OH•, •OOH) → sản phẩm phân hủy nhƣ CO2, H2O Do chu trình Fe(II, III), tính ổn định của hệ thống ferit đƣợc duy trì trong quá trình phân hủy và các tác nhân oxi hóa đƣợc tạo ra liên tục.
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 NiFe2O4 bị thay đổi [7,12,28,Error!
Reference source not found.35]. Trong trƣờng hợp này, sự có mặt của ion Co2+
trong mạng tinh thể ferit đã làm tăng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu NiFe2O4. Theo tác giả [24], sự có mặt của các ion pha tạp trong mạng ferit đã làm giảm sự tái tổ hợp của electron và lỗ trống. Do đó, hiệu suất quang xúc tác của các vật liệu pha tạp đƣợc tăng cƣờng.