L ỜI CAM ĐOAN
5. Bố cục của luận văn
3.3.2. Cơ chế quang xúc tác
Chúng tôi xin đưa ra cơ chế quang xúc tác của vật liệu nano composit ZrO2/CuO pha tạp Ce như sau:
Hình 3.50. Cơ chế quang xúc tác trên vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce
y = 0,0028x + 0,4349 R² = 0,9949 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 0 30 60 90 120 150 180 210 ln (C o /C) Thời gian (phút)
Vật liệu ZrO2/CuO 10 mg; MB 3,337;
ZrO2/CuO/x%Ce + hν → ZrO2 (h+) + CuO (e-) CuO (e-) + O2• → CuO + O2•-
h+ + OH- → 2OH•-
OH• + Thuốc nhuộm hữu cơ → CO2 + H2O O2• + Thuốc nhuộm hữu cơ → CO2 + H2O
Các electron được tạo ra phản ứng với oxi trong khí quyển và tạo ra gốc superoxide (O2•-). Các lỗ trống trong dải hóa trị sẽ phản ứng với các phân tử nước để tạo ra gốc hydroxyl (2OH•-). Sự hình thành các gốc này sẽ rất hữu ích để tránh tái tổ hợp cặp electron - lỗ trống một cách hiệu quả và tăng cường hoạt động xúc tác quang.
KẾT LUẬN
1. Đã chế tạo thành công các vật liệu nano composit ZrO2/CuO không và có pha tạp Ce bằng phương pháp thủy nhiệt.
2. Đã nghiên cứu vi hình thái, cấu trúc các vật liệu bằng các phương pháp phân
tích vật lí hiện đại như XRD, FT-IR, BET, SEM-TEM,… và chỉ ra rằng các vật liệu tổng hợp được ở dạng hạt nano có kích thước dưới 100 nm. Kích thước mao quản nhỏ và có độ rộng vùng cấm nhỏ, có khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy.
3. Đã nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu trong hai điều kiện:
không chiếu sáng và có chiếu sáng đèn Led 30W. Hiệu suất phân hủy của vật liệu ZrO2/CuO pha tạp x % Ce (với x = 2, 6, 8) cao hơn so với khi không pha tạp Ce. Cụ thể ZrO2/CuO/8%Ce sau 210 phút chiếu sáng bằng đèn Led 30W hiệu suất phân hủy 2,350 mg/L MB ở 25 ℃, pH = 7,0 là 80,76 %.
Nhiệt độ môi trường cao hơn thì hiệu suất phân hủy MB cũng tăng, hiệu suất phân hủy 2,344 mg/L MB khi chiếu sáng đèn Led 30W sau 180 phút ở 70 ℃, pH = 7,0 của 10,0 mg vật liệu ZrO2/CuO/2%Ce là 80,97 %.
Ở các nồng độ dung dịch MB nhỏ cho hiệu suất phân hủy quang xúc tác cao hơn. Khi chiếu sáng đèn Led 30W, hiệu suất phân hủy MB sau 180 phút, ở 70 ℃, pH = 7,0 của 10,0 mg vật liệu ZrO2/CuO/8%Ce với nồng độ MB là 2,344 mg/L đạt 77,844 %, còn với nồng độ MB là 8,134 mg/L còn 36,681 %.
Hiệu suất phân hủy quang xúc tác MB tăng theo sự tăng khối lượng của vật liệu. Hiệu suất phân hủy 2,319 mg/L MB khi chiếu sáng đèn Led 30W sau 180 phút ở 25
℃, pH = 7,0 của 10,0 mg và 50,0 mg vật liệu ZrO2/CuO/8%Ce lần lượt là 76,20 % và 84,89 %.
4. Cơ chế phân hủy MB do dưới sự chiếu sáng các cặp electron và lỗ trống được
hình thành, đã kết hợp với nước tạo ra các gốc oxi hóa bậc cao như OH• và O2•-, đây là các tác nhân oxi hóa mạnh có khả năng oxi hóa MB thành CO2 và H2O.
Các kết quả nghiên cứu của luận văn cho thấy, các vật liệu ZrO2/CuO/x%Ce có tiềm năng, triển vọng cao ứng dụng thực tiễn xử lý nguồn nước và môi trường ô nhiễm chất màu.
KIẾN NGHỊ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Sử dụng đèn Led công suất cao hơn để tăng tốc độ và giảm thời gian phản
ứng quang xúc tác phân hủy MB.
2. Mở rộng thăm dò ứng dụng các vật liệu nano composit ZrO2/CuO/x%Ce làm quang xúc tác phân hủy các chất màu hữu cơ khác gây ô nhiễm các nguồn nước.
3. Sử dụng thêm các phép đo hiện đại để đánh giá thành phần (EDS) và nghiên
cứu các đặc tính điện hóa, thăm dò tính chất huỳnh quang để có những hiểu biết sâu hơn về các vật liệu nano composit ZrO2/CuO/x%Ce nhằm triển khai ứng dụng trong thực tiễn.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. Chu Mạnh Nhương, Phan Văn Huấn, Nguyễn Thị Minh Tâm, Lý Thị Vân, Bùi Văn Ly (5/2020), "Tổng hợp các nano compozit ZrO2/ZnO và ZrO2/CuO pha tạp Ce4+ ứng dụng trong xúc tác quang hóa”, Tạp chí KHCN ĐHTN, T.225, S.6,
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. TIẾNG VIỆT
1. Đặng Thế Anh (2016), Loại bỏ phẩm màu hữu cơ bằng vật liệu thải biến tính, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội.
2. Phạm Đức Doãn, Nguyễn Thế Ngôn (2008), Hóa Học các nguyên tố hiếm và phóng
xạ, NXB ĐHQG.
3. Phạm Văn Huấn, Bùi Thị Hoàn, Hoàng Như Vân, Nguyễn Ngọc Trung, Phương Đình Tâm, Phạm Hùng Vượng (2017), Khảo sát tính chất quang và quang xúc tác
của hạt nano ZrO2 pha tạp La, Kỷ yếu Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học Vật
liệu toàn quốc.
4. Phạm Văn Huấn, Nguyễn Đắc Thông, Chu Mạnh Nhương, Bùi Thị Hoàn, Nguyễn Việt Tùng, Bùi Thị Huệ, Cao Xuân Thắng, Phạm Hùng Vượng (2019), “Ảnh hưởng nồng độ Li+, Ca2+, Al3+ đến tính chất quang của hạt nano ZrO2”, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học Vật liệu toàn quốc SPMS - 2019, Quyển 2, trang 654-656,
NXB Bách Khoa Hà Nội, ISBN: 978-604-98-7506-9.
5. Nguyễn Thị Thanh Huệ (2016), Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của oxit
nano MnAl2O4, MnFe2O4 và bước đầu thăm dò ứng dụng của chúng, Luận văn
thạc sĩ, Trường ĐHSP-ĐHTN.
6. Võ triều Khải (2014), Tổng hợp nano kẽm oxit có kiểm soát hình thái và một số ứng dụng, Luận án tiến sĩ hóa học, Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế.
7. Nguyễn Trung Kiên (2019), Xác định tạp chất trong ZrCl4 bằng phương pháp ICP- MS, tinh chế ZrO2, chế tạo vật liệu Zr(HPO4)2 nano và bước đầu thăm dò xử lí môi trường, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐHSP-ĐHTN.
8. Dương Thị Lịm (2013), Nghiên cứu tổng hợp một số oxit hỗn hợp kích thước nanomet hệ đất hiếm-mangan và khảo sát khả năng hấp phụ đối với amoni, asen, sắt, mangan trong nước sinh hoạt, Luận án tiến sĩ, Viện hóa học - Viện hàn lâm
khoa học và công nghệ Việt Nam
9. Hoàng Nhâm (2001), Hóa học vô cơ tập 3, NXB Giáo Dục.
10. Trần Thị Thu Phương (2015), Nghiên cứu biến tính vật liệu SBA-15 làm chất hấp
11. Bùi Minh Quý (2015), Nghiên cứu tổng hợp compozit PANi và các phụ phẩm nông
nghiệp để xử lý các kim loại nặng Pb(II), Cr(VI) và Cd(II), Luận án tiến sĩ hóa học,
Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
12. Nguyễn Thị Anh Thư (2016), Nghiên cứu biến tính graphen oxit dạng khử bằng sắt
oxit và ứng dụng, Luận án tiến sĩ hóa học, Trường Đại học sư phạm - Đại học Huế.
13. Nguyễn Thị Linh Trang (2019), Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên
đá ong biến tính, Luận văn thạc sĩ Trường ĐHSP-ĐHTN.
14. Phạm Minh Tứ (2019), Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và đánh giá hoạt tính quang xúc tác của các hệ vật liệu tổ hợp trên cơ sở nano TiO2/(CNT, ZnO, SiO2),
Luận án tiến sĩ hóa học, Viện hóa học công nghiệp Việt Nam.
II. TIẾNG ANH
15. Nguyen Phi Hung, Bui Thi Mai Lam, Mai Thi Tuong Vy and Nguyen Van Nghia (2012), ”Synthesis and characterizations of photocatalytic material SBA-15-TiO2”
The 6th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology IWAMSN, Ha Long City, Vietnam.
16. B. N. Dole, V. D. Mote, V. R. Huse, Y. Purushotham, M. K. Lande, K. M. Jadhav, S. S. Shah (2011), Structural studies of Mn doped ZnO nanoparticles, Current Applied Physics 11(3), pp. 762-766.
17. C. Ge, C. Xie, M. Hu, Y. Gui, Z. Bai. D. Zeng (2007), Structural nanoparticles,
Materials Science and Engineering B 141, pp. 43-48.
18. E.S. Agorku, A.T. Kuvarega, B.B. Mamba, A.C. Pandey, A.K. Mishra (2015), Enhanced visible-light photocatalytic activity of multi-elements-doped ZrO2 for degradation of indigo carmine, Journal of Rare Earths 33(5), pp. 498-506.
19. L. ArunJose, J. M. Linet, V. Sivasubramanian, K. Arora, C. JustinRaj, T. Maiyalagan, S. JeromeDas (2012), Optical studies of nano-structured La-doped ZnO prepared by combustion method, Materials Science in Semiconductor Processing 15, pp. 308-313.
20. M. He, H. Jiu, Y. Liu, Y. Tian, D. Li, Y. Sun, G. Zhao (2013), “Controllable synthesis of ZnO microstructures with morphologies from rods to disks Materials”,
21. M. K. Trivedi, S. Patil, R. M. Tallapragada (2014), Atomic, Crystalline and Powder Characteristics of Treated Zirconia and Silica Powders, Journal of Material Sciences & Engineering, 3:144, 6 pages.
22. Pham Van Huan, Phuong Dinh Tam, Nguyen Thi Ha Hanh, Cao Xuan Thang, Vuong-Hung Pham (2019), “The role of Cu2+ concentration in luminescence quenching of Eu3+/Cu2+ co-doped ZrO2 nanoparticles”, VNU Journal
of Science: Mathematics - Physics 35(1), pp. 72-77.
23. R.R. Muthuchudarkodi and C. Vedhi (2013), Synthesis and characterization of nano CuO-ZrO2 mixed oxide, Advanced Materials Research 678, pp. 50-55. 24. S. Aghabeygi, Z. Sharifi, N. Molahasani (2017), Enhanced photocatalytic property
of nano-ZrO2-SnO2 NPS for photodegradation of an azo dye, Digest Journal of
Nanomaterials and Biostructures 12( 1), pp. 81-89.
25. S. Kalal1, A. Pandey1, R. Ameta, P. B. Punjabi (2016), Heterogeneous photo- Fenton-like catalysts Cu2V2O7 and Cr2V4O13 for an effient removal of azo dye in water, Cogent Chemistry, 2:1143344, 12 pages.
26. S. S. K. Ma, K. Maeda and K. Domen (2012), Modification of TaON with ZrO2 to improve photocatalytic hydrogen evolution activity under visible light: influence of preparation conditions on activity, Catal. Sci. Technol (2), pp. 818-823.
27. T. D. Ciftc (2017), Adsorptive properties of Fe3O4/Ni/NixB nanocomposite coated nutshell for the removal of arsenic (III) and arsenic (V) from waters, Cogent Chemistry, 3: 1284296, 15 pages .
28. X. Chen , X. Wang and X. Fu (2009), Hierarchical macro/mesoporous TiO2/SiO2 and TiO2/ZrO2 nanocomposites for environmental photocatalysis, Energy & Environmental Science (2), pp. 872-877.
29. X. Wang, B. Zhai, M. Yang, W. Han, X. Shao (2013), ZrO2/CeO2 nanocomposite: Two step synthesis, microstructure, and visible-light photocatalytic activity,
Materials Letters 112, pp. 90-93.
30. Y. S. Vidya, K. Gurushantha, H. Nagabhushana, S. C. Sharma, K. S. Anantharaju, C. Shivakumara, D. Suresh, H. P. Nagaswarupa, S. C. Prashantha, M. R. Anilkumar (2015), Phase transformation of ZrO2: Tb3+ nanophosphor: Color tunable photoluminescence and photocatalytic activities, Journal of Alloys and
PHỤ LỤC