các mẫu
Phổ UV-Vis của dung dịch rhodamin B trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau được đưa ra ở hình 3.10 - 3.13. Kết quả cho thấy, H2O2 cũng có khả năng phân hủy RhB, sau 300 phút, hiệu suất phân hủy RhB đạt 15,68%. Khi có mặt vật liệu NCF0, hiệu suất phân hủy RhB đạt tới 33,02% sau 300 phút chiếu sáng. Với sự có mặt đồng thời của H2O2 và chất xúc tác NCF0, sau 300 phút chiếu sáng hiệu suất phân hủy RhB đạt tới 52,54%. Trong cùng điều kiện, có mặt H2O2 và được chiếu sáng, hiệu suất phân hủy RhB tăng từ 65,75% lên 81,27% khi có mặt vật liệu NCF2 ÷NCF10. Như vậy, các mẫu CoFe2O4 khi được pha tạp ion Ni2+
đều có hoạt tính quang xúc tác cao hơn so với mẫu CoFe2O4 tinh khiết.
Hình 3.10. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi chỉ có mặt
H2O2; NCF0 + chiếu sáng
Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian chiếu sáng khi có
mặt đồng thời H2O2 và vật liệu NCF0; NCF2
Hình 3.12.Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi chiếu sáng
Hình 3.13. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian chiếu sáng khi
có mặt đồng thời H2O2 và vật liệu NCF8; NCF10
Bảng 3.4. Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt H2O2 và các vật liệu
NCF0 ÷ NCF10, sau 300 phút chiếu sáng
Vật liệu NCF0 NCF2 NCF4 NCF6 NCF8 NCF10
H(%) 52,54 65,75 66,40 77,00 80,86 81,27
Tác giả [19] 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 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- ●
O2- + H2O → ●HO2 + OHˉ
H2O2 → 2●OH
Tại vùng hóa 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 có tính oxi hóa mạnh không chọn lọc nên khi có mặt chất xúc tác trong điều kiện chiếu sáng, sẽ oxi hóa 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 [19]
Theo các tác giả [20], khi hệ được chiếu sáng thích hợp, với sự có 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) có mặt trong CoFe2O4 với sự có mặt H2O2 (là chất oxi hóa) 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 vòng 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 [8,5,20,23,30].
Trong trường hợp này, sự có mặt của ion Ni2+
trong mạng tinh thể ferit đã làm tăng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu CoFe2O4. Theo tác giả [8,23], mặc dù ion Ni2+ không tham gia vào quá trình photo-Fenton, nhưng sự có mặt của chúng 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 được tăng cường.