các mẫu
Phổ UV-Vis của dung dịch RhB 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 NZF0, hiệu suất phân hủy RhB đạt tới 33,97% sau 300 phút chiếu sáng. Với sự có mặt đồng thời của H2O2 và chất xúc tác NZF0, sau 300 phút chiếu sáng hiệu suất phân hủy RhB đạt tới 64,01%. Trong cùng điều kiện phản ứng, sau 300 phút chiếu sáng, khi có mặt H2O2 và các vật liệu NZF2 ÷NZF10, hiệu suất phân hủy RhB tăng từ 67,05% đến 88,15%. Như vậy, các mẫu ZnFe2O4 khi được pha tạp ion Ni2+ đều có hoạt tính quang xúc tác cao hơn so với mẫu ZnFe2O4 tinh khiết.
Hình 3.10. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi chỉ có mặt
H2O2; NZF0 + chiếu sáng
Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng khi có
Hình 3.12.Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi chiếu sáng
có mặt đồng thời H2O2 và vật liệu NZF4; NZF6
Hình 3.13. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian chiếu sáng khi
Bảng 3.4. Hiệu suất phân hủy RhB khi có mặt H2O2 và các vật liệu NZF0 ÷ NZF10, sau 300 phút chiếu sáng
Vật liệu NZF0 NZF2 NZF4 NZF6 NZF8 NZF10
H(%) 64,01 67,05 72,46 78,81 81,01 88,15
Tác giả [28] đã đưa ra cơ chế của phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ trên các chất xúc tác ferit ZnFe2O4 như sau (hình 3.14):
Dưới sự tác động của bức xạ ánh sáng mặt trời, các electron trong vùng hóa trị (VB) của ZnFe2O4 sẽ bị kích thích tới vùng dẫn (CB) tạo ra một cặp electron - lỗ trống (e-cb/h+(vb)): ZnFe2O4 → 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 ● HO2 + H2O → H2O2 + ●OH 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:
Hình 3.14. Minh họa cơ chế quang xúc tác phân hủy RhB
trên chất xúc tác ZnFe2O4 [28]
Theo các tác giả [18,20], khi dùng chất oxi hóa là H2O2 và có mặt ferit, dưới điều kiện chiếu sáng, quá trình Fenton dị thể xảy ra và hiệu suất quang xúc tác được tăng cường. Cụ thể quá trình Fenton dị thể xảy ra như sau:
Các ion sắt trên bề mặt ferit phản ứng với H2O2 theo các phương 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 như CO2, H2O Do chu trình Fe(II, III), tính ổn định của hệ thống ferit được duy trì trong quá trình phân hủy và các tác nhân oxi hóa được 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 ferit bị thay đổi [ 18,20,23]. 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 ZnFe2O4. Theo tác giả [13], mặc dù các ion như 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.