các mẫu
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 mẫu CZF0, hiệu suất phân hủy MB đạt tới 29,60% sau 300 phút chiếu sáng. Với sự cĩ mặt đồng thời của H2O2 và chất xúc tác CZF0, sau 300 phút chiếu sáng hiệu suất phân hủy MB đạt tới 80,72%. Trong cùng điều kiện cĩ mặt H2O2 và được chiếu sáng, hiệu suất phân hủy MB tăng từ 84,00% lên 94,31% khi cĩ mặt mẫu CZF2 ÷CZF8, sau đĩ giảm xuống 90,62% với sự cĩ mặt của mẫu CZF10. Như vậy, các mẫu ZnFe2O4 khi được pha tạp ion Co2+ đều cĩ hoạt tính quang xúc tác cao hơn so với mẫu ZnFe O tinh khiết.
Hình 3.10. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian khi chỉ cĩ mặt
H2O2 (a), CZF0 + chiếu sáng (b)
Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng khi cĩ
Hình 3.12.Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian khi chiếu sáng
cĩ mặt đồng thời H2O2 và vật liệu CZF4; CZF6
Hình 3.13. Phổ UV-Vis của dung dịch MB theo thời gian chiếu sáng khi
cĩ mặtđồng thời H2O2 và vật liệu CZF8; CZF10
Bảng 3.4. Hiệu suất phân hủy MB khi cĩ mặt H2O2 và các vật liệu CZF0 ÷
CZF10, sau 300 phút chiếu sáng
Vật liệu CZF0 CZF2 CZF4 CZF6 CZF8 CZF10
Tác giả [37] đã đưa ra cơ chế của phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ trên các chất xúc tác ferit ZnFe2O4như sau (hình 3.14):
Dưới sự tác động của bức xạ ánh sáng mặt trời, các electron trong vùng hĩa trị (VB) của ZnFe2O4 sẽ bị kích thích tới vùng dẫn (CB) tạo ra một cặp electron - lỗ trống (e- cb/h+ (vb)): ZnFe2O4 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-
●O2- + H2O → ●HO2 + OHˉ
●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 + thuốc nhuộm→ CO2 + H2O
Hình 3.14. Minh họa cơ chế quang xúc tác phân hủy RhB
Theo các tác giả [23,24], khi dùng chất oxi hĩa là H2O2 và cĩ 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 vớiH2O2 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 hĩa 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 [ 23,24,28]. Trong trường hợp này, sự cĩ mặt của ion Co2+ trong mạng tinh thể ferit đã làm tăng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu ZnFe2O4. Theo tác giả [24,29,33], sự cĩ mặt của các ionpha tạp 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 được tăng cường. Trong các mẫu pha tạp Co2+, mẫu CZF8 cĩ hiệu suất quang xúc tác đạt cao nhất (94,31%) sau 300 phút chiếu sáng và cĩ mặt H2O2. Nguyên nhân cĩ thể là do mẫu CZF8 cĩ kích thước tinh thể nhỏ nhất (bảng 3.1) nên cĩ diện tích bề mặt riêng cao [13].