2 /g-C 3N4 graphen
3.3.4. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính xúc tác của vật liệu
Để khảo sát ảnh hưởng của pH của dung dịch đến hiệu suất phân huỷ RhB của vật liệu, thí nghiệm trên mẫu vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen (0,1% graphen) có hiệu suất phân huỷ RhB cao nhất (91,1%) được tiến hành như sau:
- Xác định điểm điện tích không: các bước mô tả chi tiết ở mục 2.4.4. Kết quả được trình bày trong Hình 3.46.
Hình 3.46. Xác định pHPZC của vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen.
Kết quả khảo sát cho thấy, điểm điện tích không của vật liệu TiO2/g-C3N4- graphen trong dung dịch nước là 7,49. Như vậy, trong dung dịch có pH dưới 7,49, bề mặt vật liệu sẽ tích điện tích dương, ngược lại bề mặt vật liệu sẽ tích điện âm nếu dung dịch có pH lớn hơn 7,49.
Để khảo sát ảnh hưởng của pH đến hoạt tính quang xúc tác của chất xúc tác, tiến hành điều chỉnh pH dung dịch về các giá trị: 2,0; 4,2; 6,8; 9,0 và 11,2 trước khi chiếu sáng bằng đèn sợi đốt 60 W. Chúng tôi cũng dùng giá trị hằng số tốc độ kapp
bậc 1, kí hiệu KpHi, để so sánh hoạt tính của chất xúc tác tại mỗi pH khảo sát (Hình 3.47).
Hình 3.47. Dạng tồn tại của phân tử RhB trong dung dịch nước, điện tích bề mặt của vật liệu, hằng số tốc độ kapp bậc 1 của quá trình phân huỷ RhB của TiO2/g-C3N4-
graphen theo pH dung dịch
Kết quả cụ thể: tại giá trị pH = 2,0; 4,2; 6,8; 9,0 và 11,2 giá trị hằng số tốc độ kapp lần lượt là 0,55; 1,00; 0,33; 0,28 và 0,16. Cần chú ý rằng giá trị pH = 6,8 là pH của dung dịch RhB trong dung dịch nước thông thường mà không cần điều chỉnh pH (K6,8 = 0,33). Tuy nhiên, khi chuyển dần sang môi trường base mạnh (pH = 9; 11,2), động học của quá trình suy thoái RhB giảm mạnh do lực hấp phụ của của dạng ion lưỡng cực RhB lên bề mặt mang điện tích âm của vật liệu giảm. Ngược lại, trong môi trường acid có pH khoảng 4,2, do hình thành liên kết hydro giữa các nhóm O-H trên bề mặt vật liệu và cặp electron tự do trên nguyên tử nitrogen trong phân tử RhB (Hình 3.48b) làm tăng khả năng hấp phụ RhB trên bề mặt vật liệu, khả năng phân huỷ RhB tăng. Tuy nhiên, khi môi trường acid thấp hơn và nhỏ hơn pKa(RhB) = 3,7, quá trình proton hoá của nhóm cacboxyl diễn ra mạnh, do vậy tồn tại một tương tác đẩy giữa phân tử cation RhB và bề mặt mang điện tích dương của vật liệu (Hình 3.48a) làm giảm khả
năng hấp phụ phân tử RhB nên giảm tốc độ phản ứng phân huỷ RhB. Từ kết quả phân tích của thí nghiệm này, có thể kêt luận rằng pH dung dịch thuận lợi cho quá trình phân huỷ RhB của vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen nằm trong khoảng 4 đến 5.
Hình 3.48. Tương tác giữa các dạng tồn tại của phân tử RhB và bề mặt vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen trong dung dịch có pH = 2,0 và pH = 4,2