graphen dưới ánh sáng mặt trời
Nhằm kiểm tra độ hoạt động của vật liệu xúc tác quang dưới ánh sáng mặt trời, quá trình phân hủy RhB của mẫu có hoạt tính xúc tác tốt nhất (0,1% lượng graphen) dưới ánh sáng mặt trời (độ rọi trung bình 736 Lux được đo bằng máy LX-1010 B mô tả trong Hình 3.43) theo các bước và điều kiện giống như đã khảo sát trong phòng thí
nghiệm dưới ánh sáng đèn sợi tóc (220 V - 60W) (độ rọi trung bình 150 Lux) được tiếp tục tiến hành. Kết quả sự phân hủy RhB trong dung dịch nước của mẫu vật liệu dưới 2 nguồn sáng (ánh sáng mặt trời và đèn sợi tóc (220 V - 60W)) được thể hiện ở Hình 3.43 và 3.44.
Hình 3.43. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc nồng độ C/C0 của theo thời gian phản ứng trên vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen có hoạt tính xúc tác quang tốt nhất bằng ánh sáng mặt trời (a) và ánh sáng đèn sợi đốt (220 V – 60 W) (b). Hình ảnh chèn
phía bên trong là dung dịch RhB theo thời gian chiếu sáng bởi ánh sáng mặt trời trong sự có mặt của vật liệu này và máy đo cường độ ánh sáng LX-1010B Kết quả Hình 3.43 cho thấy hiệu suất xúc tác của mẫu vật liệu theo cường độ nguồn sáng lần lượt đối với đèn sợi tóc sau 6 giờ chiếu sáng là 91,09% và sau 105 phút chiếu sáng ngoài ánh sáng mặt trời RhB đã phân hủy hoàn toàn.
So với ánh sáng đèn sợi đốt 60 W, hoạt tính xúc tác quang của vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen tăng đáng kể dưới ánh sáng tự nhiên, ví dụ sau thời gian chiếu sáng là 60 phút, tốc độ của phản ứng dưới ánh sáng ngoài trời gấp 12 lần so với ánh sáng đèn sợi đốt. Điều này có thể được giải thích dựa trên 2 nguyên nhân. Một là, cường độ ánh sáng ngoài trời tại thời điểm làm thí nghiệm cao hơn xấp xỉ 5 lần cường độ ánh sáng đèn sợi đốt. Hai là, trong ánh sáng mặt trời có chứa khoảng 5% ánh sáng tử ngoại, hoạt hoá mạnh TiO2 trong vật liệu. Như vậy, với kết quả thu được cho thấy vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen khả năng ứng dụng thực tiễn rất lớn
để phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại trong dung dịch nước.
Hình 3.44. Phổ hấp thụ UV-Vis của RhB của mẫu TiO2/g-C3N4-graphen dưới ánh sáng đèn sợi đốtt 60 W (a) và ánh sáng mặt trời (b)
Đồ thị biểu diễn động học của quá trình xúc tác phân huỷ RhB của vật liệu TiO2/ g-C3N4-graphen được trình bày trên Hình 3.45. Từ đồ thị này, sử dụng phương pháp khớp hàm tuyến tính, các giá trị kapp được xác định và trình bày trong Bảng 3.10.
Kết quả cho thấy quá trình xúc tác của mẫu TiO2/g-C3N4-graphen với lượng graphen 0,1% có hằng số kapp cao nhất (0,325). Mức độ phù hợp giữa số liệu thực nghiệm và hàm tuyến tính được khớp được đánh giá bởi giá trị R2 của phép toán khớp hàm. Độ phù hợp càng cao khi R2 có giá trị càng gần 1. Các giá trị R2đạt được ở Bảng 3.10 cho thấy độ tuyến tính cao của số liệu thực nghiệm. Điều này chứng tỏ quá trình phân hủy của RhB bởi các mẫu vật liệu tuân theo cơ chế Langmuir – Hinshelwood
Hình 3.45. Mô hình động học Langmuir - Hinshelwood áp dụng cho các mẫu TiO2/g-C3N4-graphen với lượng gaphene là 0,05% (e), 0,1% (d), 0,2% (c),
Bảng 3.11. Hằng số tốc độ phản ứng kapp bậc một của quá trình phân hủy RhB bởi các mẫu vật liệu.
Vật liệu % graphen kapp (giờ-1) R2
TiO2/g-C3N4-graphen 1 0,115 0,993 TiO2/g-C3N4-graphen 0,5 0,125 0,998 TiO2/g-C3N4-graphen 0,2 0,202 0,932
TiO2/g-C3N4-graphen 0,1 0,325 0,941
TiO2/g-C3N4-graphen 0,05 0,135 0,933