Nồng độ (ppm)
5 10 15 20
tmax (phút) 50 90 140 190 % phân hủy 99,10 99,00 99,03 98,82
Sau thời gian chiếu UV 50, 90, 140 và 190 phút tương ứng với các dung dịch CR có nồng độ 5, 10, 15 và 20 ppm, mức độ phân hủy của CR hầu như là hoàn toàn.
Sau thời gian trên không thấy có sự thay đổi cường độ phổ hấp thụ và đây được coi là thời gian kết thúc phản ứng phân hủy CR. Mức độ phân hủy của CR trong các thí nghiệm trên là rất cao, đều đạt khoảng 99% đối với tất cả các thí nghiệm.
Như vậy, sự có mặt của H2O2trong hệ xúc tác đã làm tăng tốc độ phản ứng lên đáng kể ở tất cả các thí nghiệm. Kết quả này là do sự gia tăng đáng kể sự gốc hydoxy trong dung dịch phản ứng khi có mặt của H2O2 và dưới tác động của tia UV. Điều này đã được chứng minh trong các trong các công bố trước đây [68]. Hệ xúc tác UV/Gd(OH)3 và UV/H2O2/Gd(OH)3 có khả năng phân hủy CR rất cao và triệt để trong thời gian ngắn. Kết quả thí nghiệm có thể gợi mở hướng ứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm ở các khu công nghiệp nói riêng và xử lý nước ô nhiễm hữu cơ nói chung.
Kết luận: Đã điều chế được hai loại vật liệu của Gd bằng phương pháp polyol. Gd2O3 dạng hạt cầu, với kích thước nano rất nhỏ, được tổng hợp trong môi trường TEG vừa đóng vai trò dung môi, vừa đóng vài trò chất bảo vệ. Kích thước hạt Gd2O3 có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian tạo phức Gd-TEG. Trong khi đó, vật liệu nano Gd(OH)3 dạng que tổng hợp bằng phương pháp polyol với chất hoạt động bề mặt là trietylen glycol trong nước. Vật liệu này cho thấy rất tiềm năng để làm xúc tác dị thể cho phản ứng phân hủy quang hóa.
3.4. Biến tính vật liệu nano oxit đất hiếm
Để tăng cường tính chất hóa lý và ứng dụng, các oxit đất hiếm thường được pha tạp với các thành phần khác. Trong đó, pha tạp với các nguyên tố đất hiếm khác là một hướng nghiên cứu tiềm năng để tạo ra các vật liệu mới, có nhiều tính chất thú vị [30][31]. Vì vậy, trên cơ sở các oxit đất hiếm đã tổng hợp ở trên, chúng tôi chọn CeO2 cấu trúc nano dạng quả cầu phân cấp và Gd(OH)3 cấu trúc nano dạng quebiến tính bằng Nd3+, với hàm lượng muối neodimium đưa vào ban đầu = 25% số molcủa muối cerium và gadolimium, theo quy trình được trình bày trong mục 2.1.2 chương 2.
3.4.1. Vật liệu nano CeO2dạng quả cầu phân cấp pha tạp Neodimium
Hình 3.41 là kết quả SEM và TEM của CeO2 và CeO2 biến tính bằng Nd3+. Có thể nhận thấy cấu trúc hạt cầu phân cấp của vật liệu CeO2 vẫn được duy trì sau khi được biến tính bằng Nd3+. Các hạt cầu nano Nd-CeO2 hình thành do sự sắp xếp các hạt nano cơ sở có kích thước rất nhỏ, tương tự như dạng đơn pha CeO2. Tuy nhiên, các hạt cầu bị kết tụ lại nhaunhiều hơn so với dạng CeO2không biến tính.
Hình 3.41. Ảnh SEM và TEM của cấu trúc nano CeO2(a, b) và Nd-CeO2(c, d). Cấu trúc tinh thể của vật liệu Nd-CeO2 được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X với góc 2θ từ 10 - 700 và so sánh với CeO2 đơn pha điều chế ở cùng
điều kiện (hình 4.42). Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc lập phương tâm khối đặc trưng của CeO2 (JCPDS No, 00-034- 0394) với các góc α = β = γ = 900, và kích thước tương ứng là a = b = c = 5,41 A0. Ở đây, kích thước các cạnh ô cơ sở của mẫu pha tạp có sự giảm nhẹ so với kích thước của mẫu CeO2tinh khiết (a = b = c = 5,44 A0). Các pic đặc trưng của cấu trúc lập phương tâm khối CeO2 ở các góc 2θ = 290, 330, 480, 560 và 600 tương ứng với các mặt (111), (200), (311), (311), (222). Tuy nhiên, vật liệu CeO2 biến tính băng Nd có cường độ các pic nhiễu xạ thấp hơn so với dạng đơn pha CeO2. Trên giản đồ XRD không tìm thấy các pic đặc trưng của
Nd2O3, điều này có thể đưa ra giả thiết khả năng các ion Nd3+đã thay thế một số vị
trí ion Ce4+trong mạng tinh thể nhưng không làm thay đổi cấu trúc ô mạng của vật liệu nền CeO2. Vị trí của các pic của Nd-CeO2 dịch chuyển về phía góc rộng hơn so với trong mẫu CeO2 đơn pha, điều này chứng minh sự thay thế thành công các ion Ce4+trong ô mạng bởi các ion Nd3+.
Hình 3.42. Giản đồ XRD của CeO2(a) và Nd-CeO2(b) điều chế ở 800C. Thành phần nguyên tố của cấu trúc Nd-CeO2 được phân tích bằng phổ tán xạ
cạnh nguyên tố Ce và O, còn có sự xuất hiện Nd. Điều này chứng minh rằng cấu trúc CeO2 dạng hạt cầu phân cấp đã được pha tạp thành công Nd. Thành phần các nguyên tố được trình bày trên bảng 3.6. Phần trăm nguyên tố của Ce và Nd tương ứng 28,88%, 9,26%. Ngoài ra còn có carbon do phân tử TEG, và oxy do sự đóng góp cả của CeO2 và TEG nên nguyên tố oxy chiếm 42,13% và cacbon chiếm 19,73%.
Hình 3.43. Phổ EDX của mẫu Nd-CeO2.