6. Bố cục của luận văn
1.5. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC
Quá trình xúc tác quang dị thể có thể đƣợc tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng. Cũng giống nhƣ các quá trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang dị thể đƣợc chia thành 6 giai đoạn nhƣ sau [14] :
- Giai đoạn 1: Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt xúc tác.
- Giai đoạn 2: Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt xúc tác.
- Giai đoạn 3: Hấp phụ photon ánh sáng, phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích electron. Tại giai đoạn này, phản ứng xúc tác quang hóa khác với phản ứng xúc tác truyền thống ở cách hoạt hóa xúc tác. Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác đƣợc hoạt hóa bởi nhiệt còn trong phản ứng xúc tác quang hóa, xúc tác đƣợc hoạt hóa bởi sự hấp thụ ánh sáng.
- Giai đoạn 4: Phản ứng quang hóa, đƣợc chia thành 2 giai đoạn nhỏ:
+ Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ. + Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp. - Giai đoạn 5: Nhả hấp phụ các sản phẩm.
- Giai đoạn 6: Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng.
Có nhiều mô hình động học đƣa ra để đánh giá động học của quá trình quang xúc tác nhƣng mô hình Langmuir- Hishelwood (L-H) thƣờng đƣợc áp dụng phổ
biến để miêu tả quá trình động học quang xúc tác. Quá trình quang xúc tác ZnO là một quá trình dị thể và động học của quá trình có thể đƣợc miêu tả theo mô hình động học Langmuir- Hishelwood (L-H) [10,11]. Trong đó tốc độ phản ứng (r) tỉ lệ với phần diện tích bề mặt bị che phủ bởi chất phản ứng, sự thay đổi tốc độ phản ứng r tỉ lệ với phần bề mặt bị che phủ bởi chất phản ứng.
Phản ứng
r = - = k (1.1)
Trong đó :
k: Hằng số tốc độ phản ứng (phút-1)
K: Hệ số hấp phụ của chất phản ứng trên bề mặt TiO2 (Lmg-1)
C: Nồng độ của chất phản ứng (mgL-1)
Lấy tích phân của phƣơng trình (1.21) ta đƣợc:
(1.2)
Khi nồng độ ban đầu C0 rất nhỏ dung dịch loãng, phƣơng trình trên có thể rút gọn thành phƣơng trình tốc độ phản ứng bậc nhất:
ln = Kt = ’t (1.3)
Với k’ là một hằng số tỉ lệ biểu thị cho mức độ chuyển hóa của chất phản ứng. Nhƣ vậy, nếu ln Co/C vẽ trên đồ thị với trục hoành là thì gian chiếu sáng ta sẽ đƣợc một đƣờng thẳng từ đó xác định đƣợc hằng số tốc độ biểu kiến của quá trình.
Trong khuân khổ luận văn này tôi tập trung vào nghiên cứu động học quá trình phân hủy RhB và Phenol sử dụng xúc tác quang ZnO pha tạp Mn theo mô hình động học L-H. Đánh giá hiệu quả xử lý của xúc tác và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới tốc độ phản ứng xúc tác phân hủy RhB và Phenol.
dC dt (1 ) KC KC 0 C C
CHƢƠNG 2
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU