4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
3.5. Hoạt tính xúc tác quang
Khả năng hấp phụ của các mẫu sau thời gian khuấy 30 phút trong bóng tối được xác định từ Hình 3.10 (a) và được tổng kết trong Hình 3.10(b). Kết quả cho thấy rằng khả năng hấp phụ của các mẫu tăng lên khi hàm lượng carbon trong mẫu tăng lên. Hiện tượng này có thể giải thích là do sự hấp phụ các phân tử thuốc nhuộm MB bởi các dạng carbon do tương tác giữa các lớp carbon graphit (liên kết sp2) và các vòng thơm của các phân tử thuốc nhuộm [33]
3.5. Hoạt tính xúc tác quang
Các hoạt tính xúc tác quang của các vật liệu chế tạo được đánh giá bởi quá trình đo sự phân hủy MB dưới sự chiếu xạ UV (=365 nm) và ánh sáng nhìn thấy. Nhiệt độ của dung dịch MB được giữ không đổi tại 25C trong suốt quá trình khảo sát. Theo như phân tích ở trên, nồng độ của MB tỉ lệ tuyến tính với cường độ của đỉnh hấp thụ tại 663 nm (định luật Beer-Lambert). Do đó hiệu suất phân hủy quang MB có thể được tính toán sử dụng phương trình sau:
0 0
0 0
(%) C C 100 A A 100
C A
= − = − (3.6) Trong đó: C0 và C lần lượt là các nồng độ cân bằng của MB trước và sau khi chiếu xạ UV (hoặc chiếu ánh sáng nhìn thấy).
Hình 3.11 Phổ hấp thụ UV-Vis mô tả sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB bởi các chất xúc tác dưới tác dụng của tia tử ngoại UV 365 nm: không có chất xúc tác (a), S0
Hình 3.11 thể hiện kết quả đo phổ hấp thụ UV-Vis mô tả sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB bởi các chất xúc tác dưới tác dụng của tia tử ngoại UV 365 nm trong trường hợp dung dịch MB không có chất xúc tác (a) và dung dịch MB có các chất xúc tác S0 (b), S025 (c), S05 (d), S1 (e) và S2 (f).
Từ các đồ thị biểu diễn phổ hấp thụ UV-Vis của Hình 3.11, chúng tôi thu được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỉ lệ nồng độ C/C0 theo thời gian chiếu xạ UV như Hình 3.12 (a). Nồng độ của MB thể hiện sự thay đổi nổi bật khi sử dụng chất xúc tác nano composite C/ZnO so với vật liệu nano ZnO thương mại. Sau thời gian chiếu xạ UV trong 13 phút, hiệu suất phân hủy quang của MB là 44,24; 98,99; 99,03; 89,47 và 81,5% cho các mẫu S0, S025, S05, S1 và S2. Các mẫu C/ZnO thể hiện hoạt tính xúc tác quang cao hơn nhiều so với cấu trúc ZnO thương mại.
Hơn nữa, để hiểu được động học phản ứng của quá trình phân hủy MB của các mẫu khác nhau, chúng tôi vẽ lại dữ liệu trong Hình 3.12(b) theo mô hình động học bậc một được diễn tả bởi phương trình sau:
0 ln C k t C = (3.7) Ở đây, t là thời gian phản ứng, k là hằng số tốc độ. C0 và C là nồng độ của MB tại thời điểm ban đầu trước khi chiếu sáng và ở thời điểm t tương ứng.
Phương trình (3.7) thường được sử dụng cho quá trình phân hủy xúc tác quang diễn ra tại bề mặt tiếp tiếp xúc giữa chất xúc tác và chất ô nhiễm hữu cơ với nồng độ thấp. Các hằng số tốc độ cho quá trình phân hủy MB dưới quá trình chiếu xạ UV có trị lần lượt là 0,044; 0,352; 0,360; 0,179 và 0,133 (phút-1) tương ứng với các chất xúc tác S0, S025, S05, S1 và S2. Như vậy, các mẫu C/ZnO có khả năng ứng dụng tốt cho khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ từ nước thải. Trong điều kiện chế tạo, mẫu S05 có hiệu suất phân hủy quang xúc tác và hằng số tốc độ phân hủy cao nhất trong các mẫu chế tạo.
Hình 3.12 (a) Sự thay đổi nồng độ MB theo thời gian chiếu xạ UV thu được từ các phổ UV-Vis và (b) Đồ thị biểu diễn động học của quá trình phân hủy MB theo thời gian
Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu cũng được khảo sát dưới ánh sáng nhìn thấy. Hình 3.13 (a&b) hiển thị phổ hấp thụ UV-Vis mô tả sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB sử dụng chất xúc tác S0 và S05 dưới ánh sáng nhìn thấy. Sự thay đổi nồng độ MB theo thời gian chiếu xạ thu được từ các phổ UV-Vis và động học của quá trình phân hủy MB theo thời gian tương ứng cũng được tính toán và so sánh như Hình 3.13 (c) và (d). Kết quả cho thấy rằng, mẫu S05 có hiệu suất phân hủy quang và hằng số tốc độ phân hủy MB cao hơn mẫu S0. Điều này chứng tỏ rằng hệ vật liệu C/ZnO có tiềm năng
ứng dụng cho khả năng phân hủy xúc tác quang dưới ánh sáng nhìn thấy tốt hơn đối với ZnO tinh khiết.
Hình 3.13 Phổ hấp thụ UV-Vis mô tả sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB sử dụng chất xúc tác S0 (a) và S05 (b) dưới ánh sáng nhìn thấy; Sự thay đổi nồng độ MB theo thời gian chiếu xạ thu được từ các phổ UV-Vis (c) và Đồ thị biểu diễn động học của quá
trình phân hủy MB theo thời gian tương ứng (d)