Hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh metylen và metyl da cam của các mẫu vật liệu được khảo sát thông qua việc thay đổi một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý như: khả năng hấp phụ của vật liệu, ảnh hưởng của nhiệt độ nung, lượng vật liệu, thời gian phản ứng, khả năng tái sử dụng. Khi khảo sát một yếu tố ảnh hưởng, các yếu tố khác được giữ cố định. Trong hầu hết các trường hợp (trừ các
thí nghiệm về hấp phụ, khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng), tôi cho thêm một lượng nhỏ dung dịch H2O2 để nâng cao khả năng quang xúc tác của vật liệu.
Khả năng quang xúc tác phân hủy thuốc nhuộm của vật liệu được đánh giá bởi hiệu suất phân hủy thuốc nhuộm được tính như sau:
0 0 (%) C Cf .100 H C
Trong đó: H là hiệu suất phân hủy thuốc nhuộm của vật liệu (%) C0: Nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm (ppm)
Cf: Nồng độ sau xử lý của thuốc nhuộm (ppm)
a) Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu
Để khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu, tôi sử dụng 0,5g vật liệu BNO750 cho vào mỗi 500ml dung dịch xanh metylen và metyl da cam có nồng độ 10ppm, để trong tối 24 giờ và hệ được khuấy trộn trong thời gian khảo sát trên máy khuấy từ. Sau mỗi khoảng thời gian 2h, hút 5ml các dung dịch được mang đi li tâm để tách bỏ vật liệu và xác định nồng độ còn lại bằng cách đo quang. Từ đó, đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu.
b) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng quang xúc tác của vật liệu
Các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng xử lý thuốc nhuộm của hệ vật liệu trên thiết bị quang xúc tác đã được tiến hành bằng cách cho lần lượt 0,5g từng loại vật liệu BNO550, BNO750, BNO850, BNO950 vào mỗi 500ml các dung dịch xanh metylen có nồng độ 10 ppm hoặc dung dịch metyl da cam có nồng độ 5ppm và 0,1 ppm H2O2 vào buồng phản ứng, chiếu sáng trong thời gian 60 phút, đồng thời được khuấy liên tục trong thời gian thí nghiệm. Sau khi thí nghiệm kết thúc dung dịch xanh metylen và metyl da cam được đưa đi ly tâm tách bỏ vật liệu, sau đó phân tích nồng độ bằng phương pháp đo quang và tính hiệu suất xử lý của vật liệu. Từ kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
quang xúc tác của vật liệu, tơi chọn ra loại vật liệu có khả năng xử lý tốt nhất để sử dụng trong các thí nghiệm tiếp theo.
c) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng quang xúc tác của vật liệu
Để tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng đến hiệu suất xử lý chất màu, từ đó tìm ra điều kiện tối ưu để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo, tơi sử dụng vật liệu BNO750 để xử lý metyl da cam và xanh metylen trong các khoảng thời gian khác nhau với điều kiện phản ứng như sau: Tỉ lệ vật liệu trong dung dịch là 0,25 g/l; nồng độ metyl da cam 5ppm, nồng độ xanh metylen 10ppm; có mặt 0,1 ppm H2O2; thời gian chiếu sáng thay đổi lần lượt từ 15, 30, 60, 90, và 120 phút. Trong suốt thời gian phản ứng, hệ được khuấy liên tục.Sau khi hết thời gian phản ứng, hút 5ml các dung dịch đem đi li tâm để tách bỏ vật liệu. Sau đó các dung dịch được đo quang để xác định nồng độ cịn lại và tính hiệu suất xử lý.
d) Khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến khả năng quang xúc tác
Vật liệu BNO750 được dùng để khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu trong 500 ml dung dịch xanh metylen có nồng độ 10 ppm và nồng độ metyl da cam 5 ppm. Thời gian chiếu sáng 60 phút, khuấy liên tục. Có mặt 0,1 ppm H2O2. Lượng vật liệu được thay đổi tỉ lệ lần lượt là 0,5 g/l; 0,25 g/l và 0,125 g/l.Sau khi phản ứng kết thúc, các dung dịch được đo quang để xác định và tính hiệu suất xử lý. Từ đó, ta biết được lượng vật liệu tối ưu dùng để xử lý metyl da cam, xanh metylen bằng phương pháp quang xúc tác, sử dụng vật liệu BNO.
e) Khảo sát ảnh hưởng của H2O2 đến khả năng quang xúc tác
Khi khảo sát ảnh hưởng của H2O2 đến khả năng quang xúc tác phân hủy phẩm màu của vật liệu BiNbO4, tơi tiến hành các thí nghiệm phân hủy 500ml dung dịch metyl da cam có nồng độ 5 ppm và dung dịch xanh metylen 10 ppm bằng 0,1 ppm H2O2 mà khơng có mặt vật liệu. Sau các khoảng thời gian chiếu sáng 15, 30,
45, 60, 90 phút, hút 5ml các dung dịch chất màu đem đi ly tâm để tách bỏ vật liệu và xác định lại nồng độ bằng phương pháp đo quang, sau đó tính hiệu suất xử lý của H2O2. Từ đó đánh giá khả năng xử lý chất màu của riêng H2O2, và đánh giá ảnh hưởng của nó đến q trình quang xúc tác của vật liệu BNO.
f) Khả năng tái sử dụng của vật liệu
Trong thực tế, việc có thể tái sử dụng vật liệu là vơ cùng quan trọng vì giúp tiết kiệm thời gian và chi phí chế tạo.Vì vậy, tơi tiến hành các thí nghiệm đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu α-BiNbO4 nung ở 750ºC trong 2 giờ. Các thí nghiệm được tiến hành như sau: Tỉ lệ vật liệu trong dung dịch là 0,25 g/l; nồng độ metyl da cam 5ppm, nồng độ xanh metylen 10ppm; thời gian chiếu sáng 60 phút. Sau khi kết thúc lần xử lý chất màu đầu tiên, vật liệu không được thu hồi bằng cách lọc và không xử lý mà tiếp tục được sử dụng để phân hủy các dung dịch MO, MB có nồng độ như trên, các điều kiện khác không thay đổi. Tiến hành tái sử dụng 3 lần.Sau mỗi lần tiến hành phản ứng, các dung dịch màu được xác định lại nồng độ và tính hiệu quả xử lý của vật liệu đã qua sử dụng.
Trần Thị Phương – K26 Hóa Mơi trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Chế tạo vật liệu và đặc tính
3.1.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu gel BNO
Mẫu gel BiNbO4 được tổng hợp ở điều kiện: cân 0,44g PVA hòa tan vào nước ở 80ºC, sau đó nhỏ từ từ từng giọt dung dịch Bi(NO3)3 và dung dịch Nb2(C2O4)5 với tỉ lệ mol Bi/Nb = 1/1, tỉ lệ kim loại/PVA = 1/3 ở pH = 1. Sau 2 giờ khuấy liên tục trên máy khuấy từ gia nhiệt, hệ gel đồng nhất có màu trắng ngà vàngđược tạo thành. Gel được đem sấy ở 120ºC trong 4 giờ thu được gel xốp và đem đi phân tích nhiệt ở điều kiện nhiệt độ từ 25ºC đến 920ºC với tốc độ nâng nhiệt 10ºC trên 1 phút, khí mang là khơng khí. Kết quả phân tích nhiệt vi sai TG – DTA được ghi lại ở Hình 3.1.