Mẫu Kích thƣớc hạt pha A (nm) Tỷ lệ pha A (%) Tỷ lệ pha R (%) Bent 1-350 5,83 100 - Bent 1-450 4,44 100 - Bent 1-550 6,54 100 -
Trên phổ của các mẫu sản phẩm (Hình 3.5) ngồi sự xuất hiện các pic đặc trưng cho pha anastase của TiO2 tại vị trí góc nhiễu xạ 2θ = 25,26o; 38,56o ; 48,00o; 53,90o; 63,95o còn xuất hiện các pic đặc trưng cho montmorillonite tại vị trí 2θ = 6o và tại vị trí góc nhiễu xạ 2θ = 26,700 (đặc trưng cho quartz).
Kết quả XRD cịn cho thấy sau khi chống, bentonit có khoảng cách lớp cơ bản tăng từ d=14,99 Å lên đến d =17,24Å ở góc nhiễu xạ 2θ = 6o
. Như vậy vật liệu đã được chống thành công bentonite bằng Ti pha tạp Ce.
So sánhvới kích thước hạt TiO2-450 (16 nm), ta thấy TiO2 mang trên bentonite có kích thước giảm khá nhiều (Bảng 3.6, 3.7). Tuy nhiên, khi thay đổi hàm lượng bentonit thì kích thước hạt khơng thay đổi nhiều. Điều này có thể được giải thích là khi phân tán các hạt TiO2 trên bề mặt bentonit, TiO2 đi vào các lớp của bentonite, trong quá trình nung định hình cột chống đã làm giảm cơ hội tích tụ của các hạt nano, dẫn đến kích thước hạt giảm nhưng khơng nhiều.
3.2.2. Kết quả p UV- Vis
Kết quả phổ UV-Vis cho thấy khi phân tán TiO2 pha tạp Ce thì sự hấp thụ ánh sáng của vật liệu chuyển dịch mạnh về vùng khả kiến.
Theo một số nghiên cứu, trong phổ hấp thụ UV-Vis, đỉnh hấp thụ ứng với bước sóng 210 nm đặc trưng cho sự tồn tại của Titan nằm trong mạng bentonite (ở dạng tứ diện TiO4), cịn đỉnh hấp thụ ứng với bước sóng 300 nm đặc trưng cho sự tồn tại của Titan nằm ngoài mạng bentonite (dạng anatase) [35]. Phổ hấp thụ UV- Vis (Hình 3.6 ) chỉ ra rằng, các mẫu xúc tác Bent 0,5; Bent 1; Bent 1,5 xuất hiện cả 2 pic này, chứng tỏ trong sản phẩm có cả Titan nằm ngồi mạng lưới Bent - có cấu trúc tinh thể kiểu anatase và có cả Titan nằm trong mạng lưới Bent ở dạng tứ diện TiO4. Điều này khẳng định một lần nữa, Ti đã xen giữa các lớp bentonite tạo nên cột chống.
Do hoạt tính xúc tác của TiO2 phụ thuộc nhiều vào năng lượng vùng cấm, kích thước hạt, diện tích bề mặt tiếp xúc nên từ các kết quả của phổ XRD và phổ UV-Vis có thể nhận định rằng Bent 1 sẽ có hoạt tính xúc tác tốt nhất.
3.2.3. Kết quả p tán xạ năn n EDX
Để kiểm tra sự có mặt của Ce trong vật liệu chống Ti, chúng tôi tiến hành chụp EDX tại 3 điểm khác nhau trên bề mặt của mẫu Bent-TiO2-Ce-450(Bent 1).
Bảng 3. 8. Kết quả thành phần nguyên tố của mẫu vật liệu Bent-TiO2-Ce-450(Bent 1) Bent -Ti- Ce Nguyên tố (% khối lƣợng) C O Na Mg Al Si K Ca Ti Ce Fe Tổng 01 22,76 44,72 1,01 0,28 1,44 3,44 0,62 0,84 23,54 0,78 0,58 100,00 02 23,18 45,29 0,89 0,27 1,34 2,47 0,68 0,81 23,47 0,72 0,88 100,00 03 22,57 44,53 0,69 0,17 1,65 3,84 0,59 0,76 23,59 0,76 0,85 100,00
Trên phổ EDX xuất hiện pic liên kết đặc trưng Ce-Ti ở vị trí 5,05 keV, chứng tỏ sự có mặt của Ce trong sản phẩm. Bảng 3.8 cho thấy hàm lượng Ce nằm trong khoảng từ 0,72 đến 0,78% về khối lượng, chứng tỏ Ce được phân bố khá đồng đều trong sản phẩm.
3.2.4. C u tạo bề m t s t ữu cơ qua kín ển v n tử qu t (SEM)
a) b)
Hình 3. 8. a) Ảnh SEM mẫu TiO2-0,40%Ce-450 b) Ảnh SEM của mẫu Bent-TiO2-
Ce-450 (Bent 1)
Nh n xét:
Ảnh SEM cho thấy các hạt sét có kích thước tương đối đồng đều và có cấu trúc bề mặt xốp hơn khi được chống Ti, diện tích bề mặt riêng của bentonit biến tính được tăng lên nhiều.
3.2.5. Kết quả ản ển v n tử truyền qua TEM
Để khẳng định lại nhận định về kích thước hạt TiO2, cũng như sự phân tán của hạt TiO2 trong bentonit chúng tôi tiến hành chụp ảnh TEM của mẫu TiO2-0,40%Ce- 450 và mẫu Bent-TiO2-Ce-450 (Bent 1).
Kết quả thu được cho thấy các hạt Ti phân tán trên bề mặt sản phẩm khá đồng đều, kích thước hạt khoảng 7-8 nm.
a) b) c)
d) e) f)
Hình 3. 9. a); b); c) Ảnh TEM của vật liệu TiO2-0,40%Ce-450 d); e); f) Ảnh TEM
của vật liệu Bent-TiO2-Ce-450 (Bent 1)
3.2.6. D n tíc bề m t r n của benton t và Bent-TiO2-Ce-450 (Bent 1)
a) b)
Hình 3. 10. a) Sự phụ thuộc giữa p/v(po-p) và P/P0 của Bent b) Sự phụ thuộc giữa
p/v(po-p) và P/P0 của Bent-TiO2-Ce-450 (Bent 1)
Bảng 3. 9. Diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản và kích thước mao quản của
Bent, Bent-TiO2-Ce
Mẫu Di n tích bề m t riêng (m2/g) Thể tích mao quản(cm3/g) Kíc t ớc mao quản theo DFT(A0) Bent 54 17,5 17,6 Bent-TiO2-Ce-450 105 33,3 18,4 Nh n xét:
Sau khi biến tính, diện tích bề mặt riêng của bentonit đạt 105m²/g, tăng rất nhiều so với bentonit ban đầu (54m2/g). Giá trị diện tích bề mặt riêng hứa hẹn vật liệu Bent- TiO2-Ce-450 có thể hấp phụ Ce khơng chỉ trên lớp bề mặt ngồi, mà cịn có thể hấp phụ trong các mao quản. Như vậy, vật liệu Bent- TiO2-Ce-450 có độ xốp gần gấp đôi so với bentonit. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả chụp SEM và kết quả XRD.
3.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý phẩm màu của TiO2 cấy thêm Ce và bentonite chống Ti cấy thêm Ce bentonite chống Ti cấy thêm Ce
3.3.1. Ản ởn của pH ến k ả năn xử ý p ẩm của v t u T O2-0,40%Ce- 450 và Bent 1
Từ kết quả phân tích đặc trưng cấu trúc của vật liệu chế tạo được, mẫu TiO2- 0,40%Ce-450 và Bent 1 đã được lựa chọn để khảo sát khả năng xúc tác của vật liệu. Q trình thí nghiệm được tiến hành như ở mục 2.5.3.2. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.10 và hình 3.12.