liệu BFO
2.3.1. Lập đường chuẩn xanh metylen
Để xác định nồng độ xanh metylen trong dung dịch sau khi phân hủy, chúng tôi dựng đường chuẩn xanh metylen trong khoảng nồng độ từ 0 ppm - 10 ppm (các dung dịch làm việc được pha từ dung dịch xanh metylen 1000 ppp) bằng phương pháp trắc quang so mầu trên máy UV – VIS Shimadzu 1800 (Nhật Bản). Phổ hấp thụ UV-VIS của dung dịch xanh metylen có nồng độ 10 ppm được đưa ra ở hình 2.2.
Từ phổ hấp thụ của dung dịch xanh metylen trên Hình 6 cho thấy dung dịch xanh metylen có cực đại hấp thụ ở bước sóng λmax = 664 nm. Nồng độ MB được xác định tại bước sóng này.
Hình 2.2: Phổ hấp thụ UV-VIS của dung dịch xanh metylen 10 ppm
Bảng 2.1: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang D vào nồng độ dung dịch xanh metylen STT Nồng độ dung dịch C (ppm) Độ hấp thụ quang D 1 0 0 2 1 0,15 3 2 0,31 4 3 0,51 5 4 0,68 6 5 0,88 7 6 1,03 8 7 1,18 9 8 1,34 10 9 1,51 11 10 1,67
Từ bảng số liệu (Bảng 2.1), dựng được đường chuẩn xanh metylen (Hình 2.3)
Hình 2.3: Đồ thị đường chuẩn xanh metylen
Từ đồ thị đường chuẩn xanh metylen (Hình 2.3) có phương trình đường chuẩn là.
y = 0,1688x – 0,0032
( r2 = 0,9992) Trong đó: y: độ hấp thụ quang D
x: nồng độ dung dịch xanh metylen (C ppm)
2.3.2. Lập đường chuẩn metyl da cam
Nồng độ dung dịch metyl da cam được xác định bằng phương pháp trắc quang so màu, trên máy đo UV-VIS Shimadzu 1800 (Nhật Bản). Đường chuẩn metyl da cam có giới hạn từ 0 ppm đến 5 ppm (Các dung dịch được pha từ dung dịch metyl da cam 1000 ppm). Dung dịch metyl da cam được đo phổ phấp thụ UV-VIS và cho kết quả như sau:
Hình 2.4: Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của dung dịch metyl da cam
Từ phổ UV-VIS của dung dịch metyl da cam (Hình 2.4) thấy rằng có một cực đại hấp thụ ở bước sóng λmax = 464 nm. Nồng độ metyl da cam của các dung dịch có nồng độ từ 0 ppm đến 5 ppm được xác định tại bước sóng này. Kết quả được đưa ra trong bảng 2.
Từ bảng số liệu (Bảng 2.2), dựng được đường chuẩn metyl da cam (Hình 2.5) với phương trình đường chuẩn là.
y = 0,2564x + 0,0038
( r2 = 0,9999) Trong đó:
y: độ hấp thụ quang D
Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch metyl da cam STT Nồng độ dung dịch C (ppm) Độ hấp thụ quang D 1 0 0 2 0,5 0,14 3 1 0,26 4 1,5 0,39 5 2 0,52 6 2,5 0,65 7 3 0,77 8 3,5 0,90 9 4 1,03 10 4,5 1,16 11 5 1,29
2.3.3.Phương pháp đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu
Trước đây, hướng nghiên cứu phân hủy các hợp chất hữu cơ bằng phương pháp xúc tác quang chủ yếu dựa trên ánh sáng trong vùng tử ngoại gắn với vật liệu nền TiO2. Trong quang phổ bức xạ của ánh sáng mặt trời, năng lượng bức xạ tử ngoại chỉ chiếm khoảng 8%, năng lượng bức xạ ánh sáng trông thấy chiếm đến 48% tổng năng lượng. Nên, việc nghiên cứu sử dụng năng lượng ánh sáng vùng khả kiến trong quá trình quang xúc tác rất cần thiết, do có thể tận dụng nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời cho các q trình phản ứng. Trong các thí nghiệm đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu sử dụng nguồn sáng tương tự ánh sáng mặt trời nhằm đưa ra những kết quả tương đối chính xác khi ứng dụng tính chất quang xúc tác của vật liệu trên thực tế.
Các nghiên cứu được tiến hành trong một hệ thiết bị quang xúc tác Ace photochemical U.V power supplies & mercury vapor lamps (Mỹ) (được mơ tả như hình 10), đèn phát ánh sáng mercury vapor lamps có bước sóng được mô phỏng theo ánh sáng mặt trời trong vùng tử ngoại (λ > 280 nm) và khả kiến. Đèn có cơng suất 450 W, 220 V. Khoảng cách từ tâm đèn đến bề mặt dung dịch d (cm) có thể thay đổi , dung tích bình phản ứng 500 ml. Hệ thiết bị được làm mát bằng hệ thống nước làm mát tuần hồn và được đặt trong một tủ kín.
Hình 2.6: Hệ thiết bị quang xúc tác
Hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh metylen và metyl da cam của các mẫu vật liệu được thực hiện như sau :
Cho một lượng mxt (gam) vật liệu với tỉ lệ thích hợp vào một thể tích V (ml) dung dịch làm việc có nồng độ C (ppm). Dung dịch thuốc nhuộm và vật liệu xúc tác được đưa vào buồng phản ứng, được chiếu sáng đông thời hệ phản ứng được khuấy liên tục trong thời gian thí nghiệm. Sau khoảng thời gian thí nghiệm, dung dịch
thuốc nhuộm trước và sau phản ứng được xác định nồng độ từ đó tính tốn hiệu suất xúc tác phân hủy thuốc nhuộm của vật liệu.
Một số điều kiện ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác của vật liệu được khảo sát như : khả năng hấp phụ của vật liệu, khả năng quang xúc tác và tái sử dụng của vật liệu, so sánh khả năng quang xúc tác của vật liệu với một số vật liệu khác,…
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:
H (%) = Co- Cf .100 Co
Trong đó:
H: hiệu suất phân hủy thuốc nhuộm của vật liệu (%) Co: Nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm (ppm)
Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.Kết quả phân tích nhiệt của mẫu gel BFO
Mẫu gel BiFeO3 được tổng hợp điều kiện: cân m = g PVA hòa tan vào nước ở nhiệt độ 80oC, sau đó nhỏ từ từ từng giọt dung dịch Fe(NO3)3 và Bi(NO3)3 với tỷ lệ mol kim loại Fe/Bi = 1/1, tỷ 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 đỏ nâu được tạo thành. Gel đem sấy ở 120oC trong 4 giờ thu được gel xốp đem đi phân tích nhiệt ở điều kiện sau: Nhiệt độ từ 25°C đến 900°C với tốc độ nâng nhiệt 10°C trên 1 phút, khí mang là khơng khí. Kết quả phân tích nhiệt vi sai TG - DTA được ghi lại ở Hình 3.1.
Từ giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu BFO ở Hình 3.1 có thể thấy rằng: trên đường TG có 2 hiệu ứng mất khối lượng tương ứng với 2 hiệu ứng thu nhiệt trên đường DTA: ở nhiệt độ T1 ~ 124,25°C ứng với hiệu ứng mất khối lượng Δm1 ~ 7,635 % ở đây có thể là khối lượng nước mất đi trong quá trình nâng nhiệt, ở nhiệt độ T2 ~ 305,36°C ứng với hiệu ứng mất khối lượng Δm2 ~ 25,488 % có thể gắn cho sự mất khối lượng các thành phần hữu cơ trong PVA và gắn với gốc NO3¯ của muối tiền chất Fe(NO3)3 và Bi(NO3)3.
Trên đường DTA cịn có thêm một hiệu ứng tỏa nhiệt ở nhiệt độ khoảng T3 ~ 325,56°C ứng với nhiệt độ chuyển pha hình thành tinh thể perovskite của mẫu vật liệu. Khi tăng nhiệt độ lên > 400°C thì khối lượng mẫu gần như khơng thay đổi có thể gán cho sự hình thành pha tinh thể BiFeO3.
3.2.Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự hình thành pha của vật liệu BFO
● BiFeO3 ▲ β-Bi2O3
Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu được nung ở các nhiệt độ khác nhau: a) 250oC; b) 450oC; c) 500oC; d) 550oC.
Để làm rõ thêm sự hình thành pha tinh thể của oxit hỗn hợp BiFeO3 phụ thuộc vào nhiệt độ nung, các thí nghiệm được tiến hành như sau: gel BFO được tổng hợp như phần trên, gel sau khi được sấy ở nhiệt độ 120°C được đem đi nung ở các nhiệt độ 250oC, 450oC, 500oC và 550oC trong 2 giờ. Kết quả phân tích thành phần pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X được ghi lại ở Hình 3.2.
Các giản đồ nhiễu xạ tia X ở Hình 3.2 chỉ ra rằng:
(a) Trên giản đồ chưa thấy xuất hiện các tín hiệu đặc trưng của tinh thể chứng tỏ khi nung ở nhiệt độ 250oC nhiệt lượng cung cấp chưa đủ để hình thành tinh thể BiFeO3 cấu trúc của vật liệu vẫn ở dạng vơ định hình.
(b) Đã thấy xuất hiện các tín hiệu đặc trưng của tinh thể BFO nhưng vãn chưa rõ ràng chứng minh khi nâng nhiệt độ lên 450oC pha tinh thể BiFeO3 đã được hình thành nhưng vẫn cịn tồn tại một phần ở dạng vơ định hình.
(c) Khi tiếp tục nâng nhiệt độ lên 500oC các tín hiệu đặc trưng cho pha tinh thể BiFeO3 là duy nhất với tín hiệu rõ nét.
(d) Khi nâng lên 550oC có thêm sự xuất hiện một phần nhỏ tín hiệu đặc trưng của pha β-Bi2O3 trên giản đồ nhiễu xạ X, vật liệu lúc này tồn tại 2 pha tinh thể là BiFeO3 và β-Bi2O3. Có thể giải thích hiện tượng này do cấu trúc perovskit bị phá vỡ trong khơng khí hình thành các đơn oxit .
Theo kết quả phân tích nhiệt ở Hình 3.1 cho thấy mặc dù tinh thể BiFeO3 đã hình thành khi nhiệt độ nung đạt giá trị T = 325,56°C, nhưng kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu nung ở nhiệt độ khác nhau trên thực tế lại cho thấy: tinh thể BiFeO3 đã được hình thành thể hiện trên các giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nung ở nhiệt độ 450oC, 500oC và 550oC; và ở nhiệt độ nung đến 500oC thì cấu trúc tinh thể perovskit đơn pha của vật liệu được hoàn thiện. Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả phân tích nhiệt ở trên. Các nghiên cứu tiếp theo, nhiệt độ 500°C được chọn để làm nhiệt độ nung của mẫu.