Mơ hình Box-Behnken

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tổng hợp vật liệu titan dioxit pha tạp bạc trên cơ sở graphene aerogel để quang phân hủy chất màu hữu cơ trong nước (Trang 43)

Thi t k theo mơ hình Box-Behnken đ c s d ng trong tr ng h p có trên hai y u t kh o sát. Các y u t đ c đ t t i m t trong ba giá tr kho ng cách đ u nhau vƠ đ c mã hóa là ứ1, 0, +1. Theo mơ hình Box-Behnken, kh o sát k y u t v i no thí nghi m t i tâm và s thí nghi m theo ph ng án nƠy đ c trình bƠy nh ph ng trình (1.15).

o k n k 2 2 N    (1.15)

31

i v i kh o sát ba y u t theo mơ hình Box-Behnken, ph ng trình h i quy có d ng

nh ph ng trình (1.16):

Y X X X X j (1.16)

trong đó: Y là hàm m c tiêu; Xi, Xj là các bi n mư hóa t ng ng c a các y u t

kh o sát; 0 là h ng s mơ hình; i là các h s b c m t; ii là các h s b c hai; và ij là các h s t ng tác.

Sau đó, s li u th c nghi m đ c phân tích b ng ph n m m Design-Expert v.11.0

đ xây d ng mơ hình tính tốn.

Kh o sát hi u su t thu h i và tái s d ng c a v t li u ATG

Hi u su t thu h i và tái s d ng c a v t li u ATG đ c kh o sát qua n m chu k .

n đ nh vƠ đ b n c a v t li u đ c ki m tra thông qua l ng ion Ag+ và Ti4+

gi i phóng vào dung d ch CV sau q trình quang phân h y; gi n đ XRD, nh SEM- EDS c a v t li u ATG sau n m l n tái s d ng.

Kh o sát nh h ng các g c t do đ n c ch quang phân h y CV c a v t li u ATG

nh h ng các g c t do đ n c ch quang phân h y CV c a v t li u ATG đ c kh o sát. Trong quá trình quang phân h y CV, benzoquione (BQ), dinatri ethylenediamine-etetraacetate (EDTA-2Na), và iso-propanpol (IPA) đ c b sung nh m kh o sát nh h ng c a g c •O2ứ, h+, và •OH đ n c ch quang phân h y c a v t li u. T đó, đ xu t c ch cho quá trình quang phân h y CV c a v t li u ATG.

1.5.5. óng góp

Mơi tr ng n c hi n nay ô nhi m nhi u lo i h p ch t nguy hi m, trong đó ch t màu

h u c gây nh h ng đ n s c kh e con ng i và sinh v t. Tình tr ng ơ nhi m ch t màu h u c ngày càng t ng. Tuy nhiên, các ph ng pháp x lý truy n th ng không mang l i hi u qu cao và trong quá trình x lý phát sinh ơ nhi m th c p. Vì v y, lu n v n nƠy

tìm ra v t li u ATG có quy trình t ng h p và hóa ch t đ n gi n, d th c hi n, và hi u qu cao. Bên c nh đó, lu n v n cịn đ a ra đi u ki n quang phân h y phù h p,

xác đnh s l n tái s d ng, vƠ c ch cho quá trình quang phân h y ch t h u c c a

32

1.5.6. Tính m i

V t li u TiO2/GA ng d ng quang phân h y các h p ch t h u c trong n c thu hút nhi u quan tâm nghiên c u c a các nhà khoa h c trên th gi i. Tuy nhiên, hi u qu lo i b các ch t ô nhi m h u c kh i n c ch a cao do s phân tách y u và t c đ tái t h p nhanh c a các c p e và h+ c a v t li u c ng nh n ng l ng vùng c m l n c a TiO2 ch h p thu b c x UV (chi m 5 % ánh sáng m t tr i). Vì v y, ti n hành nghiên c u t ng h p v t li u bi n tính b ng ph ng pháp pha t p Ag lên v t li u TiO2/GA nh m thu h p n ng l ng vùng c m, m r ng vùng h p thu photon ánh sáng vùng kh ki n, nâng cao hi u qu s d ng ánh sáng m t tr i và h n ch tái t h p c a c p e và h+. Trong lu n v n này, v t li u ATG đ c kh o sát đi u ki n t ng h p đ tìm ra t l ti n ch t phù h p. Bên c nh đó, nh h ng đ ng th i c a các y u t đ n hi u su t quang phân h y ch t màu h u c CV c a v t li u ATG đ c th c hi n đ

đ a ra đi u ki n quang phân h y đ t hi u su t cao. a ra đ c c ch quang phân h y

33

CH NGă2:ăTH C NGHI M

2.1. Hóa ch t, d ng c , thi t b , vƠăđ aăđi m th c hi n 2.1.1. Hố ch t Hóa ch t s d ng nh đ c th hi n b ng 2.1. B ng 2.1: Hóa ch t đ c s d ng STT Hóa ch t Ký hi u hóa h c Tr ng thái c tính Ngu n g c 1 Graphite Gi R n Dh < 20 mm c

2 Axit sunfuric H2SO4 L ng 98 % Trung Qu c 3 Axit photphoric H3PO4 L ng 85 % Trung Qu c 4 Kali pemanganat KMnO4 R n 99 % Vi t Nam 5 Hydrogen peroxide H2O2 L ng 30 % Trung Qu c

6 Etanol C2H5OH L ng 99 % Vi t Nam

7 Axit acetic CH3COOH L ng 99,5 % Trung Qu c

8 Titan (IV)

isopropoxit C12H28O4Ti L ng 97 % c

9 B c nitrat AgNO3 R n 99 % Trung Qu c

10 Amoniac NH4OH L ng d = 8,8 g/mL Trung Qu c 11 Crystal violet C25N3H30Cl R n 98,5 % Trung Qu c 12 Methylene blue C16H18ClN3S R n 99 % Trung Qu c 13 Indigo carmine C16H8N2Na2O8S2 R n 93 % Trung Qu c 14 Natri hydroxit NaOH R n 99 % Trung Qu c 15 Axit clohidric HCl R n 36 % Trung Qu c

16 Benzoquinone C6H4O2 R n 99 % c

17 Isopropyl alcohol C3H8O L ng 99,7 % Trung Qu c

18 Dinatri ethylenediamine- etetraacetate C10H14N2Na2O8 R n 99 % Trung Qu c 2.1.2. D ng c và thi t b D ng c

Cá t ; b p t ; đ a khu y; nhi t k ; vial 20 mL; becher lo i 500, 250 mL; ng đong

34 Thi t b Thi t b s d ng trong lu n v nđ c th hi n hình 2.1. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 2.1: Thi t b s d ng trong lu n v n

(a) B siêu âm, (b) Máy ly tâm, (c) Máy khu y t gia nhi t, (d) Cân phân tích, (e) Máy UV-Vis, vƠ (f) èn UV

2.1.3. a đi m th c hi n

Thí nghi m đ c th c hi n t i Phòng thí nghi m Tr ng đi m i h c Qu c gia H Chí Minh Cơng ngh Hóa h c và D u khí (Key CEPP Lab),

35

2.2. Thí nghi m

2.2.1. T ng h p và kh o sát nh h ng c a l ng AgNO3 đ n đ c tr ng c a

v t li u ATG

T ng h p v t li u ATG

V t li u ATG đ c t ng h p qua hai giai đo n: T ng h p GO b ng ph ng pháp

Hummers c i ti n và t ng h p ATG theo ph ng pháp đ ng k t t a.

T ng h p GO

GO đ c t ng h p t Gi theo ph ng pháp Hummers c i ti n, quá trình x y ra theo

hai giai đo n oxy hóa Gi và tách l p GiO. Quy trình th c hi n nh trình bày hình 2.2.

Hình 2.2: Quy trình t ng h p GO

Thuy t minh quy trình: 3 g Gi đ c thêm vào h n h p axit đ m đ c g m 360 mL

H2SO4 và 40 mL H3PO4 10 oC. Ti p theo, thêm t t 18 g KMnO4 và khu y nhi t đ d i 20 oC. Sau đó, h n h p đ c khu y liên t c nhi t đ 50 oC trong 12 gi . H n h p đ c đ ngu i đ n nhi t đ phòng, thêm 500 mL n c c t và 15 mL H2O2 30 %. H n h p t màu vàng nâu chuy n sang màu vàng sáng. H n h p đ c ly tâm (2000 rpm) và r a nhi u l n v i n c t i khi đ t pH trung tính. Ch t r n thu đ c là

GiO vƠ đ c s y khô 50 oC. GiO đ c phơn tán vƠo n c (5 g/L), siêu âm đ tách l p

GiO trong 12 gi . S n ph m sau khi siêu ơm đ c ly tâm và s y khô 50 oC. S n ph m sau khi s y thu đ c là GO.

T ng h p ATG

Quy trình t ng h p ATG theo ph ng pháp đ ng k t t a đ c th hi n hình 2.3.

36

Thuy t minh quy trình: Phơn tán GO trong n c b ng sóng siêu ơm 30 phút đ thu

đ c h đ ng nh t; ti p t c thêm h n h p g m TIP, etanol, và axit acetic; và siêu âm thêm 10 phút. Ti p đ n, ti n hành cho AgNO3/NH4OH vào khu y đ n khi phơn tán đ u

thu đ c h n h p A. Sau đó, PVA đ c khu y tan hoàn toàn 80 oC, h n h p A đ c

cho t t vào và ti p t c khu y 20 phút. Axit malic đ c thêm vào h n h p trên và khu y trong 5 phút, h n h p sau khu y đ c cho vào autoclave và ti n hành th y nhi t 200 oC trong 2 gi . S n ph m đ c đ ngu i đ n nhi t đ phòng, ngâm, r a b ng n c và etanol. Cu i cùng, ATG đ c s y khô b ng ph ng pháp s y th ng hoa. nh h ng c a l ng AgNO3 đ n đ c tr ng vƠ hi u su t quang phân h y CV c a v t li u ATG

đ c kh o sát. C đnh nhi t đ kh và th i gian ph n ng 200 oC và 2 gi , th tích TIP là 1 mL và l ng AgNO3 thay đ i v i các giá tr đ c th hi n b ng 2.2.

B ng 2.2: Kh o sát nh h ng c a l ng AgNO3 STT V t li u GO (mg) AgNO3 (mg) STT V t li u GO (mg) AgNO3 (mg) 1 ATG0 500 0 2 ATG25 25 3 ATG50 50 4 ATG75 75 5 ATG100 100

Thêm vƠo đó, TiO2/rGO (TrG) đ c t ng h p đ làm v t li u đ i ch ng b ng

ph ng pháp đ ng k t t a t ng t ATG. Sau khi thêm h n h p g m TIP, etanol, và

axit acetic vào GO; và siêu âm thêm 10 phút. Ti p đ n, h n h p đ c cho vào autoclave và ti n hành th y nhi t 200 oC trong 2 gi . S n ph m đ c đ ngu i đ n nhi t đ

phòng, r a b ng n c và etanol. Cu i cùng, TrG đ c s y khô b ng ph ng pháp

s y th ng hoa.

Kh o sát đ c tr ng c a v t li u ATG

c tr ng c a v t li u đ c phân tích b ng các ph ng pháp: FTIR, XRD, Raman,

TGA, TEM, SEM-EDS, di n tích b m t riêng BET, và UV-Vis.

FTIR: M u đ c đo t i Phòng thí nghi m PTN Tr ng đi m HQG – HCM

Cơng ngh Hóa h c và D u khí (Key CEPP Lab), Tr ng i H c Bách Khoa – i h c Qu c gia Thành ph H Chí Minh. M u v t li u đ c tr n v i b t KBr r i đ c nén thành d ng mi ng tr c khi đo. Các thông s c a máy: phân gi i t t h n

37

0,2 cm 1; đ chính xác dãy ph là 0,1% T; dãy ph t 4000 – 400 cm 1.

XRD: M u đ c đo t i Trung tâm Công ngh Vi t c, i h c Công nghi p

Th c ph m Thành ph H Chí Minh v i máy XRD D8 Advance c a hãng Bruker –

c. Ngu n b c x Cu-K v i b c sóng = 1,5406 nm; góc quét 2 = 5 – 80 o. M u d ng b t đ c nghi n m n.

Raman: M u d ng b t đ c đo b ng máy LabRam HR Evolution, hãng s n xu t

HORIBA, xu t x Nh t B n, vi n công ngh Nano i h c Qu c gia Thành ph H Chí Minh. B c sóng kích thích c a máy lƠ 632 nm, môi tr ng đo lƠ mơi tr ng h n h p khí tr He vƠ Ne.

TGA: M u đ c đo t i PTN Trung tơm Khoa Hóa Tr ng i h c S ph m TP.

H Chí Minh. M u đ c đo b ng máy SETARAM TGA DSC 1600 LabSys EVO.

i u ki n đo: Nhi t đ 0 – 820 oC.

TEM: M u đ c ch p t i Phòng Hi n vi đi n t ứ Vi n Khoa h c v t li u, qu n C u Gi y, Hà N i trên thi t b TEM phân gi i cao (JEM 2100, HSX: Jeol,

Nh t B n). Các thông s v n hành c a máy: Th phát: 200 kV; s i đ t: LaB6;

đ phân gi i gi a hai đi m: 0,23 nm; đ phân gi i gi a hai đ ng: 0,14 nm.

SEM EDS: M u đ c đo t i Trung tâm Công ngh Vi t c, i h c Công nghi p

th c ph m TP.HCM, s d ng máy JMS-IT 200, Jeol, Nh t B n. i u ki n đo: i n áp gia t c 10 kV, đ phóng đ i × 10000, đ phân gi i 512 × 384, th i gian d ng 0,20 ms.

BET: M u đ c đo Vi n Khoa h c V t li u ng d ng ứ Vi n Hàn lâm Khoa h c

và Công ngh Vi t Nam, qu n 12, TP.HCM. Di n tích b m t riêng đ c xác đ nh

d a trên đ ng h p ph /gi i h p N2 77,35 K và Po = 756 mmHg.

UVứVis: M u đ c đo b ng thi t b HORIBA Dual-FL, t i Key CEPP Lab. M u v t li u đ c phơn tán trong n c vƠ đo m u b c sóng 200 – 800 nm.

ICP-MS: M u dung d ch CV sau quá trình quang phân h y s đ c đo đ gi i phóng

ion Ag+ và Ti4+ b ng thi t b 7700 × ICP-MS, Agilent Technologies t i Trung tâm D ch v Phân tích Thí nghi m TP.HCM (CASE).

2.2.2. Kh o sát nh h ng c a l ng AgNO3 đ n hi u su t quang phân h y CV c a

v t li u ATG

Quy trình kh o sát nh h ng c a l ng AgNO3 đ n hi u su t quang phân h y CV c a ATG đ c th hi n hình 2.4.

38

Hình 2.4: Quy trình kh o sát hi u su t quang phân h y ch t màu CV c a v t li u ATG

Thuy t minh quy trình: V t li u ATG đ c thêm vào 100 mL dung d ch ch t

h u c n ng đ xác đ nh và khu y t liên t c trong t i 60 phút đ đ t cân b ng h p ph -

gi i h p. Sau đó, h n h p đ c chi u sáng b ng đèn UV (TUV 215 mm, 11W, Philips).

Sau kho ng 10 phút l y 5 mL m u ra đo UV-Vis đ xác đ nh n ng đ ch t màu sau m i kho ng th i gian ph n ng.

2.2.3. Kh o sát nh h ng các y u t đ n hi u su t quang phân h y CV c a v t li u

ATG

Kh o sát nh h ng t ng y u t theo mơ hình Plackett-Burman

Y u t nh h ng đ n hi u su t quang phân h y CV c a v t li u ATG bao g m: pH (x1), n ng đ CV (x2), l ng v t li u (x3), th i gian h p ph (x4), và th i gian quang phân h y (x5). Thí nghi m kh o sát đ c thi t k theo mơ hình Plackett-Burman

đ đ a ra ba y u t nh h ng nhi u nh t đ n hi u su t quang phân h y CV c a v t li u

ATG. M i y u t đ c kh o sát hai c p đ : M c th p ( 1) vƠ m c cao (+1). Các bi n trong ma tr n đ c trình bày b ng 2.3. B ng 2.3: Các bi n trong ma tr n Plackett-Burman Y u t kh o sát năv Ký hi u M c nghiên c u 1 +1 pH - x1 5 9 N ng đ CV mg/L x2 10 50 L ng v t li u mg x3 10 50 Th i gian h p ph phút x4 40 60

39

Thí nghi m đ c thi t k b ng ph n m m Design-Expert v.11.0 th hi n b ng 2.4. B ng 2.4: Thi t k thí nghi m theo mơ hình Plackett-Burman

STT x1 x2 x3 x4 x5 1 3 50 10 40 80 2 11 10 50 60 80 3 3 10 50 60 80 4 11 50 10 60 40 5 3 10 10 60 40 6 11 50 50 40 80 7 3 50 50 60 40 8 3 50 50 40 40 9 11 10 50 40 80 10 3 10 10 40 40 11 11 10 10 40 40 12 11 50 10 60 80

Kh o sát nh h ng đ ng th i các y u t theo mơ hình Box-Behnken

T k t qu kh o sát t ng y u t , xác đ nh ba y u t nh h ng nh t đ n hi u su t quang phân h y CV c a v t li u. Ti n hành quy ho ch th c nghi m theo ph ng pháp

b m t đáp ng v i ba y u t đó. HƠm m c tiêu (Y) đ c ch n là hi u su t quang phân h y. Thí nghi m đ c xây d ng theo mơ hình Box-Behnken v i 3 m c ( 1, 0, +1) b ng ph n m m Design-Expert v.11.0. Các thí nghi m đ c b trí theo mơ hình

Một phần của tài liệu Nghiên cứu tổng hợp vật liệu titan dioxit pha tạp bạc trên cơ sở graphene aerogel để quang phân hủy chất màu hữu cơ trong nước (Trang 43)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(147 trang)