Thiết kế theo mơ hình Box–Behnken được sử dụng trong trường hợp có trên hai yếu tố khảo sát. Các yếu tố được đặt tại một trong ba giá trị khoảng cách đều nhau và được mã hóa là −1, 0, và +1. Theo mơ hình Box−Behnken, khảo sát k yếu tố với
thí nghiệm tại tâm và số thí nghiệm theo phương án này được trình bày như phương trình (1.2).
N 2 2k n (1.2)
Đối với khảo sát ba yếu tố theo mơ hình Box−Behnken, phương trình hồi quy có dạng như phương trình (1.3). Y β β!X! # !∃% β!!X! # !∃% β!&X!X& # &∃ # % !∃% , j ) 1 (1.3)
trong đó Y là hàm mục tiêu; Xi, Xj là các biến mã hóa tương ứng của các yếu tố khảo sát; 0 là hằng số mơ hình; i là các hệ số bậc một; ii là các hệ số bậc hai; và ij là các hệ số tương tác.
Sau đó, số liệu thực nghiệm được phân tích bằng phần mềm Design–Expert v.11.0 để xây dựng mơ hình tính tốn.
26
1.5.4.4.Khảo sát khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu STG
Khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu STG được khảo sát qua 10 chu kỳ. Độ ổn định về cấu trúc và hình thái của vật liệu được kiểm tra thơng qua XRD và SEM.
1.5.4.5.Khảo sát ảnh hưởng các gốc tự do trong cơ chế quang phân hủy CV của vật liệu STG
Ảnh hưởng các gốc tự do trong cơ chế quang phân hủy CV của vật liệu STG được khảo sát. Từ đó, đề xuất cơ chế cho q trình quang phân hủy CV của vật liệu. Trong quá trình quang phân hủy CV, axit oxalic (AO), benzoquinon (BQ), và isopropanol (IPA) được bổ sung nhằm khảo sát ảnh hưởng của gốc h+, O , và OH.
1.5.5.Tính mới
Vật liệu TiO2/GA ứng dụng quang phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thu hút quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ khỏi nước chưa cao do sự phân tách yếu và tốc độ tái tổ hợp nhanh của các cặp e– và h+ cũng như năng lượng vùng cấm lớn nên TiO2 chỉ hấp thu bức xạ UV (chiếm 5 % ánh sáng mặt trời). Vì vậy, trong luận văn này tiến hành tổng hợp vật liệu STG. Vật liệu biến tính bằng phương pháp pha tạp giúp thu hẹp năng lượng vùng cấm và mở rộng vùng hấp thu photon ánh sáng vùng khả kiến, nâng cao hiệu quả sử dụng ánh sáng mặt trời và hạn chế tái tổ hợp của cặp e– và h+ cải thiện hiệu suất quang phân hủy của vật liệu TiO2/GA. Trong luận văn này, ảnh hưởng thể tích thiourea đến hiệu suất quang phân hủy CV của vật liệu STG được khảo sát. Bên cạnh đó, hiệu suất quang phân hủy CV của vật liệu được khảo sát ảnh hưởng từng yếu tố (pH, thời gian hấp phụ, thời gian chiều sáng, nồng độ CV ban đầu, và lượng vật liệu) theo mơ hình Plackett–Burman. Thêm vào đó, ảnh hưởng đồng thời các yếu tố đến hiệu suất quang phân hủy CV cũng được khảo sát bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, thí nghiệm được thiết kế theo mơ hình Box–Behnken để xác định được điều kiện quang phân hủy CV phù hợp của vật liệu STG.
1.5.6.Đóng góp
Phương pháp quang phân hủy với nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, dễ thực hiện, và không sinh ra ô nhiễm thứ cấp đang được quan tâm, nghiên cứu, và áp dụng. Nghiên cứu trước đây đã kết hợp các vật liệu quang phân hủy như TiO2, ZnO, v.v. trên chất nền GA. Tuy nhiên, việc pha tạp phi kim lên TiO2/GA chưa có nhiều
27
cơng trình nghiên cứu và đưa ra quy trình tổng hợp cụ thể. Trong luận văn này đưa ra quy trình tổng hợp vật liệu STG với hóa chất đơn giản và dễ thực hiện. Bên cạnh đó, luận văn cũng đưa ra điều kiện quang phân hủy phù hợp và cơ chế của quá trình quang phân hủy của vật liệu STG. Từ đó, kết luận được tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong xử lý chất hữu cơ.
28
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị, và địa điểm thực hiện
2.1.1.Hố chất
Các hóa chất sử dụng được trình bày như ở bảng 2.1. Bảng 2.1: Các hóa chất được sử dụng
STT Hóa chất Ký hiệu Trạng thái Đặc tính Nguồn gốc
1 Graphite Gi Rắn Dh < 20 mm Đức 2 Axit sunfuric H2SO4 Lỏng 98 % Trung Quốc 3 Axit photphoric H3PO4 Lỏng 85 % Trung Quốc 4 Kali pemanganat KMnO4 Rắn 99 % Việt Nam 5 Hydrogen peroxit H2O2 Lỏng 30 % Trung Quốc 6 Ethanol C2H5OH Lỏng 99 % Việt Nam 7 Axit acetic CH3COOH Lỏng 99,5 % Trung Quốc 8 Titan (IV) isopropoxit C12H28O4Ti Lỏng 97 % Đức 9 Tinh thể tím C25N3H30Cl Rắn 98,5 % Trung Quốc 10 Natri hydroxit NaOH Rắn 99 % Trung Quốc
2.1.2.Dụng cụ và thiết bị
2.1.2.1.Dụng cụ
Cá từ; bếp từ; đũa khuấy; nhiệt kế; vial 20 mL; becher chủng loại 500, 250 mL; ống đong 500, 50 mL ; pipet 1 mL, micropipet, nam châm, và ống ly tâm.
2.1.2.2.Thiết bị
Thiết bị sử dụng trong luận văn được trình bày ở Hình 2.1.