3.2. Kết quả nghiên cứu vật liệu đồng xúc tác quang CuO(1%)/TiO2-600oC
3.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của pH
Trong hệ thống xử lý nƣớc bằng xúc tác dị thể, pH là một nhân tố quan trọng ảnh hƣởng đến điện tích trên bề mặt hạt xúc tác, kích thƣớc của tập hợp xúc tác và vị trí của VB và CB. pH có thể là mơi trƣờng thuận lợi hoặc cản trở q trình xử lý. Với mỗi loại nƣớc ơ nhiễm khác nhau ln có sự khác nhau về pH. Giá trị pH quá cao hay quá thấp ảnh hƣởng lớn tới môi trƣờng. Hơn nữa, độ hoạt động xúc tác quang của TiO2 phụ thuộc rất nhiều vào pH mơi trƣờng. Do đó, thí nghiệm này đƣợc tiến hành để khảo sát ảnh hƣởng pH đến sự phân hủy 2,4 - D.
Kết quả đƣợc trình bày trong phụ lục 9 và biểu diễn trên hình 3.24.
Đồ thị hình 3.24 cho thấy, ở điều kiện pH = 4 khả năng phân huỷ của chất ô nhiễm trên bề mặt xúc tác là tốt nhất, điều này có thể do điểm đẳng điện (point of zero charge) của bề mặt xúc tác TiO2 = 6,9 [182] vì vậy khi mơi trƣờng có pH < 6,9 bề mặt của TiO2 sẽ tích điện dƣơng (+) do hấp thụ mạnh các proton H+
TiOH + H+→ TiOH2+
và
CuO + H+ → CuOH+
Mặt khác, trạng thái hóa học của 2,4-D trong nƣớc cũng bị ảnh hƣởng bởi pH và liên quan chặt chẽ tới hằng số điện ly (pKa) của chúng. Ở pH thấp hơn pKa dạng tồn tại ở trạng thái phân tử. Ngƣợc lại ở pH > pKa nó tồn tại ở dạng ion. Trong thí nghiệm này 2,4–D là axit yếu có pKa = 2,64 nên tại pH = 4 bị phân li một phần tạo ion mang điện tích âm, dẫn đến làm tăng khả năng hấp phụ chất này và các sản phẩm trung gian của nó lên bề mặt TiO2 thuận lợi cho quá trình phân hủy bởi xúc tác.
Hình 3.24. Ảnh hưởng của pH đến phân huỷ 2,4-D bằng xúc tác quang
CuO(1%)/TiO2
Trong môi trƣờng kiềm pH > 6,9 bề mặt của xúc tác sẽ tích điện âm do phản ứng: TiOH + OH- → TiO-
+ H2O vì thế sẽ từ chối hấp phụ các anion từ dung dịch. Nên tại pH = 10 sự hấp phụ lên bề mặt của xúc tác là rất thấp. Tuy nhiên, kết quả lại cho thấy sự phân hủy của 2,4-D cũng tƣơng đối tốt. Điều này
có thể do trong mơi trƣờng kiềm ion OH- tƣơng tác với lỗ trống h+ tạo ra gốc OH∙ giúp quá trình oxi hóa 2,4-D xảy ra nhanh hơn:
h+VB + OH- → OH∙
Ở điều kiện pH = 7 (gần giá trị điểm đẳng điện), bề mặt xúc tác trở nên trung tính khơng thể tránh khỏi tƣơng tác tách pha rắn – lỏng, dẫn đến sự kết tụ xúc tác tạo thành mảng lớn và sa lắng làm cho khả năng phân huỷ chất ô nhiễm trên bề mặt xúc tác kém đi [30, 106].
Tuy nhiên, từ đồ thị hình 3.26 thì hiệu quả phân hủy 2,4-D tại pH =7 giảm không lớn, khoảng 10-12%. Với định hƣớng xử lý nƣớc ô nhiễm phục vụ các mục đích sản suất khác nhau, thƣờng có giá trị pH ~ 7 nên các khảo sát tiếp theo đƣợc triển khai ở pH = 7.