CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.6. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VÒNG CYCLODEXTRIN ĐẾN HOẠT
TÍNH XÚC TÁC CỦA HỆ NANOCOMPOSITE BẠC
Các hệ nanocomposite AgNPs/α-CD/Alg, AgNPs/β-CD/Alg, AgNPs/γ-CD/Alg đã tổng hợp được sử dụng làm chất xúc tác để khảo sát phản ứng khử 4-nitrophenol, methyl orange, rhodamine B với lượng dư NaBH4 .
❖ Chuẩn bị thí nghiệm:
Pha hóa chất để tiến hành thí nghiệm như sau: • Pha dung dịch 4-nitrophenol 1mM
Cân 0.0014g 4-nitrophenol hòa tan vào 10mL nước cất hai lần, thu được dung dịch 4-nitrophenol 1mM.
• Pha dung dịch methyl orange 1mM
Hình 2.2. Quy trình khảo sát các đặc tính hóa lý của nanocomposite bạc với các vịng cyclodextrin khác nhau
Cân 0.0033g methyl orange hòa tan vào 10mL nước cất hai lần, thu được dung dịch MO 1mM.
• Pha dung dịch rhodamine B 1mM
Cân 0.0048g Rhodamine B hòa tan vào 10mL nước cất hai lần, thu được dung dịch RB 1mM.
• Pha dung dịch NaBH4 0.05M
Cân 0.0095g NaBH4 hòa tan vào 5mL nước cất hai lần, thu được dung dịch NaBH4 0.05M.
❖ Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến hoạt tính xúc tác của hệ
nanocomposite bạc trong phản ứng khử 4-nitrophenol
• Thực hiện lần lượt đối với xúc tác AgNPs/α-CD/Alg, AgNPs/β-CD/Alg và AgNPs/γ-CD/Alg.
• Tiến hành 3 phép đo sau:
Phép đo 1: Lấy 1mL dung dịch 4-nitrophenol 1mM thêm vào 10mL nước cất hai
lần, hút 3mL dung dịch đã pha loãng cho vào cuvet thạch anh. Dung dịch tạo thành có màu vàng nhạt. Sau đó, đo phổ hấp thụ UV-Vis để xác định đỉnh hấp thụ của 4NP.
Phép đo 2: Lấy 2.5mL dung dịch 4-nitrophenol 1mM thêm vào 0.5mL dung dịch
NaBH4 0.05M cho vào cuvet thạch anh. Có sự thay đổi màu sắc từ vàng nhạt sang vàng tươi. Tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis để xác định đỉnh hấp thụ của dung dịch.
Phép đo 3: Lấy 4mg xúc tác nanocomposite bạc cho vào dung dịch trong cuvet
của Phép đo 2. Kết thúc phản ứng, dung dịch chuyển từ màu vàng tươi sang không màu. Phản ứng được quan sát bởi quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis trong vùng bước sóng từ 200 đến 800 nm theo thời gian để xác định thời gian khử hồn tồn 4-nitrophenol khi có xúc tác nanocomposite bạc.
❖ Khảo sát ảnh hưởng của vịng cyclodextrin đến hoạt tính xúc tác của hệ
nanocomposite bạc trong phản ứng khử methyl orange
❖ Khảo sát ảnh hưởng của vịng cyclodextrin đến hoạt tính xúc tác của hệ nanocomposite bạc trong phản ứng khử rhodamine B
Thực hiện tương tự như thí nghiệm với 4-nitrophenol và methyl orange
Trong phản ứng khử methyl organge và rhodamine B, sản phẩm tạo thành là các chất bị khử mất các nối đôi C=N và N=N nên cácsản phẩm thu được ít độc hại hơn. Trong phản ứng khử 4-nitrophenol sản phẩm tạo thành là 4-aminophenol là chất trung gian có tính thương mại, dùng để sản xuất thuốc giảm đau và hạ sốt như acetanilide, paracetamol và phenacetin.
Động học phản ứng được xác định bằng quang phổ UV – Vis thơng qua q trình theo dõi sự thay đổi cường độ hấp thụ của các phản ứng theo thời gian [11]. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của tác chất phản ứng và chất xúc tác. Do trong khảo sát này nồng độ ion BH4¯ được sử dụng lớn hơn gấp nhiều lần so với nồng độ các dung dịch 4- nitrophenol, methyl orange, rhodamine B và lượng nanocomposite bạc xúc tác cũng rất thấp nên tốc độ của phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ của NaBH4 và chất xúc tác. Vì vậy, phản ứng khử các chất màu được xem là phản ứng giả định bậc nhất.
Động học của phản ứng có thể được biểu diễn bằng phương trình ln (At/A0)=- kt. Trong đó: k là hằng số tốc độ phản ứng giả định bậc nhất được tính từ độ dốc của đường thẳng tạo từ biểu đồ giữa ln (At/A0) so với thời gian của phản ứng khử; t là thời gian phản ứng; [A0] là nồng độ của các chất màu tại t = 0, [At] là nồng độ tại thời điểm t có thể xác định bằng cường độ hấp thụ cực đại của các chất màu.
Do sự khác biệt lớn về thế oxy hóa khử giữa các phân tử chất cho và chất nhận. Việc sử dụng chất xúc tác như nanocomposite bạc là một giải pháp hiệu quả để vượt qua rào cản động học này. Về cơ chế phản ứng, nhờ diện tích bề mặt tiếp xúc lớn các hạt nanocomposite bạc đóng một vai trị vận chuyển điện tử từ chất cho điện tử BH4¯ sang chất nhận điện tử là các chất màu (Hình 2.3) [3].
Để nghiên cứu quá trình tái sử dụng xúc tác, các mẫu xúc tác nanocomposite bạc được thu hồi từ cuvet thạch anh sau mỗi lần khảo sát và được rửa sạch bằng nước cất hai lần vài lần trước khi tái sử dụng.
Hình 2.3. Cơ chế đề xuất của quá trình phân hủy 4-nitrophenol và metyl orange trong lương dư NaBH4 khi có mặt của xúc tác nanocomposite bạc [3]