Độ bền hoạt tính xúc tác của TiO2/Al-MCM-41 lại giảm nhanh (từ 89,16% xuống 52,01%) so với Ti-Al-MCM-41 (63,52% xuống 62,98%) sau 4 lần tái sử dụng xúc tác. Điều này cho thấy với xúc tác Ti-Al-MCM-41 hoạt tính xúc tác được duy trì ổn định mặc dù độ chuyển hóa DBT ban đầu thấp hơn. Kết quả này được giải thích là do vật liệu tổng hợp trực tiếp Ti-Al-MCM-41 thì Ti4+ được thay thế với Si4+ trong cấu trúc
nên vật xúc tác Ti-Al-MCM-41 bền hơn xúc tác TiO2/Al-MCM-41 [1].
Tóm lại, vật liệu TiO2/Al-MCM-41 và Ti-Al-MCM-41 đã tổng hợp thành công
trên chất mang Al-MCM-41 tổng hợp từ nguồn bentonite Việt Nam. Từ kết quả XRD,
SEM, BET cho thấy vật liệu xúc tác TiO2/Al-MCM-41 và Ti-Al-MCM-41 có cấu trúc lục lăng, 2D được duy trì với độ ổn định, trật tự cao và hệ thống mao quản đồng đều. Vật liệu Al-MCM-41 chứa titanium đều thể hiện hoạt tính PTC trong q trình phân hủy DBT. Độ chuyển hóa DBT của cật liệu TiO2/Al-MCM-41, Ti-Al-MCM-41 tương
ứng thu được là 89,16% và 63,51% trong điều kiện chiếu sáng UV ở nhiệt độ phản ứng 70 oC. Tuy vật liệu Al-MCM-41 chứa titanium thể hiện được hoạt tính PTC trong
q trình phân hủy DBT, nhưng độ chuyển hóa DBT của cật liệu Al-MCM-41 chứa titanium cịn hạn chế là chỉ thực hiện trong vùng ánh sáng UV và hiệu quả chưa cao
80
<90%. Vì vậy NCS tiếp tục đưa ra nghiên cứu để cải thiện độ chuyển hóa DBT trong nhiêu liệu dâu mơ hình và điều kiện thực hiện trong vùng ánh sáng Vis.
3.4. Đặc trưng và hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nanocomposite Ag-
TiO2/Al-MCM-41
3.4.1. Đặc trưng của vật liệu Ag-TiO2/Al-MCM-41
3.4.1.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
Kết quả XRD (góc lớn) của các mẫu vật liệu Al-MCM-41, TiO2/Al-MCM-41
và Ag-TiO2/Al-MCM-41 với hàm lượng Ag khác nhau được hiển thị trong Hình 3.21. Sự tồn tại các pha tinh thể TiO2 được thể hiện thông qua kết quả phân tích nhiễu xạ tia X góc lớn (10–70 o).
Hình 3.21. Giản đồ nhiễu xạ tia X góc lớn của (a) 0,15Ag-TiO2/Al-MCM-41, (b)
0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41, (c) 0,05Ag-TiO2/Al-MCM-41, (d) TiO2/Al-MCM-41
và (e) Al-MCM-41
Hình 3.21 thể hiện kết quả đo XRD góc lớn của chất mang Al-MCM-41 (Hình
3.21.e) khơng thấy sự xuất hiện pha silica vơ định trong hình ở 2θ≈15-70 o. Ngược
81
b, c) xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ ở 2θ ≈ 25,4 °; 37,9 °; 48,4 °; 54,0 °; 55,2 °; và 62,8
° tương ứng với các mặt phẳng (101), (004), (200), (105), (211) và (204) đặc trưng
của pha anatase TiO2 [78,166]. Mặt khác, trên giản đồ XRD không quan sát thấy các
peak đặc trưng của pha Ag trong các mẫu vật liệu Ag-TiO2/Al-MCM-41. Điều này có thể là do hàm lượng Ag trong mẫu vật liệu thấp, hoặc các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng
của Ag được bao phủ bởi mặt phẳng phản xạ (004) của pha anatase TiO2. Để chứng minh sự xuất hiện của Ag trong vật liệu tổng hợp Ag-TiO2/Al-MCM-41 sẽ được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích EDX và phương pháp phân tích XPS ở phân tích tiếp theo.
Kết quả đo XRD góc nhỏ của mẫu của Al-MCM-41, TiO2/Al-MCM-41 và Ag- TiO2/Al-MCM-41 với hàm lượng Ag khác nhau được thể hiện trong Hình 3.22.
Hình 3.22. Giản đồ nhiễu xạ tia X góc nhỏ của (a) 0,15Ag-TiO2/Al-MCM-41, (b)
0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41, (c) 0,05Ag-TiO2/Al-MCM-41, (d) TiO2/Al-MCM-41
và (e) Al-MCM-41
Từ Hình 3.22 nhận thấy giản đồ XRD (góc nhỏ) của vật liệu Al-MCM-41,
TiO2/Al-MCM-41 và Ag-TiO2/Al-MCM-41 xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ ở 2θ≈2,3 °; 3,9 °; và 4,5 ° tương ứng với các mặt phẳng phản xạ (100), (110) và (200) đặc trưng
82
115]. Tuy nhiên, cường độ cực đại nhiễu xạ góc 2θ≈2,3 ° lớn, cân đối, cho thấy các
vật liệu được tổng hợp có cấu trúc và độ trật tự cao. Ngồi ra, cường độ cực đại ở góc
2θ≈2,3 ° có xu hướng giảm đáng kể so với chất mang Al-MCM-41 và các đỉnh peak
ở 2θ≈3,9 ° và 4,5 ° khơng cịn rõ ràng (Hình 3.22.a và d). Điều này là do sự tồn tại của pha TiO2 và Ag-TiO2 bên trong các mao quản của chất mang Al-MCM-41, làm cho cường độ peak giảm [167].
3.4.1.2. Ảnh SEM và TEM của vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41
Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của chất mang Al-MCM-41 và vật liệu 0,1Ag-
TiO2/Al-MCM-41 được thể hiện như Hình 3.23.
Hình 3.23. Ảnh SEM của chất mang (a) Al-MCM-41 và (b) 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41
Ảnh SEM ở Hình 3.23a của vật liệu Al-MCM-41 cho thấy các hạt hình cầu khơng đồng đều có mạng lưới liên kết nằm ngang và kích thước hạt khoảng 120 nm. Ảnh SEM của vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41 cho thấy các hạt hình cầu khơng đồng đều, kích thước hạt khoảng 100–150 nm. Như vậy kích thước hạt của vật liệu
0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41 lớn hơn chất mang Al-MCM-41, điều này cho thấy sự bao
phủ của các hạt nano Ag-TiO2 lên trên bề mặt của chất mang Al-MCM-41 [168,169]. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM của chất mang Al-MCM-41 và vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41 được thể hiện như Hình 3.24.
83
Hình 3.24. Ảnh TEM của chất mang (a) Al-MCM-41 và (b) 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41
Ảnh TEM của Al-MCM-41 (Hình 3.24a) và 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41 (Hình
3.24b) cho thấy các mao quản của chất mang Al-MCM-41 được sắp xếp theo hệ thống
các ống mao quản nằm song song với nhau, các mao quản có kích thước khoảng 5–8 nm, được sắp xếp trật tự. Như vậy, vật liệu nanocomposite 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41 có cấu trúc trật tự giảm nhẹ so với chất mang Al-MCM-41 và các hạt nano Ag/TiO2 không ảnh hưởng nhiều cấu trúc của chất mang, kết quả này phù hợp với kết quả
XRD (Hình 3.21, 3.22).
3.4.1.3. Phổ EDX của vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41
Giản đồ EDX của vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41 được thể hiện ở Hình 3.25.