Chương 2 THỰC NGHIỆM
2.6. Nghiên cứu khả năng xúc tác quang hóa phân hủy dung dịch RhB của
của vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2
giá thông qua sự phân hủy quang hóa dung dịch RhB dưới điều kiện đèn chiếu mô phỏng ánh sáng mặt trời (simulate sunlight) được tiến hành như sau: Đèn chiếu xenon AHD350 công suất 350W được đặt trong tủ quang hóa. Thể tích dung dịch RhB sử dụng để chiếu sáng là 20 mL có nồng độ 10 mg/L được cho vào các ống thủy tinh chịu nhiệt. Giá trị pH của dung dịch trong thực nghiệm phản ứng xúc tác quang hóa là 7. Lượng xúc tác đưa vào là 20 mg (tương ứng với hàm lượng xúc tác sử dụng là 1 g/L). Các ống được đặt trên tấm kính phẳng cách đèn chiếu khoảng 20 cm.
Hình 2.4. Tủ xúc tác quang hóa sử dụng đèn xenon AHD350.
Trước khi chiếu đèn, các ống dung dịch được đặt trong bóng tối trong 2 giờ để đạt trạng thái cân bằng hấp phụ - giải hấp. Buồng phản ứng quang hóa được làm mát bằng đối lưu cưỡng bức sử dụng quạt hút để đảm bảo nhiệt độ trong tủ ổn định khoảng 35 o
C trong suốt quá trình chiếu đèn. Tại mỗi thời điểm nhất định, mỗi ống được lấy ra khỏi tủ quang hóa, sử dụng nam châm để tách vật liệu xúc tác ra khỏi dung dịch RhB. Dung dịch sau tách được xác định nồng độ RhB tại bước sóng 552 nm. Hiệu suất phân hủy quang hóa RhB được tính theo cơng thức:
(%) o t .100% o C C H C (2.5)
Trong đó:
- Co: Nồng độ dung dịch RhB ban đầu, mg/L; - Ct: Nồng độ dung dịch RhB tại thời điểm t, mg/L.
2.6.1. Ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 đến hoạt tính xúc tác quang hóa
Các mẫu vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 và TiO2 được tổng hợp và ký hiệu trong Bảng 2.2 nung ở 450 oC trong 2 giờ. Các mẫu ST0, ST1, ST2, ST3 và ST4 với hàm lượng TiO2 tăng dần cùng thực hiện phản ứng xúc tác quang hóa phân hủy RhB sau 90 phút chiếu sáng. So sánh nồng độ dung dịch RhB để đánh giá sự ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 đến khả năng xúc tác quang hóa phân hủy RhB của vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2.
2.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác quang hóa
Vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 được tổng hợp với hàm lượng TiO2 tối ưu lần lượt nung ở 450 oC, 550 oC, 650 oC và 750 oC trong 2 giờ. Tiến hành phản ứng xúc tác quang hóa phân hủy RhB sau 90 phút chiếu sáng. Xác định nồng độ dung dịch RhB để đánh giá sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác quang hóa của vật liệu.
2.6.3. Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng đến hoạt tính xúc tác quang hóa
Vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 được cho vào 6 ống thủy tinh chịu nhiệt cùng chứa 20 mL dung dịch RhB 10 mg/L, sau khi đặt trong bóng tối 2 giờ cho vào tủ quang hóa để thực hiện phản ứng quang hóa. Cứ sau mỗi 30 phút lấy 1 ống ra, dùng nam châm tách vật liệu xúc tác và xác định nồng độ RhB trong dung dịch sau từng mốc thời gian.
2.6.4. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính xúc tác quang hóa
Vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 được cho vào các ống thủy tinh chịu nhiệt cùng chứa 20 mL dung dịch RhB 10 mg/L ở các giá trị pH từ 3 đến 11 được điều chỉnh bởi dung dịch HCl 0,1M và NaOH 0,1M. Các ống được đặt vào tủ xúc tác quang hóa để chiếu sáng trong 180 phút, sau đó tách vật
liệu ra khỏi dung dịch và xác định nồng độ RhB để đánh giá hiệu suất phân hủy RhB của các mẫu.
2.6.5. Khả năng tái sử dụng của vật liệu xúc tác Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2
Đánh giá khả năng tái sử dụng và độ ổn định của vật liệu xúc tác Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 được tiến hành sau 5 chu kỳ trong 180 phút chiếu đèn. Sau mỗi chu kỳ, vật liệu xúc tác được tách ra khỏi dung dịch RhB bằng nam châm và sấy ở 100 o
C trong 2 giờ để sử dụng cho chu kỳ tiếp theo. Các điều kiện tiến hành phản ứng xúc tác quang hóa ở mỗi chu kỳ là như nhau.
2.6.6. So sánh hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 dưới các nguồn chiếu sáng khác nhau dưới các nguồn chiếu sáng khác nhau dưới các nguồn chiếu sáng khác nhau
Tiến hành phản ứng xúc tác quang hóa phân hủy RhB của vật liệu xúc tác Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 dưới 3 nguồn sáng khác nhau: ánh sáng mô phỏng mặt trời, ánh sáng mặt trời (thời gian chiếu từ 11h÷14h ngày 24/07/2020, nhiệt độ ngồi trời khoảng 34 o
C) và ánh sáng tử ngoại (Đèn phát tia UVB: 280÷320 nm, cơng suất 26 W). Xác định nồng độ RhB sau 180 phút chiếu sáng để so sánh hoạt tính xúc tác của vật liệu dưới các điều kiện chiếu sáng khác nhau.
2.6.7. Đánh giá vai trò của các gốc tự do trong quá trình quang phân hủy RhB
Để đánh giá vai trò của các gốc tự do ( , *OH, h+, e-) trong quá trình quang phân hủy RhB bởi chất xúc tác Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2, thực nghiệm được tiến hành như sau: Chuẩn bị các dung dịch 1,4-benzoquinon 10 mM (BQ), rượu isopropyl (IPA), amonium oxalat 10 mM (AO) và bạc nitrat 10 mM (SN) lần lượt như là chất bắt gốc , *OH, h+ và e - [40]. Cho lần lượt 0,5 mL các dung dịch BQ, IPA, AO và SN vào các ống thủy tinh chứa 20 mL dung dịch RhB 10 ppm với hàm lượng xúc tác Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 là 1g/L. Đặt các ống vào tủ xúc tác quang hóa để chiếu sáng trong 180 phút, sau đó tách vật liệu ra khỏi dung dịch và xác định nồng độ RhB sau phản ứng.
2.6.8. Nhận diện sản phẩm phân hủy RhB và khống hóa
Để đánh giá các sản phẩm trung gian và mức độ khống hóa của q trình quang phân hủy RhB tiến hành đo sắc ký lỏng khối phổ hai lần LC/MS- MS của các mẫu dung dịch RhB sau chiếu sáng ở các mốc thời gian 0 phút, 60 phút, 120 phút, 180 phút và tổng hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC) của các mẫu dung dịch RhB ở các mốc thời gian 0 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút, 180 phút.