Chương II. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT
3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ % mol W/TiO 2
Theo các tác giả của các công trình đã công bố [2, 4, 15, 18, 22, 27], việc pha tạp TiO2 bằng các hợp chất chứa W(VI) ở nồng độ thích hợp có tác dụng làm giảm năng lượng vùng cấm, vì vậy làm tăng hoạt tính quang xúc tác của sản phẩm W.TiO2 trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Ảnh hưởng của việc pha tạp TiO2 bằng W(VI) phụ thuộc vào hàm lượng của W(VI) được pha tạp trong mẫu sản phẩm TiO2. Khi nồng độ của W(VI) được pha tạp trong mẫu tăng cao thì lại có khả năng thúc đẩy khả năng tái hợp của electron và lỗ trống quang sinh, Vì vật trong luận văn này, chúng tôi tôi chọn tác nhân pha tạp là muối Na2WO4
51
và khoảng hàm lượng W(VI) pha tạp được khảo sát tương ứng với tỉ lệ % mol W/TiO2 từ 0% đến 2,5%.
Quy trình điều chế bột titan đioxit pha tạp vonfram được nêu trong mục 2.1.2. Trong các thí nghiệm, các điều kiện cố định bao gồm:
Nhiệt độ nung gel: 600oC
Thời gian nung gel: 4h
Thời gian làm già gel: 5 ngày
Tỉ lệ % mol Ti/C2H5OH: 4%
Tỉ lệ mol Ti/HNO3: 9
Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ % mol W/TiO2 tới hiệu suất quang xúc tác của sản phẩm bột W-TiO2 chúng tôi tiến hành điều chế mẫu với các điều kiện như trên và thay đổi tỉ lệ % mol W/TiO2 từ 0% đến 2,5%.
Các mẫu sau khi nung được đánh giá hoạt tính quang xúc tác thông qua khả năng phân hủy xanh metylen trong dung dịch nước dưới bức xạ đèn compact (0,15g W-TiO2/200 ml xanh metylen 10 mg/l, thời gian chiếu sáng là 2,5h). Hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) của các mẫu sản phẩm được đưa ra trong bảng 3.9 và biểu diễn bằng đồ thị trên hình 3.10.
Bảng 3.9. Kết quả xác định hiệu suất phân hủy xanh metylen (%) phụ thuộc vào tỉ lệ % mol W/TiO2
Mẫu Tỉ lệ % mol W/TiO2 (%) Hiệu suất QXT(%)
TW0,0 0,0 28,73
TW0,5 0,5 67,32
TW1,0 1,0 82,80
TW1,5 1,5 92,63
TW2,0 2,0 87,26
TW2,5 2,5 79,15
52
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ % mol W/TiO2 đến hiệu suất phân hủy xanh metylen
Từ đồ thị trong hình 3.10 có thể thấy, hiệu suất quang xúc tác tăng dần khi tỉ lệ % mol W/TiO2 tăng từ 0 đến 1,5%, và đạt cực đại (92,63%) tại tỉ lệ % mol W/TiO2 là 1,5%, sau đó giảm dần khi tăng tỉ lệ % mol W/TiO2 lên 2% và 2,5%. Theo tác giả công trình [27], nguyên nhân là do ở nồng độ cao W(VI) đã làm tăng sự tái kết hợp giữa các electron và lỗ trống, do đó làm giảm hiệu suất quang xúc tác.
Giản đồ XRD của các mẫu có tỉ lệ % mol W/TiO2 khác nhau được đưa ra trong hình 3.11.
Từ các giản đồ XRD của các mẫu sản phẩm trong hình 3.11 có thể thấy:
- Mức độ kết tinh của các mẫu khá tốt và tăng dần khi tỷ lệ % mol W/TiO2 tăng.
- Các mẫu pha tạp W có kích thước hạt trung bình nhỏ hơn (từ 17 nm đến 25 nm) so với mẫu không được pha tạp (38,2 nm)
- Các mẫu được pha tạp W đều có pha chính là anata, trong khi đó mẫu TiO2 tinh khiết (có tỉ lệ % mol W/TiO2 là 0%) khi được nung ở 600oC không có sự xuất hiện của pha anata mà đơn pha rutin. Điều này chứng tỏ rằng sự có mặt của W(VI) đã làm thay đổi nhiệt độ chuyển pha của bột TiO2.
53
01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 13.56 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 01-089-4920 (C) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 33.49 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.58400 - b 4.58400 - c 2.95300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - 2 - 62.
File: Thuy K23 mau 2,5.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 File: Thuy K23 mau 2,0.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 File: Thuy K23 mau 1,5.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 File: Thuy K23 mau 1,0.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 File: Thuy K23 mau 0,5.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 File: Lien K23 mau 0%.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00
Lin (Cps)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
2-Theta - Scale
20 30 40 50 60 70
Hình 3.11. Giản đồ XRD của các mẫu có tỉ lệ % mol W/TiO2 là 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5%
Kết quả tính toán kích thước hạt trung bình của các vi tinh thể và thành phần pha được đưa ra trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Thành phần pha và r (nm) của các mẫu W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 khác nhau
Mẫu Thành phần pha (%)
r (nm)
Anata Rutin
TW0,0 - 100 38,2
TW0,5 97,56 2,44 25,0
TW1,0 100 - 19,5
TW1,5 96,93 3,07 21,3
TW2,0 100 - 22,1
TW2,5 96,15 3,85 21,8
2,5 % 2,0 % 1,5 % 1,0 % 0,5 % 0,0 %
54
Để chứng minh rõ hơn sự có mặt của W, chúng tôi đã tiến hành ghi phổ EDS của các mẫu ứng với tỉ lệ % mol W/TiO2 là 0%; 0,5%; 1,5% và 2,5%. Kết quả được đưa ra dưới đây.
Mẫu ứng với tỉ lệ % mol W/TiO2 là 0%
Element Weight (%) Atomic (%)
O K 48,89 74,12
Ti K 51,11 25,88
Total 100 100
Hình 3.12. Phổ EDS và thành phần hóa học của sản phẩm bột TiO2 tinh khiết
Mẫu ứng với tỉ lệ % mol W/TiO2 là 0,5%
Element Weight (%) Atomic (%)
O K 49,11 74,38
Ti K 50,54 25,57
W M 0,35 0,05
Total 100 100
55
Hình 3.13. Phổ EDS và thành phần hóa học của sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2=0,5%
Hình 3.14. Ảnh SEM của sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 0,5%
Mẫu ứng với tỉ lệ % mol W/TiO2 là 1,5%
Element Weight (%) Atomic (%)
O K 45,37 71,81
Ti K 52,89 27,96
W M 1,74 0,24
Total 100 100
56
Hình 3.15. Phổ EDS và thành phần hóa học của sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 1,5%
Hình 3.16. Ảnh SEM của sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ
% mol W/TiO2 = 1,5%
Mẫu ứng với tỉ lệ % mol W/TiO2 là 2,5%
Element Weight (%) Atomic (%)
O K 46,36 72,87
Ti K 50,99 26,77
W M 2,66 0,36
Total 100 100
57
Hình 3.17. Phổ EDS và thành phần hóa học của sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ % mol W/TiO2 = 2,5%
Hình 3.18. Ảnh SEM của sản phẩm bột W-TiO2 có tỉ lệ
% mol W/TiO2=2,5%
Từ kết quả khảo sát trên, chúng tôi chọn tỉ lệ phần trăm mol W/TiO2 thích hợp để điều chế mẫu W-TiO2 là 1,5%. Do ở tỉ lệ này mẫu kết tinh tốt, kích thước hạt trung bình nhỏ, thành phần pha gồm cả anata và rutin, hiệu suất quang phân hủy xanh metylen cao.
58