TiO 2 HAp được điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt
3.3 Khả năng ứng dụng làm vật liệu quang xúc tác của các sản phẩm TiO 2 , HAp và TiO 2 /HAp
Nhìn chung, hiệu quả của quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ khi sử dụng vật liệu quang xúc tác chịu ảnh hưởng bởi khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên bề mặt của vật liệu ấy. Trong nghiên cứu lý thuyết, hoạt tính quang xúc tác của vật liệu thường được khảo sát sau khi bề mặt vật liệu đạt bão hòa hấp phụ. Tuy nhiên, trên thực tế, các quá trình hấp phụ, giải hấp và quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ trên vật liệu gần như diễn ra trong suốt quá trình khảo sát. Do đó, để đánh giá khả năng ứng dụng làm vật liệu quang xúc tác của các sản phẩm TiO2, HAp và TiO2/HAp, dung dịch xanh metylen (methylene blue, MB) đã được chọn với vai trò chất ô nhiễm hữu cơ, thời gian chiếu đèn UVA liên tục 100 phút và hiệu quả của cả quá trình được xác định thông qua phần trăm MB (%) đã bị hấp phụ - phân hủy trong khoảng thời gian này.
Hình 3.24 trình bày sự thay đổi phổ UV-VIS của dung dịch MB được chiếu UVA trong khoảng 100 phút không có xúc tác (mẫu trắng). Điều kiện phản ứng: mẫu trắng, CoMB = 67àM, khụng hiệu chỉnh pH.
Hình 3.25 trình bày sự thay đổi phổ UV-VIS của các dung dịch MB có mặt các chất xúc tác TiO2, HAp và TiO2/HAp với cùng thời gian khảo sát 100 phút. Điều kiện phản ứng: CoMB = 67àM, Cxỳc tỏc=1g/l, khụng hiệu chỉnh pH.
69
Hình 3.24 và 3.25 cho thấy theo thời gian, cường độ các cực đại hấp thu trong cả hai vùng UV và VIS đều giảm. Theo lý thuyết [114], cực đại hấp thu có bước sóng trong vùng 400-700 nm được cho là tín hiệu của chuyển mức n→π* trong nhóm mang màu của MB, còn cực đại hấp thu có bước sóng trong vùng 240-300 nm được cho là tín hiệu của chuyển mức π→π* của các electron trong vòng thơm của MB. Do đó, để so sánh hiệu quả của các xúc tác dựa trên phổ UV-VIS của các dung dịch MB, chúng tôi xác định đồng thời sự suy giảm của các cực đại hấp thu trong vùng UV và vùng VIS.
Hình 3.24 Sự thay đổi phổ UV-VIS của các dung dịch MB theo thời gian quang hoá (100 phút).
0 1.8
0.5 1 1.5
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
0→100 phút
70
(a) TIlm750 (b) TMil750
(c) H750 (d) H750(H)
(e) 7TH750 (f) 7TH750(H)
(g) 1TH750 (h) 1TH750(H)
Hình 3.25 Sự thay đổi phổ UV-VIS của các dung dịch MB theo thời gian quang hóa sử dụng các mẫu xúc tác khác nhau.
0 1.8
0.5 1 1.5
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
-0.2 1.8
0 1
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
0 1.8
0.5 1 1.5
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
0 1.8
0.5 1 1.5
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
-0.1 1.8
0.5 1 1.5
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
-0.2 1.8
0 1
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
-0.1 1.8
0.5 1 1.5
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
-0.2 1.8
0 1
200 300 400 500 600 700
Abs
Wavelength [nm]
71
Bảng 3.5 trình bày các giá trị độ hấp thu A của các đỉnh 292nm, 664nm được xác định trên phổ UV-VIS của các dung dịch MB tại thời điểm ban đầu (Ao) và thời điểm kết thúc (A100), từ đó xác định phần trăm MB (%) đã bị hấp phụ - phân hủy trong 100 phút (trong khoảng nồng độ MB từ 0 đến 84àM thỡ A và CMB tuyến tớnh theo phương trỡnh A=0.026*CMB, xem mục 2.5.1.2).
Kết quả tính toán %MB suy giảm cho thấy trừ mẫu trắng, tất cả các trường hợp sử dụng xúc tác đều có %MB suy giảm trong dung dịch sau 100 phút tính theo giá trị độ hấp thu A tại đỉnh 664nm cao hơn so với giá trị này được tính theo đỉnh 292nm, tuy nhiên mức độ chênh lệch không quá 10% nên có thể chọn đỉnh 664nm trong các tính toán tiếp theo.
Mẫu trắng là trường hợp xỏc định tỉ lệ phõn hủy trực tiếp MB cú nồng độ 67àM bởi tia UVA trong dung dịch không có xúc tác trong thời gian 100 phút, có giá trị 5.4%.
Nhóm mẫu TiO2 có các giá trị %MB suy giảm là 53-58%, trong đó mẫu TMil750 có hiệu quả hơn so với mẫu TIlm750 khoảng 5%.
Bảng 3.5 Độ hấp thu A và phần trăm MB (%) hấp phụ - phân hủy trong 100 phút
Mẫu Đỉnh 292nm Đỉnh 664nm
Độ hấp thu
% MB suy giảm
Độ hấp thu
% MB suy giảm
Ao A100 Ao A100
Mẫu trắng 0.933 0.846 9.3 1.739 1.645 5.4 TIlm750 0.933 0.519 44.3 1.739 0.815 53.1 TMil750 0.933 0.487 47.8 1.739 0.730 58.0 H750 0.933 0.701 24.9 1.739 1.297 25.4 H750(H) 0.933 0.726 22.2 1.739 1.371 21.2 7TH750 0.933 0.106 88.6 1.739 0.065 96.2 7TH750(H) 0.933 0.416 55.4 1.739 0.576 66.8 1TH750 0.933 0.662 29.1 1.739 1.217 30.0 1TH750(H) 0.933 0.743 20.4 1.739 1.341 22.9
72
Nhóm mẫu HAp có các giá trị %MB suy giảm là 21-25%, trong đó mẫu HAp kết tủa có hiệu quả hơn so với mẫu HAp thủy nhiệt khoảng 4%.
Nhóm mẫu TiO2/HAp bao gồm các mẫu điều chế bằng phương pháp kết tủa (1TH750, 7TH750) và các mẫu điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt (1TH750(H), 7TH750(H)).
Kết quả thu được các trường hợp khảo sát với mẫu điều chế bằng phương pháp kết tủa đều có %MB suy giảm cao hơn so với các mẫu thủy nhiệt. Nguyên nhân của hiện tượng này được dự đoán là do: (1) Sản phẩm TiO2/HAp thủy nhiệt ngoài hai pha tinh thể anatase và hydroxyapatite, tương tự sản phẩm TiO2/HAp kết tủa, còn có sự xuất hiện của pha tạp monetite; (2) Sự phân bố của hai thành phần TiO2 và HAp trong sản phẩm TiO2/HAp thủy nhiệt kém đồng đều.
Nhìn chung, hiệu quả hấp phụ-quang xúc tác của các vật liệu TiO2/HAp điều chế bằng phương pháp kết tủa cao hơn so với thủy nhiệt. Hơn nữa, phương pháp kết tủa ở 85oC an toàn, đơn giản và dễ điều khiển, do đó, trong các nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi chọn vật liệu TiO2/HAp kết tủa để đánh giá chi tiết về khả năng hấp phụ và hoạt tính quang xúc tác của nó.