3.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác của các hệ xúc tác tổng hợp được
3.2.4. Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến hoạt tính phân hủy DDT trên
3.2.4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần Fe/Cu
Hình 3.54 cho thấy độ chuyển hóa DDT của mẫu vật liệu xúc tác 10Fe-Cu/SBA-15 cao nhất, đạt 92,8%. Độ chuyển hóa của vật liệu xúc tác SBA-15 đạt độ chuyển hóa thấp 40,1%. Độ chuyển hóa DDT tăng từ 86,3% đến 92,8% sau đó có xu hướng giảm xuống 89,2% tương ứng với hàm lượng sắt tăng từ 5% đến 15%. Độ chuyển hóa DDT tăng theo chiều từ 2Cu/SBA-15 < 5Fe-2Cu/SBA-15 < 10Fe-2Cu/SBA-15 do xuất hiện nhiều các tâm hoạt động tạo ra nhiều gốc •OH đi tham gia phản ứng.
114
Hình 3.54. Độ chuyển hó a DDT trên xúc tác Fex-Cuy/SBA-15 với các tỷ lệ thành phần Fe/Cu khác nhau
Tác động hiệp đồng của ion đồng và sắt có thể giảm thời gian phản ứng và tăng hiệu quả phản ứng. Thật vây, thế oxy hóa – khử của Cu2+/Cuo tại 298K là 0,34 V cao hơn nhiều so với thế oxy hóa – khử của Fe2+/Feo là -0,44V [62]. Do đó trong phản ứng Cu2+ dễ dàng bị oxy hóa về Cuo và là tác nhân cung cấp electron để Fe3+
bị khử về Fe2+, đây là những tâm hoạt tính mạnh trong phản ứng fenton làm tăng tốc độ sinh ra gốc OH.. Độ chuyển hóa DDT giảm khi tăng hàm lượng Fe/Cu từ 10Fe- 2Cu lên 15Fe-2Cu là do khi hàm lượng Fe tăng lên chúng rất dễ bị co cụm thành các hạt lớn phân tán không đồng đều trên bề mă ̣t SBA-15 dẫn đến diện tích bề mặt giảm cũng như chiều dày thành mao quản tăng lên ngăn cản quá trình khuếch tán DDT đến các tâm xúc tác.
115 3.2.4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
Hình 3.55. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác trong phản ứng phân hủy DDT trên xúc tác 10Fe-2Cu/SBA-15
Hình 3.55 là kết quả độ chuyển hóa DDT trên hệ xúc tác 10Fe-2Cu/SBA-15 tại pH=5 với lượng pha rắn khác nhau. Kết quả cho thấy hiệu quả phân hủy tăng từ 67,8 -92,3% khi lượng chất xúc tác tăng từ 10 mg/L – 40 mg/L với nồng độ DDT ban đầu là 10 mg/L. Tuy nhiên khi tăng hàm lượng xúc tác từ 40 mg/L-50 mg/L hiệu suất phản ứng giảm. Điều này có thể giải thích là do lượng xúc tác quá nhiều sẽ xảy ra quá trình oxi hóa ngược lại từ Fe2+ thành Fe3+ thông qua quá trình Fe2+ +
•OH= Fe3+ + OH- làm giảm hoạt tính xúc tác [96]. Do đó nồng độ chất xúc tác 40 mg/L được lựa chọn.
116 3.2.4.3. Ảnh hưởng của pH
0 1 2 3 4
0 20 40 60 80
100 pH=3
pH=5 pH=6 pH=8 Model pH3 Model pH5 Model pH6 Model pH8
[C o-C t]/C o*100
Time (h)
Thời gian phản ứng (h)
Độchuyển hóa (%)
Hình 3.56. Ảnh hưởng của pH trong phản ứng phân hủy DDT trên xúc tác 10Fe-2Cu/SBA-15
Sử du ̣ng HCl 0,01 M và NaOH 0,01M điều chỉnh pH dung dịch. Từ hình 3.56 cho thấy đối với Fe-Cu/GO khi pH > 6 độ chuyển hóa bắt đầu giảm, sau 4 giờ hiệu suất giảm đi khoảng 13% so với pH = 3-5. Điều này là do khi pH >6 ngoài sự phân hủy nhanh chóng H2O2 thành H2O [108] thì còn hình thành tâm sắt thụ động (FeO2+) và các tâm thụ động khác như Cu(OH)+, Cu2(OH)22+, Cu3(OH)42+ làm giảm hoạt tính của xúc tác [62]. Khi pH < 5 sự gia tăng số lượng các gốc OH. và tương tác tĩnh điện giữa DDT và bề mặt vật liệu làm hiệu suất tăng lên (92.3 % với pH =5 và 92% với pH =3 sau 4 giờ). Tuy nhiên, khi pH quá thấp các ion H+ dư thừa cũng sẽ phản ứng với H2O2, ảnh hưởng đến sự tiếp xúc của gốc tự do và chất hữu cơ. Bên cạnh đó các chất xúc tác cũng trở nên không ổn định trong một dung dịch có tính axit mạnh [99]. Từ phân tích trên, pH = 5 được lựa chọn cho các quá trình nghiên cứu tiếp theo.
117 3.2.4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng H2O2
0 1 2 3 4
0 20 40 60 80
100 3mM
4mM 2mM 1mM
Model 4mM Model 3mM Model 2mM Model 1mM
[Co-Ct]/Co*100
Time (h)
Độchuyên hóa (%)
Thời gian phản ứng (h)
Hình 3.57. Ảnh hưởng hàm lượng H2O2 trong phản ứng phân hủy DDT trên xúc tác 10Fe-2Cu/SBA-15.
Hình 3.57 là kết quả phân hủy DDT trên hệ xúc tác 10Fe-2Cu/SBA-15 tại pH=5 với lượng H2O2 khác nhau. Kết quả cho thấy hiệu quả phân hủy tăng từ 80,9 - 92,8% khi lượng H2O2 tăng từ 1mM đến 3mM với nồng độ DDT ban đầu là 10 mg/L. Tuy nhiên, khi tăng từ 3mM lên 4mM thì hiệu suất lại giảm xuống từ 92,8 - 89,7% sau 4h phản ứng. Điều này cho thấy khi tăng quá nhiều lượng H2O2 hiệu suất phản ứng không tăng lên mà giảm đi. Giải thích điều này, theo chúng tôi khi tăng lượng quá nhiều H2O2 sẽ xảy ra hiện tượng bị mất một số gốc •OH, giảm hiệu quả của phản ứng do các phản ứng sau [99]:
•OH + H2O2 → •OH2 + H2O
•OH2 + •OH2 → H2O2 + O2
Trong đó thế oxy hóa của gốc •OH là 2,8eV còn thế oxy hóa của •OH2 chỉ 1,7eV dẫn đến hiệu suất phản ứng giảm. Do đó nồng độ H2O2 3mM là thích hợp.
118