Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến hoạt tính p- 123docz.net

3.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác của các hệ xúc tác tổng hợp được

3.2.3. Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến hoạt tính phân hủy DDT trên

3.2.3.1 Ảnh hưởng của pH

Khảo sát ảnh hưởng của pH tới quá trình phân hủy DDT trên hệ xúc tác Fe- Cu/GO được thực hiện trong điều kiện: Nồng độ DDT ban đầu 10 mg/L; nồng độ xúc tác 0,2 g/L; nồng độ H2O2 là 15 mg/L; pH thay đổi từ 3 - 8; nhiệt độ phản ứng được duy trì T= 30oC và chiếu sáng trong 3h. Kết quả được đưa ra trong hình 3.47.

Hình 3.47. Ảnh hưởng của pH đến độ chuyển hóa DDT trên hệ xúc tác Fe-Cu/GO Sử du ̣ng HCl 0,01 M và NaOH 0,01M điều chỉnh pH dung dịch. Từ hình 3.47 cho thấy đối với Fe-Cu/GO khi pH > 5 độ chuyển hóa giảm bắt đầu giảm, sau 3 giờ hiệu suất giảm đi khoảng 9% so với pH = 3-5. Điều này là do khi pH >5 hình thành tâm sắt thụ động (FeO2+) và các tâm thụ động khác như Cu(OH)+, Cu2(OH)22+, Cu3(OH)42+ làm giảm hoa ̣t tính của xúc tác. 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 (đạt trên 99 % sau 3 giờ). Từ kết quả trên ta có thể thấy ảnh hưởng của pH đến khả

năng phân hủy DDT trên hệ xúc tác Fe-Cu/GO không lớn, phản ứng thuâ ̣n lợi nhất ở pH = 5 (môi trường axít yếu).

108 3.2.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2

Khảo sát ảnh hưởng của nồng H2O2 tới quá trình phân hủy DDT trên hệ xúc tác Fe-Cu/GO được thực hiện trong điều kiện: Nồng độ DDT đầu 10 mg/L; nồng độ xúc tác thay đổi từ là 0,2 g/L; nồng độ H2O2 thay đổi từ 10 mg/L tới 100 mg/L; pH

= 5; nhiệt độ phản ứng được duy trì T= 30oC và chiếu sáng trong 3h. Kết quả được đưa ra trong hình 3.48.

Hình 3.48. Ảnh hưởng hàm lượng H2O2 đến độ chuyển hóa DDT trên xúc tác Fe- Cu/GO

Hình 3.48 là kết quả phân hủy DDT trên hệ xúc tác Fe3O4/GO tại pH=5 với lượng H2O2 khác nhau. Kết quả cho thấy hiệu quả phân hủy tăng từ 85,6 -93% khi lượng H2O2 tăng từ 10 – 15 mg/L với nồng độ DDT ban đầu là 10 mg/L. Tuy nhiên, khi tăng từ 30 -100 mg/L thì hiệu suất lại giảm xuống từ 75,4 -40,5% sau 3h phản ứng. Điều này là do các gốc tự do •OH từ H2O2 được tạo ra nhiều làm thúc đẩy quá trình phản ứng dẫn đến tốc độ cũng như độ chuyển hóa tăng. Tuy nhiên, khi nồng độ H2O2 trong dung dịch quá cao hoặc quá thấp sẽ làm giảm gốc tự do •OH xảy ra theo phương trình [67,99]:

H2O2 + •OH → •HO2 + H2O

•HO2 + •OH → O2 + H2O

109

Ngoài ra nồng độ H2O2 cao cũng làm các tâm hoạt động của xúc tác bị no hóa (bão hòa) nên làm giảm tốc độ phản ứng. Như vậy, có thể nhận thấy nồng độ H2O2

ban đầu tác động trực tiếp đến sự hình thành số lượng trạng thái trung gian của peoxit kim loại trong một thời gian nhất định, điều này giữ vai trò quyết định đến hiệu quả xúc tác. Do đó, việc tăng nồng độ H2O2 ban đầu có thể cải thiện được sự hình thành trạng thái peroxy trung gian và thúc đẩy hoạt tính xúc tác. Tuy nhiên nếu tăng quá nhiều hoạt tính xúc tác không tăng lên mà có chiều hướng giảm đi do H2O2

dư tương tác với gốc tự do •OH tạo •HO2 kém hoa ̣t đô ̣ng hơn [89,99]. Nồng đô ̣ H2O2 (15 mg/L) là đủ, là cần thiết cho phản ứng oxy hóa.

3.2.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác

Khảo sát ảnh hưởng của nồng chất xúc tác tới quá trình phân hủy DDT trên hệ xúc tác Fe-Cu/GO được thực hiện trong điều kiện: Nồng độ DDT đầu 10 mg/L; nồng độ xúc tác thay đổi từ là 0,05- 0,4 g/L; nồng độ H2O2 là 15 mg/L; pH = 5; nhiệt độ phản ứng được duy trì T= 30oC và chiếu sáng trong 3h. Kết quả được đưa ra trong Hình 3.49.

Hình 3.49. Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác Fe-Cu/GO đến độ chuyển hóa DDT.

Hình 3.49 là kết quả phân hủy DDT trên hệ xúc tác Fe-Cu/GO tại pH=5 với lượng pha rắn khác nhau. Kết quả cho thấy hiệu quả phân hủy tăng mạnh từ 53 - 99,2% khi lượng chất xúc tác tăng từ 0,05 – 0,2 g/L với nồng độ DDT ban đầu là 10

110

mg/L. Tuy nhiên hoạt tính xúc tác Fe-Cu/GO gần như đạt bão hòa, độ chuyển hóa thay đổi không đáng kể từ 99,2% -99,7% khi tăng hàm lượng xúc tác từ 0,2 - 0,4 g/L. Điều này cho thấy là với nồng đô ̣ xúc tác 0,2g/l là đủ lượng tâm hoa ̣t tính để

phân hủ y DDT ở nồng đô ̣ 10 ppm. Với nồng đô ̣ DDT cao hơn, nồng đô ̣ chất xúc tác cần được tăng cường để đảm bảo hiê ̣u suất phân hủy DDT cao hơn.

3.2.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ DDT ban đầu

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu tới quá trình phân hủy DDT trên hệ xúc tác Fe-Cu/GO được thực hiện trong điều kiện: Nồng độ DDT đầu vào thay đổi từ 10 mg/L – 75 mg/L; nồng độ xúc tác là 0,2 g/L; nồng độ H2O2 là 15 mg/L; pH = 5;

nhiệt độ phản ứng được duy trì T= 30oC và chiếu sáng trong 3h. Kết quả được đưa ra trong Hình 3.50.

Hình 3.50. Ảnh hưởng của nồng độ DDT đầu vào tới quá trình phản ứng sử dụng xúc tác Fe-Cu/GO

111

Hình 3.50 cho thấy, đối với nồng độ DDT đầu vào là 10 mg/L, sau 3 h phản ứng, độ chuyển hóa đạt 99,2 %. Khi tăng nồng độ DDT ban đầu lên 25 mg/L hiệu suất phản ứng giảm đi và đạt 79,4%. Khi tăng hàm lượng DDT đầu vào 50 mg/L đến 75 mg/L hiệu suất giảm đi không nhiều và đạt tương ứng là 62,3% và 59,4%.

Như vậy, có thể kết luận độ chuyển hóa và tốc độ phân hủy giảm khi nồng độ đầu vào DDT tăng. Điều này cho thấy ở nồng độ DDT ban đầu cao, lượng tâm xúc tác cần nhiều hơn để đảm bảo hiê ̣u suất phân hủy DDT cao, nồng đô ̣ chất xúc tác cần sử du ̣ng là 0,3 – 0,4 g/L là hợp lý.

3.2.3.5. Nghiên cứu độ bền của xúc tác Fe-Cu/GO

Hình 3.51. Độ chuyển hóa DDT trên hệ xúc tác Fe-Cu/GO sau các lần phản ứng khác nhau.

Để nghiên cứu độ bền của xúc tác Fe-Cu/GO, chúng tôi tái sử dụng xúc tác Fe-Cu/GO sau mỗi lần phản ứng. Xúc tác Fe-Cu/GO sau khi tham gia phản ứng phân hủy DDT được thu hồi bằng nam châm, sau đó được tiến hành lọc rửa và sấy khô trong chân không ở 60oC trong 12h. Lượng xúc tác được cân lại và đem đi tiến

112

hành thí nghiệm ở các lần tiếp theo. Độ hao hụt xúc tác là không đáng kể (<5%).

Như đã quan sát thấy trong hình 3.51, sau chu kỳ tái sinh đầu tiên, hiệu suất loại bỏ đạt tới giá trị 99,2%. Sau chu kỳ thứ tư, hiệu quả loại bỏ đạt tới giá trị 90,4%. Từ kết quả này cho thấy rằng sau chu kỳ thứ tư của việc tái sử dụng xúc tác Fe-Cu/GO, độ chuyển hóa loại bỏ DDT vẫn duy trì ở mức khá cao. Như vậy có thể khẳng định xúc tác có độ bền, ổn định, sự trôi rửa của các tâm hoạt động là không đáng kể và xúc tác này có khả năng tái sử dụng được trong quá trình phân hủy DDT. Mặt khác xúc tác Fe-Cu/GO có thể dễ dàng thu hồi bằng từ trường ngoài, đây cũng là một ưu điểm đáng kể của vật liệu xúc tác này.

Hình 3.52. Giản đồ XRD của xúc tác Fe-Cu/GO sau lần phản ứng thứ 1 và lần phản ứng thứ 4.

113

Hình 3.53. Ảnh FE-SEM của vật liệu xúc tác Fe-Cu/GO sau lần phản ứng thứ 1 và lần phản ứng thứ 4.

Ngoài ra, chúng tôi cũng thực hiện các phép đo XRD và SEM cho các xúc tác Fe-Cu/GO sau các lần phản ứng để tìm hiểu sự thay đổi của cấu trúc và hình thái học của vật liệu sau quá trình quang hóa xúc tác. Trên hình 3.52 thể hiện giản đồ XRD và hình 3.53 là các ảnh FE-SEM của xúc tác Fe-Cu/GO sau lần phản ứng thứ 1 và lần phản ứng thứ 4. Như quan sát trên giản đồ XRD (hình 3.52) và SEM (hình 3.53 a và b) có thể thấy rằng không có sự thay đổi rõ ràng trong cấu trúc pha và hình thái học của các mẫu sau các thí nghiệm tái chế đã thực hiện. Từ kết quả này cho thấy việc tái sử dụng chất xúc tác quang hóa Fe-Cu/GO cho hiệu quả cao có thể được chứng minh.