KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.3. Khảo sát các tính chất của màng
3.3.2. Khảo sát đặc tính tự làm sạch của màng
Chúng tôi đã khảo sát đặc tính tự làm sạch của màng thông qua chất thử methyl blue. Lam kính được phủ màng được kích thích bởi đèn UV trong 2 giờ. Sau đó các giọt dung dịch methylene blue được nhỏ lên trên bề mặt kính và quan sát sự mất màu theo thời gian.
32.50 6.90 < 20
(a) (b)
Hình 3.29: Khả năng làm mất màu methylene blue của lam kính có phủ màng đã được kích thích UV so với lam kính có phủ màng nhưng chưa được kích thích UV và lam kính không có màng. (a) Ảnh dung dịch MB khi vừa mới nhỏ lên kính, (b) Ảnh dung dịch MB sau khi nhỏ lên kính được 30 phút.
Trên Hình 3.29a và Hình 3.29b, lam kính bên trái chưa được phủ màng, lam kính bên phải được phủ màng và đã được kích thích bằng ánh sáng UV trong 2 giờ, lam kính ở giữa có phủ màng nhưng chưa được kích thích bởi ánh sáng UV. Sau 30 phút nhỏ dung dịch MB lên lam kính, chúng tôi nhận thấy methylene blue trên cả hai lam kính có phủ màng đều có hiện tượng bị nhạt màu, tuy nhiên lam kính bên phải bị mất màu mạnh hơn do được phủ màng đã được kích thích do đó có tính chất phân hủy chất hữu cơ mạnh hơn. Điều đó chứng tỏ khả năng làm mất màu xanh của dung dịch MB;
hơn nữa với đặc tính siêu ưa nước của màng phủ thì khi ta dùng nước phun lên các lam kính trên, miếng lam kính có lớp phủ sẽ dễ dàng và nhanh chóng được cuốn sạch chất màu bởi nước mà không để lại một vết bẩn nào.
3.3.2. Tính chất quang xúc tác của màng TiO2-SiO2 trên bề mặt gạch
Tương tự như trên kính ta cũng nhỏ những giọt dung dịch methylene blue lên gạch không phủ màng và gạch có phủ màng đã được kích thích UV. Kết quả thu được cũng cho thấy sự mất màu rõ rệt đối với gạch có lớp phủ TiO2-SiO2. Hình 3.30 dưới đây thể hiện ảnh chụp khi nhỏ dung dịch lên gạch và sau khi nhỏ 30 phút. Trên mỗi hình, gạch phía bên trái lạ gạch không được phủ màng, gạch phía bên phải là gạch có phủ màng và đã được kích thích UV.
Hình 3.30: Sự mất màu của dung dịch methylene blue trên gạch; (a) dung dịch MB khi vừa được nhỏ lên gạch, (b) dung dịch MB trên gạch 30 phút sau đó.
Kết quả phân tích định lượng độ suy giảm nồng độ MB theo thời gian trên phổ hấp thu UV – Vis.
LVTh.S Chương3. Kết quả và bàn luận
Để khảo sát tính quang xúc tác một cách định lượng chúng tôi ngâm hai miếng gạch đã phủ màng được cắt nhỏ với kích thước 2.5 cm * 10 cm vào một becher thủy tinh chứa 150 ml dung dịch xanh methylene với nồng độ 10ppm. Becher này được đậy kính bằng một đĩa thủy tinh rồi được cho vào buồng chiếu UV. Cứ sau mỗi 1 giờ chiếu UV, chúng tôi lại dùng pipet hút ra một lượng thể tích cố định 2 ml và đo xác định nồng độ dung dich xanh methylene trên máy quang phổ UV – VIS.
Sự thay đổi về nồng độ của dung dịch theo thời gian được tính toán dựa theo sự sụt giảm về độ hấp thu của dung dịch xanh methylene theo thời gian tại đỉnh hấp thu chính của dung dịch xanh methylene tại bước sóng hấp thu cực đại 647nm.
Hình 3.31 dưới đây mô tả độ suy giảm nồng độ của hai mẫu gạch được phủ màng TiO2-SiO2 15% được nung ở 10000C và 9000C trong 2 giờ. Qua hình 3.30 ta nhận thấy sau 5 h thì nồng độ của dung dịch xanh methylene còn 5ppm, giảm đi một nữa so với nồng độ ban đầu là 10ppm. Trong 3h đầu màng phân hủy hợp chất xanh methylene nhiều hơn điều này thể hiện ở độ suy giảm nông độ dung dịch xanh methylene từ 10 ppm (nồng độ ban đầu) đến 5ppm (nồng độ của dung dịch sau 3h). Trong 2 h sau đó sự suy giảm nồng độ của dung dịch xanh methylenne chậm dần, nồng độ dung dịch lúc này giảm từ 5ppm (nồng độ xanh methylene sau 3h) đến gần 5 ppm (nồng độ xanh methylene sau 5h). Tức là với màng TiO2-SiO215% được phủ trên gạch, thời gian chiếu UV càng tăng màng càng mang tính quang xúc tác mạnh, tuy nhiên đặc tính quang xúc tác này cũng sẽ tiến đến giá trị bào hòa khi năng lượng của tia UV cung cấp đến bề mặt vật liệu nano TiO2 vừa đủ.
Hình 3.31: Sự suy giảm nồng độ của dung dịch MB theo thời gian.
Qua kết quả thử hoạt tính quang xúc tác ở trên ta nhận thấy hoạt tính quang xúc tác của mạng chưa được cao. Điều này có thể do lớp màng tạo thành rất mỏng, do đó lượng vật chất TiO2 trên màng không nhiều đủ để thực hiện phản ứng quang hóa thủy phân hoàn toàn lượng xanh methylene có trong dung dịch. Thêm vào đó, thực chất chỉ
có những phân tử TiO2 nằm trên bề mặt mới tiếp xúc trực tiếp với hợp chất xanh methylene, và phân hủy hợp chất này do cơ chế tạo thành của các tác nhân oxy hóa khử như đã giải thích ở chương 1. Chính vì điều này nên hoạt tính quang xúc tác của màng sẽ luôn thấp hơn so với dạng bột là dạng có diện tích bề mặt riêng lớn hơn rất nhiều so với dạng màng. Các electron và lỗ trống được tạo thành từ quá trình kích thích của tia UV cũng rất dễ tái hợp lại với nhau nếu không có các thành phần ngăn cản sự tái hợp này, ở một số tài liệu tham khảo người ta pha tạp thêm vào màng các ion kim loại như Ag+, Fe3+… để ngăn cản quá trình tái hợp của các phần tử mang điện, và do đó hoạt tính xúc tác của màng sẽ giữ được lâu hơn. Một lí do khác cũng có thể gây ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của màng là các ion kim loại trong đế thủy tinh và gạch men như Na+, K+… là những ion rất dễ dàng khuyếch tán vào màng trong quá trình ủ màng ở nhiệt độ cao, chính những ion này là nguyên nhân làm giảm chất lượng của màng, và làm hoạt tính của màng giảm sút.