- Nhiệt độ nung mẫu khảo sát ở 500oC, 600oC, 700oC đối với mẫu TiO
3.3.Thí nghiệm xúc tác phân hủy RhodaminB
3.3.1. Ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
64
3.3.1.1. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian thủy nhiệt đến hoạt tính xúc tác
Tiến hành thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu xúc tác theo thời gian thủy nhiệt ở các điều kiện sau: Tiến hành khảo sát với mẫu 0,5%Cr-TiO2, thủy nhiệt trong 8h,10h,12h,14h thu đƣợc các mẫu xúc tác với thời gian thủy nhiệt khác nhau đƣợc ký hiệu lần lƣợt là 8-CT05, 10-CT05, 12- CT05, 14-CT05.
Thí nghiệm thử hoạt tính xúc tác của các mẫu xúc tác với 100ml RhodaminB 20ppm với lƣợng xúc tác 156mg. Khuấy hỗn hợp trong bóng tối 45 phút để quá trình hấp thụ đạt cân bằng, sau đó chiếu sáng trong 4h, cứ 30 phút lại lấy mẫu ra để đo mật độ quang ở bƣớc sóng 553nm một lần, chúng tôi thu đƣợc kết quả ở bảng 3.4 và hình 3.12:
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến hoạt tính xúc tác phân hủy Rhodamin B
Thời gian (phút)
Hiệu suất phân hủy RhodaminB(%)
8-CT05 10-CT05 12-CT05 14-CT05 30 12,57 38,42 34,42 23,24 60 23,47 57,14 52,14 38,81 90 37,20 75,32 71,32 48,54 120 43,54 87,89 85,72 63,63 150 53,43 100 93,45 76,72 180 62,63 100 83,56 210 68,33 94,93 240 77,18 100
65
Hình 3.12. Khả năng phân hủy Rhodamin B của các vật liệu 8-CT05, 10- CT05, 12-CT05, 14-CT05
Để khẳng định lại kết quả thu đƣợc từ thực nghiệm chúng tôi tiến hành chụp UV-vis các mẫu xúc tác, thu đƣợc kết quả nhƣ hình 3.13.
Hình 3.13. Phổ UV – vis của các mẫu xúc tác 8-CT05, 10-CT05, 12-CT05, 14-CT05
Kết quả thực nghiệm quang xúc tác thu đƣợc khá phù hợp với kết quả phổ UV – vis: các mẫu 10 –CT05 và mẫu 12 – CT05 có hiệu suất phân hủy
66
Rhodamin B cao nhất cũng là các mẫu có khả năng hấp thụ quang cao tƣơng đƣơng nhau trong vùng ánh sáng trông thấy . Vì vậy để thuận lợi cho điều chế xúc tác chúng ta chọn thời gian thủy nhiệt là 10h.
3.3.1.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Cr đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng Cr đến hoạt tính xúc tác của vật liệu xúc tác ở các điều kiện sau: Thí nghiệm thử hoạt tính xúc tác của các mẫu với 100ml RhodaminB 20ppm sử dụng 156mg mỗi mẫu xúc tác có lƣợng Cr khác nhau (0,1%; 0,3%; 0,5%; 0,7%; 1%; 1,2%) các mẫu đều đƣợc thủy nhiệt trong 10h. Khuấy hỗn hợp trong bóng tối 45 phút để quá trình hấp thụ đạt cân bằng, sau đó chiếu sáng trong 4h, cứ 30 phút lại lấy mẫu ra để đo mật độ quang một lần, chúng tôi thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
Bảng 3.5. Sự phân hủy của Rhodamin B theo thời gian xử lý bằng các xúc tác
Cr doped TiO2 ở các nồng độ khác nhau
Thời gian (phút)
Hiệu suất phân hủy RhodaminB(%)
0,1% 0,3% 0,5% 0,7% 1%
67 60 13.47 17.04 57.14 52.55 23.91 90 18.25 23.35 75.32 73.71 29.75 120 23.58 35.17 87.89 82.57 43.84 150 28.94 47.26 100 92.98 51.62 180 36.72 53.61 100 62.29 210 45.39 67.87 72.12 240 53.74 72.93 81.65
Hình 3.14. Khả năng phân hủy Rhodamin B
của vật liệu Cr doped TiO2 với tỉ lệ Cr khác nhau
Qua kết quả thí nghiệm ở bảng 3.5 và hình 3.14 cho thấy, hoạt tính xúc tác tăng khi lƣợng Cr tăng tới một giới hạn nhất định (0,5%). Nếu hàm lƣợng Cr lớn hơn 0,5% thì hoạt tính xúc tác sẽ bắt đầu giảm xuống. Sở dĩ nhƣ vậy có thể là do khi tăng lƣợng Cr pha tạp vào TiO2 có thể dẫn đến:
- Hạn chế việc hấp thụ ánh sáng của TiO2
68
Để làm sáng tỏ điều đó chúng tôi tiến hành chụp UV – vis các mẫu, kết quả thể hiện trên hình 3.15.
Hình 3.15. Dải hấp thụ đặc trưng của các mẫu xúc tác (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ kết quả trên cho thấy tỉ lệ pha tạp Cr tối ƣu là 0,5%.
Hàm lƣợng Cr pha tạp vào trong các mẫu xúc tác đƣợc xác định bởi phổ EDX theo bảng 3.6.
Bảng 3.6. Hàm lượng Cr được pha tạp vào trong cấu trúc mạng TiO2
Hàm lƣợng Cr đƣợc pha tạp vào trong cấu trúc mạng TiO2(%)
CrLT 0,1% 0,3% 0,5% 0,7% 1%
CrTT 0,03 0,07 0,32 0,42 0,46
3.3.1.3. So sánh hoạt tính quang xúc tác của vật liệu TiO2 và vật liệu TiO2
biến tính bằng Cr(III)
Để so sánh hoạt tính quang xúc tác của vật liệu TiO2 và vật liệu TiO2
biến tính bằng Cr(III) chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng phân hủy Rhodamin B của vật liệu xúc tác TiO2 và Cr doped TiO2 ở điều kiện pH = 6, nồng độ Rhodamin B = 20ppm, lƣợng xúc tác 156mg/ 100ml Rhodamin B và cùng sử dụng một nguồn ánh sáng nhìn thấy
69
Bảng 3.7. Hoạt tính xúc tác của vật liệu TiO2 và TiO2 biến tính bởi Cr(III)
Thời gian (phút) Hàm lƣợng Rhodamin B bị phân hủy (%)
TiO2 Cr doped TiO2
30 13.01 38.42
60 18.53 57.14
90 26.37 75.32
120 29.89 87.89
150 34.06 100
Hình 3.16. Khả năng phân hủy Rhodamin B của vật liệu TiO2 và TiO2 biến
tính bởi Cr(III)
Kết quả thực nghiệm thu đƣợc trên bảng 3.7 và hình 3.16 cho thấy, khi tiến hành phản ứng ở vùng ánh sáng nhìn thấy, hoạt tính xúc tác của TiO2
kém hơn nhiều so với vật liệu Cr doped TiO2. Điều này là do đối với vật liệu Cr doped TiO2, Cr bắt các electron sinh ra, do đó làm giảm năng lƣợng vùng cấm, mở rộng vùng ánh sáng hấp thụ sang vùng ánh sáng trông thấy, đồng thời tách riêng electron và lỗ trống → ngăn cản khả năng tái tổ hợp của
70
chúng. Ngoài ra, Cr còn có vai trò đẩy nhanh electron từ xúc tác tới chất nhận electron tạo ra các gốc supeoxit, hidropeoxit. Còn TiO2 chỉ có khả có hoạt tính xúc tác tốt dƣới tác dụng của tia tử ngoại UV, mà trong ánh sáng mặt trời tia UV chỉ chiếm từ 4% đến 6%. Do đó, so với TiO2, Cr doped TiO2 có khả năng xúc tác mở rộng sang vùng khả kiến điều này phù hợp với phổ hấp thụ UV – vis đã trình bày ở trên.
3.3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy RhodaminB bằng vật liệu xúc tác TiO2 biến tính bởi Cr(III)