lƣợng tro trấu)
Hàm lượng tro trấu trong vật liệu nano ZnO-tro trấu là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến thành phần và cấu trúc của oxit ZnO-tro trấu, do đó ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu. Trong thí nghiệm này, chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng tro trấu đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO-tro trấu. Hàm lượng tro trấu thay đổi như sau: 4%; 5%; 6%; 7% và 8%. Quy trình tổng hợp mô tả ở mục 2.3. Các vật liệu tổng hợp với hàm lượng % tro khác nhau được đem thử hoạt tính quang xúc tác trong cùng một điều kiện thí nghiệm.
Trong các thí nghiệm này, chúng tôi giữ cố định yếu tố pH của dung dịch phản ứng bằng 7, thể tích dung dịch xanh metylen 10ppm là 100ml, lượng xúc tác là 0,2g. Quá trình thử hoạt tính xúc tác được tiến hành theo quy trình ở mục 2.2.6.4. Kết quả xử lý xanh metylen được trình bày ở bảng 3.1 và hình 3.1.
43
Bảng 3.1: Hiệu suất xử lý xanh metylen của vật liệu ZnO-tro trấu
Hàm lƣợng tro trấu (%) Thời gian (phút) 30 60 90 120 150 4 ABS 0,65 0,60 0,53 0,50 0,45 CMB, sau (ppm) 2,96 2,71 2,43 2,25 2,04 Hiệu suất (%) 70,4 72,9 75,7 77,5 79,6 5 ABS 0,51 0,31 0,26 0,20 0,17 CMB, sau (ppm) 2,30 1,38 1,14 0,89 0,75 Hiệu suất (%) 77,0 86,3 88,6 91,1 92,5 6 ABS 0,48 0,18 0,17 0,17 0,12 CMB, sau (ppm) 2,16 0,79 0,75 0,73 0,50 Hiệu suất (%) 78,4 92,1 92,5 92,7 95,0 7 ABS 0,48 0,38 0,26 0,24 0,21 CMB, sau (ppm) 2,16 1,73 1,14 1,09 0,95 Hiệu suất (%) 78,4 82,7 88,6 89,1 90,5 8 ABS 0,48 0,43 0,41 0,39 0,29 CMB, sau (ppm) 2,20 1,93 1,86 1,77 1,30 Hiệu suất (%) 78,0 80,7 81,4 82,3 87,0
44
Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng tro trấu đến hoạt tính quang xúc tác của oxit ZnO-tro trấu
Từ kết quả bảng 3.1 và hình 3.1 thấy rằng, hiệu suất xử lý xanh metylen tăng từ 79,6% đến 95% (sau 150 phút) khi hàm lượng tro tăng từ 4% đến 6%. Nhưng khi hàm lượng tro lớn hơn 6% thì hiệu suất xử lý xanh metylen lại giảm từ 95% xuống còn 87%. Như vậy, ZnO-tro trấu với hàm lượng tro trấu là 6% có hoạt tính quang xúc tác cao nhất ứng với hiệu suất là 95%.
Kết quả trên có thể được giải thích như sau: khi pha tạp cacbon, silic (có trong thành phần của tro trấu) vào mạng tinh thể ZnO, cacbon và silic có thể chui vào các chỗ trống trong mạng ZnO góp phần làm giảm năng lượng vùng cấm [15, 28]. Ngoài ra, cacbon phủ trên bề mặt ZnO dưới dạng cacbon vô định hình hoặc các nhóm cacbonat có thể tăng cường sự hấp thụ ánh sáng nhìn thấy (chất nhạy quang). Hơn nữa cacbon trên bề mặt có vai trò lưu giữ electron ngăn sự tái kết hợp electron và lỗ trống [30, 31]. Như vậy, khi tăng hàm lượng tro trấu đã góp phần làm giảm năng lượng vùng cấm, xúc tác chuyển vùng hoạt động về vùng khả kiến và hiệu quả của xúc tác càng được tăng lên.
45
Tuy nhiên, nếu như hàm lượng tro trấu tăng nhiều (nhiều hơn 6%) thì dẫn đến việc cacbon và silic phủ lên trên bề mặt ZnO nhiều, gây cản trở việc ánh sáng tương tác với vật liệu, làm cho hoạt tính quang xúc tác của ZnO-tro trấu giảm đi.
Từ các kết quả trên, chúng tôi chọn ZnO được biến tính 6% tro trấu cho các nghiên cứu tiếp theo.