Nguồn ỏnh sỏng khả kiến được dựng để đỏnh giỏ hoạt tớnh xỳc tỏc quang trong luận ỏn này được chỳng tụi sử dụng là búng đốn dõy túc wonfram cú phổ được trỡnh bày trong hỡnh 3.63. Núi chung năng lượng ỏnh sỏng của đốn phõn bố trong vựng tử ngoại là rất bộ, gần như khụng đỏng kể. Mặt khỏc nguồn sỏng này được chiếu qua kớnh lọc tia UV trước khi tiếp xỳc với dung dịch phản ứng.
Hỡnh 3.63. Phổ của búng đốn dõy túc wonfram dựng trong thớ nghiệm xỳc tỏc quang.
Để đỏnh giỏ hoạt tớnh xỳc tỏc quang của vật liệu 3N-30ZnO/SBA-15, chỳng tụi tiến hành khảo sỏt phản ứng quang húa phõn hủy MB và MO. Hỡnh 3.64 trỡnh bày độ chuyển húa th o thời gian của MB và MO th o thời gian.
Hỡnh 3.64. Sự biến đổi nồng độ MO (a) và MB (b) th o thời gian trờn xỳc tỏc 3N-30ZnO/SBA-15.
107
Như vậy, vật liệu 3N-30ZnO/SBA-15 thể hiện hoạt tớnh xỳc tỏc quang đối với MB cao hơn nhiều so với trờn MO. Từ kết quả khảo sỏt sơ bộ này chỳng tụi tiến hành nghiờn cứu chi tiết phản ứng phõn hủy quang MB trờn 3N-30ZnO/SBA-15.
Hỡnh 3.65. Sự biến đổi nồng độ MB theo thời gian trờn xỳc tỏc 30ZnO/SBA-15 (a); 3N-ZnO (b); 1N-30ZnO/SBA-15 (c); 2N-30ZnO/SBA-15 (d)
và 3N-30ZnO/SBA-15 (d) dưới ỏnh sỏng đốn sợi đốt.
Khả năng xỳc tỏc quang phõn hủy MB của cỏc mẫu vật liệu được trỡnh bày trong hỡnh 3.65. Kết quả này cho thấy vật liệu 30ZnO/SBA-15 hầu như khụng cú khả năng xỳc tỏc quang trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy. Trong khi đú cỏc vật liệu biến tớnh pha tạp nitơ đều cú khả năng xỳc tỏc quang khỏ cao, hiệu quả xỳc tỏc tăng dần theo số lần pha tạp, điều này cú thể là do sự tăng lượng nitơ trong vật liệu theo số lần pha tạp. Tất cả cỏc mẫu kN-30ZnO/SBA-15 đều cho hoạt tớnh xỳc tỏc quang cao hơn mẫu vật liệu 3N-ZnO, điều này cú thể là do việc phõn tỏn ZnO trờn vật liệu SBA-15 cú diện tớch bề mặt cao đó cải thiện hoạt tớnh xỳc tỏc quang của cỏc vật liệu kN-30ZnO/SBA-15 so với vật liệu khối 3N-ZnO.
Để tỡm hiểu cơ chế của quỏ trỡnh quang xỳc tỏc phõn hủy MB trờn vật liệu 3N-30ZnO/SBA-15, chỳng tụi ỏp dụng mụ hỡnh động học Langmuir-Hinshelwood. Đõy là một mụ hỡnh được sử dụng nhiều đối với phản ứng phõn hủy xỳc tỏc quang của cỏc hợp chất hữu cơ [51].
108
Trong đú, r tốc độ của phản ứng phõn hủy MB, K hằng số cõn bằng hấp phụ MB trờn 3N-30ZnO/SBA-15, k r hằng số tốc độ biểu kiến.
Từ phương trỡnh trờn ta cú
Trong đú t là thời gian cần thiết để phõn hủy MB từ nồng độ đầu Co đến nồng độ tại thời điểm t (Ct). Trong trường hợp nồng độ dung dịch MB khỏ bộ (KC << 1) thỡ phương trỡnh (3.1) trở thành
r = krKC (3.3) Khi đú ta cú
Như vậy, đường biểu diễn ln(Co/C) th o t là đường thẳng và hệ số gúc chớnh là hằng số tốc độ biểu kiến k1 (hỡnh 3.66).
Hỡnh 3.66. Động học quỏ trỡnh phõn hủy quang MB ở cỏc nồng độ khỏc nhau trờn xỳc tỏc 3N-30ZnO/SBA-15 th o mụ hỡnh Langmuir-Hinshelwood.
109
Bảng 3.14. Cỏc tham số động học giả bậc 1 của quỏ trỡnh phõn hủy quang MB ở cỏc nồng độ khỏc nhau trờn xỳc tỏc 3N-30ZnO/SBA-15.
Nồng độ
(mg/L) Hệ số tương quan (r) Hằng số tốc độ biểu kiến k1 (giờ-1)
11,5 0,9983 0,44204
15,1 0,9947 0,42599
19,7 0,9822 0,36274
Kết quả phõn tớch động học được trỡnh bày trong bảng 3.14 cho thấy, ở nồng độ nhỏ (11,5 mg/L) quỏ trỡnh phõn hủy quang MB tuõn th o mụ hỡnh Langmuir- Hinshelwood với hệ số tương quan cao hơn. Khi tăng nồng độ, cả hệ số tương quan r cũng như hằng số tốc độ biểu kiến k1 đều giảm. Như vậy khi tăng nồng độ, tốc độ phõn hủy MB trờn xỳc tỏc 3N-30ZnO/SBA-15 bị chậm lại, điều đú cú thể giải thớch là do khi tăng nồng độ MB thỡ cường độ màu của dung dịch tăng, sẽ cản trở ỏnh sỏng chiếu vào dung dịch làm ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ photon ỏnh sỏng để thực hiện quỏ trỡnh quang xỳc tỏc của vật liệu 3N-30ZnO/SBA-15.
Như vậy vật liệu ZnO pha tạp nitơ trờn nền SBA-15 đó được tổng hợp, hoạt tớnh xỳc tỏc quang của vật liệu trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy được cải thiện rừ rệt, hơn hẳn so với vật liệu ở dạng khối (3N-ZnO). Quỏ trỡnh quang xỳc tỏc phõn hủy MB trờn vật liệu 3N-30ZnO/SBA-15 tuõn th o mụ hỡnh động học Langmuir- Hinshelwood.
3.2.2. Tổng hợp vật liệu nTiO2-CdS/SBA-15 và nghiờn cứu khả năng xỳc tỏc quang 3.2.2.1. Tổng hợp vật liệu nTiO2-CdS/SBA-15