tháng 10 năm 2020 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG LỚP: 16DTNMT1A Tên Khóa luận: Tiếng Việt: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa Bi2MoO6 ứng dụng
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MÔI TRƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG HÓA
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG ÁNH SÁNG
NHÌN THẤY
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Cẩm Như
Chuyên ngành : Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Tp.HCM, tháng 10 năm 2020
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MÔI TRƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG HÓA
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG ÁNH SÁNG
NHÌN THẤY
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Cẩm Như
Mã số sinh viên : 1611538780
Chuyên ngành : Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Duy Trinh
Trang 3CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Trinh
Cán bộ chấm phản biện:
Khóa luận được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC TRƯỜNG
ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH, ngày 5 tháng 10 năm 2020
Trang 4BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH NGUYỄN TẤT THÀNH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM & MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2020
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG LỚP: 16DTNMT1A
Tên Khóa luận:
Tiếng Việt: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa Bi2MoO6 ứng dụng xử lý chất màu hữu
cơ trong môi trường nước bằng ánh sáng nhìn thấy
Tiếng Anh: Research on biochemical catalytic synthesis Bi2MoO6 for application of organic pigments treatment in water with visible light
Nhiệm vụ Khóa luận:
Tổng hợp được chất xúc tác quang hóa xử lý chất màu hữu cơ trong môi trường nước với chi phí thấp, có hoạt tính cao, được tổng hợp đơn giản
Tổng hợp Bi2MoO6 bằng phương pháp thủy nhiệt Đánh giá khả năng xúc tác quang hóa của mẫu vật liệu Bi2MoO6 phản ứng phân hủy CV (Crystal Violet) sử dụng nguồn đèn ánh sáng nhìn thấy
Đánh giá hoạt tính
Ngày giao Khóa luận: 03/07/2020
Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 05/10/2020
Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Trinh
Nội dung và yêu cầu KLTN đã được Hội Đồng chuyên ngành thông qua
TP.HCM, ngày 5 tháng 10 năm 2020
TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỞNG KHOA
Trang 5Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Duy Trinh, đã tận tình, trực tiếp hướng dẫn, góp ý, chỉnh sửa cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp và anh Nông Xuân Linh người đã hướng dẫn, hỗ trợ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè, đã luôn động viên, khích
lệ giúp em có tinh thần tốt để hoàn thành luận văn
Với kiến thức hiện có và thời gian thực hiện đề tài có hạn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô để giúp em hoàn thiện hơn bài báo cáo này
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 6TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các ngành công nghiệp như công nghiệp sơn, dệt, in, hoá dầu phát triển rất mạnh mẽ, đã tác động tích cực đến sự phát triển kinh tế xã hội Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó, chúng ta đang phải đối mặt với nguy cơ môi trường sống bị ô nhiễm, các dịch bệnh bùng phát do sự phát thải của các khu công nghiệp, các nhà máy sản xuất hoá chất, phân bón, nhiệt điện, nhuộm, chế biến thực phẩm gây ô nhiễm nguồn nước, đất đai và không khí
Bi 2 MoO 6 là xúc tác quang hóa, đã được biết đến rộng rãi có thể phân hủy các chất màu hữu cơ với hoạt tính cao, độ bền cao và thân thiện với môi trường Đề tài nghiên cứu tổng hợp Bi 2 MoO 6
bằng phương pháp thủy nhiệt Mẫu Bi 2 MoO 6 đã tổng hợp được sử dụng trong nghiên cứu đánh giá hoạt tính quang xúc tác phân hủy chất màu Crystal Violet trong môi trường nước Kết quả cho thấy rằng Bi 2 MoO 6 thu được vật liệu với hoạt tính quang xúc tác tốt Và nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng lớn của Bi 2 MoO 6 trong lĩnh vực xử lý chất màu hữu cơ trong nước gây ô nhiễm môi trường Tôi mong nghiên cứu này có thể góp một phần nào đó làm giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường hiện nay
Trang 7Abstract
Nowadays, with the progress of science and technology, industries such as painting, textile, printing, petrochemical have developed strongly, having positive impacts on the economic development of the commune festival However, along with that development, we are facing the risk
of polluted habitats, epidemics outbreaks due to the emissions of industrial zones, chemical factories, and fertilizers fertilizer, thermal power, dyeing, food processing pollute water, land and air
Bi 2 MoO 6 is a photochemical catalyst that has been widely known to degrade organic pigments with high activity, durability and environmental friendliness Synthesis of Bi 2 MoO 6 by hydrothermal method The synthesized Bi 2 MoO 6 sample was used in the study evaluating the photocatalytic activity of Crystal Violet dye in water The results showed that Bi 2 MoO 6 obtained materials with good photocatalytic activity And this research opens up the great potential of
Bi 2 MoO 6 application in the field of treating organic pigments in water causing environmental pollution I hope this research can contribute to reduce the current environmental pollution
Trang 8Mục lục
MỞ ĐẦU 1
1.Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài 1
2.Mục tiêu nghiên cứu 2
3.Nội dung nghiên cứu 2
Chương 1 TỔNG QUAN 3
1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 3
1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3
1.3 Vật liệu quang xúc tác Bi 2 MoO 6 5
1.3.1 Giới thiệu 5
1.3.2 Nguyên lý quang xúc tác 6
1.4 Ứng dụng 7
Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9
2.1 Nguyên liệu 9
2.1.1 Hóa chất 9
2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 10
2.2 Các phương pháp tổng hợp 12
2.2.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu 12
2.2.2 Phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu 14
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19
3.1 Kết quả đặc trưng cấu trúc 19
3.2 Kết quả đặc trưng điện tử quét (SEM-Scanning Electron Microscope) 20
Trang 93.3.2 Kết quả hoạt tính quang xúc tác khi có H 2 O 2 25
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30
1 Kết luận 30
2 Kiến nghị 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO 31
Trang 10Danh mục viết tắt
Kí hiệu/ chữ
viết tắt
AOP Advanced Oxidation Process Quá trình oxi hóa tiên tiến
CTAB Hexadecyl trimethyl ammonium
bro-mide SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử
truyền qua UV-Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại - khả kiến
e- cb Negative-electron in conduction band Electron mang điện tích
âm trên vùng dẫn
h+ vb Positive-hole in valence band Lỗ trống mang điện tích
dương trên vùng hóa trị
Trang 11Danh mục hình
Hình 1 1 Sơ đồ cấu trúc của Bi2MoO6 [9,11] 5
Hình 1 2 Kết cấu tinh thể của Bi2MoO6 tinh khiết [18] 6
Hình 1 3 Nguyên lý xúc tác quang hóa của Bi2MoO6 dưới tác dụng của ánh sáng [18,11] 7
Hình 2 1 Các hóa chất cần dùng 10
Hình 2 2 Các dụng cụ trong thí nghiệm 11
Hình 2 3 Các thiết bị trong thí nghiệm 12
Hình 2 4 Vật liệu Bi2MoO6 14
Hình 2 5 Hình ảnh quá trình tổng hợp Bi2MoO6 14
Hình 3 1 Giản đồ XRD của Bi2MoO6 19
Hình 3 2 Phổ phản xạ khuếch tán nhìn thấy được UV-Vis của Bi2MoO6 20
Hình 3 3 Ảnh SEM ở độ phóng đại thấp và cao của Bi2MoO6 được tổng hợp trong dung dịch có pH 4[19] 21
Hình 3 4 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 với nồng độ khác nhau (A) 10ppm, (B) 20ppm, (C)30ppm, khối lượng xúc tác 20mg 22
Hình 3 5 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 theo thời gian 22
Hình 3 6 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 độ pH khác nhau, (A) không cân chỉnh độ pH=6,28, (B) pH=5, (C) pH=7, (D) pH=912 23
Hình 3 7 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 với độ pH khác nhau theo thời gian 25
Hình 3 8 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với khối lượng xúc tác khác nhau (A) 10mg, (B) 20mg, (C)30mg, nồng độ CV là 30ppm 25
Hình 3 9 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với cùng nồng độ, theo thời gian 26
Trang 12Hình 3 10 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với nồng độ CV
là (A) 20ppm, (B)30ppm, (C)40ppm khối lượng xúc tác 30mg 26 Hình 3 11 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với cùng khối lượng xúc tác, theo thời gian 27 Hình 3 12 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 + H2O2 độ pH khác nhau, (A) không cân chỉnh độ pH=6,22, (B) pH=5, (C) pH=7, (D) pH=9 28 Hình 3 13 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với độ pH khác nhau theo thời gian 28
Trang 13
Danh mục bảng
Bảng 2 1 Các loại hóa chất 9
Bảng 2 2 Dụng cụ thí nghiệm 10
Bảng 2 3 Tên các thiết bị 11
Bảng 3 1 Bảng kết quả phân hủy với độ pH khác nhau 24
Bảng 3 2 Bảng kết quả phân hủy với độ pH khác nhau khi có H2O2 29
Trang 14
Danh mục sơ đồ
Sơ đồ 2 1 Sơ đồ quy trình tổng hợp Bi2MoO6 13
Sơ đồ 2 2 Sơ đồ quy trình test hoạt tính Bi2MoO6 18
Trang 15MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nước gây ra bởi các chất thải màu hữu cơ độc hại trong các ngành công nghiệp sơn và dệt nhuộm rất lớn Nguy hiểm hơn nữa là thuốc nhuộm trong nước thải rất khó phân hủy vì chúng có độ bền cao với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây oxi hoá Để xử lý các tình trạng này thường cần những giải pháp tốn kém chi phí và có thể gây ra nguồn ô nhiễm thứ cấp Để hạn chế phát thải chất màu hữu cơ độc hại gây ô nhiễm môi trường trong các nghành công nghiệp này, đã có nhiều biện pháp xử lý nước thải màu được đưa ra như phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học và phương pháp hóa học Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước thải truyền thống đều không xử lý được hoặc xử lý không triệt để các chất ô nhiễm này Vì vậy, nghiên cứu chế tạo ra các loại vật liệu xử lý hiệu quả các chất gây ô nhiễm môi trường là rất cấp thiết
Để xử lý nước thải chứa chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy đòi hỏi sự phối hợp đồng bộ nhiều phương pháp hóa lý, hóa học, sinh học Trong số các phương pháp hóa học phương pháp oxi hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Process - AOPs) có tính ưu việt hơn bởi nó có khả năng kháng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khó phân hủy một cách an toàn với chi phí không cao, do phương pháp này phân hủy chất màu hữu cơ độc hại thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước Nhiều chất bán dẫn có hoạt tính xúc tác quang đã được nghiên cứu và ứng dụng vào quá trình này, trong đó TiO2 được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất Tuy nhiên, yếu điểm của loại vật liệu này là sử dụng tia UV trong quá trình phản ứng Tia UV nguy hiểm khi tiếp xúc trực tiếp với con người và chỉ chiếm 5% trong ánh sáng mặt trời [1] Gần đây, một loại xúc tác mới đang dành nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu đó
là Bi2MoO6, vật liệu này có thể sử dụng ánh sáng nhìn thấy trong quá trình quang xúc tác, có
độ bền hóa học và hoạt tính quang hóa tương đối cao Để tổng hợp Bi2MoO6 phương pháp thủy nhiệt là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất Đây là phương pháp có thể đi từ nguồn Bi2MoO6 thương mại có giá thành thấp, tiến hành đơn giản góp phần giảm giá thành của chất xúc tác Điều này sẽ có ý nghĩa rất lớn khi triển khai rộng rãi
Trang 16Xuất phát từ mục tiêu đó, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa
Bi 2 MoO 6 ứng dụng xử lý chất màu hữu cơ trong môi trường nước bằng ánh sáng nhìn thấy” Luận văn hướng đến mục tiêu tạo ra loại vật liệu xúc tác có hoạt tính quang hóa cao,
được tổng hợp đơn giản
2.Mục tiêu nghiên cứu
3.Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu tổng hợp Bi2MoO6 bằng phương pháp thủy nhiệt
Nội dung 2: Đặc trưng cấu trúc tinh thể vật liệu được đánh giá bằng phương pháp XRD Nội dung 3: Đánh giá khả năng phân hủy quang hóa của Crystal Violet sử dụng các hệ xúc tác Bi2MoO6 dưới ánh sáng nhìn thấy (đèn LED)
Trang 17
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, hướng tới tiêu chí phát triển bền vững nhiều quy định quốc
tế, quốc gia và địa phương đã chở nên chặt chẽ hơn liên quan đến các chất ô nhiễm trong nước thải và chất lượng nước được thải ra môi trường Ô nhiễm môi trường nước gây ra bởi các chất thải màu hữu cơ độc hại trong các nghành công nghiệp sơn và dệt nhuộm rất lớn, tác động xấu đến sức khỏe, con người và môi trường
Xử lý nước thải sử dụng hoạt chất xúc tác quang đã được đề xuất như một giải pháp đầy hứa hẹn, hiệu quả và kinh tế trong loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ Nhiều chất xúc tác quang đã được sử dụng cho mục đích này, ví dụ như: BiVO4, Bi2WO6, TiO2 Trong số đó BiVO4 là một trong những vật liệu phổ biến nhất và được mở rộng nghiêm cứu vì tính ổn định, tính oxi hóa, được sử dụng nhiều trong thương mại
Trong thời gian gần đây có một loại vật liệu mới là Bi2MoO6 đã thu hút được sự chú ý
do tính chất quang xúc tác của nó dưới ánh sáng nhìn thấy vá được kì vọng sẽ là một trong những chất có thể thay thế BiVO4 Xu hướng nghiên cứu hiện nay là nghiên cứu chế tạo Bi2MoO6 quang xúc tác với chi phí thấp, quy trình đơn giản, thân thiện với môi trường
1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Từ những năm 70, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sự phân hủy quang xúc tác của chất hữu cơ khó phân hủy chất ô nhiễm bằng cách sử dụng nhiều chất xúc tác quang bán dẫn, đặc biệt là dưới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy Việc sử dụng rộng rãi chất bán dẫn oxit kim loại bắt nguồn từ các đặc điểm nổi bật của chúng như độc tính thấp, độ ổn định cao và khả năng chống ăn mòn hóa học trong dung dịch nước [2] Vấn đề nước thải từ các ngành công nghiệp và xã hội loài người có ngày càng tăng trong những năm gần đây [3] Là một phương pháp hiệu quả cho sự phân hủy hoặc khoáng hóa các chất bẩn hữu cơ, công nghệ xúc tác quang bán dẫn đã thu hút nhiều sự chú ý do với chi phí thấp, không gây hại cho môi trường, tốc độ suy thoái hiệu quả, và độ ổn định trong phản ứng [4] Các lợi thế khác liên quang đến sử dụng chất xúc tác quang bao gồm dễ dàng và nhiều phương pháp chuẩn bị, chi
Trang 18phí thấp, sử dụng ánh sáng nhìn thấy, năng lượng sẵn có và tái tạo, có thể tái chế và thân thiện với môi trường [25,26]
Tính đến thời điểm hiện tại, chất bán dẫn TiO2 là chất xúc tác quang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất Ánh sáng mặt trời có thể được hấp thụ bởi TiO2 (thấp hơn 3–5%) [5] Ngày nay, nhiều nỗ lực đã đang cống hiến để phát triển việc thu thập ánh sáng khả kiến hiệu quả cao chất quang xúc tác Chỗ trống oxy, khiếm khuyết chung nhất trong oxit chất bán dẫn, cung cấp một cách tiếp cận mới để kiểm soát điện tích quá trình tách, và thiết kế cấu trúc điện tử của chất bán dẫn [21].Như vậy, TiO2 không phải là chất xúc tác quang lý tưởng
để sử dụng hiệu quả ánh sáng mặt trời trong tự nhiên thanh lọc hoặc xử lý môi trường [22] Thông qua pha tạp, các đặc tính hấp thụ năng lượng mặt trời của TiO2 đã được cải thiện ở một mức độ nào đó [5] Tuy nhiên, các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh rằng liều lượng pha tạp không chắc chắn chuyển thành hoạt tính quang xúc tác cao hơn vì các trạng thái tạp chất hoặc khuyết tật có thể bẫy các điện tử và tạo điều kiện cho sự tái tổ hợp không bức xạ, điều này sẽ làm giảm hiệu suất quang xúc tác [23,24]
Ai cũng biết rằng hoạt tính quang của chất xúc tác quang là phụ thuộc mạnh mẽ vào hình thái và cấu trúc Do đó, đối với một ứng dụng thực tế trong xúc tác quang, việc chế tạo hình thái và kết cấu rất quan trọng cũng như kiểm soát độ kết tinh, diện tích bề mặt và thành phần [5] Để giải quyết những hạn chế liên quan đến chất xúc tác quang bán dẫn thông thường, các nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc sử dụng hẹp, ví dụ như oxit kim loại bậc ba có hiệu quả hơn và thay thế hệ thống xúc tác quang hoạt động với ánh sáng nhìn thấy được cho môi trường, khắc phục ô nhiễm và sản xuất năng lượng dưới ánh sáng mặt trời [7,8] Trong số này, Bi2MoO6 có thể được coi là một ứng cử viên quan trọng để xử lý quang xúc tác ánh sáng nhìn thấy các chất ô nhiễm Shimodaira và đồng nghiệp là những người đầu tiên báo cáo vào năm 2006 về tiềm năng của Bi2MoO6 như một chất xúc tác quang hoạt động với ánh sáng nhìn thấy được [9] Kể từ khi Bi et al lần đầu tiên sử dụng chất xúc tác quang Bi2MoO6 tinh thể nano để phân hủy Rhodamine B (RhB) quang xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy chiếu xạ, [28] một loạt các khám phá đột phá về tách nước quang xúc tác, loại bỏ ô
Trang 19500 nghiên cứu đã được xuất bản cho đến nay bằng cách sử dụng Bi2MoO6 làm chất xúc tác quang
1.3 Vật liệu quang xúc tác Bi 2 MoO 6
1.3.1 Giới thiệu
Các chất quang xúc tác gốc bi như oxit bismuth [15], bismuth vanadate, bismuth subcarbonate [16], bismuth vonfram [17], và bismuth molybdate là những chất xúc tác quang rất quan trọng đối với ánh sáng nhìn thấy Trong số đó, bitmut molybdate như một chất xúc tác pha Aurivillius được đại diện bởi (A = Ba, Bi, Pb, v.v.; B = Ti, Nb, W, Mo, v.v.) được cấu tạo bởi các cấu trúc phân lớp độc đáo [18] Bi2MoO6 một trong những chất xúc tác được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực quang xúc tác Bi2MoO6 như một perovskite pha Aurivillius, thuộc về họ ôxít bitmut với cấu trúc bao gồm các lớp perovskite (Am - 1BmO3m+1) giữa oxit bitmut các lớp (Bi2O2) [9]
Các lớp Bi2O2 bao gồm một mạng lưới phẳng hình vuông của các anion oxy với các cation Bi3+ xen kẽ ở trên và dưới mặt phẳng và có thể được mô tả như hình thành các mũ của hình chóp vuông BiO4 Cấu trúc của (Am - 1BmO3m+1) 2 lớp tương tự như của chất quang xúc tác WO3 trong đó cả hai đều có cấu trúc hình bát diện chia góc [11] Bitmut phân lớp họ oxit này đã là một chủ đề được quan tâm do tính chất điện môi, dẫn ion, phát quang và xúc tác
Hình 1 1 Sơ đồ cấu trúc của Bi2MoO6 [9,11]
Trang 20của nó [27] Tính chất quang xúc tác của oxit hỗn hợp bitmut với cấu trúc Aurivillius và các hợp chất liên quan có thu hút nhiều sự quan tâm trong thời gian gần đây[12]
1.3.2 Nguyên lý quang xúc tác
Bi2MoO6 được coi là chất xúc tác quang đầy hứa hẹn vì độ rộng vùng cấm hẹp (2,5-2.8 eV), hóa chất ổn định cao và không độc [14] Nguyên lý xúc tác quang hóa của Bi2MoO6 dưới tác dụng của ánh sáng tương tự như các chất quang xúc tác khác Bằng tính toán lý thuyết hàm mật độ (DFT), vùng hóa trị (VB) của Bi2MoO6 chủ yếu bao gồm các obitan O 2p
và dải dẫn (CB) bao gồm chủ yếu là Mo 4d các obitan trong khối bát diện MoO6 và trợ cấp
là các obitan Bi 6p rễ trong (Bi2O2) 2+ lớp [11] Sự hấp thụ quang và tốc độ truyền điện tử nhạy cảm với các chế phẩm, chẳng hạn như như tỷ lệ phần tử của Bi/O/Mo cũng như các tạp chất Tuy nhiên, cần lưu ý rằng năng suất lượng tử kém là nguyên nhân chính ngăn cản hiệu quả xúc tác quang của Bi2MoO6, do vận chuyển chậm chạp và tốc độ sự tái tổ hợp của các loài sinh quang
Khi Bi2MoO6 hấp thụ các photon ánh sáng với năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm (energy gap, Eg), electrons (e-) từ VB sẽ bị kích thích và di chuyển sang
CB, để lại các lỗ trống (h+) ở VB Sự hình thành các cặp e- và H+ là cần thiết cho quá trình
Hình 1 2 Kết cấu tinh thể của Bi2MoO6 tinh khiết [18]
Trang 21tác, các e- và H+ kết hợp với tác chất có trong môi trường tạo phản ứng oxy hóa và khử tương ứng Bên cạnh đó, quá trình tái tổ hợp của các cặp e- và H+ cũng diễn ra và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc photon
Tuy nhiên, khi được chiếu sáng dưới bức xạ ánh sáng khả kiến, tỷ lệ tái tổ hợp tương đối cao của các electron/lỗ trống dư thừa chiếm ưu thế dẫn đến kết quả là hoạt tính quang hóa của Bi2MoO6 bị hạn chế
1.4 Ứng dụng
Trong những năm gần đây, những lợi ích to lớn của Bi2MoO6 đã được đưa vào các ứng dụng quang xúc tác hiệu quả trong các lĩnh vực khoa học khác nhau như xúc tác quang hóa loại bỏ chất màu hữu cơ, chất ô nhiễm vô cơ và chất gây ô nhiễm sinh học [13] Bi2MoO6 là một chất xúc tác quang hóa thể hiện nhiều thuộc tính, chi phí thấp, vô hại, phản ứng với mạnh mễ với ánh sáng, ổn định nhiệt và hóa học tốt, phân tán tốt và dễ chế tạo [27] Đối với lĩnh vực môi trường, vật liệu xúc tác quang hóa có thể phân hủy hoàn toàn được lượng lớn các hợp chất hữu cơ độc hại khó phân hủy như MB, RhB [9], CV, thành sản phẩm cuối là CO2, H2O, và các ion vô cơ ít độc hại
Trong mười năm qua, chất xúc tác quang dựa trên Bi2MoO6 đã được sử dụng rộng rãi Hình 1 3 Nguyên lý xúc tác quang hóa của Bi2MoO6 dưới tác dụng của ánh sáng [18,11]
Trang 22và quá trình oxy hóa nước [13] Bi2MoO6, ngoài khả năng quang hoạt đầy hứa hẹn của nó, còn do đặc tính quang học, sắt điện, tính siêu dẻo và tính chất điện môi vi sóng và nó có tiềm năng ứng dụng trong quá trình oxy hóa chọn lọc, tụ điện giả, lưu trữ lithium-ion, xúc tác quá trình oxy hóa CO thành CO2, và cảm biến hơi amoniac và etanol, trong số những cảm biến khác [2]
Trang 23Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
NaMoO4.2H2O Trung Quốc assay: ≥ 99,0%
5 Hexadecyl trimethyl
ammonium bro-mide
CTAB C6H42BrN Trung Quốc assay: ≥ 99,0%
Nước cất (từ máy nước cất 2 lần của hãng Lasany, Ấn Độ)