Tổng hợp nano zn1 xmnxo và ứng dụng xử lý phenol và rhodamine b trong môi trường nước

Có nhiều phương pháp để tách loại xử lý các chất hữu cơ độc hại trong nước, trong đó, phương pháp dùng quang xúc tác bán dẫn được sử dụng rộng rãi vì có hiệu quả cao [5].. Các nghiên cứu

NGUYỄN HOÀI UYÊN

NGUYỄN HOÀI UYÊN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu 2

3 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Nội dung nghiên cứu 2

6 Bố cục của luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO NANO 4

1.1.1 Tính chất chung và một số ứng dụng của ZnO 4

1.1.2 Cấu trúc tinh thể của ZnO 5

1.1.3 Cấu trúc vùng năng lượng 9

1.1.4 Tính chất điện và quang của vật liệu ZnO 10

1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZnO NANO 11

1.2.1 Điều chế ZnO nano dạng bột bằng phương pháp sol – gel 11

1.2.2 Điều chế ZnO nano dạng bột bằng phương pháp đốt cháy 11

1.3 GIỚI THIỆU VỀ RHODAMINE B VÀ PHENOL 13

1.3.1 Giới thiệu về Rhodamine B 13

1.3.2 Giới thiệu về phenol 14

1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHẨM MÀU DỆT NHUỘM 15

1.5 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC 18

CHƯƠNG 2 NGUYÊN IỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 20

2.2 TỔNG HỢP VẬT LIỆU 20

2.2.1 Quá trình tổng hợp nano ZnO 20

2.2.2 Quá trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn 21

2.3 ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ RHB VÀ PHENOL 24

2.3.1 Đường chuẩn xác định nồng độ RhB 24

2.3.2 Đường chuẩn xác định nồng độ Phenol 25

2.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ LÊN TỐC ĐỘ PHÂN HỦY RHB VÀ PHENOL 26

2.4.1 Ảnh hưởng của phần trăm khối lượng mangan pha tạp đến hiệu suất phân hủy RhB 26

2.4.2 Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol 28

2.4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol 28 2.4.4 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy RhB và Phenol 29

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 29

2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 29

2.5.2 Phương pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) 30

2.5.3 Phương pháp đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LU N 34

3.1 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU XÚC TÁC ZnO 34

3.1.1 Thành phần pha của vật liệu - phổ XRD 34

3.1.2 Thành phần các nguyên tố trong vật liệu – phổ tán xạ EDX 35

3.2 KẾT QUẢ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY RHB 36

3.2.1 Ảnh hưởng của phần trăm khối lượng Mn pha tạp 36

3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến tốc độ phân hủy RhB 37

3.2.4 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến tốc độ phân hủy RhB 40

3.3 KẾT QUẢ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY PHENOL 42

3.3.1 Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phân hủy Phenol 42

3.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên tốc độ phân hủy Phenol 42

3.3.3 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy Phenol 44

KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LU N V N (bản sao)

Số hiệu

1.1 Các chỉ số đặc trưng của vật liệu ZnO tại nhiệt độ phòng 6

2.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn Phenol 25

3.1 Giá trị kích thước tinh thể trung bình của các mẫu Zn

3.6 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng tới hằng số tốc độ

Số hiệu

1.1 Cấu trúc ô mạng cơ sở tinh hệ lục phương kiểu wurtzit 7

1.2 Cấu trúc ô mạng cơ sở tinh hệ lập phương đơn giản kiểu

1.3 Cấu trúc ô mạng cơ sở tinh hệ lập phương kiểu sphalerit 8

1.4 Vùng Brilouin của ô cơ sở của cấu trúc sáu phương kiểu

1.5 Cấu trúc đối xứng vùng năng lượng của ZnO 10

2.1 Sơ đồ tổng hợp oxit ZnO có pha tạp Mn bằng phương pháp

2.7 Dung dịch RhB được lấy ra sau 30 phút, 60 phút và 90 phút

2.8 Nguyên lí cấu tạo của máy nhiễu xạ tia X 30 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo phổ EDX 31 2.10 Sơ đồ các bước chuyển dịch năng lượng 32 3.1 Các phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu Zn1-xMnxO: x=0,00 (1), 34

3.5 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phản ứng

3.6 Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phân hủy Phenol 42

3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên tốc độ của quá trình

3.8 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng lên tốc độ phân hủy

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ô nhiễm môi trường đang ảnh hưởng xấu và ngày càng nghiêm trọng đến đời sống của con người ở mức độ toàn cầu Chất gây ô nhiễm môi trường chủ yếu được sinh ra từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và sinh hoạt của con người Trong số các nguồn gây ra ô nhiễm, nước thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp được xem là nguồn ô nhiễm đáng lưu ý nhất Chất ô nhiễm môi trường có thể là các chất

vô cơ hoặc các chất hữu cơ So với các hợp chất vô cơ thì nhìn chung các hợp chất hữu cơ độc hại có trong nước thải khó xử lý hơn Trong đó, các hợp chất hữu cơ như phenol, rhodamine B, alizarin red S, xanh metylen, thuộc loại phổ biến trong nước thải công nghiệp Các hợp chất này có độc tính cao đối với con người và động vật, những hợp chất này khó phân hủy trong tự nhiên, dễ hấp thụ qua da vào cơ thể phát huy độc tính và phá hoại tế bào sống.Vì vậy, việc nghiên cứu xử lý và tách loại các hợp chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước là việc làm quan trọng và cấp thiết Có nhiều phương pháp để tách loại xử lý các chất hữu cơ độc hại trong nước, trong đó, phương pháp dùng quang xúc tác bán dẫn được sử dụng rộng rãi vì có hiệu quả cao [5]

Gần đây, một số chất bán dẫn được sử dụng làm chất xúc tác quang như kẽm oxit ZnO, titan đioxit TiO2, kẽm titanat Zn2TiO3 Trong số đó, TiO2 đã được nghiên cứu nhiều So với TiO2 , kẽm oxit ZnO có độ rộng vùng cấm (3,27eV) [7] tương đương với độ rộng vùng cấm của TiO2 (3,3eV) và cơ chế của phản ứng quang xúc tác của nó giống như của TiO2 nhưng ZnO lại có phổ hấp thụ ánh sáng mặt trời rộng hơn của TiO2 [21, 22] Do đó ZnO là chất xúc tác quang đầy hứa hẹn cho quá trình oxi hóa quang xúc tác các hợp chất hữu cơ

Các nghiên cứu cho thấy, cách hiệu quả nhất để tăng hoạt tính quang xúc tác của ZnO trong vùng khả kiến bằng cách làm giảm độ rộng vùng cấm của nó là làm giảm kích thước của vật liệu hoặc biến tính ZnO bằng một số kim loại hay á kim [25, 17]

Trên cơ sở đó, tôi chọn đề tài: “ Tổng hợp nano Zn 1-x Mn x O và ứng dụng

xử lý phenol và rhodamine B trong môi trường nước”

2 Đố tượng nghiên cứu

- Nano Zn1-xMnxO;

- Phenol và rhodamine B

3 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng hợp nano Zn1-xMnxO ( với x=0; x=0,01; x=0,02; x=0,03) bằng phương pháp đốt cháy gel

- Nghiên cứu các đặc trưng và khảo sát hoạt tính quang xúc tác của nó để xử

lí phenol và rhodamine B trong môi trường nước

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Tổng hợp nano Zn1-xMnxO và ứng dụng xử lý phenol và rhodamine B trong môi trường nước

4 P ươn p áp n ên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu trong và ngoài nước về thành phần hóa học của xúc tác cần tổng hợp

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp tổng hợp nano: phương pháp đốt cháy gel ở nhiệt độ thấp, dùng axit citric là chất nền phân tán

- Nghiên cứu cấu trúc của nano Zn1-xMnxO bằng nhiễu xạ tia X, phổ tán sắc năng lượng EDX

- Phương pháp đo phổ UV-VIS

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết tổng quan;

- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm;

- Nghiên cứu quy trình tổng hợp mẫu xúc tác: nano Zn1-xMnxO và ứng dụng

Phần 2 Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Phần 3 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ V T IỆU ZnO NANO

1.1.1 Tính chất chung và một số ứng dụng của ZnO

ZnO là chất bán dẫn thuộc loại BII AVI

Mặt khác bán dẫn ZnO còn là môi trường tốt để pha thêm các ion quang tích cực Vì thế, pha thêm các ion kim loại chuyển tiếp vào bán dẫn ZnO tạo thành bán dẫn từ pha loãng (DMSs) có khả năng mang đầy đủ các tính chất : điện, quang, từ

và mở ra nhiều ứng dụng đặc biệt là các thiết bị điện tử nền spin,…

Nano tinh thể là vật liệu đang được các nhà khoa học quan tâm, do những đặc tính vậy lý mới mà vật liệu khối không có được Những nano tinh thể có kích thước nhỏ hơn bán kính exiton Borh được gọi là các chấm lượng tử Ở đó xuất hiện hiệu ứng đặc biệt mà vật liệu khối không có được, đó là hiệu ứng giam giữ lượng

tử Các tính chất vật lý của vật liệu đều có một giới hạn về kích thước Nếu vật liệu chế tạo được nhỏ hơn kích thước này thì xuất hiện nhiều tính chất mới rất phong phú Vì thế việc nghiên cứu và chế tạo vật liệu ZnO kích thước nano có ý nghĩa rất quan trọng Vật liệu ZnO có thể tồn tại hai dạng: bột và màng , trong đó mỗi loại có những ứng dụng khác nhau

Màng ZnO nano có nhiều ứng dụng trong đời sống : chế tạo pin mặt trời do màng ZnO có độ dẫn điện và độ truyền qua cao; chế tạo diot phát quang do ZnO có

khả năng tránh tác dụng của điện từ trường và tia tử ngoại vì nó có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại; chế tạo các sensor khí và vật liệu áp điện [7, 8, 23]

Bột ZnO nano được trộn trong kem, mỹ phẩm hoặc phấn rôm có tác dụng hấp thụ tia tử ngoại bảo vệ da, làm chất phụ gia trong công nghiệp sơn Bột ZnO nano còn được dùng làm chất quang dẫn trong công nghệ ảnh, công nghệ gốm và chế tạo các vasistor

Tùy vào ứng dụng mà người ta sẽ tổng hợp oxit nano ZnO có những dạng hình thái khác nhau Ví dụ transitor màng mỏng ZnO (thin film transitors – TFTs) được ứng dụng sản xuất màng ảnh do màng mỏng ZnO có độ linh động điện tử cao Tuy nhiên để dùng cho các hệ cảm biến khí, sợi nano ZnO được lựa chọn

vì khi tồn tại ở dạng sợi sẽ giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu ZnO với khí, làm tăng đáng kể độ nhạy so với cảm biến dùng màng mỏng ZnO…[22]

Oxit ZnO pha tạp Mn đã được các tác giả [22] tổng hợp từ Zn(CH3COO)2.2H2O và Mn(CH3COO)2.4H2O có dạng bột và màng mỏng Kết quả cho thấy từ tính của oxit ZnO được cải thiện trong đó dạng bột thuận lợi ở nhiệt độ thấp, dạng màng mỏng phát triển trong chân không

Hoạt tính quang xúc tác và từ tính của oxit ZnO tổng hợp theo phương pháp gốm đã tăng lên đáng kể khi pha tạp Mn với hàm lượng thấp và không làm thay đổi cấu trúc wurtzite của oxit ZnO [11]

1.1.2 Cấu trúc tinh thể của ZnO

Tinh thể ZnO tồn tại dưới 3 dạng cấu trúc: tinh hệ lục phương kiểu wurtzit, tinh hệ lập phương kiểu sphalerit và tinh hệ lập phương kiểu halit Tinh hệ lục phương kiểu wurtzit hình thành trong điều kiện thường, nên phổ biến nhất Tinh hệ lập phương kiểu sphalerit chỉ được hình thành trong điều kiện ZnO được kết tinh trên các chất nền có cấu trúc ô mạng cơ sở thuộc tinh thể lập phương Tinh thể lập phương kiểu halit chỉ được hình thành trong điều kiện nhiệt động cao [27]

a) Cấu trúc lục phương kiểu wurtzit

Trong cấu trúc này, mỗi ô mạng có 2 phân tử ZnO, trong đó 2 nguyên tử Zn nằm ở vị trí có tọa độ (0,0,0) và (1/3,2/3,1/2) còn 2 nguyên tử O nằm ở vị trí có tọa

độ (0,0,u) và (1/3,1/3,1/2+u) với u=3/5 Ô mạng lục phương kiểu wurtzit có thể coi

là 2 ô mạng sâu phương lồng vào nhau, một ô mạng chứa các anion O2- và một ô mạng chứa các cation Zn2+ Mỗi nguyên tử Zn liên kết với 4 nguyên tử O nằm ở 4 đỉnh của một tứ diện [11], trong đó 1 nguyên tử ở khoảng cách u.c, 3 nguyên tử còn lại ở khoảng cách [1/3a2 +c2(u- ½)2 ]1/2 (Hình 1.1) Hằng số ô mạng cơ sở của ZnO tinh thể sáu phương là a=b=3,249 A và c = 5,206 a [27] ( Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Các chỉ số đặc trưng của vật liệu ZnO tại nhiệt độ phòng

Năng lượng liên kết exeiton 60 meV

Khối lượng electron hiệu dụng 0,24

Hình 1.1 Cấu trúc ô mạng cơ sở tinh hệ lục phương kiểu wurtzit

Hình 1.2 Cấu trúc ô mạng cơ sở tinh hệ lập phương đơn giản kiểu halit

Hình 1.3 Cấu trúc ô mạng cơ sở tinh hệ lập phương kiểu sphalerit

Tinh thể ZnO có c/a=1,062 và u=0,354, do vậy nó không phải là các phân mạng lục giác xếp chặt Mỗi nguyên tử oxi nằm trong trường tứ diện của 4 nguyên

tử Zn lân cận (Hình 1.1), liên kết chủ yếu là liên kết ion Các đỉnh tứ diện cùng hướng theo phương trục c, vì vậy c trở thành trục dị hướng của tinh thể, đây cũng là nguyên nhân gây tính áp điện của vật liệu

b) Cấu trúc lập phương đơn giản kiểu halit

Đây là cấu trúc giả bền của ZnO (Hình 1.2) Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh: nếu áp suất chuyển pha được tính khi một nửa lượng vật chất đã hoàn thành quá trình chuyển pha thì áp suất chuyển pha từ tinh hệ sáu phương kiểu wurzite sang tinh hệ lập phương kiểu halit là khoảng 8,7 GPa Khi áp suất giảm tới

2 GPa thì cấu trúc lập phương kiểu halit lại biến đổi thành cấu trúc sáu phương kiểu wurzite Hằng số mạng của cấu trúc lập phương kiểu halit khoảng 4,27 A0 [27]

c) Cấu trúc lập phương kiểu sphalerit

Ở nhiệt độ cao, trong điều kiện ZnO được kết tinh trên các chất nền có cấu trúc ô mạng cơ sở thuộc tính hệ lập phương, ZnO sẽ kết tinh ở tinh thể lập phương kiểu sphalerit Đây là cấu trúc không bền của ZnO [16] Trong cấu trúc này, mỗi ô mạng có 4 phân tử ZnO trong đó 4 nguyên tử Zn nằm ở vị trí có tọa độ: (1/4,1/4,1/4); (1/4,3/4,3/4); (3/4,1/4,3/4); (3/4,3/4,1/4) và 4 nguyên tử Oxy nằm ở vị trí có tọa độ: (0,0,0); (0,1/2,1/2); (1/2,0,1/2); ½,1/2,0) (Hình 1.3)

1.1.3 Cấu trúc vùn năn lượng

a) Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở dạng sáu phương kiểu wurzit

Vật liệu ZnO có cấu trúc năng lượng vùng cấm thẳng, với độ rộng vùng cấm 3,2 eV ở nhiệt độ phòng Cấu hình đám mây điện tử của nguyên tử O là: 1s22s22p4

và của Zn là: 1s22s22p63s23p63d104s2 Trạng thái 2s, 2p và mức suy biến bội ba trong trạng thái 3d của Zn tạo nên vùng hóa trị Trạng thái 4s và suy biến bội hai của trạng thái 3d trong Zn tạo nên vùng dẫn Từ cấu hình điện tử và sự phân bố điện tử trong các quỹ đạo chúng ta thấy rằng Zn và Zn2+ không có từ tính bởi vì các quỹ đạo đều được lấp đầy các điện tử, dẫn đến moment từ của các điện tử bằng không Theo biman, cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở vùng dẫn có đối xứng r7, còn vùng hóa trị có cấu trúc suy biến bội ba ứng với ba vùng hóa trị khác nhau và hàm sóng của lỗ trống của các vùng con này lần lượt có đối xứng là r9, r7và r7 Nhánh cao nhất trong vùng hóa trị có đối xứng r9, hai nhánh thấp hơn có cùng đối xứng r7 Chuyển dời r9->r7 là chuyển dời cho phép sóng phân cực có E vuông góc với K, còn chuyển dời r7 ->r7 cho phép với mọi phân cực Thông qua việc khảo sát các kết quả thực nghiệm về phổ hấp thụ và phổ phát xạ, Thomas đã đồng nhất ba vùng hấp thụ exxiton là ba vùng A, B, C lần lượt tương ứng với độ rộng khe năng lượng là 3,3708; 3,378; 3,471 eV tại nhiệt độ 77K, tương ứng với ba nhánh trong vùng hóa trị Tuy nhiên, theo kết quả thực nghiệm, người ta thấy có sự thay đổi thứ tự đối xứng giữa hai nhánh vùng hóa trị nói trên Thứ tự của chúng phải là r7 đối với vùng cao nhất và r9 đối với vùng tiếp theo và cuối cùng là r7 Điều này cho thấy sự tách quỹ đạo spin của bán dẫn ZnO và ngược so với các bán dẫn AIIBVI khác [7]

Các véc tơ tịnh tiến của ô cơ sở là:

Các vec tơ trong không gian mạng đảo được xác định:

b1 = 2 x a-1(1, -1

3 , 0); b2 = 2 x a-1(1, 1

3 , 0); b2 = 2 x c-1(0, 0 ,1)

Vùng Brilouin của ô cơ sở của cấu trúc sáu phương kiểu wurtzit có dạng khối lục lăng 8 mặt (Hình 1.4 và Hình 1.5)

Hình 1.4 Vùng Brilouin của ô cơ sở của

cấu trúc sáu phương kiểu wurtzit

Hình 1.5 Cấu trúc đối xứng vùng năng

lượng của ZnO

b) Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở dạng lập phương kiểu sphalerit

Ô mạng lập phương kiểu sphalerit có đối xứng tịnh tiến của mạng lập phương tâm mặt [26], nên có các vecto cơ sở là:

Vậy vùng Brilouin là khối bát diện cụt

c) Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO ở dạng lập phương kiểu halit

Mạng này có đối xứng kiểu lập phương tâm mặt nên cũng có các vecto cơ sở giống với các véctơ cơ sở của mạng lập phương kiểu sphalerit Vì vậy vùng Brilouin cũng giống như của mạng lập phương kiểu sphalerit

1.1.4 Tính chất đ ện và quang của vật liệu ZnO

Mạng tinh thể ZnO tạo bởi sự liên kết của Zn2+ và O2- trong tinh thể hoàn hảo không xuất hiện các hạt tải tự do, do đó ZnO là chất điện môi

Trong thực tế mạng tinh thể không hoàn hảo, có những sai hỏng do:

- Hỏng mạng do nút khuyết hay nguyên tử tạp

- Hỏng biên hay bề mặt do lệch mạng hay khuyết tật bọc

- Khuyết tật phức tạp do sự tương tác hay kết hợp những khuyết tật thành phần

ZnO thường là bán dẫn loại n do khuyết nút O Nồng độ hạt tải nhỏ (<10-6

cm) Theo [7] ta có thể chế tạo màng ZnO với độ dẫn điện cao bằng cách ủ nhiệt màng trong môi trường H2 tạo nút khuyết oxy Tính chất quang thể hiện sự tương tác giữa sóng điện tử với vật liệu Khi chiếu ánh sáng lên bề mặt sẽ xảy ra sự chuyển dời điện tử lên các mức kích thích (cơ thể hấp thụ) Sau một thời gian điện

tử có xu hướng chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn (có thể huỳnh quang) kèm theo sự bức xạ sóng điện từ Qua nghiên cứu phổ truyền qua và phổ hấp thụ ta có thể xác định được các mức năng lượng của điện tử

1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZnO NANO

1.2.1 Đ ều chế ZnO nano dạng bột bằn p ươn p áp sol – gel

Phương pháp sol – gel dựa trên sự pha trộn các chất ở dạng dung dịch nên cho phép hòa trộn đồng đều các chất ở cấp độ phân tử, đây là phương pháp tốt để tạo ra các mẫu có chất lượng cao Ban đầu, các chất sau khi đã cân đúng khối lượng hợp phần được hòa vào dung môi rồi khuấy đều bằng máy khuấy từ, cùng với chất xúc tác và nhiệt độ thích hợp Cuối cùng thu được sản phẩm dạng keo ẩm gọi là gel Gel sau khi được xử lí nhiệt trở thành sản phẩm dạng bọt [5, 20]

1.2.2 Đ ều chế ZnO nano dạng bột bằn p ươn p áp đốt cháy

Trong những năm gần đây, tổng hợp đốt cháy (CS- Combustion Synthesis) trở thành một trong những kỹ thuật quan trọng trong điều chế và xử lý các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và chức năng), composit, vật liệu nano và chất xúc tác [7]

Trong số các phương pháp hóa học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra bột tinh thể nano oxit ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể đạt ngay đến sản phẩm cuối cùng mà không phải xử lí nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng [11]

Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn hợp oxi hóa khử Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy trở thành một phương pháp hấp dẫn cho sản xuất các vật liệu mới với chi phí thấp so với các phương pháp truyền thống

Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt cháy là:

- Thiệt bị công nghệ tương đối đơn giản

- Sản phẩm có độ tinh khiết cao

- Có thể dễ dàng điều khiển được hình dạng và kích thước của sản phẩm

Sự thông dụng của phương pháp được phản ánh qua số lượng công trình về tổng hợp đốt cháy trên các tạp chí khoa học vật liệu Số lượng công trình và sản phẩm tổng hợp bằng phương pháp này tăng rất nhanh trong những năm gần đây

Phương pháp đốt cháy được biết như là quá trình tổng hợp tự lan truyền nhiệt

độ cao SHS (self propagating high temperature synthesis process) Tùy thuộc vào trạng thái của các chất phản ứng, tổng hợp đốt cháy có thể được chia thành: đốt cháy pha rắn (SSC –solid state combustion), đốt cháy dung dịch ( SC- solition combustion) và đốt cháy pha khí ( Gas phase combustion) [5, 7]

Trong phương pháp đốt cháy gel polime, để ngăn ngừa sự tách pha cũng như tạo độ đồng nhất cho sản phẩm, người ta thường sử dụng các tác nhân tạo gel Một

số polymer hữu cơ được sử dụng làm tác nhân tạo gel như polyetyle glycol, polyacrylc axit (PAA – polyacrylic acid), acid citric Phương pháp sử dụng cả polymer này được gọi là phương pháp tiền chất polymer (polymer- precurse method) Một số polyme còn có vai trò nhiên liệu như polyvinyl alcol (PVA, PAA, gelatin, axit citric nên phương pháp được gọi là phương pháp đốt cháy gel polyme (polymer gel combustion method) Trong trường hợp này, dung dịch tiền chất gồm dung dịch các muối kim loại (thường là muối nitrat) được trộn với polyme hòa tan trong nước tạo thành hỗn hợp nhớt Làm bay hơi nước hoàn toàn hỗn hợp này thu được khối xốp nhẹ và đem nung ở khoảng 300 -900 thu được là cả oxit phức hợp mịn Các polymer đóng vai trò là môi trường phân tán cho các cation trong dung dịch ngăn ngừa sự tách pha và là nhiên liệu cung cấp nhiệt cho quá trình đốt cháy gel làm giảm nhiệt độ tổng hợp mẫu [16, 20]

Tính chất của axit citric phụ thuộc vào độ thủy phân, khối lượng phân tử Axit citric dễ dàng bị thủy phân tỏa nhiệt ở nhiệt độ thấp (khoảng 400 ) để lại rất

ít tạp chất chứa cacbon Axit citric tương đối bền, không độc, có giá thành tương

đối rẻ và được xem là vật liệu thân thiện với môi trường Một số công trình đã sử dụng acid citric để tổng hợp các oxit có kích thước nanomet và diện tích bề mặt lớn cho thấy phương pháp đốt cháy gel axit citric rất có triển vọng trong tổng hợp oxit phức hợp mịn [5]

Trong luận văn này phương pháp đốt cháy gel sử dụng acid citric được dùng

để điều chế ZnO nano dạng bột làm vật liệu quang xúc tác

1.3 GIỚI THIỆU VỀ RHODAMINE B VÀ PHENOL

1.3.1 Giới thiệu về Rhodamine B

Rhodamine B là chất màu đỏ, có thể được phát hiện trong tự nhiên hoặc qua

con đường tổng hợp hóa học Trong tự nhiên chất này có trong màu đỏ của hoa, quả tự nhiên như hạt điều, quả gấc Rhodamine B dạng này không độc Tuy nhiên, nếu sử dụng Rhodamine B tự nhiên thì không thể đáp ứng quy mô sản xuất lớn nên người ta phải sản xuất chúng bằng phương pháp tổng hợp hóa học Rhodamine B được xếp vào nhóm thuốc nhuộm công nghiệp, được sử dụng để nhuộm quần áo, vải vóc Vì RhB có màu rất đậm và phát huỳnh quang nên nó được dùng xác định tốc độ và hướng của dòng chảy [10]

Việc phơi nhiễm RhB có thể gây hại cho sức khỏe con người, hít phải RhB

có thể gây kích ứng đường hô hấp, gây đau họng, khó thở và đau ngực Nếu nuốt phải có thể gây đau dạ dày và ruột, nó tích tụ lâu ngày trong dạ dày gây ung thư Khi mặt quần áo còn lượng tồn dư RhB trong thời gian dài có thể gây ung thư da Khá nhiều quốc gia đã ban hành việc cấm sử dụng chất này trong công nghiệp nhuộm màu Tại California đã quy định nếu sản phẩm có sử dụng Rhodamine B thì phải dán cảnh báo trên nhãn Rhodamine B có độ hấp thụ quang cực đại tại bước sóng λmax = 553 nm [10] Công thức hóa học RhB được trình bày ở hình 1.6

CTPT: C28H31ClN2O3

Hình 1.6 Công thức hóa học của Rhodamine B

1.3.2 Giới thiệu về phenol

Phenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43 °C

Để lâu ngoài không khí, phenol bị oxi hóa một phần nên có màu hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước Phenol ít tan trong nước lạnh, tan trong một số hợp chất hữu cơ Phenol rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da Phenol tan vô hạn ở 660C

Hình 1.7 Công thức hóa học của Phenol

Phenol và dẫn xuất của chúng có trong các ngành công nghiệp như dệt, nhuộm, nhựa, dược phẩm, thuốc trừ sâu, chất chống oxi hóa, giấy, công nghiệp dầu hỏa…Ngoài ra, hợp chất phenol cũng được sinh ra tự nhiên như sự phân hủy của thực vật, các hợp chất hữu cơ… Hầu hết các hợp chất phenol khi được thải rửa từ các nhà máy đều đi ra ngoài môi trường nước Chúng không những gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn gây hại đến con người và các loài sinh vật sống trong nước Con người nếu tiếp xúc trong thời gian dài với các hợp chất phenol có thể bị bệnh ung thư [9,11]

Các kết quả nghiên cứu cho thấy phenol và dẫn xuất có tính độc cao Giá trị

LC50 (nồng độ gây chết 50 % cơ thể người hay động vật khi cơ thể đó được đưa vào

một lượng nhất định chất độc) và EC50 (nồng độ gây độc hại 50 % quần thể trong điều kiện thực nghiệm quan sát rõ ràng) đối với giáp xác và cá vào khoảng 3 – 7 mg/l Những ảnh hưởng chính đến cơ thể con người gồm tác động đến tim, gây đau

hệ hô hấp, gây nhiễm acid trong quá trình trao đổi chất, hỏng thận, sự tuần hoàn máu, ảnh hưởng hệ thần kinh [15]… Liều thấp nhất có thể gây tử vong bằng đường tiêu hóa là khoảng 4,8 giờ và trong thời gian không quá 19 phút Những triệu chứng

do hít phải phenol như chán ăn, giảm cân, nhức đầu, chóng mặt…[11]

1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ Ý PHẨM MÀU DỆT NHUỘM

Tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất màu hữu cơ bền, khó bị phân hủy sinh học như: phẩm xanh metylen, machite, Rhodamine B, Phenol Theo thống kê khoảng 12% tổng sản lượng thuốc nhuộm bị mất trong quá trình sản xuất và 20% trong số này đi vào nước thải [18] Trong quá trình sản xuất hàng dệt nhuộm có sử dụng các nguyên liệu phụ gia, hóa chất và các loại thuốc nhuộm khác nhau nên nước thải của ngành dệt nhuộm rất phức tạp, nó bao gồm lượng lớn các chất phẩm màu và các chất hóa học được đưa thêm vào Bên cạnh đó, trong quá trình dệt nhuộm cũng thải ra các hóa chất khác như:

- Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất bụi dính vào sợi (trung bình chiếm 6% khối lượng tơ sợi)

- Các hóa chất sử dụng trong công nghiệp dệt nhuộm như: hồ tinh bột,

H2SO4, H2O2, NaOH, Na2CO3, các chất trơ, các chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy rửa Lượng hóa chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại màu là khác nhau và đi vào nước thải qua từng công đoạn cũng khác nhau [12]

Nước thải dệt nhuộm có sự dao động rất lớn về lưu lượng và hàm lượng các chất ô nhiễm Tùy theo mặt hàng sản xuất và yêu cầu chất lượng sản phẩm mà cơ sở sản xuất sử dụng các kỹ thuật nhuộm cũng như các hóa chất trợ nhuộm khác nhau

Do đó yêu cầu cấp thiết là phải xử lý chúng trước khi thải ra môi trường bên ngoài

Một số phương pháp xử lý nước thải thường được áp dụng như: phương pháp keo tụ, phương pháp sinh học, phương pháp lọc, hấp phụ, oxi hóa tăng cường…[24]

Phương pháp keo tụ

Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm có tính chất như một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 10-7 –

10-5 cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc

Hiện nay, keo tụ là phương pháp tiền xử lý thích hợp cho việc tách và loại

bỏ các hạt keo, giảm giá trị COD, độ màu, độ đục đến một giới hạn để có thể tiến hành các bước xử lý tiếp theo [13]

Phương pháp sinh học

Phương pháp xử lí này dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng hoá làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxi hoá sinh hoá

Phương pháp này không gây ô nhiễm thứ cấp, chi phí vận hành rẻ, ổn định, khá hiệu quả và tận dụng được nguồn vi sinh trong nước thải Tuy nhiên thời gian

xử lý lâu, lượng bùn thải tạo ra đòi hỏi các khâu xử lý tiếp theo Ngoài ra cần phải duy trì lượng dinh dưỡng N, P nhất định cũng như nhiệt độ, pH, DO đảm bảo cho vi sinh vật phát triển Hơn nữa, phương pháp kém hiệu quả khi nguồn nước thải có chứa những loại thuốc nhuộm có cấu trúc bền, khó phân huỷ sinh học, hoặc các chất tẩy rửa [10]

Phương pháp lọc

Các kỹ thuật lọc thông thường là quá trình tách chất rắn ra khỏi nước khi cho nước đi qua vật liệu lọc có thể giữ cặn và cho nước đi qua Các kỹ thuật lọc thông thường không xử lý được các tạp chất tan nói chung và thuốc nhuộm nói riêng Hơn nữa, phương pháp này vẫn có một số nhược điểm như giá thành của màng và thiết bị lọc cao nhưng năng suất thấp do thuốc nhuộm lắng xuống làm bẩn màng [12]

- Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp

- Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên chi phí thấp nhưng hiệu quả xử lý cao

Trong thực tế để đạt được hiệu quả xử lý cũng như kinh tế, người ta không dùng đơn lẻ mà kết hợp các phương pháp xử lý hóa lý, hóa học, sinh học, nhằm tạo nên một quy trình xử lý hoàn chỉnh Một số ví dụ của sự kết hợp trên:

- Keo tụ + xử lý sinh học + hấp phụ + oxy hóa tăng cường

- Keo tụ + oxy hóa tăng cường + xử lý sinh học

- Xử lý sinh học + keo tụ + hấp phụ

- Oxy hóa tăng cường + keo tụ

- Oxy hóa tăng cường + xử lý sinh học

Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này nằm trong chính bản chất của

nó là chuyển chất màu từ pha này sang pha khác, cần có thời gian tiếp xúc, tạo một lượng thải sau hấp phụ, không xử lý triệt để chất ô nhiễm

Phương pháp oxi hóa tăng cường

Đây là phương pháp có khả năng phân hủy triệt để những chất hữu cơ có cấu trúc bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa thông thường, cũng như không hoặc ít bị phân hủy bởi

vi sinh vật

Bản chất của phương pháp là xảy ra các quá trình oxi hóa để tạo ra các gốc tự

do như OH• có hoạt tính cao, có thể khoáng hóa hoàn toàn hầu hết các hợp chất hữu

cơ bền thành các sản phẩm bền vững như CO2 và các axit vô cơ không gây khí thải Một số ví dụ về phương pháp oxi hóa tăng cường như Fenton, Peroxon, catazon, quang fenton và quang xúc tác bán dẫn

Trong các phương pháp oxi hóa tăng cường kể trên thì phương pháp quang xúc tác bán dẫn là tốt nhất [13] Kỹ thuật quang xúc tác bán dẫn là một trong những

kỹ thuật oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng Trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây, phương pháp này có vai trò quan trọng trong lĩnh vực xử lý nước và nước thải

Kỹ thuật quang xúc tác bán dẫn là kỹ thuật oxi hóa dựa vào gốc hydroxyl OH• được

sinh ra khi chất xúc tác bán dẫn nhận được các bức xạ tử ngoại Kỹ thuật này có những ưu điểm là:

- Sự phân hủy các chất hữu cơ có thể đạt đến mức vô cơ hóa hoàn toàn

- Không sinh ra bùn hoặc bã thải

- Chi phí đầu tư và chi phí vận hành thấp

- Thiết kế đơn giản, dễ sử dụng

- Chất xúc tác không độc, rẻ tiền

1.5 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC

Quá trình xúc tác quang dị thể có thể được tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng Cũng giống như các quá trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang dị thể được chia thành 6 giai đoạn như sau [14] :

- Giai đoạn 1: Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt xúc tác

- Giai đoạn 2: Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt xúc tác

- Giai đoạn 3: Hấp phụ photon ánh sáng, phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích electron Tại giai đoạn này, phản ứng xúc tác quang hóa khác với phản ứng xúc tác truyền thống ở cách hoạt hóa xúc tác Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác được hoạt hóa bởi nhiệt còn trong phản ứng xúc tác quang hóa, xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp thụ ánh sáng

- Giai đoạn 4: Phản ứng quang hóa, được chia thành 2 giai đoạn nhỏ:

+ Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ

+ Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp

- Giai đoạn 5: Nhả hấp phụ các sản phẩm

- Giai đoạn 6: Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng

Có nhiều mô hình động học đưa ra để đánh giá động học của quá trình quang xúc tác nhưng mô hình Langmuir- Hishelwood (L-H) thường được áp dụng phổ

biến để miêu tả quá trình động học quang xúc tác Quá trình quang xúc tác ZnO là một quá trình dị thể và động học của quá trình có thể được miêu tả theo mô hình động học Langmuir- Hishelwood (L-H) [10,11] Trong đó tốc độ phản ứng (r) tỉ lệ với phần diện tích bề mặt bị che phủ bởi chất phản ứng, sự thay đổi tốc độ phản ứng

r tỉ lệ với phần bề mặt bị che phủ bởi chất phản ứng

ln = Kt = ’t (1.3)

Với k’ là một hằng số tỉ lệ biểu thị cho mức độ chuyển hóa của chất phản

ứng Như vậy, nếu ln Co/C vẽ trên đồ thị với trục hoành là thì gian chiếu sáng ta sẽ

được một đường thẳng từ đó xác định được hằng số tốc độ biểu kiến của quá trình

Trong khuân khổ luận văn này tôi tập trung vào nghiên cứu động học quá trình phân hủy RhB và Phenol sử dụng xúc tác quang ZnO pha tạp Mn theo mô hình động học L-H Đánh giá hiệu quả xử lý của xúc tác và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng xúc tác phân hủy RhB và Phenol

dC

dt (1 )

KC KC

0

C C

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ

2.1.1 Hoá chất

Để thực hiện đề tài chúng tôi sử dụng một số hoá chất sau:

- Kẽm nitrat: Zn(NO3)2 – Trung Quốc

- Axit citric: C6H8O7.H2O - Trung Quốc

- Mangan (II) nitrat: Mn(NO3)2 - Trung Quốc

- Nước cất: H2O

- Etanol tuyệt đối - Trung Quốc

- Rhodamine B (PA, Trung Quốc)

- Phenol (PA, Trung Quốc)

Các hóa chất đem sử dụng có mức độ tinh khiết đạt chuẩn

- Máy đo UV – VIS

- Máy đo pH Metler

- Tủ sấy và một số thiết bị khác

2.2 TỔNG HỢP V T IỆU

2.2.1 Quá trình tổng hợp nano ZnO

Quy trình tổng hợp ZnO và ZnO pha tạp Mn được mô phỏng theo tài liệu

[27], nhưng trong luận văn này chúng tôi đã thay polyetylen glycol bằng axit citric Cách tiến hành như sau:

- Cân 5,94g Zn(NO3)2.6H2O cho vào cốc 250ml, đổ nước cất đến vạch 50ml

- Hòa tan 4,203 gam axit citric C6H8O7.H2O bằng 20ml nước cất, sau đó đổ vào hỗn hợp trên

- Thêm 20ml etanol vào

- Khuấy và gia nhiệt ở 600 trong 4h đến khi dung dịch có độ nhớt cao

- Sau đó sấy ở nhiệt độ khoảng 70-800 trong 12h

- Đem nung ở nhiệt độ 5000C trong 3h, ta thu được bột nano ZnO

2.2.2 Quá trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn

Quá trình tổng hợp nano Zn1-xMnxO làm tương tự như trên với x=0,01; x=0,02; x=0,03

Dưới đây là sơ đồ tổng hợp oxit ZnO có pha tạp Mn bằng phương pháp đốt cháy gel

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp oxit ZnO có pha tạp Mn bằng phương pháp đốt cháy gel

Dung dịch hỗn hợp axit citric –

(DRS)

Ghi giản đồ nhiễu

xạ tia X

Hình 2.2 Thiết bị tổng hợp xúc tác ZnO tại trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng

Hình 2.3 Mẫu nano Zn 1-x Mn x O với x=0,01; x=0,02 và x=0,03

2.3 ĐƯỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ RHB VÀ PHENO

2.3.1 Đường chuẩn xác định nồn độ RhB

RhB được xác định bằng phương pháp trắc quang ở bước sóng 553 nm Đường chuẩn được xây dựng có nồng độ RhB trong khoảng từ 0,1-12 mg/l

a) Nguyên tắc của phương pháp

Khi chiếu một chùm tia sáng qua dung dịch thì dung dịch đó sẽ hấp thụ chọn lọc một số tia sáng tùy theo màu sắc của các chất trong dung dịch có nồng độ xác định Theo định luật Burger- Lamber Beer ta có: A = lg(Io/I)= kb

Trong đó:

A: Độ hấp thụ quang của dung dịch

k: hệ số hấp thụ

b: độ dày cuvet đựng dung dịch

Hệ số hấp thụ k còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch theo biểu thức: k = εC với ε là hệ số không phụ thuộc vào nồng độ Do đó ta có :

A = lg( Io/I)= εbC

Trong giới hạn nhất định, độ hấp thụ quang A phụ thuộc tuyến tính vào nồng

độ C Dựa vào đồ thị đường chuẩn về sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch vào nồng độ có thể tính được nồng độ của dung dịch

00.5

00.103

00.208

00.608

00.959

11.482

11.766 2.112

Dung dịch chuẩn phenol: Lấy 10 mL dung dịch phenol gốc pha loãng thành 1L bằng nước cất (mới đun sôi để nguội) Dung dịch có độ chuẩn 0,01 mg/mL, bền

00.50

01.05

01.48

11.95

12.24

y = 0.176x + 0.0329 R² = 0.9981

0 0.5

1 1.5

2 2.5

Hình 2.5 Đường chuẩn xác định nồng độ Phenol

2.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ÊN TỐC ĐỘ PHÂN HỦY RHB VÀ PHENOL

2.4.1 Ản ưởng của phần trăm ố lượng mangan pha tạp đến hiệu suất phân hủy RhB

Để nghiên cứu ảnh hưởng của phần trăm khối lượng mangan pha tạp đến hiệu suất phân hủy RhB, tiến hành chuẩn bị 100 ml dung dịch RhB có nồng độ 10 mg/l vào 3 cốc thủy tinh 250 ml Điều chỉnh dung dịch về pH=4 Sau đó cho lần lượt 120mg vật liệu nano Zn1-xMnxO (x=0,01; x=0,02 ; x=0,03) vào 3 cốc thủy tinh trên, khuấy trong bóng tối 30 phút để đạt được sự cân bằng hấp phụ và sự phân tán đồng đều của các hạt xúc tác [8] Các dung dịch huyền phù này được chiếu sáng trực tiếp bằng đèn compact 40W trong điều kiện khuấy liên tục suốt quá trình phản ứng và bóng đèn được để cách dung dịch phản ứng khoảng 20 cm Chúng tôi lựa chọn đèn Compact 40W vì loại đèn này có độ sáng ổn định, cường độ sáng lớn và

có quang phổ trong vùng khả kiến (bước sóng λ ≥ 400 nm) Phản ứng được tiến hành trong 120 phút Sau thời gian phân hủy, các dung dịch được lọc tách loại bột xúc tác để xác định hàm lượng RhB trong dung dịch bằng phương pháp trắc quang

y = 0.4533x + 0.0748 R² = 0.9945

0 0.5 1 1.5 2 2.5

trên máy đo quang ở bước sóng 553 nm

Hiệu suất quá trình quang xúc tác được tính theo công thức

Trong đó:

H (%): hiệu suất của quá trình quang xúc tác

C0 và Csau là nồng độ RhB trong dung dịch trước và sau khi tiến hành phân hủy quang xúc tác

Hình 2.6 Thiết bị khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố lên tốc độ phân hủy RhB