Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 . Nghiên cứu các đặc trưng của quá trình xúc tác và các yếu tố ảnh hưởng

2 . Nghiên cứu các đặc trưng của quá trình xúc tác và các yếu tố ảnh hưởng

Tải bản đầy đủ - 0trang

Theo số liệu của bảng 3.1, có thể đưa ra nhận định rằng: Ứng với phương pháp chế

tạo xúc tác mà đề tài thực hiện, khi điều chế mẫu xúc tác với tỉ lệ 1:10 nung ở các chế độ

nhiệt khác nhau thì hoạt tính quang xúc tác của mẫu pH = 8, nhiệt độ nung 600oC trong

vòng 2 giờ đạt cao nhất (91.039%). Điều này chứng tỏ mỗi hệ xúc tác điều chế đều có

một điều kiện tối ưu nhất định. Khi tăng tỉ lệ, pH hay nhiệt độ không đồng nghĩa với việc

tăng khả năng xúc tác của mẫu.

3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Tiến hành thử hoạt tính của mẫu xúc tác sau khi điều chế bằng metyl blue 10 mg/l

trong điều kiện ánh sáng. Tại thời điểm 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút và 120

phút ta rút mẫu một lần. Kết quả thu được như sau:

Bảng 3.5 : Hiệu suất chuyển hóa metylene blue trong phản ứng phân hủy metylene blue

sử dụng hệ xúc tác được điều chế ở pH8 và thời gian khác nhau(Cmetylene blue = 20mg/l,

Vmetylene blue = 2l, mxúc tác = 1g/2l)

Mẫu



10

20

30

60

90

120

phút

phút

phút

phút

phút

phút

pH8-1:1-600

47.502 69.958 66.474 79.808 78.787 51.64

0

pH8-1:2-600

86.535 81.309 87.556 91.700 85.593 81.61

0

pH8-1:5-600

72.480 59.748 80.468 65.634 54.222 87.67

6

pH8-1:10-600 84.012 88.276 86.474 87.315 89.658 91.03

9

pH8-1:20-600 27.195 33.045 40.288 49.598 66.655 22.45

Hình

0

3.1: Hiệu suất xử lý methylene blue theo thời gian ở pH8 nung ở 6000C tại tỉ lệ 1:1;

1:10; 1:20

Từ đồ thị ta thấy, mẫu pH8 nung ở 600 0C tỉ lệ 1:10 hiệu suất chuyển hóa metyl blue

là cao nhất. Tại thời điểm 10 phút độ chuyển hóa đạt 84.012% sau đó tăng dần đến kết

thúc 2h phản ứng thì hiệu suất chuyển hóa là 91.039%. Trong khi đó mẫu pH8 tỉ lệ 1:1

nung ở 600oC có độ chuyển hóa cao nhất tại 60 phút là 79.808% nhưng sau đó giảm liên

tục đến 120 phút thì hiệu suất chuyển hóa chỉ là 51.640%. Mẫu pH8 tỉ lệ 1:20 nung ở



600oC có hiệu suất khá thấp (<70%), đạt cao nhất ở 90 phút là 66.655% đến 120 phút

giảm còn 22.450%



100

90

80

70

60

pH8-1:2-600

pH8-1:5-600



50

40

30

20

10

0

10p



20p



30p



60p



90p



120p



Hình 3.2: Hiệu suất xử lý methylene blue theo thời gian ở pH8 nung ở 6000C tại tỉ lệ

1:2; 1:5

Dựa vào đồ thị trên, mẫu pH8 tỉ lệ 1:2 nung ở 600 oC có độ chuyển hóa cao nhất tại

60 phút là 91.700% nhưng sau đó giảm liên tục đến 120 phút thì hiệu suất chuyển hóa chỉ

là 81.610%. Mẫu pH8 tỉ lệ 1:5 nung ở 600 oC cũng có hiệu suất chuyển hóa tương đối cao

đạt 87.676% nhưng khơng có độ ổn định trong suốt thời gian phản ứng nguyên nhân là do

trong q trình xử lí chất ơ nhiễm có hai q trình xảy ra song song đó là quang hóa và

hấp phụ đó có sự nhả hấp phụ khi mẫu đạt tối đa hấp phụ.

Từ 2 đồ thị, ta có thể kết luận rằng mẫu pH8 tỉ lệ 1:10 nung 600 oC có hiệu suất

chuyển hóa và độ ổn định cao nhất trong q trình phản ứng. Có thể giải thích điều này do

hiện tượng hấp phụ và giải hấp của FeO trong suốt quá trình phản ứng làm nồng độ

methylene blue liên tục biến thiên không đồng nhất.

3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+/Ti4+

Khảo sát DRS của các mẫu xúc tác chứa Fe với tỉ lệ khác nhau đưa vào TiO 2, cho

thấy so với mẫu TiO2 khơng biến tính, dãy hấp thu ánh sáng của mẫu chứa Fe được mở



rộng về miền ánh sáng khả kiến với bước sóng hấp thu từ 448-520 nm. Kết quả tính tốn

giá trị Eg của các mẫu TiO2 chứa Fe khoảng 2.44-2.83 eV. Đặc biệt ở mẫu cùng điều kiện

pH8, nung ở 600 oC các tỉ lệ 1:1, 1:2, 1:10 có giá trị Eg khá thấp lần lượt là 2.44, 2.48,

2.49, tương ứng với bước sóng hấp thu là 520, 512, 510 nm. Nhìn chung, các giá trị Eg

của các mẫu đều giảm khá rõ so với mẫu TiO2 không biến tính.



Hình 3.3 Phổ DRS các mẫu xúc tác TiO2 biến tính bằng Fe ở các tỉ lệ khác nhau

Bảng 3.6 Giá trị Eg của các chất xúc tác TiO2 biến tính bằng Fe ở các tỉ lệ khác nhau



hiệu

mẫu



TiO2



TL 1:1, TL 1:2, TL 1:10, TL 1:1,

TL 1:5,

TL 1:2,

pH8,

pH8,

pH8,

pH8, pH8,700 pH8,

600

600

600

700

700



TL

1:10,

pH8,

700



λ (nm)

Eg

(eV)



420



520



512



510



506



495



448



490



3.02



2.44



2.48



2.49



2.51



2.56



2.83



2.59



Kết quả trên chứng tỏ TiO2 chứa Fe có khả năng hấp phụ ánh sáng về miền khả kiến

tốt hơn so với TiO2 khơng biến tính. Khả năng tăng này tăng khi hàm lượng Fe trong mẫu

xúc tác tăng nhưng khơng phải ln ln đồng biến mà nó chỉ tăng đến một giá trị nhất

định của hàm lượng Fe nguyên nhân là do giảm năng lượng vùng cấm của TiO2.

Để làm rõ hơn sự ảnh hưởng của tỉ lệ Fe 2+/Ti4+, ta tiến hành thử hoạt tính của các hệ

xúc tác được tổng hợp ở các tỉ lệ khác nhau với dung dịch methylene blue 10mg/l.

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của thành phần tỉ lệ đến hiệu suất phân hủy methylene blue

Mẫu

pH6-500

pH6-600

pH6-700

pH8-500

pH8-600

pH8-700



Tỉ lệ 1:1

17.047

10.018

26.474

43.652

51.640

74.883



Tỉ lệ 1:5

38.366

21.730

45.093

77.285

87.676

84.312



Tỉ lệ 1:10

44.492

42.270

54.462

77.285

91.039

85.634



60

50

40

Tỉ lệ 1:1

Tỉ lệ 1:5

Tỉ lệ 1:10



30

20

10

0



pH6-500



pH6-600



pH6-700



pH8-500



pH8-600



pH8-700



Hình 3.4: Ảnh hưởng của thành phần tỉ lệ đến hiệu suất phân hủy methylene blue ở pH6

tỉ lệ 1:1; 1:5; 1:10



Từ đồ thị 3.2, ở điều kiện pH6 nung 600 0C, tỉ lệ 1:1 và 1:5 có hiệu suất phân hủy

lần lượt là 10.018% và 21.730%, trong khi đó tỉ lệ 1:10 có hiệu suất phân hủy lên tới

42.270%. Tương tự ở các điều kiện pH6 nung 500oC và pH6 nung 700oC, mẫu tỉ lệ 1:10

cũng có hoạt tính cao hơn các tỉ lệ khác.

Vậy ở cùng điều kiện pH6 và nhiệt độ nung như nhau thì tỉ lệ 1:10 cho hiệu suất

phân hủy nổi trội nhất. Tuy nhiên, hiệu suất phân hủy không cao (<60%).

100

90

80

70

60



Tỉ lệ 1:1

Tỉ lệ 1:5

Tỉ lệ 1:10



50

40

30

20

10

0



pH8-500



pH8-600



pH8-700



Hình 3.5: Ảnh hưởng của thành phần tỉ lệ đến hiệu suất phân hủy methylene blue ở pH8

tỉ lệ 1:1; 1:5; 1:10

Ở điều kiện pH8 nung ở 500oC, lượng methylene blue được xử lý của mẫu tỉ lệ 1:5

và 1:10 bằng nhau, đều đạt hiệu suất 77.285%. Còn tỉ lệ 1:1 có hiệu suất khá thấp, chỉ đạt

43.652%

Ở điều kiện pH8 nung 600oC lượng methylene blue được xử lý sau phản ứng của tỉ

lệ 1:1; 1:5 và 1:10 đều tăng lên. Trong đó, tỉ lệ 1:10 đạt hiệu suất cao nhất (91.039%).

Tương tự, ở điều kiện pH8 nung ở 700oC, tỉ lệ 1: 10 cũng có hoạt tính cao hơn

Vậy ta có kết luận rằng, tỉ lệ Fe2+/Ti4+ 1:10 là tỉ lệ tốt nhất để tổng hợp hệ xúc tác.

3.2.3 Ảnh hưởng của pH

Ngoài tỉ lệ Fe2+/Ti4+ thì pH mơi trường tổng hợp cũng là một yếu tố đóng vai trò

quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác. Zhang W và đồng sự đã khẳng định điều



này khi nghiên cứu sự phụ thuộc của kích thước hạt vào pH dung dịch điều chế TiO 2 bằng

kỹ thuật sol-gel [22]. Ta tiến hành khảo sát hoạt tính của xúc tác được tổng hợp ở các điều

kiện pH khác nhau với dung dịch methylene blue nồng độ 20mg/l.



Bảng 3.8: Ảnh hưởng của pH đế hiệu suất phân hủy methylene blue (pH= 6, 7, 8)

Mẫu



pH6



pH7



pH8



1:10-500



44.492



25.634



77.285



1:10-600



42.270



73.141



91.039



1:10- 700



54.462



86.955



85.634



100

90

80

70

60



pH6

pH7

pH8



50

40

30

20

10

0



1:10-500



1:10-600



1:10- 700



Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đế hiệu suất phân hủy methylene blue (pH= 5, 6, 7,8)

Từ đồ thị ta có thể thấy, các mẫu ở cùng tỉ lệ và cùng nhiệt độ nung thì ở pH8 hiệu

suất chuyển hóa luôn cao.

Cụ thể, ở mẫu tỉ lệ 1: 10 nung ở 5000C hiệu suất chuyển hóa ở pH8 là 77.285%

trong khi pH7 chỉ là 25.634% và pH6 là 44.492% . Cũng như vậy, ở tỉ lệ 1:10 nung ở



6000C hiệu suất chuyển hóa của pH8, pH7 lần lượt là 91.039% và 73.141%. Tuy nhiên, khi

nung ở 7000C tỉ lệ 1: 10, thì hiệu suất của pH7, pH8 tương đương nhau là 86.955% 85.634%. Ở pH6 hiệu suất chuyển hóa khơng cao, ln nhỏ hơn 60%.

Vậy có thể kết luận rằng, ở pH8 hiệu suất chuyển hóa đạt cao nhất và có tính ổn

định nhất.

Phổ DRS của các mẫu xúc tác Ti-Fe điều chế ở các pH khác nhau (như hình) đã

chứng tỏ dãy hấp phụ ánh sáng của chúng đã được mở rộng về miền ánh sáng khả kiến.

Các mẫu điều chế ở pH= 7, 8 hấp thụ ánh sáng khả kiến tốt hơn so với các mẫu ở pH=5,

6, trong đó mẫu pH 8 là tốt nhất.



Hình 3.7: Phổ DRS các mẫu xúc tác TiO2 biến tính bằng Fe ở pH khác nhau

Bảng 3.9: Giá trị Eg của các chất xúc tác TiO2 biến tính bằng Fe ở pH khác nhau



hiệu

mẫu

λ (nm)

Eg (eV)



TiO2

420

3.02



TL 1:10, TL 1:10,

pH5, 600 pH6, 600

475

2.67



480

2.64



TL 1:10, TL 1:10,

pH7, 600 pH8, 600

482

2.63



510

2.49



TL 1:1,

pH8, 600



TL 1:2,

pH8, 600



520

2.44



5.12

2.48



Theo bảng, mẫu TiO2 có bước sóng hấp thu là 420 nm và giá trị Eg khá cao (3.02

eV), trong khi các mẫu xúc tác chứa Fe đều mở rộng sự hấp phụ ánh sáng về miền khả

kiến và khi pH tăng từ 5 đến 7, sự hấp thu này càng tăng.Tại pH=5, phổ DRS có ngưỡng

hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 475 nm, tương ứng với Eg=2.67 eV, còn mẫu pH8 hấp thụ

cực đại tại 510 nm với Eg=2.49 eV.

Mặt khác, khi TiO2 chứa Fe có hàm lượng càng cao trong các pH khảo sát thì năng

lượng vùng cấm càng thu hẹp.

3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung

Để tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính xúc tác, ta tiến hành thử

hoạt tính của các hệ xúc tác được điều chế ở các chế độ nung khác nhau với dung dịch

methylene blue 20mg/l.

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy methylene blue

Mẫu

1:10 pH5

1:10 pH6

1:10 pH7

1:10 pH8



5000C

40.408

44.492

25.634

77.285



6000C

76.565

42.270

73.141

91.039



7000C

53.321

54.462

86.955

85.634



100

90

80

70

60



500

600

700



50

40

30

20

10

0



1:10 pH5



1:10 pH6



1:10 pH7



1:10 pH8



Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất phân hủy methylene blue

Dựa vào đồ thị ta thấy, ở mỗi pH khác nhau thì có hiệu suất cao nhất tại các nhiệt độ

nung khác khau.

Ở điều kiện pH7, tỉ lệ 1:10, nung ở 500 0C có hiệu suất phân hủy chỉ đạt 25.634%,

nhưng khi nung tới 700 0C hiệu suất đạt cao nhất tới 86.955%.

Ở điều kiện pH5, tỉ lệ 1:10, nung ở 5000 C có hiệu suất phân hủy đạt 40.408%, hiệu

suất đạt cao nhất khi nung tới 600 0C là 86.955%.

Đặc biệt, ở mẫu pH8 tỉ lệ 1: 10 thì hiệu suất phân hủy tương đối cao ở cả ba nhiệt độ.

Cụ thể, nung ở 500 0C, 700 0C hiệu suất phân hủy lần lượt là 77.285% và 85.634%. Đạt

hiệu suất cao nhất là nung ở 600 0C với hiệu suất đạt 91.039%.

Để làm rõ hơn, ta khảo sát phổ DRS của các mẫu tại các nhiệt độ nung khác nhau. Kết

quả thu được như sau:



Hình 3.9: Phổ DRS các mẫu xúc tác TiO2 biến tính bằng Fe ở nhiệt độ nung khác nhau



Bảng 3.11: Giá trị Eg của các chất xúc tác TiO2 biến tính bằng Fe ở

nhiệt độ nung khác nhau



hiệu

mẫu

λ (nm)

Eg (eV)



TiO2

420

3.02



TL 1:1,

TL 1:1,

pH8, 500 pH8, 600

500

2.54



520

2.44



TL 1:2,

TL 1:1,

pH8, 700 pH8, 500

506

2.51



500

2.54



TL 1:2,

pH8, 600



TL 1:2,

pH8, 700



512

2.48



495

2.56



Phổ DRS trong hình của các mẫu xúc tác được nung ở các nhiệt độ từ 500 0C đến

7000C đã chứng tỏ dãy hấp phụ ánh sáng đã được mở rộng về miền khả kiến. Các mẫu

xúc tác biến tính được nung ở 600 0C có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt nhất và giảm ở

5000C và 7000C.

Kết quả tính tốn Eg cho thấy, chất xúc tác TiO 2- Fe nung ở các nhiệt độ khác nhau

có giá trị Eg khoảng từ 2.44-2.56 eV. Trong đó mẫu nung ở 600 0C có giá trị Eg thấp nhất

là 2.44 eV, mẫu nung ở 7000C có giá trị Eg cao nhất đạt 2.56 eV.

Vậy có thể kết luận rằng, nhiệt độ nung 6000C là nhiệt độ tối ưu nhất.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 . Nghiên cứu các đặc trưng của quá trình xúc tác và các yếu tố ảnh hưởng

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×