Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

Tải bản đầy đủ - 0trang

1

2

3

4

5

6



(NH2)2CO

Nd(NO3)3.6H 2O

Y(NO3)3.6H2O

H2O

C2H5OH

C28H31CN2O3



Ure

Neodymium nitrat

Yttri nitrat

Nước cất

Cồn ethanol

Rhodamine B



99%

99%

99%

95%

99%

90%



2.1.2. Chế tạo g-C 3N4

Urê ((NH2)2CO) được nung ở nhiệt độ 550 0C trong 2 giờ. Sản phẩm

thu được có màu vàng, nghiền nhỏ bột đó ta thu được bột g-C 3N4.

2.1.3. Tổng hợp g-C3N4 pha tạp Nd và g-C3N4 pha tạp Y

- Lấy 0,5g g-C 3N4 cho vào trong 20 ml H 2O và sau đó khuấy từ

trong 30 phút được dung dịch A.

- Lấy một lượng thích hợp các chất pha tạp Nd (neodymi) hoặc Y (Ytri)

theo tỉ lệ 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% (tỉ lệ phần trăm theo số

mol) cho vào dung dịch A, khuấy từ trong 15 giờ ở 900C ta được dung dịch B.

- Sau đó ta tiến hành lọc rửa:

+ Cho dung dịch B vào ống li tâm, quay li tâm ở khoảng 5000 rpm trog

10 phút, sau đó dùng pipet rút hết phần dung dịch phía trên trong ống li tâm.

Tiếp tục cho ethanol vào ống li tâm, lắc đều và tiếp tục quay li tâm.

+ Tiến hành lọc rửa 3 lần liên tiếp.

- Sấy khô mẫu ở 1000C trong khoảng 3 giờ được mẫu g-C3N4 pha tạp

Nd theo các tỉ lệ số mol: 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% và

mẫu g-C3N4 pha tạp Y theo các tỉ lệ số mol: 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%,

8%, 9%, 10%.

- Kí hiệu các mẫu như sau:

Bảng 2.2 Bảng kí hiệu của các mẫu g-C3N4 tinh khiết, g-C3N4 pha tạp Nd và

g-C3N4 pha tạp Y.

STT

1

2

3

22



Tỉ lệ số mol Nd/g-C 3N4

0%

1%

2%



Tên mẫu

CN

CNNd-1

CNNd-2



4

5

6

7

8

9

10

11



3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

10%



CNNd-3

CNNd-4

CNNd-5

CNNd-6

CNNd-7

CNNd-8

CNNd-9

CNNd-10



STT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



Tỉ lệ số mol Y/g-C 3N4

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

10%



Tên mẫu

CNY-1

CNY-2

CNY-3

CNY-4

CNY-5

CNY-6

CNY-7

CNY-8

CNY-9

CNY-10



2.2. Quá trình quang xúc tác

2.2.1. Chuẩn bị



- 0,06 g mẫu (các mẫu g-C3N4, g-C3N4 pha tạp Nd, Y theo tỉ lệ 1%, 2%,

3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%.

- 30 ml H2O (nước cất).

- 30 ml RhB (Rhodamine B) 20 ppm.

- Các dụng cụ: máy khuấy từ, con từ, đèn Xenon, cốc thủy tinh, pipet,

ống li tâm, ống đựng mẫu.

2.2.2. Tiến hành quang xúc tác

- Cho 0,06 g mẫu vào 30 ml H2O, khuấy từ trong vòng 30 phút ở nhiệt

độ phòng ta được dung dịch A.



23



- Khuấy tối: Cho dung dịch A vào 30 ml RhB, khuấy từ trong điều kiện

khơng có ánh sáng trong vòng 30 phút. Tiến hành lấy mẫu 2 lần trong thời

gian khuấy tối.

Lần 1: khuấy tối 10 phút. Lần 2: khuấy tối 30 phút. Kí hiệu các mẫu là

T10, T30.

- Khuấy sáng: Đặt dung dịch A + RhB dưới đèn Xenon, khuấy từ trong

120 phút ở nhiệt độ phòng. Lấy mẫu 6 lần trong thời gian khuấy sáng, cứ 20

phút lấy mẫu 1 lần. Kí hiệu các mẫu lần lượt là: S20, S40, S60, S80, S100, S120.

- Li tâm: Các mẫu được li tâm ít nhất 2 lần để loại bỏ g-C3N4.



24



2.3. Một số phương pháp phân tích

2.3.1. Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD)



Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD – Quantitative Xray Difraction methods)

là một phương pháp được áp dụng để xác định thành phần các chất có trong

mẫu. Phép đo được thực hiện dựa trên nguyên lý hiện tượng nhiễu xạ của tia

X sau khi tương tác với mẫu. Ống âm cực trong máy XRD tạo ra các chùm tia

có bước sóng liên tục, sau đó người ta sử dụng bộ lọc tia để lọc ra bức xạ đơn

sắc và tia X đơn sắc được chiếu về phía mẫu.

Kết quả phổ XRD cho chúng ta hai thơng tin là vị trí của đỉnh phổ và

cường độ đỉnh. Đỉnh nhiễu xạ sẽ đặc trưng cho cấu trúc mạng tinh thể có

trong chất rắn nên mỗi chất sẽ có những đỉnh nhiễu xạ đặc trưng. Thơng qua

việc so sánh vị trí của đỉnh, cường độ của đỉnh, độ bán rộng của đỉnh so với

mẫu chuẩn chúng tác có thể xác định được thành phần các chất có trong mẫu.

Khi một chùm tia X đơn sắc truyền qua một mẫu tinh thể nó đi sâu vào

bên trong mạng tinh thể, tương tác với các electron trong ngun tử dẫn đến

sự tán xạ.



Hình 2.1 Mơ hình hình học của hiện tượng nhiễu xạ tia X.

Các nguyên tử trong mạng tinh thể của các chất có cấu trúc tuần hoàn

liên tục. Nên mạng tinh thể giống như một cách tử nhiễu xạ.



25



Sự tương tác giữa tia X truyền tới với mẫu tạo ra tia nhiễu xạ khi thỏa

mãn định luật Vulf – Bragg:

Trong đó:

n: Bậc nhiễu xạ

: Bước sóng của tia Rơnghen

d: Khoảng cách giữa các mặt tinh thể (tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể

khoảng cách d được xác định bằng cơng thức khác nhau)

: Góc nhiễu xạ

Kích thước của vật liệu được xác địng thơng qua phương pháp mở rộng

vạch tia X. Công thức được sử dụng là phương trình Scherrer:

Trong đó:

: kích thước trung bình của các tên miền được sắp xếp

: bước sóng tia X

: dòng mở rộng

Phương trình Vulf – Bragg là phương trình cơ bản để nghiên cứu cấu

trúc tinh thể. Từ phổ nhiễu xạ tia X như: vị trí của đỉnh, cường độ đỉnh, độ

bán rộng, hình dạng của đỉnh đều cung cấp cho chúng ta thông tin quan trọng

về cấu trúc của vật liệu như: pha, cấu trúc, kích thước tinh thể, phân bố của

kích thước và ứng suất của các hạt hệ nano.

2.3.2. Phép đo phổ hấp thụ UV-vis

Phổ hấp thụ UV-vis là phép đo cho ta biết được vùng ánh sáng mà mẫu

có khả năng hấp thụ, từ đó biết được các thơng tin liên quan tới các mức năng

lượng của điện tử trong phân tử, trong tinh thể. Qua đó có thể xác định được

các nhóm chức, liên kết, độ rộng vùng cấm,… Trong phép đo phổ hấp thụ, tùy

vào loại mẫu mà ta chọn các phương pháp đo khác nhau. Đối với mẫu lỏng và

mẫu màng ta có thể sử dụng phương pháp truyền qua còn đối với mẫu rắn ta

có thể sử dụng phương pháp phản xạ khuếch tán (Diffusion reflectance

spectra - DRS).

Phương pháp truyền qua sử dụng 2 chùm tia có cường độ ánh sáng

giống nhau một chùm truyền qua mẫu so sánh, một chùm truyền qua mẫu

detector thu lại cường độ của 2 chùm tia, so sánh cường độ của 2 chùm đó và

26



từ đó xác định được độ hấp thụ của vật mẫu lỏng và mẫu màng. Đối với mẫu

lỏng, thông qua phổ hấp thụ, chúng ta có thể xác định được nồng độ của dung

dịch dựa trên định luật Lambert – Beer:



Trong đó:

Io: cường độ ánh sáng tới

I: cường độ ánh sáng truyền qua

: hệ số hấp thụ của vật liệu

d: chiều dài đường đi của ánh sáng trong mẫu

Trong phương pháp DRS đo phổ hấp thụ của mẫu rắn, bên trong quả

cầu tích phân được phủ một lớp BaSO 4 có độ phản xạ 100%, khi ánh sáng đi

vào trong quả cầu tích phân và tương tác với mẫu, một phần sánh sáng sẽ bị

mẫu hấp thụ một phần sẽ bị phản xạ ngược lại. Phần ánh sáng phản xạ sẽ bị

phản xạ liên tiếp nhiều lần trong quả cầu tích phân sau đó đi vào đầu thu tín

hiệu. Bằng cách so sánh tín hiệu trong trường hợp khơng có mẫu (I o) với

trường hợp có mẫu ta sẽ xác định được độ hấp thụ của mẫu rắn. Từ phổ hấp

thụ ta có thể xác định độ rộng vùng cấm dựa vào phương pháp Tauc [31].

Phép đo phổ hấp thụ trong luận văn này được thực hiện trên hệ đo

Jasco 670 tại Bộ môn Vật lý chất rắn – điện tử, khoa Vật lý, trường Đại học

Sư phạm Hà Nội.

2.3.3. Phép đo phổ huỳnh quang (PL - Photoluminescence)

Các điện tử có nhiều trạng thái gọi là mức năng lượng. Khi các điện tử

có sự chuyển dời từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp hơn thường

sẽ phát ra một photon (phát huỳnh quang). Dựa trên nguyên lý này người ta

xây dựng phép đo phổ huỳnh quang Photoluminescence (viết tắt là PL) để

xác định được các chuyển dời bức xạ trong tinh thể.



27



Hình 2.2: Sơ đồ khối của phép đo huỳnh quang.

Ánh sáng từ nguồn sáng chiếu lên mẫu để cung cấp cho các điện tử của

mẫu một phần năng lượng bằng năng lượng của một photon. Năng lượng này

làm cho các điện tử đang ở trạng thái cơ bản hấp thu năng lượng và chuyển

lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn.

Tiếp đó tín hiệu truyền tới bộ đơn sắc, đầu thu thu nhận tín hiệu xử lý

và đưa ra phổ huỳnh quang.

Phổ huỳnh quang là đường cong biểu diễn mối liên hệ của cường độ

huỳnh quang vào bước sóng của ánh sáng kích thích, phụ thuộc vào thành

phần và cấu trúc của các tâm bức xạ, các tác nhân bên ngoài.

Phép đo phổ huỳnh quang được đo tại Viện Khoa học vật liệu, Viện

Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam.

2.3.4. Thí nghiệm quang xúc tác

Trong nghiên cứu này, hoạt động quang xúc tác của mẫu g-C3N4 được

đánh giá bằng sự phân hủy quang xúc tác của dung dịch RhB dưới sự chiếu xạ

ánh sáng của đèn Xenon (300 W) và đo hiệu suất quang xúc tác bằng một

hàm nồng độ theo thời gian. RhB (Rhodamine B) là thành phần của phẩm

màu cơng nghiệp, có cơng thức phân tử C 28H31N2O3Cl. RhB có thể gây độc

cấp và mãn tính, nếu tích tụ dần trong cơ thể có thể gây ra ung thư. Thực

28



nghiệm cho thấy RhB gây ung thư với liều lượng 89,5 mg/kg qua đường ống

hoặc tiêm vào tĩnh mạch (thử nghiệm trên chuột).

Đầu tiên, đổ g-C3N4 (0,06 g) vào 30 ml nước cất khuấy từ 30 phút. Tiếp

theo đổ 30 ml dung dịch RhB 20 ppm vào dung dịch g-C3N4 và khuấy từ

trong một buồng tối 30 phút để đạt tới trạng thái cân bằng hấp phụ. Sau đó

hỗn hợp dung dịch được mang ra chiếu sáng bằng đèn Xenon, đặt cách hỗn

hợp dung dịch 6 cm. Cứ 20 phút lấy mẫu một lần, mỗi lần lấy 4 ml.

Để đánh giá hiệu suất quang xúc tác mẫu sau khi lấy được mang đi li

tâm để loại bỏ g-C3N4, sau đó được cho vào máy Jassco để xác định nồng độ

hấp thu RhB. Đỉnh hấp thụ ở 554 nm, và tính hiệu suất quang xúc tác (C/C 0)

theo thời gian:

Trong đó:

-



a,b: là hằng số

C: là nồng độ RhB còn lại

là độ hấp thụ



CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1.



Vật liệu g-C3N4 pha tạp Nd

3.1.1. Kết quả phân tích cấu trúc



29



Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của g-C3N4 tinh khiết (CN) và g-C3N4 pha

tạp Nd với các tỉ lệ 2% (CNNd-2), 6% (CNNd-6) và 10% (CNNd-10).

Kết quả đo nhiễu xạ tia X của vật liệu g-C3N4 tinh khiết (CN) và g-C3N4

pha tạp Nd (ký hiệu mẫu - CNNd) với các nồng độ khác nhau được trình bày

như trên hình 3.1. Tất cả các mẫu đều xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tại các vị

trí 13,1o, 24,9o và 27,5o. Những đỉnh nhiễu xạ này thuộc về các họ mặt

phẳng (100), (101) và (002) tương ứng. Đỉnh mạnh nhất (002) quan sát

được ở vị trí 2 = 27,5o phản ánh cấu trúc các lá xếp chồng lên nhau của gC3N4 trong cả mẫu tinh khiết và mẫu pha tạp. Những kết quả này phù hợp

với thẻ chuẩn JCPDS (87-1526) của tinh thể g-C 3N4 và các kết quả đã được

công bố [8], [3].

Giản đồ nhiễu xạ tia X của g-C 3N4 pha tạp Nd không quá khác biệt so

với g-C3N4 tinh khiết. Tuy nhiên, các đỉnh ở vị trí 13,1o, 27,5o, 24,9o có dịch

chuyển về phía góc 2 nhỏ (nhưng khơng đáng kể). Cường độ các đỉnh nhiễu

xạ của các mẫu CN pha tạp thấp hơn so với mẫu CN tinh khiết. Điều này có

30



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×