Khả năng quang xúc tác và thu hồi của vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4

Trong nghiên cứu "Khả năng quang xúc tác và thu hồi của vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4", tác giả tổng hợp vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4 và đánh giá hiệu suất quang xúc tác, khả năng thu hồi vật liệu bằng từ trường thông qua việc phân hủy Rhodamine B trong dung dịch. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khả năng quang xúc tác và thu hồi của vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4 HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Khả năng quang xúc tác và thu hồi của vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4 Nguyễn Mạnh Hùng*, Đào Việt Thắng, Nguyễn Thị Diệu Thu, Hồ Quỳnh Anh Trường Đại học Mỏ - Địa chấtTÓM TẮTCoban ferrit CoFe2O4 được chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Sau đó, vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt từ CoFe2O4 đã được tạo ra trước đó và các tiền chất AgNO3 vàNa2HPO4. Cấu trúc và thành phần của vật liệu được khảo sát thông qua phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X(XRD) và phổ tán sắc năng lượng (EDS). Hình thái vật liệu được quan sát qua chụp ảnh hiển vi điện tửquét (SEM). Khả năng quang xúc tác và thu hồi của vật liệu Ag3PO4/CoFe2O4 được đánh giá thông qua sựsuy giảm nồng độ Rhodamine B trong dung dịch. Kết quả cho thấy, vật liệu tổ hợp tồn tại đồng thời haipha cấu trúc của Ag3PO4 và CoFe2O4. Quan sát thấy các hạt CoFe2O4 có kích thước 15-18 nm, bám trêncác hạt Ag3PO4 kích 250-350 nm. Vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4 phân hủy 95,5% RhB sau 75 phút chiếusáng và tỉ lệ thu hồi vật liệu đạt 84,3-92,5%.Từ khóa: Bạc photphat; vật liệu tổ hợp; Ag3PO4/CoFe2O4; quang xúc tác; thu hồi bằng từ trường.1. Mở đầu Bạc photphat (Ag3PO4) được chú ý sau khi được phát hiện năm 2010 về khả năng quang xúc tác rất caocủa nó (Yi, Ye et al. 2010). Khả năng ứng dụng của vật liệu này xuất phát từ các đặc trưng cấu trúc, hìnhthái bề mặt và năng lượng vùng cấm. Ag3PO4 có cấu trúc tinh thể dạng lập phương, thuộc nhóm không gianP4-3n. Trong cấu trúc này, mỗi nguyên tử P hay Ag đều liên kết với 4 nguyên tử O tạo thành các tứ diệnPO4 và AgO4, mỗi nguyên tử O liên kết với 3 nguyên tử Ag và 1 nguyên tử P xung quanh (Kahk, Sheridanet al. 2014, Botelho, Sczancoski et al. 2015). Đám mây điện tử lớn của PO43- sẽ hút các lỗ trống và đẩy cácđiện tử làm phân tách các cặp điện tử-lỗ trống, tạo nên hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu Ag3PO4 (Ma,Lu et al. 2011). Do độ rộng vùng cấm hẹp, vật liệu Ag3PO4 có khả năng quang xúc tác rất cao trong quá trình tách O2 từnước cũng như phân hủy thuốc nhuộm hữu cơ khi được kích thích bằng ánh sáng khả kiến. Độ rộng vùngcấm của Ag3PO3 khoảng 2,36 eV nếu coi chuyển mức năng lượng là gián tiếp, còn trong trường hợp coichuyển mức năng lượng là trực tiếp thì độ rộng vùng cấm khoảng 2,43 eV (Yi, Ye et al. 2010). Do vậy,Ag3PO4 có thể hấp thụ bức xạ với bước sóng nhỏ hơn 530 nm và mở rộng sang vùng ánh sáng khả kiến. Gần đây, một vài nghiên cứu về vật liệu tổ hợp giữa Ag3PO4 và vật liệu từ đã được công bố. Việc tổhợp Ag3PO4 với vật liệu từ, một mặt tạo ra quá trình chuyển điện tử, lỗ trống qua lại giữa Ag3PO4 và vậtliệu từ dẫn đến giảm sự tái hợp các cặp điện tử-lỗ trống, từ đó làm tăng hiệu ứng quang xúc tác. Mặt khác,thành phần vật liệu từ trong cấu trúc tổ hợp làm cho vật liệu tổ hợp có thể được thu hồi bằng từ trường(Gan, Xu et al. 2016, Abroshan, Farhadi et al. 2018, Dong, Wang et al. 2018). Theo báo cáo của nhóm tácgiả Abroshan (Abroshan, Farhadi et al. 2018), vật liệu tổ hợp Ag3PO3/MnFe2O4 (30 wt% MnFe2O4) đã phânhủy đến 98% methylthioninium choloride (MB) sau 82 phút chiếu sáng bằng ánh sáng Mặt trời có cườngđộ sáng trung bình 185 mW/cm2. Vật liệu Ag3PO3/MnFe2O4 có tính sắt từ với từ độ bão hòa 24,4 emu/g,nhỏ hơn nhiều so với từ độ bão hòa của MnFe2O4 do Ag3PO4 không có từ tính. Tuy nhiên, với từ tính cóđược, vật liệu Ag3PO3/MnFe2O4 dễ dàng được tách khỏi dung dịch MB bằng từ trường 0,1 T. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4 và đánh giá hiệu suất quangxúc tác, khả năng thu hồi vật liệu bằng từ trường thông qua việc phân hủy Rhodamine B trong dung dịch.2. Phương pháp nghiên cứu2.1. Thực nghiệm Vật liệu CoFe2O4 được chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Hoà tan C6H8O7 vào 45 ml nước cất. Thêm4,4 g Co(NO3)2.6H2O và 12,3 g Fe(NO3)3.9H2O vào dung dịch C6H8O7, khuấy hỗn hợp ở 80 °C trong 2 giờthu được sol. Nhỏ 1,5 ml ethylene glycol vào sol, tiếp tục khuấy từ ở 80 °C trong 3 giờ thu được gel ướt.* Tác giả liên hệEmail: nguyenmanhhung@humg.edu.vn 1207Sấy gel ướt ở nhiệt độ 100 °C thu được gel khô. Gel khô được nung ở nhiệt độ 900 °C trong 5 giờ sau đóđược nghiền để thu được CoFe2O4 dạng bột. Vật liệu tổ hợp Ag3PO4/CoFe2O4 (APO/CFO) được tổng hợp bằng phương pháp thuỷ nhiệt. Các bướcchế tạo vật liệu liệu tổ hợp APO/CFO như sau: Hoá chất Na2HPO4, AgNO3 và CoFe2O4 được chuẩn bị theosố liệu ở Bảng 1. Hoà tan Na2HPO4 và AgNO3 vào nước cất theo số liệu đã tính toán, sau đó khuấy từ trong10 phút thu được dung dịch Na2HPO4 và dung dịch AgNO3. Đổ CoFe2O4 vào dung dịch Na2HPO4 lắc đềutay thu được hỗn hợp ...