Nghiên cứu sự phân hủy Rhodamine B trên xúc tác ZnFe2O4 khi có mặt tác nhân H2O2

Trong bài viết này, vật liệu nano spinel ZnFe2O4 được dùng làm xúc tác phân hủy Rhodamine B khi có mặt tác nhân H2O2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy RhB như điều kiện tổng hợp vật liệu nano ZnFe2O4, nồng độ ban đầu của RhB và nhiệt độ cũng đã được khảo sát.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự phân hủy Rhodamine B trên xúc tác ZnFe2O4 khi có mặt tác nhân H2O2 NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN HỦY RHODAMINE B TRÊN XÚC TÁC ZnFe2O4 KHI CÓ MẶT TÁC NHÂN H2O2 HỒ THỊ BẢO GIANG, MAI THỊ THU HÀ NGUYỄN THỊ VIỆT KHÁNH, NGUYỄN LÊ MỸ LINH* Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế *Email: nguyenlemylinh@dhsphue.edu.vn Tóm tắt: Vật liệu nano spinel ZnFe 2 O 4 thuộc loại ferit sắt MFe 2 O 4 (M = Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ ,…), thường được sử dụng làm sensor khí, vật liệu xúc tác… Trong nghiên cứu này, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy Rhodamine B trên xúc tác ZnFe 2 O 4 khi có mặt tác nhân H 2 O 2 đã được khảo sát. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các điều kiện tổng hợp vật liệu nano ZnFe 2 O 4 ảnh hưởng đến khả năng phân hủy Rhodamine B và mẫu xúc tác tốt nhất được tổng hợp ở điều kiện: thời gian thủy nhiệt là 24 h, nhiệt độ thủy nhiệt là 120  C, nhiệt độ nung 500  C, dung môi ethylene glycol. Phương trình động học bậc 1 và bậc 2 đều mô tả tốt quá trình phân hủy Rhodamine B bằng xúc tác ZnFe 2 O 4 khi có tác nhân H 2 O 2 . Năng lượng hoạt hóa của phản ứng phân hủy Rhodamine B xác định được là 41,1 kJ/mol. Từ khóa: Rhodamine B, ZnFe2O4. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong công nghiệp phẩm nhuộm, vấn đề ô nhiễm môi trường do chất màu hữu cơ đang trở nên cấp thiết đối với các doanh nghiệp. Sự xuất hiện của thuốc nhuộm tổng hợp có thể bắt nguồn từ nước thải công nghiệp của ngành dệt, giấy và da, thuốc nhuộm ra đời nhằm mục đích xử lí các loại nước thải này [1]. Ô nhiễm chất màu hữu cơ có trong các thuốc nhuộm gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, sức khỏe và sinh hoạt của con người. Một trong số thuốc nhuộm được sử dụng hiện nay đó là Rhodamine B (RhB). Thuốc nhuộm Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính. Nếu tiếp xúc Rhodamine B trực tiếp sẽ gây dị ứng hoặc làm mẩn ngứa da, mắt; nếu tiếp xúc theo đường hô hấp gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực; theo đường tiêu hóa sẽ gây nôn mửa, có hại cho gan và thận. Nếu tích tụ dần trong cơ thể sẽ gây nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như có thể gây ung thư [2]. Có nhiều phương pháp xử lý RhB như màng trao đổi ion, kết tủa, oxi hóa… tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định [2], [4]. Trong bài báo này, vật liệu nano spinel ZnFe2O4 được dùng làm xúc tác phân hủy Rhodamine B khi có mặt tác nhân H2O2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy RhB như điều kiện tổng hợp vật liệu nano ZnFe2O4, nồng độ ban đầu của RhB và nhiệt độ cũng đã được khảo sát. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế ISSN 1859-1612, Số 3(63)/2022: tr.65-74 Ngày nhận bài: 28/5/2021; Hoàn thành phản biện: 30/6/2021; Ngày nhận đăng: 14/7/2021 66 HỒ THỊ BẢO GIANG và cs. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Tổng hợp vật liệu nano spinel ZnFe2O4 - Hòa tan 20 mL dung môi bằng 40 mL nước cất, khuấy đều bằng máy khuấy từ với tốc độ 750 vòng/ phút cho đến khi dung môi tan hết. Cho 2,97 gam Zn(NO3)2.6H2O, 8,08 gam Fe(NO3)3.9H2O vào, nhỏ từ từ 40 mL NaOH 2 M vào hỗn hợp, khuấy đều trong 1 h, sau đó cho toàn bộ hỗn hợp vào bình teflon. Đặt bình teflon vào autoclave, đậy thật kín và cho vào tủ sấy ở những nhiệt độ và thời gian xác định. - Sau khi thủy nhiệt, autoclave được để nguội một cách tự nhiên đến nhiệt độ phòng, lọc kết tủa đen thu được rồi rửa nhiều lần bằng nước cất đến khi dịch lọc có pH  7. Sản phẩm thu được sấy khô ở 80oC, sau đó nung ở các nhiệt độ khác nhau trong 4 h. Vật liệu spinel ZnFe2O4 được tổng hợp với sự thay đổi các điều kiện như sau: - Thời gian thủy nhiệt: cố định nhiệt độ thủy nhiệt 120°C, nhiệt độ nung 500°C, dung môi CTAB, thay đổi thời gian thủy nhiệt 6 h, 12 h, 24 h và 36 h. - Nhiệt độ thủy nhiệt: cố định thời gian thủy nhiệt 24 h, nhiệt độ nung 500°C, dung môi CTAB, thay đổi nhiệt độ thủy nhiệt 80ºC, 100°C, 120°C, 130°C. - Nhiệt độ nung: cố định thời gian thủy nhiệt 24 giờ, nhiệt độ thủy nhiệt 120°C, dung môi CTAB, thay đổi nhiệt độ nung 450ºC, 500ºC, 550ºC, 600ºC. - Dung môi: cố định thời gian thủy nhiệt 24 giờ, nhiệt độ thủy nhiệt 120°C, nhiệt độ nung 500ºC, thay đổi dung môi lần lượt là isopropanol, ethylene glycol, glycerol, CTAB. Thành phần pha của vật liệu được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (D8 o Advanced Bucker, Đức) với tia phát xạ CuKα CuK có bước sóng = 1,5406 A , công suất 40kV, góc quét từ 10 đến 80°. Các dao động của liên kết được đo trên máy FT-IR 8010 M (Shimadzu) với bước sóng từ 4000 - 500 cm-1. 2.2. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của vật liệu Quá trình tiến hành thí nghiệm: Cho 0,05 g vật liệu ZnFe2O4 vào 200 mL dung dịch Rhodamine B (RhB) 10 mg/L, khuấy từ với tốc độ 500 vòng/phút ở nhiệt độ 30 C trong bóng tối trong thời gian 30 phút để đạt được sự cân bằng hấp phụ và sự phân tán đồng đều của các hạt xúc tác. Sau đó cho thêm chính xác 1,0 mL H2O2 nồng độ 30% vào hỗn hợp và khuấy liên tục ngoài ánh sáng nhìn thấy. Sau những khoảng thời gian xác định (15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút), dùng pipet lấy 5 mL dung dịch đem ly tâm lấy phần lỏng, xác định nồng độ còn lại của RhB bằng phương pháp UV-Vis ở các thời gian đó. Nồng độ RhB được xác định theo định luật Beer – Lambert ở bước sóng  = 553 nm và được tính theo phương trình đường chuẩn y = 0,0914.x – 0,0048 (R2 = 0,99) (y: mật độ quang, x: nồng độ RhB (mg/L)) Hiệu suất phân hủy RhB được tính theo công thức sau: NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN HỦY RHODAMINE B... 67 ...