Tổng hợp vật liệu Bi2Sn2O7/CoFe2O4 bằng phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng và hoạt tính quang xúc tác

Vật liệu tổ hợp Bi2Sn2O7/CoFe2O4 được tổng hợp thành công bằng phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng. Vật liệu Bi2Sn2O7/CoFe2O4 đã được khảo sát các tính chất trên các thiết bị nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), phổ khuếch tán phản xạ UV-Vis (DRS) và từ kế mẫu rung (VSM).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp vật liệu Bi2Sn2O7/CoFe2O4 bằng phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng và hoạt tính quang xúc tácJOURNAL OF SCIENCE OF HNUENatural Sci. 2017, Vol. 62, No. 3, pp. 3-9This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vnDOI: 10.18173/2354-1059.2017-0001TỔNG HỢP VẬT LIỆU Bi2Sn2O7/CoFe2O4 BẰNG PHƯƠNG PHÁPHÓA HỖ TRỢ VI SÓNG VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁCPhạm Khắc Vũ, Vũ Hoài Thương, Đặng Trung Đức, Nguyễn Đăng Phú,Lục Huy Hoàng và Nguyễn Văn HùngKhoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà NộiTóm tắt. Vật liệu tổ hợp Bi2Sn2O7/CoFe2O4 được tổng hợp thành công bằng phương pháphóa hỗ trợ vi sóng. Vật liệu Bi2Sn2O7/CoFe2O4 đã được khảo sát các tính chất trên các thiết bịnhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), phổkhuếch tán phản xạ UV-Vis (DRS) và từ kế mẫu rung (VSM). Kết quả cho thấy vật liệu tổhợp Bi2Sn2O7/CoFe2O4 không những có khả năng quang xúc tác tốt của Bi2Sn2O7 mà còn cótính chất từ của CoFe2O 4. Hiệu suất quang xúc tác của vật liệu tổ hợp Bi2Sn2O7/CoFe2O 4 phânhủy Rhodamine B (RhB) đạt tới 94 % sau 180 phút chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy. Sau khi phânhủy RhB, các vật liệu Bi2Sn2O7/CoFe2O4 có thể dễ dàng thu hồi lại bằng từ trường bên ngoài.Từ khóa: Tổ hợp Bi2Sn2O7/CoFe2O4, hoạt tính quang xúc tác, phân hủy Rhodamine B.1.Mở đầuChất quang xúc tác hoạt động dưới ánh sáng nhìn thấy là phương tiện hữu hiệu xử lí môitrường để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước đã thu hút được sự quan tâm mạnh mẽ [1-3].Bi2Sn2 O7 được quan tâm nhiều hơn vì các tính chất đặc biệt của nó dùng để tách O2 và phân hủycác chất ô nhiễm hữu cơ dưới ánh sáng khả kiến [4-7]. Trong ứng dụng thực tế, hai vấn đề quantrọng của chất quang xúc tác là hiệu quả xúc tác và phân tách các chất xúc tác để thu hồi tái chế [8, 9].Các vật liệu Bi2Sn2O7 có hoạt tính quang xúc tác cao với kích thước nano dễ dàng được phân tántrong nước, nhưng sau phản ứng khó có thể tách ra và thu hồi lại, mà có thể gây ô nhiễm thứ cấp.Tuy nhiên, việc tách các hạt nano bằng từ là một phương án thuận tiện để giải quyết vấn đề này.Các chất xúc tác có từ tính có thể dễ dàng được thu hồi thông qua một từ trường ngoài. Vật liệu tổhợp kết hợp những ưu điểm của hoạt tính quang xúc tác cao với việc thu hồi dễ dàng bằng từ tínhđã được một số tác giả công bố [10-12].Yếu tố quan trọng cần được xem xét là trong chế tạo vật liệu tổ hợp quang xúc tác, từ tínhcủa vật liệu phải ổn định trong dung dịch phản ứng dưới ánh sáng chiếu xạ. Cobalt ferrite (CoFe2O4 )đã được nghiên cứu rộng rãi vì hiệu suất từ điện cao, ổn định hóa học và cấu trúc, độ cứng cơ họccao [13]. Những năm gần đây các vật liệu tổ hợp như TiO2/CoFe2O4, BaFe12O19/CoFe2O4 đã đượctổng hợp và chúng có thể được tách ra khỏi dung dịch sau phản ứng quang xúc tác [14, 15].Ngày nhận bài: 23/2/2017. Ngày nhận đăng: 24/3/2017.Tác giả liên hệ: Nguyễn Văn Hùng, e-mail: hung.nv@hnue.edu.vn3Phạm Khắc Vũ, Vũ Hoài Thương, Đặng Trung Đức, Nguyễn Đăng Phú, Lục Huy Hoàng và Nguyễn Văn HùngTrong bài báo này chúng tôi sử dụng phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng để chế tạo tổ hợpBi2Sn2 O7/CoFe2O4. Khảo sát tỉ phần các thành phần trong vật liệu tổ hợp ảnh hưởng lên cấu trúc,độ rộng vùng cấm, hoạt tính quang xúc tác với RhB và tính chất từ của chúng. Kết quả cho thấy tổhợp Bi2Sn2O7 /CoFe2O4 có hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB cao dưới ánh sáng khả kiến vàcó từ tính mạnh nhằm mục đích thu hồi tái sử dụng.2.Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm2.1.1. Tổng hợp vật liệu tổ hợp Bi2Sn2O7/CoFe2O4* Chế tạo hạt nano từ CoFe2O4Hòa tan tương ứng 4,04 g Fe(NO3)3.9H2O và 10,6 g Co(NO3)2.6H2O trong mỗi 50 mL nước cất.Dung dịch Co(NO3)2 được nhỏ chậm từng giọt một vào dung dịch Fe(NO3)3 đang được khuấy từmạnh ta thu được dung dịch A. Lấy 20 mL dung dịch amoniac (ammonia - NH3 25 - 28%) hòavào 20 mL nước cất sau đó nhỏ vào dung dịch A.* Quy trình chế tạo bằng hỗ trợ vi sóngDung dịch được chuyển vào bình thủy tinh trong lò vi sóng. Quá trình đốt nóng bằng sóng viba được tiến hành trong 20 phút với công suất 750 W. Dung dịch được để nguội tự nhiên về nhiệtđộ phòng. Sau đó dung dịch được li tâm để thu hồi chất kết tủa, sản phẩm được rửa sạch bằngnước cất và cồn tuyệt đối để loại bỏ tạp chất. Sản phẩm được nung ở 600 oC trong 6 giờ thì thuđược hạt nano từ CoFe2O4.* Chế tạo Bi2Sn2O7Hòa tan tương ứng 4,85 g Bi(NO3)3.5H2 O và 3,51 g SnCl4.5H2O trong mỗi 50 mL nước cất.Hai dung dịch được hòa tan dưới tác dụng của khuấy từ ta thu được dung dịch B. Hỗn hợp đượckhuấy từ 10 phút và điều chỉnh độ pH = 12 bằng dung dịch NaOH. Tiếp tục tiến hành theo quytrình chế tạo bằng hỗ trợ vi sóng sẽ nhận được vật liệu Bi2Sn2O7.Bảng 1. Khối lượng các hóa chất dùng để tạo vật liệu tổ hợp với các tỉ phần khác nhauKí hiệu mẫuKhối lượngCoFe2 O4 (g)Khối lượngBi2Sn2O7 (g)Tỉ lệ khối lượngCoFe2 O4/Bi2Sn2O7BSO-2.5 CFO0,0963,842,5 %BSO-5 CFO0,1923,845%BSO-7.5 CFO0,2883,847,5 %BSO-10 CFO0,3843,8410 % ...