Tuy nhiên, khi pH dung dịch tiếp tục tăng (pH=9), hiệu suất phân hủy MB
giảm nhẹ. Điều này có thể lí giải là: thứ nhất ZnO có tính lưỡng tính, ZnO bị hòa
tan trong môi trường axit và bazơ mạnh. Tại pH =9, môi trường bazơ yếu tuy chưa
đủ để có thể hòa tan ZnO nhưng có thể ảnh hưởng đến tính chất của ZnO. Thứ
hai, vật liệu CZCT4 có khả năng hấp phụ mạnh các hợp chất hữu cơ (do trong vật
liệu có các ống nano cacbon đa lớp-MWCNTs). Tại pH = 9 (pH dung dịch lớn
hơn pHz của CZCT4), bề mặt vật liệu tích điện âm, nên làm tăng khả năng hấp
phụ các phân tử MB lên bề mặt vật liệu. Sự hấp phụ mạnh các phân tử MB có thể
gây nên hiệu ứng chắn sáng, cản trở quá trình hấp thu photon ánh sáng của vật
liệu. Hai lí do trên đây có thể là nguyên nhân dẫn đến sự giảm hiệu quả quang xúc
tác của vật liệu khi pH ≥ 9. Như vậy, pH =8 được lựa chọn để thực hiện các thí
nghiệm tiếp theo
145 trang |
Chia sẻ: tueminh09 | Ngày: 24/01/2022 | Lượt xem: 645 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Mn, Ce, C và đánh giá khả năng quang oxi hóa của chúng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
nhanh nhất. Khi tăng khối lượng xúc tác từ 0,01 đến
0,05g (khối lượng xúc tác tăng 5 lần) tốc độ phản ứng tăng gần 5 lần. Tuy nhiên,
khi tiếp tục tăng khối lượng xúc tác lên 0,1 gam (tăng 2 lần) thì tốc độ phản ứng
tăng xấp xỉ 1,7 lần. Điều này cho thấy rằng, khi hàm lượng xúc tác là 0,1g/l, đã
có sự dư thừa xúc tác nên gây ra hiệu ứng chắn sáng do các hạt dư thừa che phủ
một phần tổng bề mặt nhạy quang của xúc tác. Do đó, làm giảm tốc độ phản ứng
so với ban đầu. Theo Jean-Marie Herrmann [120, 121], trong hệ phản ứng quang
xúc tác, tốc độ đầu của phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ ban đầu của xúc tác cũng
0
20
40
60
80
100
0 30 60 90 120H
iệ
u
s
u
ất
p
h
ân
h
ủ
y
M
B
(
%
)
Thời gian (phút)
0,1g
0,05g
0,01g
0g
99
giống như các hệ phản ứng xúc tác khác. Tuy nhiên, khi hàm lượng xúc tác vượt
lên một giá trị giới hạn nào đó thì tốc độ phản ứng giảm và không còn phụ thuộc
vào nồng độ của xúc tác. Giá trị giới hạn này phụ thuộc vào bản chất của chất xúc
tác và điều kiện phản ứng. Giá trị giới hạn này tương ứng với hàm lượng có giá
trị cực đại của xúc tác, sao cho toàn bộ bề mặt xúc tác được chiếu sáng. Từ kết
quả này, hàm lượng xúc tác 0,05g được lựa chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp
theo.
Bảng 3.12. Hằng số tốc độ phản ứng quang xúc tác với khối lượng xúc tác
khác nhau.
Khối lượng xúc tác
(gam)
0,01 0,05 0,1
Tốc độ phản ứng
(phút-1)
3,58.10-3 17,5.10-3 29,8.10-3
3.3.4.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình xử lí MB.
Quá trình quang xúc tác trên bề mặt oxit kim loại cũng phụ thuộc vào yếu tố
pH của dung dịch. pH của dung dịch ảnh hưởng đến kích thước tổ hợp, diện tích
bề mặt và thế oxi hóa khử của các biên vùng năng lượng của xúc tác. Trong thí
nghiệm này, ảnh hưởng của pH đến hiệu quả quang xúc tác của vật liệu được khảo
sát tại các giá trị pH 4, 5, 6, 7, 8, 9. Sự thay đổi pH được điều chỉnh bằng dung
dịch HCl 0,1M hoặc NaOH 0,1M. Sở dĩ, khoảng pH khảo sát được lựa chọn như
vậy bởi vì tại các giá trị pH thấp hơn hoặc cao hơn, tức môi trường dung dịch
phản ứng có tính axit mạnh hoặc bazơ mạnh có thể làm biến đổi MB và ảnh hưởng
đến tính chất của ZnO, do đó ảnh hưởng đến kết quả thực nghiệm. Kết quả khảo
sát thể hiện ở hình 3.63 và bảng 3.13.
Kết quả hình 3.63 cho thấy, hiệu quả phân hủy MB tăng khi tăng pH dung
dịch tăng. Hiệu quả phân hủy MB tại pH bằng 8 là cao nhất, đạt trên 90%. Tuy
nhiên khi pH dung dịch tiếp tục tăng thì hiệu quả phân hủy MB có sự giảm nhẹ
(xấp xỉ 89%). MB là thuốc nhuộm cation, khi hòa tan trong nước phân ly thành
cation MB+. Tùy theo đặc tính tích điện của bề mặt vật liệu mà MB bị hấp phụ lên
100
bề mặt vật liệu nhiều hay ít. Nếu bề mặt vật liệu tích điện dương, cùng dấu với
ion MB+ thì khả năng hấp thụ MB lên bề mặt vật liệu giảm do tương tác đẩy của
các ion cùng dấu. Và ngược lại, nếu bề vật liệu tích điện âm thì MB dễ dàng bị
hấp phụ lên bề mặt của vật liệu do tương tác hút của các ion trái dấu [122].
Hình 3.63. Hiệu quả phân hủy MB của CZCT4 ở pH dung dịch khác nhau (a)
trong 150 phút và (b) sau 120 phút.
Trong mục 3.3.2, pHz của vật liệu CZCT4 được xác định xấp xỉ 7,98. Như
vậy khi pH dung dịch thấp hơn 7,98 bề mặt vật liệu mang điện tích dương, nên
khả năng hấp phụ MB lên bề mặt vật liệu trở nên khó khăn do bề mặt vật liệu và
ion MB+ mang điện tích cùng dấu, vì thế hiệu suất phân hủy MB của vật liệu dưới
ánh sáng nhìn thấy ở pH = 4 là thấp nhất. Khi pH dung dịch tăng, hiệu suất phân
hủy MB tăng lên, đặc biệt tại pH = 8 hiệu suất phân hủy MB của vật liệu là cao
0
20
40
60
80
100
0 30 60 90 120 150
H
iệ
u
s
u
ất
p
h
ân
h
ủ
y
(
%
)
Thời gian (phút)
pH=4
pH=5
pH=6
pH=7
pH=8
pH=9
78
80
82
84
86
88
90
92
pH=4 pH=5 pH=6 pH=7 pH=8 pH=9
82,9
84,9
86,4
87,7
90,2
88,9
H
iệ
u
s
u
ất
p
h
ân
h
ủ
y
(%
)
(b)
(a)
101
nhất. Tuy nhiên, khi pH dung dịch tiếp tục tăng (pH=9), hiệu suất phân hủy MB
giảm nhẹ. Điều này có thể lí giải là: thứ nhất ZnO có tính lưỡng tính, ZnO bị hòa
tan trong môi trường axit và bazơ mạnh. Tại pH =9, môi trường bazơ yếu tuy chưa
đủ để có thể hòa tan ZnO nhưng có thể ảnh hưởng đến tính chất của ZnO. Thứ
hai, vật liệu CZCT4 có khả năng hấp phụ mạnh các hợp chất hữu cơ (do trong vật
liệu có các ống nano cacbon đa lớp-MWCNTs). Tại pH = 9 (pH dung dịch lớn
hơn pHz của CZCT4), bề mặt vật liệu tích điện âm, nên làm tăng khả năng hấp
phụ các phân tử MB lên bề mặt vật liệu. Sự hấp phụ mạnh các phân tử MB có thể
gây nên hiệu ứng chắn sáng, cản trở quá trình hấp thu photon ánh sáng của vật
liệu. Hai lí do trên đây có thể là nguyên nhân dẫn đến sự giảm hiệu quả quang xúc
tác của vật liệu khi pH ≥ 9. Như vậy, pH =8 được lựa chọn để thực hiện các thí
nghiệm tiếp theo.
Dung dịch MB trước và sau khi phản ứng quang hóa được kiểm tra chỉ số
COD để xác định hàm lượng chất hữu cơ có trong dung dịch và mức độ khoáng
hóa MB sau phản ứng quang xúc tác. Đây là thông số quan trọng để đánh giá khả
năng phân hủy MB của vật liệu dưới ánh sáng nhìn thấy.
Thí nghiệm xác định chỉ số COD của dung dịch MB 15 mg/l trước và sau
phản ứng quang xúc tác sử dụng xúc tác CZCT4, dưới ánh sáng đèn Osram. Kết
quả, chỉ số COD của dung dịch MB trước và sau phản ứng lần lượt là 367,51 và
13,35 sau 150 phút phản ứng (COD giảm trên 96%). Kết quả này chứng tỏ, sự
giảm nồng độ dung dịch MB là do quá trình quang xúc tác phân hủy MB của vật
liệu dưới ánh sáng khả kiến và hiệu quả phân hủy MB của xúc tác dưới ánh sáng
nhìn thấy rất cao – trên 96% MB sau 150 phút.
3.3.4.4. Kiểm tra khả năng tái sử dụng của vật liệu.
Khả năng tái sử dụng là một trong những yếu tố rất quan trọng khi quyết
định chọn lựa một loại vật liệu để phục vụ cho mục đích kinh tế và bảo vệ môi
trường. Vật liệu CZCT4 sau phản ứng quang xúc tác, được rửa lại nhiều lần bằng
nước cất, sấy khô ở 90oC trong 12 giờ, tiếp tục được tái sử dụng và kiểm tra cấu
trúc cũng như thành phần pha tinh thể. Kết quả tái sử dụng của vật liệu CZCT4
102
thể hiện ở hình 3.64a. Kết quả này cho thấy, sau mỗi lần tái sử dụng, hiệu quả
phân hủy MB có giảm nhẹ, tuy nhiên sau bốn lần tái sử dụng, hiệu quả phân hủy
MB vẫn đạt trên 85% (hình 3.64a). Giản đồ XRD của CZCT4 (hình 3.64b) cũng
cho thấy vật liệu có cấu trúc và thành phần pha không thay đổi sau 4 lần sử dụng.
Chứng tỏ, khả năng tái sử của vật liệu CZCT4 khá cao và ổn định. Đây là kết quả
khả quan để có thể sử dụng vật liệu nano composit CZCT4 ứng dụng vào thực tế
cho mục đích xử lí các chất màu hữu cơ trong nước dưới ánh sáng khả kiến.
Hình 3.64. (a) Hiệu suất phân hủy MB của vật liệu CZCT4 sau 4 lần tái sử dụng,
(b) giản đồ XRD của CZCT4 sau 4 lần tái sử dụng.
3.3.4.5. Cơ chế phản ứng phân hủy MB của vật liệu composit CZCT.
Cơ chế phản ứng phân hủy chất màu hữu cơ nói chung và phân hủy MB nói
riêng bao gồm các bước như: quá trình hấp phụ và giải hấp phụ, quá trình sinh
cặp electron và lỗ trống, quá trình tái kết hợp electron và lỗ trống và các phản ứng
70
75
80
85
90
95
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4
92,3 91,7 90,3
85,4
H
iệ
u
s
u
ất
p
h
ân
h
ủ
y
M
B
(%
)
(a)
0
200
400
600
800
1000
1200
20 30 40 50 60 70
C
ư
ờ
n
g
đ
ộ
Góc 2 theta (độ)
(b)
103
hóa học [123]. Trên cơ sở kết quả xử lí MB theo phương pháp đo quang và COD,
quá trình phân hủy MB của vật liệu quang xúc tác CZCT4 được mô tả bởi hình
(3.65) và các giai đoạn như sau:
Hình 3.65. Mô tả cơ chế phân hủy MB của vật liệu CZCT4.
Đầu tiên, các chất phản ứng (MB, chất màu hữu cơ) bị hấp phụ lên bề mặt
vật liệu CZCT4. MWCNTs có khả năng hấp phụ rất tốt nên vật liệu CZCT4 hấp
phụ mạnh các chất hữu cơ lên bề mặt. Bên cạnh đó, CZCT có năng lượng vùng
cấm 2,4 eV đối với vật liệu CZCT4 nên có khả năng hấp thụ các photon khi được
chiếu sáng bởi ánh sáng nhìn thấy có bước sóng λ ≤ 517nm. Các electron vùng
hóa trị của vật liệu hấp thu các photon và di chuyển lên vùng dẫn, đồng thời để lại
các lỗ trống quang sinh ℎ𝑉𝐵
+ ở vùng hóa trị.
CZCT4 + hν → CZCT4 (𝑒𝐶𝐵
− + ℎ𝑉𝐵
+ )
Các 𝑒𝐶𝐵
− và ℎ𝑉𝐵
+ chính là tác nhân dẫn đến các quá trình hóa học xảy ra,
bao gồm quá trình oxi hóa đối với lỗ trống quang sinh và quá trình khử đối với
các electron quang sinh. Khả năng khử và oxi hóa của 𝑒𝐶𝐵
− và ℎ𝑉𝐵
+ là rất cao so với
các tác nhân oxi hóa khử đã biết đến trong hóa học. Các electron quang sinh có
khả năng khử từ +0,5 đến -1,5 V và các lỗ trống quang sinh có khả năng oxi hóa
từ +1,0 đến 3,5 V [123].
Trong ZnO, thế mức thấp nhất của vùng dẫn (-0,5 V) âm hơn so với thế của
O2/
.O2
- (-0,33 V), do đó, các gốc anion superoxit .O2- có thể được tạo ra bởi các
104
electron quang sinh khi tác dụng với oxi trên bề mặt ZnO. Ngược lại, thế mức cao
nhất của vùng hóa trị (+ 2,7 V) dương hơn so với thế của HO./ H2O (+2,53 V), do
đó các phân tử nước có thể bị oxy hóa bởi các lỗ trống quang sinh để hình thành
các gốc tự do hydroxyl HO. [77]. Các electron quang sinh (𝑒𝐶𝐵
− -) có thể bị “bẫy”
bởi O2 hấp phụ trên bề mặt hoặc các “tác nhân bẫy” để tạo thành các gốc .O2- như
ion Ce+4 và các MWCNTs [31, 75] để tạo thành các gốc .O2-.
𝑒𝐶𝐵
− + O2 →
.O2
- (3.7)
𝑒𝐶𝐵
− + Ce4+ → Ce3+ (3.8)
O2 + Ce
3+ → Ce4+ + .O2- (3.9)
Cùng lúc đó, h+ trong vùng hóa trị của C/Ce-ZnO kết hợp với các phân tử
nước hình thành các gốc .OH.
H2O + ℎ𝑉𝐵
+ → HO. + H+ (3.10)
HO- + (ℎ𝑉𝐵
+ ) → HO. (3.11)
Quá trình tái kết hợp của 𝑒𝐶𝐵
− và ℎ𝑉𝐵
+ , ngay bên trong CZCT cũng xảy ra làm
giảm hoạt tính quang xúc tác nó.
𝑒𝐶𝐵
− + ℎ𝑉𝐵
+ → CZCT + Q (3.12)
Nhưng chính các tác nhân “bẫy” điện tử như ion Ce+4 và các MWCNTs đã
góp phần hạn chế quá trình tái tổ hợp này, đồng thời tạo ra các gốc .O2-.
Các gốc trung gian .O2-, .OH - đóng vai trò rất quan trọng trong việc phân
hủy các chất hữu cơ. Đặc biệt gốc tự do .OH - là tác nhân oxi hóa rất mạnh, không
chọn lọc, và có khả năng oxi hóa hầu hết các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các
sản phẩm vô cơ.
HO. + MB (chất hữu cơ) → sản phẩm phân hủy + CO2 và H2O (3.13)
.O2
- + MB (chất hữu cơ) → sản phẩm phân hủy + CO2 và H2O (3.14)
Như vậy, sự tăng cường hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composit CZCT
chính là sự kết hợp của các yếu tố như: tăng cường hấp thu quang vùng ánh sáng
nhìn thấy, tăng cường tính chất hấp phụ, thu hẹp năng lượng vùng cấm và hạn chế
quá trình kết hợp của các electron và lỗ trống quang sinh. MWCNTs có diện tích
bề mặt lớn và khả năng hấp phụ các chất hữu cơ rất tốt nên đã tăng cường tính
105
chất hấp phụ của vật liệu. Ngoài ra, MWCNTs có thể đóng vai trò như là chất
nhạy quang, hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và chuyển các elcectron quang sinh lên
vùng dẫn [31]. Sự pha tạp Ce và C đã gia tăng các khuyết tật mạng tinh thể, thu
hẹp năng lượng vùng cấm và tăng cường khả năng hấp thu quang của ZnO sang
vùng ánh sáng khả kiến. Các ion xeri là những tác nhân “bẫy” điện tử hiệu quả,
tách biệt điện tử và lỗ trống ở bề mặt, hạn chế quá trình tái kết hợp của chúng, do
đó làm tăng hiệu quả của quá trình chuyển điện tích tới chất phản ứng, và tăng tốc
độ phản ứng quang xúc tác. Chính vì thế, vật liệu composit CZCT cho hiệu quả
quang xúc tác rất tốt dưới ánh sáng khả kiến, đặc biệt là ánh sáng mặt trời (mô
phỏng - mục 3.3.4.6).
3.3.4.6. Thực hiện phản ứng quang xúc tác phân hủy MB của CZCT4 trên thiết
bị mô phỏng ánh sáng mặt trời.
Hình 3.66. Hiệu quả phân hủy MB của CZCT4 dưới ánh sáng mặt trời
mô phỏng trong 120 phút.
Quá trình quang xúc tác cũng phụ thuộc vào nguồn sáng, tức phụ thuộc vào
bước sóng và cường độ bức xạ của nguồn sáng. Trong thí nghiệm này, phản ứng
quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu CZCT4 được thực hiện dưới ánh sáng
mặt trời mô phỏng của thiết bị Ace Glass Incoporated (Mỹ). Dung dịch phản ứng
bao gồm 0,05g vật liệu CZCT4 trong 250 ml dung dịch MB 20 mg/l (tương đương
100 ml MB 50 mg/l) được điều chỉnh pH = 8. Đầu tiên, hỗn hợp phản ứng được
0
1
2
3
4
400 500 600 700 800
Đ
ộ
h
ấp
t
h
u
Bước sóng (nm)
0 phút
15 phút
30 phút
45 phút
60 phút
120 phút
106
khuấy trong bóng tối 90 phút, rồi lấy 4ml dung dịch đem li tâm tách chất rắn và
đo mật độ quang. Sau đó, chiếu sáng hỗn hợp phản ứng, sau những khoảng thời
gian phản ứng, lấy 4 ml dung dịch đem li tâm tách chất rắn và đo mật độ quang
cho đến khi dung dịch mất màu hoàn toàn. Kết quả thu được ở hình 3.66.
Hình 3.66 cho thấy, trong 120 phút dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời
(mô phỏng) và CZCT4, MB bị phân hủy gần như hoàn toàn (trên 95%). Kết quả
này cho thấy vật liệu composit CZCT4 có hoạt tính quang xúc tác rất cao dưới
ánh sáng mặt trời (mô phỏng).
Vật liệu CZCT4 có Eg = 2,4 eV, có nghĩa rằng vật liệu có khả năng hấp thu
ánh sáng có λ ≤ 517 nm và cho hiệu quả quang xúc tác. Trong thí nghiệm này,
bức xạ nguồn sáng được mô phỏng theo ánh sáng mặt trời (từ thiết bị quang xúc
tác Ace photochemical UV power supplies & mercury vapor lamps - Mỹ), nên
bức xạ bao gồm cả vùng uv và vùng vis, vì thế sẽ cho hiệu quả quang xúc tác ở
cả vùng uv lẫn vùng vis. So sánh hiệu quả phân hủy MB của vật liệu này với
nguồn sáng từ đèn Osram (90,22% MB phân hủy sau 120 phút chiếu sáng đối với
phản ứng bao gồm 100 ml dung dịch MB 15 mg/l và 0,05 gam CZCT4) chứng tỏ
thêm rằng nguồn sáng (bức xạ) ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác của vật
liệu. Và vật liệu composit CZCT4 có khả năng ứng dụng tốt trong việc loại bỏ
chất màu hữu cơ dưới ánh sáng mặt trời.
Dung dịch MB (50mg/l) trước và sau khi phản ứng quang hóa được kiểm
tra chỉ số COD để xác định hàm lượng chất hữu cơ có trong dung dịch. Kết quả,
chỉ số COD của dung dịch MB trước và sau phản ứng lần lượt là 1136 và 38,5 sau
120 phút phản ứng (COD giảm trên 96%). Kết quả này một lần nữa chứng tỏ MB
đã bị phân hủy sau phản ứng và hiệu quả phân hủy MB của xúc tác dưới mặt trời
(mô phỏng) rất tốt – trên 96% sau 120 phút đối với 0,05g xúc tác trong 100 ml
dng dịch MB 50 mg/l.
Kết luận: Đã tổng hợp thành công vật liệu nano composit C,Ce-
ZnO/MWCNTs (CZCT) bằng phương pháp thủy nhiệt và khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng phân hủy MB của vật liệu. Đề nghị cơ chế phản ứng quang
107
xúc tác dị thể. Thực hiện phản ứng quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu nano
composit CZCT trên hệ thống thiết bị mô phỏng ánh sáng mặt trời. Kết quả đều
cho thấy, vật liệu nano composit CZCT có hoạt tính quang xúc tác rất tốt dưới ánh
sáng khả kiến, đặc biệt là ánh sáng mặt trời (mô phỏng).
Như vậy, luận án này đã phần nào thực hiện được mục tiêu cũng như kỳ
vọng đã đề ra: tìm kiếm vật liệu quang xúc tác nền ZnO có hoạt tính quang xúc
tác tốt dưới ánh sáng khả kiến, đặc biệt là ánh sáng mặt trời, định hướng ứng dụng
xử lí môi trường.
108
KẾT LUẬN CHUNG
1. Đã khảo sát các điều kiện tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn và ZnO pha tạp
Ce bằng phương pháp đốt cháy và lựa chọn điều kiện phù hợp cho tổng hợp vật
liệu: nhiệt độ nung mẫu 500oC, tỉ lệ mol Mn2+/Zn2+=1%, tỉ lệ mol
PVA/(Zn2++Mn2+) = 2/1, pH dung dịch = 4 và nhiệt độ tạo gel 80oC; điều kiện
phù hợp cho tổng hợp vật liệu Ce-ZnOĐC là: Nhiệt độ nung mẫu 550oC, tỉ lệ mol
Ce3+/Zn2+ 2%, tỉ lệ mol PVA/(Zn2+,Ce3+) =1/1, pH = 3 và nhiệt độ tạo gel 85oC.
Vật liệu Mn-ZnOĐC và Ce-ZnOĐC có cấu trúc đơn pha hexagonal wurtzite của
ZnO, với kích thước nano, dạng hình cầu, có khả năng hấp thu quang vùng ánh
sáng vùng khả kiến. Hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu tăng theo thứ tự
ZnOĐC<Mn-ZnOĐC<Ce-ZnOĐC.
2. Đã khảo sát các điều kiện tổng hợp ZnO pha tạp Mn và ZnO pha tạp Ce
bằng phương pháp thủy nhiệt và lựa chọn điều kiện phù hợp cho tổng hợp vật liệu
Mn-ZnOTN là: Nhiệt độ thủy nhiệt 150oC; tỉ lệ mol NaOH/Zn2+ = 3; tỉ lệ thể tích
(ml) dung môi H/R = 75/75; tỉ lệ mol Mn2+/Zn2+=2% và thời gian phản ứng 24
giờ; điều kiện phù hợp cho tổng hợp vật liệu Ce-ZnOTN là: thời gian thủy nhiệt
24 giờ, nhiệt độ thủy nhiệt 150oC, tỉ lệ mol NaOH/Zn2+ = 6, tỉ lệ mol Ce3+/Zn2+ =
3% và thể tích dung môi 150 ml. Vật liệu Mn-ZnOTN và Ce-ZnOTN có cấu trúc
đơn pha hexagonal wurtzite của ZnO, dạng hình que, kích thước nano, có khả
năng hấp thu ánh sáng vùng khả kiến. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu tăng
theo thứ tự ZnOTN < Mn-ZnOTN < Ce-ZnOTN. Phương pháp thủy nhiệt được
lựa chọn để tổng hợp các vật liệu C,Mn-ZnO; C,Ce-ZnO và C,Ce-ZnO/MWCNTs
(CZCT).
3. Đã khảo sát các điều kiện tổng hợp vật liệu ZnO đồng pha tạp C,Mn và
ZnO đồng pha tạp C, Ce bằng phương pháp thủy nhiệt. Lựa chọn điều kiện phù
hợp cho tổng hợp vật liệu C,Mn-ZnO là: tỉ lệ mol NaOH/Zn2+= 3, tỉ lệ mol
Mn2+/Zn2+=2%, tỉ lệ mol PVA/Zn2+=10%, tỉ lệ thể tích dung môi (ml) H/R=30/120
và nhiệt độ thủy nhiệt 150oC; điều kiện phù hợp cho tổng hợp vật liệu C, Ce-ZnO
là: tỉ lệ thể tích (ml) dung môi H/R=75/75; tỉ lệ mol NaOH/Zn2+ = 9; tỉ lệ mol
109
PVA/Zn2+ = 10%, tỉ lệ mol Ce3+/Zn2+= 3% và nhiệt độ thủy nhiệt 150oC. Vật liệu
có cấu trúc đơn pha hexagonal wurtzite của ZnO, các hạt có kích thước nanomet,
dạng tựa elip, vật liệu có độ tinh khiết cao và có khả năng hấp thu vùng ánh sáng
khả kiến. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy MB của C,Mn-ZnO gấp 1,3 lần Mn-
ZnO và xấp xỉ 1,5 lần ZnO. Đặc biệt, hằng số tốc độ phản ứng của C,Ce-ZnO gấp
xấp xỉ 2,5 lần Ce-ZnO; 3,6 lần ZnO và 2,4 lần C,Mn-ZnO.
4. Đã tổng hợp thành công vật liệu nano composit Ce,C-ZnO/MWCNTs
(CZCT) bằng phương pháp thủy nhiệt. Đã nghiên cứu đặc trưng tính chất và khảo
sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu CZCT ở các điều kiện khác nhau. Đánh
giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu CZCT dưới ánh sáng mặt trời (mô phỏng).
Kết quả, sau 120 phút phản ứng, dung dịch MB bị phân hủy trên 96% và COD
cũng giảm trên 96% đối với 0,05g vật liệu trong 100 ml dung dịch MB 50 mg/l.
Điều này cho thấy, vật liệu nano composit CZCT có hoạt tính quang xúc tác rất
tốt dưới ánh sáng khả kiến, đặc biệt là ánh sáng mặt trời (mô phỏng) và là vật liệu
quang xúc tác có triển vọng cho ứng dụng xử lí môi trường nước ô nhiễm hợp
chất hữu cơ.
110
ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
1- Lần đầu tiên tổng hợp thành công vật liệu quang xúc tác C,Mn-ZnO, C,Ce-
ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt, khảo sát các điều kiện tổng hợp vật liệu và lựa
chọn điều kiện thích hợp cho tổng hợp vật liệu. Đánh giá vai trò của C,Mn và C,
Ce khi đồng pha tạp vào ZnO cũng như ảnh hưởng của chúng đến đặc trưng tính
chất và hoạt tính quang xúc tác của của vật liệu. Hoạt tính quang xúc tác dưới ánh
sáng khả kiến của những vật liệu này được cao hơn so với vật liệu ZnO không pha
tạp hoặc đơn pha tạp Mn hoặc Ce hoặc C và hoạt tính quang xúc tác của C,Ce
đồng pha tạp ZnO cao hơn đáng kể so với C, Mn đồng pha tạp ZnO.
2- Lần đầu tiên tổng hợp thành công vật liệu nano composit C,Ce-ZnO/MWCNTs
(CZCT). Đánh giá vai trò của C, Ce và MWCNTs trong việc tăng cường hơn nữa
hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano composit CZCT trong vùng ánh sáng
khả kiến. Kết quả, vật liệu nano composit CZCT là xúc tác quang có triển vọng
trong việc phân hủy các chất màu hữu cơ trong nước và trong xử lí môi trường
nước.
111
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
Danh mục các công trình đã công bố có trong luận án.
1. Nguyễn Xuân Dũng, Lưu Thị Việt Hà, Nghiên cứu tổng hợp oxit ZnO pha tạp
Mn kích thước nanomet bằng phương pháp đốt cháy, Tạp chí hóa học, 2013,
51 (2AB), tr 374 – 378.
2. Nguyễn Xuân Dũng, Lưu Thị Việt Hà, Nguyễn Thị Mai Thơ, Phân hủy chất
màu hữu cơ trong nước bằng xúc tác quang ZnO pha tạp Mn kích thước
nanomet, Tạp chí hóa học, 2013, 51 (4AB), tr 85 - 90.
3. Luu Thi Viet Ha, Luu Minh Đai, Dao Ngoc Nhiem, Nguyen Van Cuong,
Enhanced Visible-Light Photocatalytic Activity of C/Ce-Codoped ZnO
Nanoellipsoids Synthesized by Hydrothermal Method, Journal of Electronic
Materials, 2016, 45 (8), pp 4215 – 4220 (SCI).
4. Lưu Minh Đại, Lưu Thị Việt Hà, Đào Ngọc Nhiệm, Tổng hợp vật liệu
nanoelipsoids C/Mn-ZnO với sự tăng cường hoạt tính quang xúc tác dưới ánh
sáng nhìn thấy, Tạp chí hóa học, 2017, 55 (3e12), tr 1-7.
5. Luu Thi Viet Ha, Luu Minh Dai, Dao Ngoc Nhiem, Nguyen Quynh Thao,
Nguyen Van Cuong, Effect of temperature on preparation of nanoelipsoids
C,Ce-codoped ZnO with photocatalytic enhancement under visible light, Tạp
chí hóa học, 2017, 55 (3e12), tr 321- 326.
112
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Chen, C.S., et al., Multi-walled carbon nanotube-supported metal-doped
ZnO nanoparticles and their photocatalytic property. Journal of
Nanoparticle Research, 2012. 15(1): p. 1295.
2. M.M. Khan, S.A.A., D. Pradhan, D.H. Han, J. Lee, M.H. Cho Defect-
induced band gap narrowed CeO2 nanostructures for visible light
activities. Ind. Eng. Chem. Res, 2014. 53: p. 9754– 9763.
3. Cruz AM-dl, M.ı.D.a.C.E., Synthesis and characterization of WO3
nanoparticles prepared by the precipitation method: evaluation of
photocatalytic activity under vis-irradiation. . Solid State Sci 2010. 12: p.
88 – 94.
4. Xu, X., et al., Fabrication of one-dimensional heterostructured
TiO2@SnO2 with enhanced photocatalytic activity. Journal of Materials
Chemistry A, 2014. 2(1): p. 116-122.
5. BK, C.S.a.D., Photocatalytic degradation of model textiles dyes in waste-
water using ZnO as semiconductor catalyst. J Hazard Mater, 2004. 112: p.
269 – 278.
6. QiuR, Z.D., MoY, SongL, BrewerE, HuangXetal, Photocatalytic activity
of polymer-modified ZnO under visible light irradiation. J. Hazard Mater
2007. 156: p. 80–85
7. Yan H, H.J., Fu Z, Yang B, Yang P, Liu K, et al Growth and photocatalytic
properties of one-dimensional ZnO nanostructures prepared by thermal
evaporation. Mater Res Bull 2009. 44: p. 1954 – 1958.
8. Kansal, S.K., M. Singh, and D. Sud, Studies on photodegradation of two
commercial dyes in aqueous phase using different photocatalysts. Journal
of Hazardous Materials, 2007. 141(3): p. 581-590.
9. Z. Wang, Y.L., B. Huang, Y. Dai, Z. Lou, G. Wang, X. Zhang, X. Qin,
Progress on extending the light absorption spectra of photocatalysts. Phys.
Chem. Chem. Phys, 2014. 16(7): p. 2758–2774.
10. S. Dong, J.F., M. Fan, Y. Pi, L. Hu, X. Han, M. Liu, J. Sun Recent
developments in heterogeneous photocatalytic water treatment using
visible light responsive photocatalysts: a review. RSC Adv, 2015. 5: p.
14610–14630.
11. M. Pelaez, N.T.N., S.C. Pillai, M.K. Seery, P. Falaras, A.G. Kontos, P.S.M.
Dunlop, and J.A.B. J.W.J. Hamilton, K. O'Shea, M.H. Entezari, D.D.
Dionysiou, , A review on the visible light active titanium dioxide
photocatalysts for environmental applica- tions. Appl. Catal. B Environ,
2012. 125 p. 331–349.
12. Y. Wang, Q.W., X. Zhan, F. Wang, M. Safdar, J. He, , Visible light driven
type II heterostructures and their enhanced photocatalysis properties: a
review. Nano- scale 2013. 5 (18): p. 8326–8339.
13. Li, J. and N. Wu, Semiconductor-based photocatalysts and
photoelectrochemical cells for solar fuel generation: a review. Catal. Sci.
Technol, 2015. 5 (3): p. 1360–1384.
113
14. Kołodziejczak-Radzimska, A.J., T.; Krysztafkiewicz, A. , Obtaining zinc
oxide from aqueous solutions of KOH and Zn(CH3COO)2. Physicochem.
Probl. Miner. Process, 2010. 44: p. 93-102.
15. Wang, Y.Z., C.; Bi, S.; Luo, G Preparation of ZnO nanoparticles using
the direct precipitation method in a membrane dispersion micro-structured
reactor. Powder Technol, 2010. 202: p. 130-136.
16. Benhebal, H.C., M.; Salomon, T.; Geens, J.; Leonard, A.; Lambert, S.D.;
Crine, M.; Heinrichs, B, Photocatalytic degradation of phenol and benzoic
acid using zinc oxide powders prepared by sol-gel process. Alex. Eng. J,
2013. 52: p. 517‒523.
17. Yue, S.Y., Z.; Shi, Y.; Ran, G, Synthesis of zinc oxide nanotubes within
ultrathin anodic aluminum oxide membrane by sol-gel method. Mater. Lett,
2013. 98: p. 246‒249.
18. Chen, D.C., X.; Cheng, G, Hydrothermal synthesis of zinc oxide powders
with different morphologies. Solid State Commun, 2000. 113: p. 363‒366.
19. Chen, H., et al., Hydrothermally grown ZnO micro/nanotube arrays and
their properties. Nanoscale Res Lett, 2009. 5(3): p. 570.
20. Yildirim, Ö.A.D., C, Synthesis of zinc oxide nanoparticles elaborated by
microemulsion method. J. Alloy. Compd, 2010. 506: p. 944‒949.
21. Aruna, S.T. and A.S. Mukasyan, Combustion synthesis and nanomaterials.
Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2008. 12(3–4): p. 44-
50.
22. Shandilya, M., R. Rai, and J. Singh, Review: hydrothermal technology for
smart materials. Advances in Applied Ceramics, 2016. 115(6): p. 354-376.
23. Byrappa, K. and T. Adschiri, Hydrothermal technology for
nanotechnology. Progress in Crystal Growth and Characterization of
Materials, 2007. 53(2): p. 117-166.
24. Mukasyan, A.S., P. Epstein, and P. Dinka, Solution combustion synthesis
of nanomaterials. Proceedings of the Combustion Institute, 2007. 31(2): p.
1789-1795.
25. Wen, W. and J.-M. Wu, Nanomaterials via solution combustion synthesis:
a step nearer to controllability. RSC Advances, 2014. 4(101): p. 58090-
58100.
26. Morkoç, H. and Ü. Özgür, Doping of ZnO, in Zinc Oxide. 2009, Wiley-
VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. p. 245-275.
27. Waag, A., Electrical Conductivity and Doping, in Zinc Oxide: From
Fundamental Properties Towards Novel Applications. 2010, Springer
Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg. p. 95-119.
28. Fan, J.C., et al., p-Type ZnO materials: Theory, growth, properties and
devices. Progress in Materials Science, 2013. 58(6): p. 874-985.
29. C, K., ZnO: From Basics Towards Applications. J. Phys. Stat. Sol. B, 2007.
244: p. 3 027–3 073.
114
30. Claus Klingshirn, J.F., H. Zhou, J. Sartor, C. Thiele, F. Maier-Flaig, D.
Schneider, and H. Kalt, 65 years of ZnO research – old and very recent
results. Phys. Status Solidi B 2010. No. 6(247): p. 1424–1447.
31. Morasae Samadi, M.Z., Amene Naseri, Elham Khorashadizade, Alireza Z.
Moshfegh Recent progress on doped ZnO nanostructures for visible-light
photocatalysis. Thin Solid Films 2016. 605: p. 2-19.
32. J.M. Coronado, F.F., M.D. Hernández-Alonso, R. Portela, Design of
Advanced Photocatalytic Materials for Energy and Environmental
Applications. 2013, New York: Springer.
33. Fujishima, A. and K. Honda, Electrochemical Photolysis of Water at a
Semiconductor Electrode. Nature, 1972. 238(5358): p. 37-38.
34. C. Klingshirn, J.F., H. Zhou, J. Sartor, C. Thiele, F. Maier-Flaig, D.
Schneider, H. Kalt 65 years of ZnO research — old and very recent results.
Phys. Status Solidi B, 2010. 247: p. 1424–1447.
35. RaoAN, S.a.S., Kinetic studies on the photocatalytic degradation of Direct
Yellow12 in the presence of ZnO Catalyst. JMolCatalA–Chem, 2009. 306:
p. 77-81.
36. MahjoubAR, J.-D.S.a., Investigation of phase transformation and
photocatalytic properties of sol-gel prepare nanostructured ZnO/TiO2
composites. J Alloys Compd, 2009. 486: p. 805–808
37. Alshammari, A.S., et al., Visible-light photocatalysis on C-doped ZnO
derived from polymer-assisted pyrolysis. RSC Advances, 2015. 5(35): p.
27690-27698.
38. Silva, I.M.P., et al., Different dye degradation mechanisms for ZnO and
ZnO doped with N (ZnO:N). Journal of Molecular Catalysis A: Chemical,
2016. 417: p. 89-100.
39. Zhong, J.b., et al., Fabrication of Bi3+-doped ZnO with enhanced
photocatalytic performance. Applied Surface Science, 2012. 258(11): p.
4929-4933.
40. Nishio, J., et al., Photocatalytic decolorization of azo-dye with zinc oxide
powder in an external UV light irradiation slurry photoreactor. Journal of
Hazardous Materials, 2006. 138(1): p. 106-115.
41. Gouvêa, C.A.K., et al., Semiconductor-assisted photocatalytic degradation
of reactive dyes in aqueous solution. Chemosphere, 2000. 40(4): p. 433-
440.
42. Lu, C., et al., Degradation efficiencies and mechanisms of the ZnO-
mediated photocatalytic degradation of Basic Blue 11 under visible light
irradiation. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2009. 310(1): p.
159-165.
43. Pare, B., et al., ZnO assisted photocatalytic degradation of acridine orange
in aqueous solution using visible irradiation. Desalination, 2008. 232(1):
p. 80-90.
44. Milenova, K., et al., Application of activated M/ZnO (M = Mn, Co, Ni, Cu,
Ag) in photocatalytic degradation of diazo textile coloring dye.
115
Environmental Science and Pollution Research, 2014. 21(21): p. 12249-
12256.
45. Şenay Şen Türkyılmaz, N.G., Mahmut Özacar, Photocatalytic efficiencies
of Ni, Mn, Fe and Ag doped ZnO nanostructures synthesized by
hydrothermal method. Journal of Photochemistry and Photobiology A:
Chemistry, 2017. 341: p. 39–50.
46. Pandey, P., R. Kurchania, and F.Z. Haque, Rare earth ion (La, Ce, and Eu)
doped ZnO nanoparticles synthesized via sol-gel method: Application in
dye sensitized solar cells. Optics and Spectroscopy, 2015. 119(4): p. 666-
671.
47. S. Rehman, R.U., A.M. Butt, N.D. Gohar Strategies of making TiO2 and
ZnO vis- ible light active. J. Hazard. Mater, 2009. 170: p. 560–569.
48. C. Wu, L.S., Y.C. Zhang, Q. Huang, Solvothermal synthesis of Cr-doped
ZnO nano- wires with visible light-driven photocatalytic activity. , Mater.
Lett. 65 (2011) 1794–1796. 65 p. 1794–1796.
49. Melkozerova, M.A., et al., Effect of doping with 3d elements (Co, Ni, Cu)
on the intrinsic defect structure and photocatalytic properties of
nanostructured ZnO with tubular morphology of aggregates. Physics of the
Solid State, 2013. 55(12): p. 2459-2465.
50. Wu, C., et al., Influence of Ce doping on structure, morphology, and
photocatalytic activity of three-dimensional ZnO superstructures
synthesized via coprecipitation and roasting processes. Proceedings of the
Institution of Mechanical Engineers, 2015. 229(2): p. 66.
51. Y. Peng, S.Q., W.S. Wang, A.W. Xu, Fabrication of porous Cd-doped ZnO
nanorods with enhanced photocatalytic activity and stability.
CrystEngComm 2013. 15: p. 6518–6525.
52. Y. Yang, Y.L., L. Zhu, H. He, L. Hu, J. Huang, F. Hu, B. He, Z. Ye Shape
control of colloidal Mn doped ZnO nanocrystals and their visible light
photocatalytic properties. Nanoscale 2013. 5: p. 10461–10471.
53. K.C. Barick, S.S., M. Aslam, D. Bahadur Porosity and photocatalytic
studies of transition metal doped ZnO nanoclusters. Microporous
Mesoporous Mater, 2010. 134: p. 195–202.
54. S. Chakma, V.S.M., Investigation in mechanistic issues of sonocatalysis
and sonophotocatalysis using pure and doped photocatalysts. Ultrason.
Sonochem, 2015. 22: p. 287–299.
55. J. Iqbal, X.L., H. Zhu, Z.B. Wu, Y. Zhang, D. Yu, R. Yu, , Raman and
highly ultraviolet red-shifted near band-edge properties of LaCe-co-doped
ZnO nanoparticles. Acta Mater, 2009. 57 p. 4790–4796.
56. G. Thennarasu, A.S., Metal ion doped semiconductor metal oxide nano-
sphere particles prepared by soft chemical method and its visible light
photocata- lytic activity in degradation of phenol. Powder Technol, 2013.
250: p. 1-12.
116
57. Mavrin, B., L. Demyanets, and R. Zakalukin, Raman spectroscopy and
Fermi resonance in Mn-doped ZnO bulk single crystal. Phys Lett A, 2010.
374.
58. Ruh Ullah, J.D., Photocatalytic degradation of organic dyes with
manganese-doped ZnO nanoparticles. Journal of Hazardous Materials,
2008. 156: p. 194-200.
59. A. Dodd, A.M., T. Tsuzuki, M. Saunders, Tailoring the photocatalytic
activity of nanoparticulate zinc oxide by transition metal oxide doping.
Mater. Chem. Phys, 2009. 114: p. 382.
60. B. Shahmoradi, K.N., K. Byrappa, K. Soga, S. Ananda, R. Somashekar, ,,
Enhancement of the photocatalytic activity of modified ZnO nanoparticles
with manganese additive. Res. Chem. Intermed, 2011. 37: p. 329–340.
61. Q. Xiao, L.O., Photocatalytic photodegradation of xanthate over Zn1 −
xMnxO under visible light irradiation. J. Alloys Compd, 2009. 479: p. L4.
62. M.A. Mahmood, S.B., J. Dutta, Enhanced visible light photocatalysis by
manganese doping or rapid crystallization with ZnO nanoparticles. Mater.
Chem. Phys, 2011. 130: p. 531–535.
63. G. Voicu, O.O., B.S. Vasile, E. Andronescu, Photoluminescence and
photocatalytic activity of Mn- doped ZnO nanoparticles. Dig. J.
Nanomater. Bios, 2013. 8: p. 667–675.
64. Wang, Y., et al., Synergistic effect of N-decorated and Mn2+ doped ZnO
nanofibers with enhanced photocatalytic activity. Scientific Reports, 2016.
6: p. 32711.
65. M. Ahmad, E.A., W. Ahmed, A. Elhissi, Z.L. Hong, N.R. Khalid,
Enhancing visible light responsive photocatalytic activity by decorating
Mn-doped ZnO nanoparticles on graphene. Ceram. Int. , 2014. 40: p.
10085–10097.
66. Dar, G.N., et al., Ce-doped ZnO nanorods for the detection of hazardous
chemical. Sensors and Actuators B: Chemical, 2012. 173: p. 72-78.
67. Nanotechnology; Findings from Beihang University Yields New Findings
on Zinc Oxide Nanotechnology (Ce-doped ZnO nanoparticles for efficient
photocatalytic degradation of direct red-23 dye). Nanotechnology Weekly,
2015: p. 67.
68. F. Achouri, S.C., L. Balan, K. Mozet, E. Girot, G. Medjahdi, M.B. Said, A.
Ghrabi, R. Schneider, Mater. Des., 2016. 101: p. 309–316.
69. R. Saleh, N.F.D., Transition-metal-doped ZnO nanoparticles: synthesis,
characterization and photocatalytic activity under UV light. Spectrochim.
Acta, Part A 2014. 130: p. 581–590.
70. R. He, R.K.H., T. Tsuzuki, Local structure and photocatalytic property of
sol–gel synthesized ZnO doped with transition metal oxides. J. Mater. Sci,
2012. 47: p. 3150–3158.
71. N. Kannadasan, N.S., S. Cholan, K. Sathishkumar, G. Viruthagiri, R.
Poonguzhali, The effect of Ce4 + incorporation on structural,
117
morphological and photocatalytic characters of ZnO nanoparticles. Mater.
Charact, 2014. 97: p. 37–46.
72. Nadia Febiana Djaja, R.S., Characteristics and Photocatalytics Activities
of Ce-Doped ZnO Nanoparticles. Materials Sciences and Applications,
2013. 4: p. 145-152.
73. M. Rezaei, A.H.-Y., Simple and large scale refluxing method for
preparation of Ce-doped ZnO nanostructures as highly efficient
photocatalyst. Appl. Surf. Sci, 2013. 265: p. 591–596.
74. M. Rezaei, A.H.-Y., Microwave-assisted preparation of Ce-doped ZnO
nanostructures as an efficient photocatalyst, . Mater. Lett, 2013. 110 p. 53–
56.
75. Javed Iqbal, X.L., Huichao Zhu, Chongchao Pan, Yong Zhang, Dapeng Yu,
and Ronghai Yu, Trapping of Ce electrons in band gap and room
temperature ferromagnetism of Ce4+ doped ZnO nanowires. Journal of
Applied Physics, 2009. 106(8): p. 083515.
76. X. Chen, S.S., L. Guo, S.S. Mao, Semiconductor-based photocatalytic
hydrogen generation. Chem. Rev, 2010. 110: p. 6503–6570.
77. S.M. Lam, J.C.S., A.Z. Abdullah, A.R. Mohamed, Degradation of
wastewaters containing organic dyes photocatalysed by zinc oxide: a
review. Desalin. Water Treat, 2012. 41: p. 131–169.
78. J.J. Macías-Sánchez, L.H.-R., A. Caballero-Quintero, W. De La Cruz, E.
Ruiz- Ruiz, A. Hernández-Ramírez, J.L. Guzmán-Mar, Synthesis of
nitrogen-doped ZnO by sol–gel method: characterization and its
application on visible photocatalytic degra- dation of 2,4-D and picloram
herbicides, . Photochem. Photobiol. Sci, 2015. 14: p. 536–542.
79. S. Sun, X.C., X. Li, Z. Li, Synthesis of N-doped ZnO nanoparticles with
improved photocatalytical activity. Ceram. Int, 2013. 39: p. 5197–5203.
80. Cho, I.S., et al., Codoping titanium dioxide nanowires with tungsten and
carbon for enhanced photoelectrochemical performance. Nature
Communications, 2013. 4: p. 1723.
81. Ren D., J.C., and X. Cheng, Ab initio studies of Nb-N-S tri-doped TiO2 with
enhanced visible light photocatalytic activity. Journal of Solid State
Chemistry, 2016. 238: p. 83-87.
82. Tesfay Welderfael, O.P.Y., Abi M. Taddesse and Jyotsna Kaushal,
Synthesis, Characterization and Photocatalytic Activities of Ag-N-
Codoped ZnO Nanoparticles for Degradation of Methyl Red. Bull. Chem.
Soc. Ethiop, 2013. 27(2): p. 221-232.
83. Atul B. Lavand, Y.S.M., Synthesis, characterization and visible light
photocatalytic activity of carbon and iron modified ZnO. Journal of King
Saud University –Science Letter, 2016.
84. Achamma George, S.K.S., Santa Chawla, M.M. Malik, M.S. Qureshi
Detailed of X-ray diffraction and photoluminescence studies of Ce doped
ZnO nanocrystals. Journal of Alloys and Compounds, 2011. 509: p. 5942-
5946.
118
85. Dhirendra Kumar Sharma, K.K.S., Vipin Kumar, Effect of Ce doping on
the structure, optical and magnetic properties of ZnO nanoparticles.
Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2016. 27(10): p.
10330-10335.
86. Dole, B., et al., Structural studies of Mn doped ZnO nanoparticles. Curr
Appl Phys, 2011. 11(3): p. 762-766.
87. Fu, X.Y. and X.H. Liang, Effect of the Ce-Doped TiO2 on the
Photocatalysis Degradation of MB. Applied Mechanics and Materials,
2013. 320: p. 220.
88. Fukumura, T., et al., An oxide-diluted magnetic semiconductor:Mn-doped
ZnO. Appl Phys Lett, 1999. 75(21).
89. Hao, Y.-M., et al., Structural, optical, and magnetic studies of manganese-
doped zinc oxide hierarchical microspheres by self-assembly of
nanoparticles. Nanoscale Research Letters, 2012. 7(1): p. 100.
90. Lang, J., et al., Effect of Mn doping on the microstructures and
photoluminescence properties of CBD derived ZnO nanorods. Appl Surf
Sci, 2010. 256(11): p. 3365-3368.
91. Lin, X., Y. Zhu, and W. Shen, Synthesis and optical and magnetic
properties of diluted magnetic semiconductor Zn1-xMnxO hollow spherical
structures. J Phys Chem C, 2009. 113(5): p. 1812–1817.
92. Mi, W., et al., Microstructure, magnetic, and optical properties of sputtered
Mn-doped ZnO films with high-temperature ferromagnetism. J Appl Phys,
2007. 101( 2).
93. Nguyễn Thị Tố Loan, N.Q.H., Nghiên cứu khả năng xúc tác phân hủy
phenol đỏ của vật liệu nano ZnO pha tạp Ce và Mn. Tạp chí phân tích Hóa,
Lý và Sinh học -Tập 19, Số 4/2014, 2014. 19(4): p. 39-43.
94. Nguyễn Thị Tố Loan, N.T.V.A., Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnO có
pha tạp Ce bằng phương pháp đốt cháy gel. Tạp chí Hóa học Tập 51 2013.
T.51(6(ABC)): p. 734-738.
95. Hoàng Thị Hương Huế, N.Đ.B., Bùi Thị Ánh Nguyệt, Hoạt tính quang xúc
tác của ZnO và Mn-ZnO được tổng hợp bằng phương pháp đốt cháy. Tạp
chí hóa học, 2015. T. 53(3): p. 301-305
96. Zhao, L., et al., The electronic and magnetic properties of (Mn,C)-codoped
ZnO diluted magnetic semiconductor. Chinese Physics B, 2012. 21(9): p.
097103.
97. Shanthi, S., et al., Room temperature ferromagnetism in Mn, N codoped
ZnO thin films prepared by hydrothermal synthesis. Materials Technology,
2014. 29(1): p. 52-56.
98. Xu, H., et al., Room-temperature ferromagnetism in (Mn, N)-codoped ZnO
thin films prepared by reactive magnetron cosputtering. Appl Phys Lett,
2006. 88.
99. Moshfegh, A.Z., Nanoparticle catalysts. J. Phys. D. Appl. Phys, 2009. 42:
p. 233001–233030.
119
100. Suib, S.L., New and Future Developments in Catalysis: Catalysis by
Nanoparticles. 2013, Amsterdam: Elsevier.
101. A. McLaren, T.V.-S., G. Li, S.C. Tsang Shape and size effects of ZnO
nanocrystals on photocatalytic activity. J. Am. Chem. Soc, 2009. 131: p.
12540–12541.
102. Y. Zheng, C.C., Y. Zhan, X. Lin, Q. Zheng, K. Wei, J. Zhu, Y. Zhu,
Luminescence and photocatalytic activity of ZnO nanocrystals: correlation
between structure and property. Inorg. Chem, 2007. 46: p. 6675–6682.
103. Lee, K.M., et al., Recent developments of zinc oxide based photocatalyst in
water treatment technology: A review. Water Research, 2016.
88(Supplement C): p. 428-448.
104. Takagi, M., Các phương pháp phân tích hóa học. 2010, Thành phố Hồ Chí
Minh: Nhà xuất bản ĐH Quốc gia.
105. Abdullah, P.H.a.A.Z., Kinetics Modeling and Mechanism Study for
Selective Esterification of Glycerol with Lauric Acid Using 12-
Tungstophosphoric Acid PostImpregnated SBA-15. Ind. Eng. Chem. Res,
2015,. 54 (32): p. 7852–7858.
106. Dawei Li, Y.Z., Qinghong Wang, Yingnan Yang, Zhenya Zhang Enhanced
Biohydrogen Production by Accelerating the Hydrolysis of
Macromolecular Components of Waste Activated Sludge Using TiO2
Photocatalysis as a Pretreatment. Journal of Applied Sciences, , 2013. 3:
p. 155– 162.
107. Clair N. Sawyer, P.L.M., Gene F. Parkin, Chemistry for Environmental
Engineering and Science. 2003, New York: McGraw-Hill.
108. Lenore S. Clescerl, A.E.G., Andrew D. Eaton, Standard Methods for
Examination of Water & Wastewater. 20th ed., Washington, DC: American
Public Health Association.
109. Sharma, D.K., et al., Effect of Ce doping on the structural, optical and
magnetic properties of ZnO nanoparticles. Journal of Materials Science:
Materials in Electronics, 2016. 27(10): p. 10330-10335.
110. Jihui Lang, Q.H., Jinghai Yang, Changsheng Li, Xue Li et al, Fabrication
and optical properties of Ce-doped ZnO nanorods J. Appl. Phys, 2010.
107(7).
111. Jung, Y.-I., et al., Visible emission from Ce-doped ZnO nanorods grown by
hydrothermal method without a post thermal annealing process. Nanoscale
Research Letters, 2012. 7(1): p. 43.
112. M.S. Chauhan, R.K., A. Umar, S. Chauhan, G. Kumar, S.W. Hwang, a. Al-
hajry, Utilization of ZnO nanocones for photocatalytic degradation of
Acridine orange Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2011. 11: p.
4061-4066.
113. Cao, X.P., et al., Synthesis of visible-light responsive C, N and Ce co-doped
TiO2 mesoporous membranes via weak alkaline sol-gel process. Journal of
Materials Chemistry, 2012. 22(30): p. 15309-15315.
120
114. Tong Ling Tan, C.W.L., and Sharifah Bee Abd Hamid, Tunable Band Gab
Enegy of Mn-Doped ZnO Nanoparticles Using the Coprecipitation
Technique. Journal of Nanomaterials, 2014. 2014: p. 6.
115. Kołodziejczak-Radzimska, A. and T. Jesionowski, Zinc Oxide—From
Synthesis to Application: A Review. Materials, 2014. 7(4): p. 2833-2881.
116. J. Zhang, J.X., and Z. Ji, J. Mater. Chem, 2012. 22: p. 17700.
117. Muhammad Mohsin Hossain, H.S., Bon-Cheol Ku and Jae Ryang Hahn,
Nanoforests composed of ZnO/C core–shell hexagonal nanosheets:
fabrication and growth in a sealed thermolysis reactor and optical
properties, J Mater Sci 2015. 50: p. 93–103.
118. Cho, S., et al., Carbon-doped ZnO nanostructures synthesized using
vitamin C for visible light photocatalysis. CrystEngComm, 2010. 12(11):
p. 3929-3935.
119. Heri Susanto, S.W., Iis Nurhasanah, Eko Hidayanto, and H. hadiyanto, Ag
Doped ZnO Thin Films Synthesized by Spray Coating Technique for
Methylene Blue Photodegradation under UV Irradiation. International
Journal of Chemical Engineering. 2016: p. 1-6.
120. Herrmann, J.-M., Heterogeneous photocatalysis: fundamentals and
applications to the removal of various types of aqueous pollutants Catalysis
Today 1999. 53: p. 115–129.
121. Herrmann, J.M., Heterogeneous photocatalysis: state of the art and present
applications In honor of Pr. R.L. Burwell Jr. (1912–2003), Former Head
of Ipatieff Laboratories, Northwestern University, Evanston (Ill). Topics in
Catalysis, 2005. 34(1): p. 49-65.
122. Chen, X., et al., Preparation of ZnO Photocatalyst for the Efficient and
Rapid Photocatalytic Degradation of Azo Dyes. Nanoscale Research
Letters, 2017. 12(1): p. 143.
123. Hoffmann, M.R., et al., Environmental applications of semiconductor
photocatalysis. Chem Rev, 1995. 95: p. 69-95.
121
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: GIẢN ĐỒ XRD CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU.
Phụ lục 1.1. Giản đồ XRD của Ce-ZnOĐC với tỉ lệ PVA/(Zn2++Mn2+) khác
nhau.
Phụ lục 1.2. Giản đồ XRD của Ce-ZnOĐC với nhiệt độ tạo gel khác nhau.
122
Phụ lục 1.3. Giản đồ XRD của Ce-ZnOĐC với pH dung dịch khác nhau.
Phụ lục 1.4. Giản đồ XRD của Ce-ZnOTN với tỉ lệ dung môi H/R khác nhau.
Phụ lục 1.5. Giản đồ XRD của Ce-ZnOTN với hàm lượng NaOH khác nhau.
123
Phụ lục 1.6. Giản đồ XRD của Mn-ZnOTN với tỉ lệ dung môi H/R khác nhau.
Phụ lục 1.7. Giản đồ XRD của Mn-ZnOTN với thời gian thủy nhiệt khác nhau.
Phụ lục 1.8. Giản đồ XRD của C, Mn-ZnOTN với tỉ lệ dung môi khác nhau.
Phụ lục 1.9. Giản đồ XRD của C, Mn-ZnOTN với hàm lượng NaOH khác nhau.
124
Phụ lục 1.10. Giản đồ XRD của C,Ce-ZnOTN với tỉ lệ dung môi H/R khác
nhau.
Phụ lục 1.11. Giản đồ XRD của C, Ce-ZnOTN với hàm lượng NaOH khác
nhau.
125
PHỤ LỤC 2. KÍCH THƯỚC TINH THỂ TRUNG BÌNH CỦA MỘT SỐ
VẬT LIỆU TÍNH THEO CÔNG THỨC SCHERRER.
Phụ lục 2.1. Kích thước tinh thể trung bình của Ce-ZnOĐC với nhiệt độ nung,
nhiệt độ tạo gel, pH dung dịch, tỉ lệ mol
PVA
Zn2+,Ce3+
và Ce3+/Zn2+ khác nhau.
Mẫu
nung
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
450oC 0,384 36,097 21,76
550oC 0,400 36,140 20,89
650oC 0,321 36,082 26,03
750oC 0,308 36,14 27,13
850oC 0,246 36,23 33,98
Mẫu
PVA
Zn2+, Ce3+
∆ 2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
1/2 ,295 36,201 28,34
1/1 0,400 36,140 20,89
2/1 0,374 36,243 22,35
4/1 0,313 36,26 26,71
Mẫu
T tạo gel
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
65oC 0,304 36,240 27,50
75 oC 0,286 36,253 29,23
85 oC 0,400 36,140 20,89
95 oC 0,329 36,232 25,41
Mẫu
pH
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
2 0,154 36,226 23,82
3 0,400 36,140 20,89
4 0,319 36,203 26,20
5 0,304 36,242 27,50
Mẫu Ce3+/Zn2+
(mol)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
0,5% 0,324 36,239 25,80
1% 0,321 36,082 26,03
2% 0,400 36,140 20,89
3% 0,374 36,207 22,35
4% 0,391 36,224 21,38
10% 0,409 36,211 20,44
126
Phụ lục 2.2. Kích thước tinh thể của Ce-ZnOTN với thời gian, nhiệt độ thủy
nhiệt, tỉ lệ mol Ce2+/Zn2+, NaOH/Zn2+ và tỉ lệ thể tích (ml) H/R khác nhau.
Mẫu
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
12h 0,531 36,202 15,74
20h 0,219 36,217 38,17
24h 0,234 36,227 35,72
28h 0,223 36,257 37,49
Mẫu
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
90oC 0,437 36,255 38,52
150oC 0,234 36,227 35,72
170oC 0,214 36,243 39,06
190oC 0,185 36,253 45,43
Tỉ lệ mol
(Ce3+/Zn2+)
∆
(2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
1 % 0,217 36,226 38,52
3% 0,234 36,227 35,72
5% 0,225 36,253 37,16
9% 0,215 36,212 38,88
Tỉ lệ
NaOH/Zn2+
(mol)
∆
(2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
3 0,185 36,253 45,19
6 0,234 36,227 35,72
9 0,195 36,229 42,87
12 0,192 36,234 43,54
Dung môi H/R
(ml)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
75/75 0,192 36,249 43,54
0/150 0,234 36,227 35,72
150/0 0,185 36,253 45,19
Phụ lục 2.3. Kích thước tinh thể của Mn-ZnOTN với thời gian, nhiệt độ thủy
nhiệt, tỉ lệ mol Mn2+/Zn2+, NaOH/Zn2+ và tỉ lệ thể tích (ml) H/R khác nhau.
Mẫu
NaOH/Zn2+
(mol)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
1,5 0,211 36,250 39,62
3 0,460 36,242 18,17
6 0,300 36,242 27,87
9 0,274 36,243 30,51
Mẫu
Mn2+/Zn2+
(mol)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
1% 0,426 36,243 19,62
2% 0,46 36,242 18,17
4% 0,397 36,277 21,06
10% 0,344 36,292 24,31
Mẫu
H/R (ml)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
150/0 0,374 36,273 22,35
75/75 0,460 36,242 18,17
0/150 0,378 36,236 22,12
Mẫu
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
16h 0,431 36,284 19,40
24h 0,460 36,242 18,17
28h 0,435 36,236 19,22
Mẫu
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
100oC 0,437 36,255 19,13
150 oC 0,46 36,242 18,17
170 oC 0,293 36,259 28,53
127
Phụ lục 2.4. Kích thước tinh thể của C, Mn-ZnOTN với tỉ lệ mol Mn2+/Zn2+,
PVA/Zn2+, NaOH/Zn2+ và tỉ lệ thể tích (ml) H/R và nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau.
Mẫu
Mn2+/Zn2+
(mol)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
1% 0,328 36,237 25,38
2% 0,433 36,245 19,31
4% 0,359 36,229 23,82
Mẫu
PVA/Zn2+
(mol)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
7% 0,351 36,244 23,82
10% 0,433 36,245 19,31
15% 0,382 36,264 21,89
Mẫu
H/R
(ml)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
150/0 0,312 36,372 26,80
110/40 0,401 36,265 20,85
70/80 0,411 36,245 20,34
30/120 0,433 36,245 19,31
Mẫu
NaOH/Zn2+
(mol)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
1,5 0,359 36,229 23,29
3 0,433 36,245 19,31
6 0,310 36,264 26,97
Mẫu
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
110oC 0,483 36,248 17,31
150oC 0,433 36,245 19,31
170oC 0,312 36,372 26,80
Phụ lục 2.5. Kích thước tinh thể trung bình của C,Ce-ZnO với tỉ lệ mol Ce3+
/Zn2+, NaOH/Zn2+, PVA/Zn2+, tỉ lệ thể tích (ml) H/R và nhiệt độ khác nhau.
Mẫu
Ce3+ /Zn2+
mol
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
1% 0,252 36,399 33,19
3% 0,269 36,398 31,09
5% 0,254 36,419 32,93
7% 0,253 36,414 33,06
Mẫu
NaOH/Zn2+
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
3 0,225 36,378 37,17
6 0,234 36,339 35,74
9 0,269 36,398 31,09
12 0,25 36,399 33,45
Mẫu
PVA/Zn2+
(mol)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
3,5% 0,229 36,402 36,52
10% 0,269 36,398 31,09
15% 0,267 36,378 31,32
Mẫu H/R
(ml)
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
30/120 0,245 36,339 34,13
75/75 0,269 36,398 31,09
150/0 0,252 36,399 33,19
Mẫu
∆ (2θ)
(độ)
2θ
(độ)
D
(nm)
110oC 0,278 36,368 30,08
150oC 0,269 36,398 31,09
170oC 0,243 36,339 34,41
128
PHỤ LỤC 3. KẾT QUẢ DIỆN TÍCH BỀ MẶT THEO PHƯƠNG PHÁP
BET CỦA CÁC VẬT LIỆU.
Phụ lục 3.1. Kết quả BET của Mn-ZnO ĐC
Diện tích bề mặt riêng (BET): 13,0940 m²/g
Phụ lục 3.2. Kết quả BET của Ce-ZnOĐC
Diện tích bề mặt riêng (BET): 17,4383 m²/g
129
Phụ lục 3.3. Kết quả BET của Mn-ZnOTN
Diện tích bề mặt riêng (BET): 18,5582 m²/g
Phụ lục 3.4. Kết quả BET của Ce-ZnOTN
Diện tích bề mặt riêng (BET): 25,6910 m²/g
130
Phụ lục 3.5. Kết quả BET của C,Mn-ZnO
Diện tích bề mặt (BET): 21,5335 m²/g.
Phụ lục 3.6. Kết quả BET của C,Ce-ZnO.
Diện tích bề mặt (BET): 28,1856 m²/g
131
Phụ lục 3.7. Kết quả BET của CZCT25.
Diện tích bề mặt (BET): 67,6342 m²/g.
PHỤ LỤC 4. ĐƯỜNG CHUẨN DUNG DỊCH MB.
Phụ lục 4. Đường chuẩn dung dịch MB
y = 0,1742x + 0,2088
R² = 0,995
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 5 10 15 20
A
C (mg/l)
Đường chuẩn dung dịch MB