Đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Cu/SnO2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT
HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG
CỦA VẬT LIỆU Cu/SnO2

SVTH: Võ Thị Thanh Thúy
MSSV: 20128157
GVHD: TS. Võ Thị Thu Như

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2024

TÓM TẮT
Khóa luận này tập trung vào việc tổng hợp vật liệu SnO2 và SnO2 pha tạp Cu, khảo sát
hoạt tính của vật liệu chế tạo thông qua thí nghiệm phân hủy chất màu azo Congo red.
Bên cạnh đó, đề tài còn khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác của
vật liệu như thời gian, hàm lượng vật liệu, nồng độ, pH của dung dịch Congo red và khả
năng tái sử dụng của vật liệu.
Đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu SnO2 và Cu/SnO2 được phân tích thông qua
các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc tinh thể, kính hiển vi
điện tử quét phát xạ trường (FESEM) để quan sát hình thái bề mặt và kính hiển vi điện
tử truyền qua (HRTEM) để nghiên cứu kích thước và cấu trúc. Phân tích thành phần hóa
học của vật liệu bằng phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Ngoài ra, các phương pháp
khác cũng được sử dụng như phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (DRS) để xác
định phổ hấp thụ của vật liệu và dựa vào phương trình Tauc tính toán năng lượng vùng
cấm. Phổ hấp thu tử ngoại-khả kiến (UV-Vis) để khảo sát hoạt tính quang xúc tác của
vật liệu. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi pha tạp Cu kích thước tinh thể và kích thước
hạt đều giảm so với SnO2 tinh khiết. Đồng thời hình dạng hạt cũng có sự thay đổi, từ
các khối đa giác sắc nét các hạt trở nên nhẵn hơn. Bên cạnh đó năng lượng vùng cấm
của vật liệu giảm rõ rệt.
Khảo sát quang xúc tác phân hủy Congo red của các mẫu vật liệu SnO2 và Cu/SnO2
trong khoảng thời gian 90 phút chiếu sáng cho thấy hiệu suất của quá trình quang hóa
được nâng cao khi SnO2 được pha tạp. Cụ thể hiệu suất phân hủy Congo red 200ppm
với hàm lượng vật liệu 2 g/L của SnO2 là 7.19%, hiệu suất phân hủy được cải thiện đáng
kể với tỉ lệ Cu/SnO2 = 2.5 %wt là 98.75%. Đồng thời, nồng độ ban đầu Congo red càng
cao thì hiệu suất quá trình phân hủy càng giảm, hàm lượng xúc tác càng cao thì hiệu suất
phân hủy được nâng cao và pH tối ưu của quá trình quang xúc tác là 4. Sau 3 lần tái sử
dụng khả năng xúc tác quang của vật liệu giảm nhưng hiệu suất xúc tác vật liệu vẫn còn
cao.

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, bên cạnh những nỗ lực cá nhân tôi còn nhận được sự hỗ
trợ vô cùng quý báu từ các thầy cô, anh ch
...

...
ppm với các mẫu vật
liệu SnO2 và SnO2 pha tạp Cu.

58

Hiệu suất hấp phụ CR của vật liệu
Bảng S1. Hiệu suất hấp phụ CR (%) của các mẫu vật liệu ( CR 200ppm, hàm lượng
vật liệu 2 g/L).
15 phút

30 phút

45 phút

60 phút

SnO2

0.50

1.47

1.49

1.53

0.5Cu/ SnO2

8.52

16.00

16.15

16.37

1Cu/ SnO2

14.19

20.14

20.97

21.39

1.5Cu/ SnO2

24.35

28.47

29.22

33.38

2Cu/ SnO2

29.65

36.51

36.67

36.74

2.5Cu/ SnO2

40.07

42.25

44.03

45.02

3Cu/ SnO2

44.13

47.85

49.89

50.88

Hiệu suất phân hủy CR của vật liệu
Bảng S2. Hiệu suất phân hủy CR (%) của các vật liệu SnO2 và Cu/SnO2 (nồng độ CR
ban đầu 200 ppm, hàm lượng vật liệu 2 g/L).
Hấp phụ

15

30

45

60

75

90

phút

phút

phút

phút

phút

phút

Không xúc tác

0.00

0.07

0.29

0.49

0.63

0.95

1.01

SnO2

1.47

1.58

4.53

6.14

6.53

6.58

7.19

0.5Cu/ SnO2

16.00

18.48

30.51

44.94

50.02

56.87

66.23

1Cu/ SnO2

20.14

35.40

54.23

62.11

73.19

75.82

76.65

1.5Cu/ SnO2

28.47

43.55

76.83

85.12

90.72

91.74

93.41

2Cu/ SnO2

36.51

57.00

87.71

95.41

96.05

97.60

98.01

2.5Cu/ SnO2

42.25

76.55

97.23

97.69

97.87

98.10

98.75

3Cu/ SnO2

47.85

79.04

99.36

98.74

99.05

99.53

99.47

59

Bảng S3. Hiệu suất phân hủy CR (%) của vật liệu 2.5Cu/SnO2 (CR 200 ppm, hàm
lượng vật liệu 0.5 g/L – 2.5 g/L).
Hấp phụ

15

30

45

60

75

90

phút

phút

phút

phút

phút

phút

0.5 g/L

17.71

20.97

23.22

25.35

26.21

35.51

36.66

1 g/L

32.37

36.60

48.01

61.01

64.23

67.79

69.73

1.5 g/L

38.37

61.69

83.26

86.72

88.45

89.16

89.37

2 g/L

42.25

76.55

97,23

97.69

97.87

98.10

98.75

2.5 g/L

53.08

98.09

99.08

–

99,56

–

99.99

Bảng S4. Hiệu suất phân hủy CR (%) của vật liệu 2.5Cu/SnO2 (CR 200 ppm–350
ppm, hàm lượng vật liệu 2 g/L).
Hấp phụ

15

30

45

60

75

90

phút

phút

phút

phút

phút

phút

200 ppm

42.25

76.55

97.23

97.69

97.87

98.10

98.75

250 ppm

40.65

64.98

80.05

86.60

90.07

95.18

97.03

300 ppm

36.42

43.90

74.49

77.20

79.99

86.92

87.58

350 ppm

33.22

35.52

63.66

67.74

72.88

73.56

77.39

Bảng S5. Hiệu suất phân hủy CR (%) của vật liệu 2.5Cu/SnO2 sau 4 chu kì sử dụng
(CR 200 ppm, hàm lượng vật liệu 2 g/L).
Hấp phụ

15

30

45

60

75

90

phút

phút

phút

phút

phút

phút

Lần 1

42.25

76.55

97.23

97.69

97.87

98.10

98.75

Lần 2

37.61

72.77

79.55

87.18

87.73

90.90

91.10

Lần 3

31.34

64.74

65.69

67.45

70.45

74.16

86.19

Lần 4

27.07

59.89

63.51

65.45

67.11

68.72

75.61

60