I. Nghiên cứu tổng hợp Cu
Nghiên cứu tổng hợp Cu là trọng tâm của đồ án tốt nghiệp này, tập trung vào việc tạo ra vật liệu Cu/SnO₂ thông qua các phương pháp hóa học. Quá trình tổng hợp bao gồm việc pha tạp đồng vào cấu trúc của SnO₂, nhằm cải thiện tính chất quang xúc tác của vật liệu. Các phương pháp phân tích như nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) được sử dụng để xác định cấu trúc và hình thái bề mặt của vật liệu. Kết quả cho thấy, việc pha tạp Cu làm giảm kích thước tinh thể và hạt, đồng thời thay đổi hình dạng hạt từ đa giác sắc nét sang nhẵn hơn.
1.1. Phương pháp tổng hợp
Phương pháp tổng hợp Cu/SnO₂ được thực hiện thông qua quy trình sol-gel, kết hợp với các bước xử lý nhiệt để đảm bảo sự đồng nhất và ổn định của vật liệu. Quá trình này bao gồm việc hòa tan các tiền chất hóa học, tạo gel, và nung ở nhiệt độ cao để hình thành cấu trúc tinh thể mong muốn.
1.2. Đặc trưng vật liệu
Các đặc trưng của vật liệu Cu/SnO₂ được phân tích bằng XRD, FESEM, và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Kết quả cho thấy sự thay đổi rõ rệt về cấu trúc và thành phần hóa học khi pha tạp Cu, đặc biệt là sự giảm kích thước tinh thể và hạt.
II. Hoạt tính xúc tác quang
Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Cu/SnO₂ được khảo sát thông qua thí nghiệm phân hủy chất màu Congo red. Kết quả cho thấy, hiệu suất phân hủy của Cu/SnO₂ cao hơn đáng kể so với SnO₂ tinh khiết, đặc biệt khi tỷ lệ pha tạp Cu là 2%. Các yếu tố như thời gian, hàm lượng vật liệu, nồng độ Congo red, và pH cũng được nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình quang xúc tác.
2.1. Khảo sát hiệu suất
Hiệu suất phân hủy Congo red được đo lường trong 90 phút chiếu sáng. Kết quả cho thấy, hiệu suất của Cu/SnO₂ đạt 7.19% với hàm lượng vật liệu 2 g/L, cao hơn so với SnO₂ tinh khiết.
2.2. Yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố như nồng độ Congo red, hàm lượng xúc tác, và pH được khảo sát. Kết quả cho thấy, pH tối ưu cho quá trình quang xúc tác là 4, và hiệu suất phân hủy giảm khi nồng độ Congo red tăng.
III. Ứng dụng của Cu trong hóa học
Ứng dụng của Cu trong hóa học được thể hiện rõ qua việc cải thiện hoạt tính quang xúc tác của SnO₂. Việc pha tạp Cu không chỉ làm giảm năng lượng vùng cấm của vật liệu mà còn tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến, mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải và các quá trình oxy hóa nâng cao.
3.1. Cải thiện năng lượng vùng cấm
Pha tạp Cu làm giảm năng lượng vùng cấm của SnO₂, giúp vật liệu hoạt động hiệu quả hơn trong vùng ánh sáng khả kiến. Điều này được xác nhận thông qua phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (DRS).
3.2. Tiềm năng ứng dụng
Vật liệu Cu/SnO₂ có tiềm năng lớn trong xử lý nước thải, đặc biệt là phân hủy các chất hữu cơ độc hại như Congo red. Khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng được đánh giá cao, với hiệu suất vẫn duy trì sau 3 lần sử dụng.
