Nghiên cứu tổng hợp oxit nano MnAl2O4, CoAl2O4 và bước đầu thăm dò ứng dụng của chúng

Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................vii
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...................................................................2
1.1. Cấu trúc và tính chất của oxit phức hợp kiểu spinel .....................................2
1.1.1. Cấu trúc tinh thể của oxit phức hợp kiểu spinel.........................................2
1.1.2. Tính chất và ứng dụng của các spinel ........................................................3
1.1.3. Một số kết quả nghiên cứu tổng hợp oxit phức hợp kiểu spinel ................5
1.2. Tính chất xúc tác của oxit kim loại ...............................................................6
1.2.1. Động học của các phản ứng xúc tác ...........................................................6
1.2.2. Xúc tác dị thể............................................................................................10
1.3. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano...............................................12
1.3.1. Phương pháp đồng kết tủa ........................................................................12
1.3.2. Phương pháp thủy nhiệt............................................................................12
1.3.3. Phương pháp sol- gel................................................................................12
1.3.4. Phương pháp tổng hợp đốt cháy...............................................................12
1.4. Các phương pháp xác định đặc trưng của các oxit......................................20
1.4.1. Phương pháp phân tích nhiệt ....................................................................20
1.4.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen...............................................................21
1.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét và truyền qua......................................22
1.4.4. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng....................................................23
1.4.5. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)....................................24 1.4.6. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ..............................................25
1.5. Giới thiệu về metyl da cam..........................................................................26
Chương 2. THỰC NGHIỆM ..............................................................................29
2.1. Phương pháp tổng hợp các oxit nano ..........................................................29
2.1.1. Hóa chất....................................................................................................29
2.1.2. Tổng hợp oxit MnAl2O4, CoAl2O4 bằng phương pháp đốt cháy dung dịch29
2.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo pha và kích thước hạt của
oxit MnAl2O4, CoAl2O4......................................................................................30
2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung ..................................................................30
2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian nung .................................................................31
2.2.3. Ảnh hưởng của pH tạo gel........................................................................31
2.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel................................................................31
2.2.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol KL/Glyxin ........................................................32
2.3. Lập đường chuẩn metyl da cam...................................................................32
2.4. Nghiên cứu khả năng phân hủy metyl da cam bằng H2O2 trên xúc tác
MnAl2O4 và CoAl2O4 .........................................................................................33
2.4.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ..........................................................33
2.4.2. Ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác...................................................34
2.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam.....................................................34
2.4.4. Nghiên cứu động học phản ứng phân hủy metyl da cam bằng H2O2 trên
xúc tác MnAl2O4, CoAl2O4.................................................................................34
2.4.5. Khảo sát khả năng tái sử dụng của các chất xúc tác MnAl2O4, CoAl2O4.35
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..........................................................36
3.1. Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo pha và kích thước hạt
của oxit MnAl2O4, CoAl2O4 ...............................................................................36
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung ..................................................................36
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian nung ................................................................36
3.1.3. Ảnh hưởng của pH tạo gel........................................................................40 3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel................................................................42
3.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol (M2+, Al3+)/Gly, (M2+: Mn2+, Co2+) ................43
3.2. Kết quả nghiên cứu các đặc trưng của mẫu điều chế ở điều kiện tối ưu ....45
3.3. Kết quả đo phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) của mẫu điều chế ở điều
kiện tối ưu ...........................................................................................................48
3.4. Kết quả nghiên cứu khả năng xúc tác của MnAl2O4, CoAl2O4 cho phản ứng
phân hủy metyl da cam bằng H2O2.....................................................................49
3.4.1. Ảnh hưởng của thời gian .........................................................................49
3.4.2. Ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác...................................................51
3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam ....................................................53
3.4.4. Kết quả nghiên cứu động học phản ứng phân hủy metyl da cam bằng
H2O2 trên xúc tác MnAl2O4, CoAl2O4 ................................................................54
3.4.5. Khảo sát khả năng tái sử dụng các chất xúc tác ......................................61
KẾT LUẬN .......................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................64
PHỤ LỤC β là độ rộng pic ứng với nửa chiều cao pic cực đại tính theo radian.
θ là góc nhiễu xạ Bragg ứng với pic cực đại (độ) [1].
Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu được đo trên máy D8 ADVANCE
Brucker (Đức) tại khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học
Quốc gia Hà Nội với


CuK = 0,15406 nm ở nhiệt độ phòng, góc quét 2θ = 20 ÷
70o, bước nhảy 0,03 o/giây, điện áp 30KV, cường độ ống phát 0,03A.
1.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét và truyền qua
1.4.3.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope-SEM)
được sử dụng để xác định hình dạng và cấu trúc bề mặt vật liệu. Ưu điểm của
phương pháp SEM là có thể thu được những bức ảnh ba chiều chất lượng cao và
không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu. Phương pháp SEM đặc biệt hữu
dụng, bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 105 lần với ảnh rõ nét,
hiển thị 3 chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt.
Các bước ghi ảnh SEM như sau: một chùm electron được quét trên bề mặt
mẫu các electron này đập vào bề mặt mẫu và tạo ra một tập hợp các hạt thứ cấp
đi tới detetor, tại đây nó sẽ chuyển thành tín hiệu điện, các tín hiệu này sau khi
được khuếch đại đi tới ống tia catot và được quét lên ảnh. Cho chùm tia quét
trên mẫu và quét một cách đồng bộ, một tia điện tử trên màn hình của đèn hình,
thu và khuếch đại một loạt tín hiệu nào đó từ mẫu phát ra để làm thay đổi
cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình, thu được ảnh. Độ sáng tối
trên ảnh cho biết độ lồi lõm của mẫu. Cần chú ý rằng, ở hiển vi điện tử quét
dùng các thấu kính chỉ để tập trung điện tử thành điểm nhỏ trên mẫu, không
dùng thấu kính để khuếch đại.
Với ảnh phóng đại bằng phương pháp quét không có yêu cầu mẫu phải lát
mỏng và phẳng nên hiển vi điện tử quét cho phép quan sát bề mặt mấp mô một
cách khá rõ nét [5]. 1.4.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron
Microscope -TEM) là phương pháp quan trọng trong việc xác định cấu trúc của
vật liệu. Nguyên tắc tạo ảnh của TEM gần giống với kính hiển vi quang học,
điểm khác biệt quan trọng là phương pháp này sử dụng sóng điện từ thay cho
sóng ánh sáng và thấu kính từ thay cho thấu kính thủy tinh.
Phương pháp TEM sử dụng sóng điện từ được phát ra từ súng phóng điện
tử (thường dùng sợi tungsten, wolfram…). Chùm điện tử được hội tụ, thu hẹp
nhờ hệ thấu kính từ và được chiếu xuyên qua mẫu quan sát. Ảnh sẽ được tạo
bằng hệ vật kính phía sau vật hiện ra trên màn huỳnh quang hay trên phim ảnh,
trên các máy ghi kĩ thuật số. Tất cả các hệ này được đặt trong buồng được hút
chân không cao.
Độ tương phản trong TEM khác so với tương phản trong hiển vi quang
học vì điện từ ảnh tạo ra do điện tử bị tán xạ nhiều hơn là do bị hấp thụ như
hiển vi quang học.
Nhờ khả năng phóng đại và tạo ảnh mẫu rất rõ nét, chi tiết, hiển vi điện
tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) được sử dụng để nghiên cứu bề mặt vật
liệu, cho phép xác định kích thước và hình dạng của mẫu [5].
Ảnh vi cấu trúc và hình thái học của mẫu được đo bằng kính hiển vi điện
tử quét (SEM) JEOL - 5300 (Nhật Bản) và bằng kính hiển vi điện tử truyền qua
(TEM) JEOL-JEM-1010 (Nhật Bản) tại phòng thí nghiệm siêu cấu trúc, Viện
Vệ sinh Dịch tễ Trung ương.
1.4.4. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng
Phương pháp Brunauer- Emmett-Teller (BET) được ứng dụng rất phổ biến
để xác định diện tích bề mặt riêng của các chất hấp phụ rắn.
Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng phương trình BET ở dạng:
V C
C
P P
V P P V C
P
m m
1 ( 1)
( 0 ) 0

 

(2.3)
Trong đó: V là thể tích chất bị hấp phụ tính cho một gam chất rắn.

Xem link download tại Blog Kết nối!
Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học ©