ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Học viên cao học:VÕ AN ĐỊNH
ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên đề tài:
TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG TRÊN PHẢN ỨNG TRANSETE HÓA DẦU
JATROPHA CỦA HỆ XÚC TÁC SO
4
2-
/SBA-15
Chuyên ngành: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
Mã số:60.44.31
Cán bộ hướng dẫn : TS. HOÀNG THỊ KIM DUNG
1
2
1. Vật liệu mao quản trung bình
Vật liệu mao quản trung bình là những vật liệu có đường kính lỗ xốp nằm trong
khoảng từ 2-50nm theo phân loại của IUPAC với:
Vật liệu vi mao quản có đường kính lỗ xốp < 2nm
Vật liệu mao quản trung bình có đường kính lỗ xốp nằm trong khoảng từ 2 đến 50nm
và,
Vật liệu mao quản lớn có đường kính lỗ xốp >50nm.
Các lỗ xốp có hình dạng khác nhau như hình cầu hoặc hình trụ và có các đặc trưng cấu
trúc có thể thay đổi được, như hình 1.
Hình 1: Các cấu trúc lỗ xốp khác nhau của vật liệu mao quản trung bình [1].
Vật liệu mao quản trung bình có thể có nhiều thành phần cấu tạo thành nhưng chủ yều
là các oxit như SiO
2
, TiO
2

SBA-X (Santa Barbara Amorphous), trong đó X là con số tương ứng với đặc trưng cấu trúc
lỗ xốp và chất hoạt động bề mặt, ví dụ như SBA-15 có những lỗ xốp với cấu trúc lục lăng
hình trụ sắp xếp trật tự được tổng hợp bằng chất hoạt động bề mặt P123, trong khi SBA-16
có các lỗ xốp hình cầu được sắp xếp trong trung tâm cấu trúc hình lập phương và được tổng
hợp từ chất hoạt động bề mặt F127. SBA-15 là vật liệu mao quản trung bình silica được
nghiên cứu một cách rộng rãi nhất và cũng là chủ đề của luận văn này.
Một số họ vật liệu mao quản trung bình silica khác là MSU, KIT, FDU và AMS,
những vật liệu này được tổng hợp với những điều kiện khác nhau ví dụ như các điều kiện
tổng hợp và chất hoạt động bề mặt …[1]
1.2 SBA-15
SBA-15 là loại vật liệu silica (SiO
2
) có những lỗ xốp hình trụ được sắp xếp trật tự theo
dạng lục lăng tổng hợp với sự hiện diện của Pluronic triblock-copolyme P123. Cấu trúc của
SBA-15 được minh họa trong hình 2. Đối với loại vật liệu này, được xem là bề rộng của các
lỗ xốp hình trụ nó có thể nằm trong khoảng 4-26 nm, mặc dù hiếm thấy kích thước lỗ xốp
lớn hơn 12. Chiều dài của các lỗ xốp có giá trị từ khoảng 200m đến vài micron.
Quanh các lỗ xốp là mạng lưới các vi lỗ xốp gọi là corona. Mạng lưới này nối liền các
các mao quản trung bình lại với nhau và nó có nhiệm vụ là làm tăng diện tích bề mặt của vật
4
liệu SBA-15. Mạng lưới vi mao quản này được quan sát thấy đầu tiên trong mô hình bạch
kim (platinum replicas) trong đó các nano hình que (nanorods) từ các mao quản trung bình
đầy được nối với nhau bằng các mạng lưới, những mạng lưới này làm cho các nano hình
que vẫn giữ được cấu trúc lục lăng đồng đều sau khi bị loại ra khỏi silica, hình 2.
Hình 2: Cấu trúc của vật liệu mao quản trung bình silica SBA-15 (bên trái) và mô
hình của nó trong hình dạng hình que (phía trên bên phải) và hình dạng ống rơm (phía
dưới bên phải) [1].
Corona được cho là có nguồn gốc từ các mạch ưu nước bị giữ lại của chất hoạt động
bề mặt. Một giả thuyết đối với corona làm giảm khiếm khiết trong cấu trúc vật liệu mao
quản trug bình, trong đó phần vi mao quản tăng lên tương ứng với ảnh hưởng độ dày thành

TEOS thủy phân trong nước hình thành nhóm silanol:
-Si-OR + H
2
O
→
-Si-OH + ROH
Các nhóm silanol ngưng tụ theo kiểu oxo hóa hoặc ancolxo hóa hình thành nên silica
oligome:
-Si-OH + HO-Si-
→
-Si-O-Si- + H
2
O
-Si-OR + HO-Si-
→
-Si-O-Si- + ROH
6
Các silica oligome này tương tác với mixen đã hình thành cấu trúc pha theo kiểu tương
tác S
+
X
-
I
+
(hay S
o
H
+
X
-

Tại đây tiếp tục xảy ra quá trình ngưng tụ và tạo thành silica polime. Khi nung ở nhiệt
độ cao trong không khí, các chất HĐBM này bị loại bỏ hoàn toàn để lại khung silica (SiO
2
)
n
,
phần PPO bị loại bỏ để lại khoảng trống (mao quản) bên trong vật liệu. Cũng lưu ý rằng do
thể tích của PEO nhỏ nên nó có khả năng thâm nhập vào bên trong thành mao quản silica và
khi nung ở nhiệt độ cao, PEO bị loại bỏ và hình thành nên vi mao quản.
7
1.4. Tổng hợp và biến tính kim loại ghép trên SBA-15.
Trong lĩnh vực xúc tác, những vật liệu SiO
2
này đề nghị những cơ hội mới để tạo nên
những vị trí xúc tác có độ phân tán cao và dễ tiếp cận (highly disperse and more-
accessible), đặc biệt là đối với các vị trí có ion kim loại được ghép vào sườn SiO
2
[1].
Năm 1998, Dongyuan Zhao và các đồng sự [3], đã khám phá ra một loại vật liệu mới,
khi sử dụng chất hoạt động bề mặt copolyme ba khối chứa đồng thời nhóm kỵ nước và ưa
nước, làm chất định hướng cấu trúc cho quá trình polyme hóa silica và thu được thu được
vật liệu mao quản trung bình silica trật tự cao cấu trúc lục lăng (SBA-15) với kích thước lỗ
xốp khoảng 300Ao.
Năm 2005, Juan A. Melero và các đồng sự đã tổng hợp Ti-SBA-15 khi sử dụng chất
định hướng cấu trúc Pluronic P123 (EO
20
PO
70
EO
20

8
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo được vật liệu xúc tác Zr-SBA-15, và hệ xúc tác SO
4
2-
tẩm trên chất mang Zr-
SBA-15.
Đề xuất được qui trình chế tạo vật liệu mao quản trung bình trật tự Zr-SBA-15 và qui
trình tẩm SO
4
2-
trên chất mang Zr-SBA-1.
Thí nghiệm ứng dụng xúc tác SO
4
/Zr-SBA-15 vào phản ứng transete hóa dầu Jatropha.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của hệ xúc tác SO
4
/Zr-SBA-15 dạng bột
Nghiên cứu biến tính SO
4
2-
trên vật liệu mao quản trung bình trật tự Zr-SBA-15, tính
chất của vật liệu trước và sau khi biến tính.
Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của vật liệu mao quản trung bình trật tự Zr-SBA-15 và hệ
xúc tác Zr-SBA-15 được biến tính bởi H
2
SO
4

nhằm xác định diện tích bề mặt, kích thước lỗ xốp, thể tích lỗ
xốp và, đối với một số phạm vi, hình dạng lỗ xốp của vật liệu.
+ Sản phẩm phản ứng được xác định bằng phương pháp sắc ký giấy nhằm theo dõi phản
ứng.
+ Thành phần của sản phẩm được xác định bằng sắc ký khí, đầu dò ngọn lửa (FID).
4.2. Phương pháp xác định độ chuyển hóa dầu jatropha thành este của axit béo.
+ Chỉ số axit dùng phương pháp chuẩn độ.
+Sắc ký bảng mỏng dùng để định tính độ chuyển hóa của dầu jatropha.
+ Sắc ký lỏng hiệu nâng cao HPLC-RID cột C18.
10
5. Thời gian và địa điểm thực hiện.
Thời gian Nội dung công việc Địa điểm Ghi chú
08/2013
đến
10/2013
- Thu thập tài liệu, thông tin về các hướng:
+ Vật liệu mao quản trung bình SBA-15.
+ Sản xuất nhiên liệu sinh học (chủ yếu là từ
nguồn nguyên liệu dầu Jatropha) bằng phản
ứng transeste hóa trên xúc tác axit.
+ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mao quản
trung bình SBA-15
Phòng 49 - Viện
công nghệ hóa học.
Đã thực
hiện
11/2013
đến
01/2014
- Khảo sát hoạt tính xúc tác, tiến hành phản

hiện
11
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Thesis entitled “Studies on catalysis by Ordered Mesoporous SBA-15 Materials
Modified with Transition Metals”, by Ambili V.K.(2011)
[2] Galo J. de A.A. Soler-Illia *, Eduardo L. Crepaldi , David Grosso , Clement Sanchez
(2003), Block copolymer-templated mesoporous oxides, Current Opinion in Colloid and
Interface Science, 8, p.109–126.
[3]Dongyuan Zhao, Jianglin Feng, Qisheng Huo,Nicholas Melosh, Glenn H. Fredrickson,
Bradley F. Chmelka, Galen D. Stucky* (1998), Triblock Copolymer Syntheses of
Mesoporous Silica with Periodic 50to 300 Angstrom Pores, Science, 279, 548.
[4]Juan A. Melero, Jesus M. Arsuaga, Pilar de Frutos, Jose Iglesias,Javier Sainz, Sandra
Blazquez (2005), Direct synthesis of titanium-substituted mesostructured materialsusing
non-ionic surfactants and titanocene dichloride, Microporous and Mesoporous Materials,
86,p. 364–373.
[5] J.A. Melero, L.F. Bautista, J. Iglesias, G. Moralesa, R. Sánchez-Vázquez (2012),
Zr-SBA-15 acid catalyst: Optimization of the synthesis and reaction conditionsfor
biodiesel production from low-grade oils and fats, Catalysis Today, 195,p. 44– 53.
[6]Shih-Yuan Chen, Takehisa Mochizuki, Yohko Abe, Makoto Toba, Yuji Yoshimura
(2013), Production of high-quality biodiesel fuels from various vegetable oilsover Ti-
incorporated SBA-15 mesoporous silica,Catalysis Communications, 41, p.136–139
[7] Sumit V. Jadhav, Krishna Mohan Jinka, Hari C. Bajaj (2010), Synthesis of nopol via
Prins condensation of β-pinene and paraformaldehydecatalyzed by sulfated zirconia,
Applied Catalysis A: General, 390, p.158–165.
[8] Vijaykumar S. Marakatti, Ganapati V. Shanbhag, A.B. Halgeri (2013),Sulfated
zirconia; an efficient and reusable acid catalyst for theselective synthesis of 4-phenyl-
1,3-dioxane by Prins cyclization ofstyrene, Applied Catalysis A: General, 451,p.71–
78.
12
[9] Benjaram M. Reddy, Pavani M. Sreekanth, Pandian Lakshmanan (2005), Sulfated