TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

VŨ THỊ MAI

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP,
ĐẶC TRƢNG VÀ ỨNG DỤNG
CỦA VẬT LIỆU NANO CACBON

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
PGS. TS. ĐẶNG TUYẾT PHƢƠNG

HÀ NỘI - 2014


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện khóa luận này đó là một sự nỗ lực lớn đối với tôi, và không
thể hoàn thành nếu không có sự đóng góp quan trọng của rất nhiều người.
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Đặng Tuyết
Phƣơng là người đã hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian thực hiện
khóa luận này. Cô đã cung cấp cho tôi rất nhiều hiểu biết về một lĩnh vực mới
khi tôi bắt đầu bước vào thực hiện. Trong quá trình thực hiện cô luôn định
hướng, góp ý và sửa chữa để giúp tôi hoàn thành tốt khóa luận này.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Hóa Học, trường Đại học Sư
phạm Hà Nội 2, đã truyền thụ kiến thức bổ ích để tôi có khả năng hoàn thành
khóa luận tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn KS. Đào Đức Cảnh, ThS. Lê Hà Giang, KS. Nguyễn
Kế Quang trong phòng nghiên cứu Hóa học bề mặt -Viện Hóa Học Viện Hàn

XRD: X - Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X).


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT

Kí hiệu bảng

Tên bảng

1

Bảng 1.1

Phân loại vật liệu xốp

2

Bảng 1.2

Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

3

Bảng 1.3

Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
phổ biến



Các giá trị t/Qt theo thời gian t ở các nồng
độ MB khác nhau

9

Bảng 3.6

Một số tham số của phương trình động học
bậc nhất biểu kiến

10

Bảng 3.7

Một số tham số của phương trình động học
bậc hai biểu kiến

11

Bảng 3.8

e/Qe

12

Bảng 3.9

e


3

Hình 1.3

Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng

4

Hình 1.4

Mô tả phương pháp khuôn mẫu cứng

5

Hình 1.5

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên HPVL và HPHH hoạt
động

6

Hình 1.6

Mô hình hấp phụ thuốc nhuộm trong môi trường
nước

7

Hình 2.1


Giản đồ nhiễu xạ tia X của SBA-15 và OMC

12

Hình 3.3

Ảnh TEM của SBA-15 (A) và OMC (B)

13

Hình 3.4

Đường đẳng nhiệt hấp phụ- giải hấp nito ở 77
K của SBA-15 (A) và OMC (B)

14

Hình 3.5

Phân bố kích thước mao quản theo BJH của
SBA-15 (A) và OMC (B)

15

Hình 3.6

Công thức cấu tạo xanh metylen

16


19

Hình 3.10

Mật độ quang A của dung dịch MB chuẩn sau
thời gian t với nồng độ ban đầu 200 mg/l (M0:
nồng độ dung dịch MB chuẩn 200 mg/l pha
loãng MB/H2O = 3/8 ở t= 0)

20

Hình 3.11

Đường cong hấp phụ dung dịch MB chuẩn ở
các nồng độ khác nhau

21

Hình 3.12

(Qe- Qt) theo thời gian t ở
các nồng độ MB khác nhau

22

Hình 3.13

/Qt theo thời gian t ở các
nồng độ MB khác nhau


1.3. Vật liệu cacbon mao quản trung bình ........................................................ 8
1.3.1. Giới thiệu về vật liệu cacbon mao quản trung bình ................................ 8
1.3.2. Ứng dụng của vật liệu cacbon mao quản trung bình .............................. 9
1.3.3. Phươ

.............. 11

1.4. Hấp phụ .................................................................................................... 15
1.4.1. Hiện tượng hấp phụ ............................................................................... 15
1.4.2. Phân loại các dạng hấp phụ ................................................................... 16
1.4.3. Hấp phụ lỏng - rắn................................................................................. 20
1.4.4.

.............................................................................. 22

CH 150 mg/l và 200 mg/l lần lượt trên
hình 3.8, hình 3.9 và hình 3.10. Ta thấy, mật độ quang A của dung dịch MB

41
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

chuẩn sau khi bị hấp phụ
5- 6h. Ta coi, thời gian đạt cân bằng của dung dịch MB chuẩn ở 3
nồng độ trên là 6 giờ. Khi đó, nồng độ cân bằng của dung dịch MB chuẩn (Ce)
ở ba nồng độ trên là nồng độ dung dịch MB chuẩn sau khi bị hấp phụ 6 giờ.
Từ phương trình đường chuẩn dung dịch MB (hình 3.7), ta tính các giá
trị nồng độ cân bằng của dung dịch MB chuẩn (Ce) ( bảng 3.2).

Nồng độ (mg/l)

100

150

200

0.5

157.6463

196.3733

282.55

1

157.8753

234.9365

299.09

2

158.4033

239.217




WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

350
300

Q(t)

250
100 mg/l
150 mg/l
200 mg/l

200
150
100
50
0
0

1

2

3

4

5

150
200
Time (h)
0.5
1.60919
3.8253
4.679
1
1.4572
2.8876
3.679
2
1.0588
1.9796
2.685
3
0.5311
0.9341
1.2113

43
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

5

-0.5358


-1

0

1

2

3

4

5

6

-2
-3
Tim e (h)

H

(Qe- Qt) theo thời gian t

3.12

ở các nồng độ MB khác nhau
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2
t
Qt

1

0.006334

0.00449

0.0035142

2

0.012556

0.008511

0.006504

3

0.018695

0.0125

0.00941

5

0.03094

0.02067



0.025

100 mg/l

(200 mg/l) y = 0.003x + 0.0006
R2 = 0.9995

0.02

150 mg/l
200 mg/l

0.015
0.01
0.005
0
0

1

2

3

4

5

6

(mg/g)

100

0.9932

0.4831

162.1692

6.925

150

0.994

1.0636

242.22

63.231

200

0.9961

1.3901

322.163



163.934

150

1

0.04

242.22

250

200

0.9995

0.015

322.163

333.33

Qe, cal : giá trị dung lượng hấp phụ cân bằng tính toán theo phương trình động
học
Qe, exp : giá trị dung lượng hấp phụ cân bằng theo thực nghiệm
Từ

tham số của phương trình động học bậ



Ce/Qe

100

2.69847

0.01664

150

4.66790

0.01927

200

6.70229

0.0208

46
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

0.025

Ce/Qe


e/Qe

e

theo mô hình Langmuir
3.2.2.2. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Dựa vào

(hình 3.11) và

(bảng 3.3), ta

log Ce
ng 3.9

log Ce

e

bi

og Qe

3.15).
3.9.

e

(mg/l)


3.15. S
Từ đồ thị ở hình 3.14

e

e

theo mô hình Freundlich

3.15, ta có thể tính toán được các thông số

đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich, kết quả được trình bày ở Bảng
3.10.
Bảng 3.10. Các thông số của phương trình đẳng nhiệt
Langmuir và Freundlich
Các thông số
Đẳng nhiệt hấp phụ
Đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir

Freundlich

Qmax (mg/g)

1000

-

B (mg/g)

thông qua tham số (RL). Giá trị của RL cho thấy đặc tính của quá trình hấp phụ
với (RL> 1) không thuận lợi, tuyến tính (RL = 1), thuận lợi (0


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2007), Hoá Lý, Nhà
xuất bản Giáo dục.
2. Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ và xúc tác trên bề mặt vật
liệu và vô cơ mao quản, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội.
3. Nguyễn Hữu Phú (2003), Hoá lý và hoá keo, Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật, Hà nội.
4. Hồ Văn Thành (2009), Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu rây phân
tử ưa hữu cơ để loại bỏ chất độc hại trong nước, Luận án tiến sỹ, Hà nội.
Tài liệu tiếng Anh
5. Anne Galarneau, Ryong Ryoo, “Minkee Choi and Francois Fajula”, New J.
chem., Vol, 27 (2013) 73-79.
6. Antonio B. Fuertes, “Synthesis of ordered nanoporous carbons of tunable
mesopore size by templating SBA-15 silica materials”, Microporous and
Mesoporous Materials, 67 (2014) 273-281.
7. Binbin Chang, Jie Fu, Tian Yanlong, and Dong Xiaoping, “Multifunctionalized
Ordered Mesoporous Carbon as an Efficient and Stable Solid Acid Catalyst for
Biodiesel Preparation”, The Journal of Physical Chemistry, 117 (2013) 62526258.
8. Chen-Chia Huang , Yi-Hua Li, Yen-Wen Wang, Chien-Hung Chen,
“Hydrogen storage in ordered mesoporous cobalt-embedded carbon”,
intern ational journal of hydrogen energy, 38 (2013) 3994-4002.
9. C.G. Sonwane, Peter J. Ludovice, "A note on micro- and mesopores

in


Microporous and Mesoporous Oxides to nanonetworks and Hierachical
structures ", Chem. Rev, 102 (2002) 4093-4138.
16. Juqin Zeng, Carlotta Francia, Mihaela A. Dumitrescu, Alessandro
Monteverde Videla HA, Ijeri S. Vijaykumar, Stefania Specchia, and Paolo
Spinelli, “Electrochemical Performance of Pt-Based Catalysts Supported
on Different Ordered Mesoporous carbons (Pt/OMCS) for Oxygen
Reduction Reaction”, Ind. Eng. Chem. Res, 51 (2012) 7500-7509.

52
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

17. Ki-Soo Lee, Chang-Gun Oh, Jin-Heong Yim, son-Ki Ihm, “Charateristics
of zirconocene catalysts supported on Al-MCM-41 for ethylene
polymerization”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 159 (2000)
301-308.
18. Li Y, Yang RT, “Significantly enhanced hydrogen storage in metalorganic frameworks via spillover”, J Am Chem Soc, 128 (2006) 726-727.
19. M. Anbia , M. Alvand, “Fast and efficient removal of orthophenanthroline
and 22'-Bipyridine from aqueous solutions by adsorption onmodified
nanoporous carbon”, Scientia Iranica, Transactions C: Chemistry and
Chemical Engineering, 19 (2012) 1573-1579.
20. M. Ignat, CJ Van Oers, J. Vernimmen, M. Mertens, S. PotgieterVermaak,V. Meynen, E. Popovici, P. Cool, “Textural property tuning of
ordered mesoporous carbon thu được by glycerol conversion using SBA-15
silica as template”, Carbon, 48 (2010) 1609 -1618.
21. Maria Ignat and Evelini Popovic, “Synthesis of carbon materials
mesoporous nanocasting via route- Comparative study of glycerol, Sucrose
as carbon and sources”, Rev. Roum. Birds, 56 (2011) 947-952.
22. Ponnusamy Sivakumar and Nachimuthu Palanisamy, “Mechanistic study

carbon materials derived from rice husk pyrolysis char”, Microporous and
Mesoporous Materials, 188 (2014) 46- 76.
30. Wang L, Yang FH, Yang RT,”Hydrogen storage properties of B-and Ndoped microporous carbon”, AIChE J, 55(2009) 1823-1833.
31. Wei, Yu Chao, Zhao Qingfei, Qian Xufang, Wan Ying, “Ordered
mesoporous titania as a carbon-based reusable adsorbent-catalyst for
removing phenol from water”, Chinese Journal of Catalysis, 34 (2013)
1066-1075.
32. Yulin Cao, Cao Jieming, Mingbo Zheng, Jinsong Liu, Ji Guangbin,
“Synthesis, characterization, and electrochemical properties of ordered
mesoporous carbons containing nickel oxide nanoparticles using sucrose
and nickel acetate in a silica template”, Journal of Solid State Chemistry,
180 (2007) 792-798.

54
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

33. Y. Liu and T.J. Pinnavaia, “Assembly of Wormhole alumonosilicate
mesostructures from zeolite seeds”, Journal of Materials Chemistry, 14
(2004) 1099-1103.
34. Zhengwei Jin, Xiaodong Wang, Xiuguo Cui, "Synthesis and
characterization of ordered and cubic mesoporous silica crystals under a
moderately acidic condition", J Material Science, 42 (2007) 465-471.

55
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON