Ứng dụng MCM 41 để xử lí các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước

1 Tiểu luận ỨNG DỤNG MCM-41 ĐỂ XỬ LÍ CÁC CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii MỤC LỤC Danh mục viết tắt Danh mục hình vẽ Dang muc bảng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Lịch sử nghiên cứu đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Vật liệu mao quản trung bình 1.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu MQTB 10 1.2.1 Chất định hướng cấu trúc 10 1.2.2 Cơ chế hình thành vật liệu MQTB 11 1.2.3 Sự thay đồng hình Si4+ ion kim loại Men+ 15 1.2.4 Phương pháp thủy nhiệt 18 1.3 Một số phương pháp hóa lý đặc trưng vật liệu 19 1.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 19 1.3.2 Các phương pháp hiển vi điện tử 20 1.3.3 Phương pháp phổ kích thích electron (Ultra Violet – Visible: UV-Vis 26 1.4 Vai trò xúc tác MCM-41 27 1.4.1 Xúc tác axit 27 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.4.2 Xúc tác oxy hoá – khử 28 1.4.3 Chất mang – Chất hấp phụ 29 1.4.4 Ứng dụng sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) 30 1.4.5 Các lĩnh vực ứng dụng khác 30 1.5 Oxy hóa phenol mơi trường nước 30 1.5.1 Sự ô nhiễm môi trường phenol 30 1.5.2 Oxy hóa phenol mơi trường nước 31 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 32 2.1 Hóa chất dụng cụ 32 2.1.1 Hóa chất 32 2.1.2 Dụng cụ 33 2.2 Thực nghiệm 33 2.2.1 Nguyên tắc 33 2.2.2 Điều kiện phản ứng 33 2.2.3 Tiến hành thực nghiệm 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Kết xúc tác phân hủy phenol 36 3.2 Kết xúc tác phân hủy xanh metylen 48 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC VIẾT TẮT BET Phương pháp đo đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ nitơ CTAB Cetyl trimetyl amoni bromit ĐHCT Định hướng cấu trúc I Tiền chất vô IUPAC Quy định chung danh pháp quốc tế chất hóa học M41S Họ vật liệu MQTB bao gồm MCM-41, MCM-48, MCM-50 MCM-41 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng MCM-48 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lập phương MCM-50 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lớp MQTB Mao quản trung bình S Chất định hướng cấu trúc SBA Santa Barbara Acid SEM Scanning Electron Microscopy (hiển vi điện quét) TEM Tranmission Electron Microscopy (hiển vi điện tử truyền qua) TEOS Tetraethyl Orthosilicate UV-VIS Ultraviolet – Visible (tử ngoại khả kiến) XRD X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ Rơnghen) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB 10 Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát hình thành vật liệu MQTB 11 Hình 1.3 Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng 12 Hình 1.4 Cơ chế xếp silicat ống 13 Hình 1.5 Cơ chế phù hợp mật độ điện tích 14 Hình 1.6 Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc 15 Hình 1.7 Sự phản xạ bề mặt tinh thể 19 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 22 Hình 1.9 Ảnh SEM mẫu MCM-41 23 Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua 24 Hình 1.11 Ảnh TEM mẫu MCM-41 25 Hình 1.12 Sơ đồ cho thấy phong phú thông tin thu từ tương tác chùm điện tử với mẫu nghiên cứu hiển vi điện tử 25 Hình 1.13 Bước chuyển electron phân tử 26 Hình Dụng cụ thực nghiệm 35 Hình 3.1 Cơng thức cấu tạo phenol 36 Hình 3.2 Phổ UV-Vis phenol (mẫu 1g/l) thời điểm gốc, 10’, 30’, 60’ 37 Hình 3.3 Phổ UV-Vis phenol (mẫu 1g/l) thời điểm gốc, 60’, 90’, 120’ 38 Hình 3.4 Sơ đồ oxi hóa phenol (tạo nhựa) Devlin Harris 39 Hình 3.5 Sơ đồ oxi hóa hồn toàn phenol Devlin Harris 40 Hình 3.6 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời điểm gốc, 10’, 30’, 60’, 90’ 42 Hình 3.7 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời điểm gốc, 120’, 150’ 180’ 43 Hình 3.8 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời diểm gốc, 10’, 30’, 60’ 44 Hình 3.9 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời điểm gốc, 60’, 120’, 150’,180’ 45 Hình 3.10 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) không dùng xúc tác MCM – 41 46 Hình 3.11 Cơng thức cấu tạo xanh metylen 47 Hình 3.12 Phổ UV-Vis xanh metylen thời điểm gốc, 0’, 10’ 48 Hình 3.13 Phổ UV-Vis xanh metylen thời điểm gốc, 20’, 30’ 49 Hình 3.14 Phổ UV-Vis xanh metylen thời điểm gốc, 40’, 60’ 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ĐỒ Trang Bảng Một số liệu ion thay đồng hình Si4+ vật liệu .15 Bảng Nồng độ, thể tích cách pha dung dịch phenol 32 Bảng 3.1 Độ hấp thụ dung dịch phenol phản ứng theo thời gian 47 Bảng 3.2 Độ hấp thụ dung dịch xanh metylen nồng độ ban đầu ml/l theo thời gian 50 Đồ thị 3.1 Sự thay đổi độ hấp thụ dung dịch phenol theo thời gian 47 Đồ thị 3.2 Sự thay đổi độ hấp thụ xanh metylen theo thời gian 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong vài thập niên gần đây, với phát triển khoa học, người tận thu đáng mà làm khánh kiệt nguồn tài nguyên Điều dẫn đến cân sinh thái làm biến đổi lớp vỏ bề mặt Đặc biệt, với phát triển văn minh công nghiệp làm giảm độ đa dạng sinh giới Vì mơi trường bị đe dọa điều khơng tránh khỏi, số mơi trường nước bị ô nhiễm nghiêm trọng Nước bị ô nhiễm phụ dưỡng xảy chủ yếu khu vực nước vùng ven biển Do lượng muối khoáng hàm lượng chất hữu dư thừa, đặc biệt chất có vòng thơm phenol, phenol đỏ, phẩm nhuộm… làm cho sinh vật nước khơng thể đồng hóa làm vẻ đẹp mĩ quan Kết làm cho hàm lượng oxi nước giảm đột ngột, khí CO2, CH4, H2S tăng lên Ơ nhiễm nước có nguyên nhân từ chất thải nước thải công nghiệp thải lưu vực sông mà chưa qua xử lí mức, loại phân bón hóa học thuốc trừ sâu ngấm vào nguồn nước ngầm nước mặt, nước thải sinh hoạt từ khu dân cư ven sơng… Vì việc sử dụng chất hóa học thân thiện với mơi trường để xử lí chất độc hại mơi trường nước vấn đề cấp bách thiết thực Hiện nay, có nhiều hướng để xử lí mơi trường nước, số phát minh vật liệu mao quản trung bình (MQTB) họ M41S như: MCM-41, MCM-48,… với ưu điểm tính vượt trội giúp cho xúc tác dị thể mở hướng phát triển mới, việc sử dụng vật liệu MQTB họ M41S để xử lí mơi trường nước ngày có tiềm Xuất phát từ tình hình trên, chọn đề tài: “Ứng dụng MCM-41 để xử lí chất hữu độc hại mơi trường nước” Mục tiêu đề tài Sử dụng MCM-41 tổng hợp từ trấu để hấp phụ phân hủy chất hữu độc hại, chất màu môi trường nước phenol, xanh metylen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhiệm vụ nghiên cứu Thực trình phân hủy phenol, metylen xanh có mặt xúc tác MCM-41 Đo phổ UV-Vis để xác định khả xúc tác cho trình phân hủy phenol, xanh metylen MCM-41 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: thu thập nghiên cứu xử lí tài liệu, đưa bước thực khả thi - Phương pháp thực nghiệm: tiến hành phân hủy chất hữu độc hại phenol, metylen xanh xúc tác MCM-41 - Phương pháp phân tích, đánh giá: Phân tích kết thu phương pháp phổ kích thích electron (UV-Vis) Đánh giá hoạt tính hấp phụ xúc tác MCM-41 Lịch sử nghiên cứu đề tài Trong nước: Nhóm tác giả Phạm Anh Sơn đồng [9] khảo sát trình tổng hợp vật liệu xúc tác sở MCM-41, sử dụng chất hoạt động bề mặt CTAB (cetyltrimetyl amoni bromit), nguồn silic TEOS (tetraetyl ortho silicat) Trong đó, tác giả Nguyễn Đình Thành đồng [6] nghiên cứu tổng hợp xúc tác mao quản trung bình AlMCM-41 ứng dụng cho trình crackinh hiđrocacbon nặng, dùng chất hoạt động bề mặt không ion alkyl poly (etylen oxide) C16H33(OCH2CH2)10OH, nguồn silic thủy tinh lỏng (27% SiO2, 11% NaOH) Một nguồn silic rẻ tiền Hồ Văn Thành đồng [4] sử dụng vỏ trấu để nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu mao quản trung bình trật tự MCM-41 Tác giả Đỗ Xuân Đồng đồng [1] nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng xác định hoạt tính xúc tác vật liệu lưỡng mao quản Y/MCM-41được tổng hợp từ cao lanh Nước ngoài: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hai tác giả A Auroux, A Gervasini [13] nghiên cứu tính chất axit Ti-silicat, Zeolit trạng thái vật liệu vi mao quản Tác giả Zhao D., đồng [31] nghiên cứu o polyme khối với mao quản trung bình có kích thước lỗ đồng từ 50 đến 300 A Farrauto R J Bartholomew C H [19] nghiên cứu sở q trình xúc tác cơng nghiệp năm 1997 Năm 2001, Hu X đồng [22] khảo sát tác dụng xúc tác Cu/MCM-41 cho phản ứng oxi hóa phenol H2O2 Năm 2006, Choi J S đồng [18] oxi hóa phenol dùng xúc tác MCM-41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Vật liệu mao quản trung bình Xúc tác có vị trí quan trọng, khơng thể thiếu cho cơng nghiệp hóa dầu Trong đó, xúc tác zeolit chiếm vị trí then chốt nhiều thập niên qua ngày hôm Tuy nhiên hạn chế kích thước mao quản làm cho zeolit khơng thuận lợi việc chuyển hóa chất có kích thước phân tử lớn đề cập phần mở đầu Sự phát minh loại vật liệu MQTB họ M41S với ưu điểm giúp cho xúc tác dị thể mở hướng phát triển Từ phương pháp tổng hợp vật liệu MQTB nhà nghiên cứu hãng Mobil [5], ngày người ta điều chế vật liệu MQTB không chứa silic oxit kim loại Các oxit vốn có diện tích bề mặt hạn chế có hoạt tính xúc tác, hấp phụ tốt lại rẻ tiền Việc thay phần silic mạng lưới vật liệu MQTB MCM-41 [4] số kim loại làm thay đổi lớn hoạt tính xúc tác độ bền chúng Người ta ứng dụng chúng vào phản ứng crackinh phân đoạn dầu nặng, phản ứng trùng ngưng, phản ứng ankyl hóa Fridel-Crafts, phản ứng peoxit hóa olefin, đặc biệt olefin có kích thước phân tử lớn [9, 19] Nhờ ưu điểm diện tích bề mặt lớn khoảng 1000 m2/g [4], hệ mao quản đồng độ trật tự cao, vật liệu MCM-41 dùng làm chất mang kim loại oxit kim loại lên bề mặt chúng để thực phản ứng xúc tác theo mong muốn Ví dụ: PdMCM-41 thể tính chất xúc tác chọn lọc hóa học nhiều phản ứng hidro hóa chuyển xiclohexen thành xiclohexan,… Ngày nay, người ta phân tán hạt siêu mịn kích thước nano, đặc biệt nano kim loại, oxit kim loại quý có hoạt tính xúc tác cao lên bề mặt vật liệu MQTB để làm tăng tính chọn lọc, khiến cho giá thành sản phẩm giảm đáng kể Fe-MCM-41 Choi J S cộng [18] nghiên cứu ứng dụng oxi hóa phenol năm 2006 Phân loại vật liệu MQTB: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 34 OH OH OH phenol HO h idroquin on OH catech ol p-ben zoquin on o-ben zoq uin on O C C O COOH COOH COOH COOH axit m ucon ic ax it 2,5-dioxo-3-h ex en edoic COOH - CO COOH ax it m aleic HOOC-COOH axit ox alic H 2C CH COOH axit acrylic HOOC-CH -COOH axit m alon ic HCOOH CH -COOH axit form ic axit ax etic CO + H O CO + H 2O Hình 3.5 Sơ đồ oxi hóa hoàn toàn phenol Devlin Harris LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 35 Cơ chế phản ứng tạo chất trung gian sau: K HPS (1) HP + S (2) PH + S (3) HP S + PH S k1   BQ S + S (4) HP S + PH S k2   HQ S + S (5) HP S + PH S k3   CT S + S (6) HP S + BQ S k4   TA S + S (7) HP S + CT S k5   TA S + S (8) HP S k6 + HQ S   BQ S + S (9) BQ S (10) HQ S (11) CT S (12) TA S HP S K PHS K BQS K HQS K CTS K TAS PH S BQ + S HQ + S CT + S TA + S Trong đó: - HP hidropeoxit - S chất xúc tác - PH phenol - BQ benzoquinone - HQ hidroquinone - CT catechol - TA nhựa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 36 Mẫu phenol g/l có xúc tác Để đánh giá khả hấp phụ xúc tác MCM-41 có mặt H2O2, chúng tơi tiếp tục khảo sát q trình phân hủy phenol nồng độ g/l môi trường nước, kết Độ hấp thụ A trình bày hình 3.6 3.7 Bước sóng  (nm) Hình 3.6 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời điểm gốc, 10’, 30’, 60’, 90’ Độ hấp thụ giảm nhanh đặn giống mẫu g/l tốc độ giảm nhanh ít, từ 1,99 nồng độ gốc 1,25 sau 10 phút phản ứng Điều giải thích nồng độ phenol giảm tốc độ phản ứng phân hủy giảm theo Sau 90 phút phản ứng, độ hấp thụ dung dịch giảm 0,25 cho thấy nồng độ phenol giảm nhiều (đường 5, hình 3.6) Ở hình 3.7, độ hấp thụ mẫu giảm tương đối nhanh, nhiên cực đại hấp thụ 120 phút lớn so với mẫu 90 phút (0,27 so với 0,25) trừ đường hồn tồn phù hợp, nghĩa nồng độ phenol sau 120 phút phản ứng thấp so với nồng độ sau 90 phút Đường hình 3.7 chưa hồn tồn triệt tiêu giống đường tạo thành chất trung gian thảo luận thời gian phản ứng chưa đủ lâu để LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 37 phenol bị phân hủy hồn tồn (ở bước sóng  = 271 nm cịn có chỗ lồi lên Độ hấp thụ A thấp) Bước sóng  (nm) Hình 3.7 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời điểm gốc, 90’, 120’, 150’ Độ hấp thụ A Mẫu phenol g/l có xúc tác Bước sóng  (nm) Hình 3.8 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời điểm gốc, 10’, 30’, 60’ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 38 Để khảo sát khả xúc tác MCM-41 cho dung dịch chứa phenol nồng độ cao, chúng tơi thực q trình oxi hóa với dung dịch phenol nồng độ g/l Kết phân tích phổ trình bày hình 3.8 Quan sát hình 3.8, ta thấy độ hấp thụ dung dịch giảm theo thời gian cực đại hấp thụ dịch chuyển phía có bước sóng nhỏ hơn, có tạo hợp chất trung Độ hấp thụ A gian nhựa giống thảo luận mẫu g/l Bước sóng  (nm) Hình 3.9 Phổ UV-Vis phenol (mẫu g/l) thời điểm gốc, 60’, 120’, 150’, 180’ Hình 3.9 trình bày phổ UV – Vis mẫu phenol 5g/l hệ xúc tác MCM–41 H2O2 mẫu gốc, mẫu 90, 120, 150, 180 phút Theo hình 3.9, cực đại hấp thụ giảm dần theo thời gian Nhưng, 120 phút (đường 3) dung dịch có độ hấp thụ bước sóng khác cao 90 phút (đường 2) có dịch chuyển cực đại hấp phụ, chứng tỏ có sinh chất trung gian Sau 150 phút phản ứng, độ hấp thụ dung dịch giảm xuống (từ 0,35 xuống 0,13), cho thấy chất trung gian bị oxi hóa nhanh Đến 180 phút độ hấp thụ cực đại dung dịch gần không chứng tỏ hàm lượng phenol, chất trung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 39 gian bị oxi hóa H2O2 xúc tác MCM – 41 gần hoàn toàn đủ để tự phân hủy sinh học vi sinh vật nước Để xác định vai trò H2O2 phản ứng phân hủy phenol, tiến hành phản ứng với nồng độ phenol, H2O2 điều kiện khác không đổi không sử Độ hấp thụ A dụng MCM-41, kết trình bày hình 3.10 Bước sóng  (nm) Hình 3.10 Phổ UV-Vis phenol (mẫu 0,2 g/l) khơng dùng xúc tác MCM-41 Nhìn vào hình 3.10, ta thấy thời gian phân hủy phenol H2O2 không sử dụng xúc tác MCM–41 khác với trường hợp có sử dụng chất xúc tác, sau 90 phút phản ứng, độ hấp thụ khơng thay đổi so với độ hấp thụ mẫu gốc Điều cho thấy, trình phân hủy phenol nước chủ yếu xúc tác, H2O2 môi trường tác nhân Nếu khơng có MCM-41, q trình phân hủy phenol khơng xảy Do đó, xúc tác MCM–41 đóng vai trị quan trọng trình phản ứng Quá trình phân hủy phenol mơi trường nước với có mặt H2O2 chia thành giai đoạn Giai đoạn thứ tạo thành hợp chất trung gian hidroquinon, catechol…như sơ đồ 3.4 Devlin Harris [18] Giai đoạn thứ hai LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 40 chất trung gian bị phân hủy hoàn toàn thành CO2 H2O theo sơ đồ 3.5 Devlin Harris Kết độ hấp thụ dung dịch phenol theo thời gian tổng hợp bảng 3.1 Bảng 3.1 Độ hấp thụ dung dịch phenol phản ứng theo thời gian Độ Thời gian phản ứng hấp thụ Gốc 10’ 30’ 60’ 90’ 120’ A1 1,28 0,52 0,30 0,18 0,12 0,04 A2 1,98 1,30 0,90 0,55 0,27 0,32 A3 2,30 1,62 0,88 0,48 180’ 0,12 0,3 0,4 A4 150’ 0,1 0,4 Trong đó: A1: Độ hấp thụ dung dịch phenol nồng độ ban đầu g/l A2: Độ hấp thụ dung dịch phenol nồng độ ban đầu g/l A3: Độ hấp thụ dung dịch phenol nồng độ ban đầu g/l A4: Độ hấp thụ dung dịch phenol nồng độ ban đầu 0,2 g/l Theo bảng 3.1, ta thấy q trình oxi hóa xúc tác phenol xảy hồn tồn Mẫu g/l bị oxi hóa hồn tồn sau 180 phút (đường a), mẫu g/l (đường c) mẫu g/l (đường b) bị oxi hóa rõ rệt, bị oxi hóa hồn tồn tăng thêm thời gian phản ứng Trong đó, với mẫu khơng xúc tác 0,2 g/l, độ hấp thụ giảm không đáng kể sau 90 phút (đường d) 3.2 Kết xúc tác phân hủy xanh metylen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 41 Trong đề tài này, metylen xanh sử dụng để đánh giá hoạt tính hấp phụ, xúc tác MCM-41 có mặt H2O2 Phẩm màu metylen xanh chất sử dụng thông dụng nhà máy dệt nhuộm, làm chất thị thuốc y học Đây chất khó phân hủy thải môi trường nước, gây vẻ đẹp mĩ quan, ảnh hưởng xấu đến trình sản xuất sinh hoạt Hình 3.11 Cơng thức cấu tạo metylen xanh Hình 3.12 trình bày phổ UV-Vis metylen xanh theo thời gian phản ứng nhiệt độ phịng Phổ UV-Vis metylen xanh có pic đặc trưng, pic 664 nm đặc trưng cho nhóm mang màu liên hợp, pic 291 nm đặc trưng cho nhân thơm pic 245 nm đặc Độ hấp thụ A trưng cho nhóm Bước sóng  (nm) Hình 3.12 Phổ UV-Vis xanh metylen thời điểm gốc, 0’, 10’ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 42 Trong nghiên cứu pic đặc trưng cho nhóm 291 nm khơng rõ chia thành nhiều pic nhỏ hơn, nguyên nhân tương tác nhóm với tạp chất dung dich làm ảnh hưởng đến tương tác chúng với nhân thơm nên pic có dạng Đường mẫu metylen xanh ml/l (mẫu gốc), đường mẫu 10 phút không sử dụng xúc tác, đường mẫu phản ứng sau 10 phút có sử dụng xúc tác MCM-41 Nhìn vào đường phổ UV-Vis ta thấy, có xúc tác độ hấp thụ dung dịch giảm nhanh, pic vị trí 664 nm độ hấp thụ giống đường nền, không sử dụng xúc tác, độ hấp thụ mẫu thay đổi không đáng kể Như trình phân hủy metylen xanh chủ yếu xúc tác MCM-41 Độ hấp thụ A định, H2O2 tác nhân mơi trường Bước sóng  (nm) Hình 3.13 Phổ UV-Vis xanh metylen thời điểm gốc, 20’, 30’ Hình 3.13 phổ UV-Vis mẫu metylen xanh gốc, mẫu 20 30 phút, phản ứng tốc độ màu tương đối nhanh nên mẫu lấy khoảng thời gian ngắn so với phenol Sau khoảng thời gian 10 phút, mẫu lấy lần để đo độ hấp thụ Nhận thấy rằng, pic vị trí 291 nm giảm nhanh tốc độ giảm so với ban đầu, nguyên nhân nồng độ giảm, dẫn đến tốc độ phản ứng giảm Pic trải dài 245 nm thay đổi tương đối chậm nhóm tạp chất bền, khó bị phân hủy Pic 664 nm thời điểm 10 biến đến thời điểm 20 phút lại xuất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 43 trở lại, điều q trình lấy lọc mẫu không cẩn thận, dẫn đến sai Độ hấp thụ A lệch đo Bước sóng  (nm) Hình 3.14 Phổ UV-Vis xanh metylen gốc, mẫu 40’, 60’ Sau 40 phút, pic vị trí 291 nm đặc trưng cho nhân thơm cịn vai nhỏ, pic 664 nm bị biến hồn tồn Từ khẳng định metylen xanh bị phân hủy gần hoàn toàn tác dụng xúc tác MCM-41, có mặt tác nhân H2O2 Sau 60 phút, phổ UV-Vis giống với đường nền, độ hấp thụ dung dịch gần không Kết độ hấp thụ dung dịch xanh metylen theo thời gian tổng hợp bảng 3.2 Bảng 3.2.Độ hấp thụ dung dịch xanh metylen nồng độ ml/l theo thời gian Thời gian phản ứng G Độ hấp thụ A1 ốc 0, 0’ 0, 0’ 0’ 0, 0’ 0, 0’ 0, 0, 60’ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 44 33 A2 29 0, 41 10 0, 34 065 0, 25 04 02 0 Trong đó: A1: độ hấp thụ dung dịch xanh metylen bước sóng  = 291 nm A2: độ hấp thụ dung dịch xanh metylen bước sóng  = 664 nm Qua khảo sát q trình phản ứng, chúng tơi nhận thấy rằng, sử dụng xúc tác MCM-41 để phân hủy metylen xanh, có mặt H2O2 mơi trường nước Tốc độ phân hủy tương đối nhanh, màu xảy trước, kế phá hủy vịng thơm nhóm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 45 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Kết luận Đã khảo sát trình phân hủy phenol metylen xanh mơi trường nước xúc tác MCM-41, có mặt H2O2 thông qua phổ UV-Vis Kết cho thấy, độ hấp thụ dung dịch giảm cách đặn hết, chứng tỏ khả phân hủy phenol metylen xanh hệ xúc tác tốt Có thể sử dụng hệ để xử lí phenol, metylen xanh có mơi trường nước, góp phần làm môi trường, tăng thêm vẻ đẹp mĩ quan, an toàn sản xuất sinh hoạt Kiến nghị Nếu có điều kiện, chúng tơi tiến hành phân hủy thêm số hợp chất hữu độc hại khác môi trường Gắn kim loại chuyển tiếp lên bề mặt MCM-41 để tăng thêm hoạt tính hấp phụ, xúc tác ứng dụng Fe, Cu, V, Pt… Sử dụng phương pháp phân tích đại để xác định nồng độ thành phần chất dung dịch trước sau xử lí LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tài liệu tiếng Việt: Đỗ Xuân Đồng, Lê Thị Kim Lan, Vũ Anh Tuấn, “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng xác định hoạt tính xúc tác vật liệu lưỡng mao quản Y/MCM-41 tổng hợp từ cao lanh”, Hội nghị hấp phụ xúc tác toàn quốc lần thứ 4, 1-3/8/2007, Tp Hồ Chí Minh Đinh Quang Khiếu (2008), Luận án tiến sĩ Hóa học, Huế Hồng Nhâm, Hóa học vơ cơ, Tập 1, Lý thuyết đại cương hóa học, NXB Giáo dục, Tp Hồ Chí Minh Hồ Văn Thành, Võ Thị Thanh Châu, Vũ Anh Tuấn, Nguyễn Hữu Phú, “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu mao quản trung bình trật tự MCM-41 từ vỏ trấu”, Hội nghị hấp phụ xúc tác toàn quốc lần thứ 4, 1-3/8/2007, Tp Hồ Chí Minh Hồ Sĩ Thoảng, “Một số hướng nghiên cứu xúc tác nhằm đáp ứng yêu cầu sản phẩm dầu mỏ”, Hội nghị hấp phụ xúc tác toàn quốc lần thứ 4, 13/8/2007, Tp Hồ Chí Minh Nguyễn Đình Thành, Nguyễn Hữu Sơn, Nguyễn Hữu Trí, “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác mao quản trung bình Al-MCM-41 ứng dụng cho trình Crackinh hiđrocacbon nặng”, Hội nghị hấp phụ xúc tác toàn quốc lần thứ 4, 1-3/8/2007, Tp Hồ Chí Minh Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội Nguyễn Thị Thu Vân, Trần Thị Minh Hiếu, Nguyễn Duy Khiêm, Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết (2006), Thí nghiệm phân tích định lượng, Nhà xuất đại học quốc gia, Tp Hồ Chí Minh Phạm Anh Sơn (2004), Khảo sát trình tổng hợp vật liệu xúc tác sở MCM-41, Luận văn Thạc sĩ Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 10 Phạm Ngọc Nguyên (2004), Giáo Trình Kỹ Thuật Phân Tích Vật Lý, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, trang 154 – 206 11 Phạm Thu Nga (1998), Công nghệ Sol-Gel Ứng dụng, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 47 12 Trần Quốc Sơn, Tài liệu giáo khoa chuyên hóa học, Hóa học 11 – 12, Tập một, Hóa học hữu cơ, Nhà xuất giáo dục * Tài liệu tiếng Anh: 13 A Auroux, A Gervasini (1994) Acidic properties of titanium–silicate–1 Zeolit and related microponous materials states of art Vol 84.pp 653-659 14 A Corma, S Iborra, J Primo, F Rey, Appl Catal A: General, 114, 1994, 512225 15 Bagshaw, S A., Prouzet E., and Pinnavaia T J (1995), “Templating of Mesoporous Molecular Sieves by Nonionic Polyethylene Oxide Surfactants, Science”, 269, 1242 – 1244 16 Brinker C J., George W Scherer (1990), Sol-gel science – The Physics and Chemistry of Sol- Gel Processing, Academic Press, USA 17 Chedeville O., Bayraktar A T., Port C (2005), “Modeling of Fenton Reaction for the oxidation of phenol in water”, Journal of Automated Methods & Management in Chemistry, 2, 31 – 36 18 Choi J S., Yoon S S., Jang S H Ahn W S (2006), “Phenol hydroxylation using Fe-MCM-41 catalysts”, Catalysis today, 111, 280 – 287 19 Farrauto R J., Bartholomew C H (1997), Fundamentals of industrial catalytic processes, Blackie Academic & Professional, pp 151 – 153 20 H Chon, S.I.Woo, S.E.Park, Recent Advandces and New Horirisons in Zeolite Science and Technology, Elsevier, 102 1996, 27-32 21 Ho Sy Thang, Nguyen Thi Ai Nhung, Dinh Quang Khieu, Tran Thai Hoa, Nguyen Huu Phu (2008), Direct hydrothermal synthesis of mesoporous, Sn-SBA-16 materials under weak acidic conditions, International scientific conference on “Chemistry for development and intergration”, 12 – 14 September, pp, 806–816 22 Hu X, Lam F L Y., Cheng L M., Chan K F., Zhao X S., Lu G Q (2001), “Copper/MCM-41 as catalyst for photochemically enhanced oxidation of phenol by hydrogen peroxide”, Catalysis Today, 68, 129–133 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 48 23 Kim M J., Han Y J., Chmelka B F and Stucky G D (2000), “One-step synthesis of ordered mesocoposites with non-ionic amphiphilic block copolymers: implications of isoelectric point, hydrolysis rate and fluoride”, Chem Commun., 2437 – 2438 24 Kleestorfer K., Vinek H.and Jentys A (1998), “Structure simulation of mesoporous molecular sieves” Studies in Surface Science and Catalysis, Vol 117, 37-43 25 Kulawid K., Schulz-ekloff G., Rathousky J., Zukal A., Had J., (1995), “Hydroxylation of phenol over Ti-MCM-41 and TS-1”, Collection of Czechoslovak Chemical Communications, 60 (3), 451-456 26 Laha S C (2002), Mesoporous and microporous matallosilicate & organo-silicate molecular sieves: synthesis, characterization and catalytic properties, Doctor thesis, University of Pune, India 27 Langevin D.(1998), “Structure and dynamic properties of surfactant systems”, Studies in surface science and catalysis, 117, 129-134 28 Nozaki C., Lugmair C G., Bell A.T., and Tilley T D (2002) “Synthesis, characterization, and catalytic performance of single-site iron(III) centers on the surface of SBA15 silica”, J Am chem.soc, 124, 13194-13203 29 Stucky, G D., Monnier, A., Schüth, F.; Huo, Q.; Margolese, D I., Kumar, D., Krishnamurty, M P., Petroff, M.; Firouzi, A., Janicke, M and Chmelka, B F (1994), “Molecular and Atomic Arrays in Nano- and Mesoporous Materials Synthesis”, Mol Cryst Liq Cryst 240, 187-200 30 Tuel A., Arcon I., Millet J.M.M (1998) “Investigation of structural iron species in Femesoporous silicas by spectroscopic techniques”, J Chem Soc., Faraday Trans., 94, 3501-3510 31 Zhao D., Feng., Huo Q., Fredickson G H, Chmelka B F., ang Stucky G.D (1998) Triblock Copolimer syntheses of Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrong Pores, Science, Vol 279 pp 548–552 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... chọn đề tài: ? ?Ứng dụng MCM- 41 để xử lí chất hữu độc hại môi trường nước? ?? Mục tiêu đề tài Sử dụng MCM- 41 tổng hợp từ trấu để hấp phụ phân hủy chất hữu độc hại, chất màu môi trường nước phenol,... ven sơng… Vì việc sử dụng chất hóa học thân thiện với mơi trường để xử lí chất độc hại môi trường nước vấn đề cấp bách thiết thực Hiện nay, có nhiều hướng để xử lí mơi trường nước, số phát minh... số hợp chất hữu độc hại khác môi trường Gắn kim loại chuyển tiếp lên bề mặt MCM- 41 để tăng thêm hoạt tính hấp phụ, xúc tác ứng dụng Fe, Cu, V, Pt… Sử dụng phương pháp phân tích đại để xác định