Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀO HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT NANO MnAl2O4, CoAl2O4 VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN 2017 i TRA[.]
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀO HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT NANO MnAl2O4, CoAl2O4 VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN - 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRANG PHU BÌA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐÀO HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT NANO MnAl2O4, CoAl2O4 VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG Chun ngành: HĨA VƠ CƠ Mã số: 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Hữu Thiềng THÁI NGUYÊN - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Lê Hữu Thiềng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đào Hồng Hạnh Xác nhận khoa chuyên môn Người hướng dẫn Trưởng khoa PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan PGS.TS Lê Hữu Thiềng ii LỜI CẢM ƠN Luận văn hồn thành khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo, khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập nghiên cứu thực đề tài Xin chân thành cảm ơn cán phòng máy Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, Khoa Hóa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà nội, Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực nghiệm hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân cịn hạn chế nên luận văn em cịn thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy cô, bạn bè đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn để luận văn hoàn thiện Thái Nguyên, tháng 11 năm 2017 Tác giả luận văn Đào Hồng Hạnh iii MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cấu trúc tính chất oxit phức hợp kiểu spinel 1.1.1 Cấu trúc tinh thể oxit phức hợp kiểu spinel 1.1.2 Tính chất ứng dụng spinel 1.1.3 Một số kết nghiên cứu tổng hợp oxit phức hợp kiểu spinel 1.2 Tính chất xúc tác oxit kim loại 1.2.1 Động học phản ứng xúc tác 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 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 truyền qua 22 1.4.4 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng 23 1.4.5 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDS) 24 iv 1.4.6 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 25 1.5 Giới thiệu metyl da cam 26 Chương THỰC NGHIỆM 29 2.1 Phương pháp tổng hợp oxit nano 29 2.1.1 Hóa chất 29 2.1.2 Tổng hợp oxit MnAl2O4, CoAl2O4 phương pháp đốt cháy dung dịch29 2.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến tạo pha kích thước hạt oxit MnAl2O4, CoAl2O4 30 2.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 30 2.2.2 Ảnh hưởng thời gian nung 31 2.2.3 Ảnh hưởng pH tạo gel 31 2.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel 31 2.2.5 Ảnh hưởng tỉ lệ mol KL/Glyxin 32 2.3 Lập đường chuẩn metyl da cam 32 2.4 Nghiên cứu khả phân hủy metyl da cam H2O2 xúc tác MnAl2O4 CoAl2O4 33 2.4.1 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 33 2.4.2 Ảnh hưởng khối lượng chất xúc tác 34 2.4.3 Ảnh hưởng nồng độ metyl da cam 34 2.4.4 Nghiên cứu động học phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 xúc tác MnAl2O4, CoAl2O4 34 2.4.5 Khảo sát khả tái sử dụng chất xúc tác MnAl2O4, CoAl2O4.35 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Kết khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến tạo pha kích thước hạt oxit MnAl2O4, CoAl2O4 36 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 36 3.1.2 Ảnh hưởng thời gian nung 36 3.1.3 Ảnh hưởng pH tạo gel 40 3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel 42 3.1.5 Ảnh hưởng tỷ lệ mol (M2+, Al3+)/Gly, (M2+: Mn2+, Co2+) 43 3.2 Kết nghiên cứu đặc trưng mẫu điều chế điều kiện tối ưu 45 3.3 Kết đo phổ tán xạ lượng tia X (EDS) mẫu điều chế điều kiện tối ưu 48 3.4 Kết nghiên cứu khả xúc tác MnAl2O4, CoAl2O4 cho phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 49 3.4.1 Ảnh hưởng thời gian 49 3.4.2 Ảnh hưởng khối lượng chất xúc tác 51 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ metyl da cam 53 3.4.4 Kết nghiên cứu động học phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 xúc tác MnAl2O4, CoAl2O4 54 3.4.5 Khảo sát khả tái sử dụng chất xúc tác 61 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên đầy đủ Tên viết tắt Brunauer - Emmett - Teller BET Tên riêng ba nhà khoa học (Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng) CH Cacbohydrazide CS Combustion Synthesis (Tổng hợp đốt cháy) DTA EDS Differential Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai) Energy Dispersive X - ray Spectroscopy (Phổ tán xạ lượng tia X) MO Methyl orange (Metyl da cam) NOx NO NO2 ODH Oxalyl đihyđrazin PVA Polyvinyl ancol SC Solution Combustion (Đốt cháy dung dịch) SEM SHS SSC TEM TGA XRD Scanning Electron Microscope (Phương pháp hiển vi điện tử quét) Self Propagating High Temperature Synthesis Process Tổng hợp tự lan truyền nhiệt độ cao Solid State Combustion (Đốt cháy trạng thái rắn) Transnission Electron Microscope (Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua) Thermo Gravimetric Analysis (Phân tích nhiệt trọng lượng) X-Ray Diffraction (Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen) v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật lí số spinel Bảng 1.2 Một số oxit điều chế phương pháp đốt cháy gel polyme 17 Bảng 1.3 Một số oxit điều chế phương pháp đốt cháy dung dịch 19 Bảng 2.1 Tỉ lệ KL/Glyxin mẫu MAl2O4 (M: Mn, Co) 32 Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam 32 Bảng 3.1 Kích thước hạt tinh thể MnAl2O4 CoAl2O4 nung nhiệt độ nung khác 38 Bảng 3.2 Kích thước hạt tinh thể MnAl2O4, CoAl2O4 thời gian nung khác 40 Bảng 3.3 Kích thước hạt tinh thể MnAl2O4, CoAl2O4 pH tạo gel khác 41 Bảng 3.4 Kích thước hạt tinh thể MnAl2O4, CoAl2O4 nhiệt độ tạo gel khác 43 Bảng 3.5 Kích thước hạt tinh thể MnAl2O4 CoAl2O4 tỉ lệ mol (M2+, Al3+)/Gly khác (M2+: Co2+, Mn2+) 45 Bảng 3.6 Thành phần hóa học vật liệu CoAl2O4 MnAl2O4 48 Bảng 3.7 Hiệu suất phân hủy metyl da cam theo thời gian trường hợp khơng có có xúc tác MnAl2O4 CoAl2O4 51 Bảng 3.8 Ảnh hưởng khối lượng chất xúc tác MnAl2O4 CoAl2O4 đến hiệu suất phân hủy metyl da cam 52 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ metyl da cam đến hiệu suất phản ứng phân hủy có mặt xúc tác MnAl2O4 CoAl2O4 53 Bảng 3.10 Hiệu suất phân hủy metyl da cam nhiệt độ khác có mặt xúc tác MnAl2O4 55 vi Bảng 3.11 Hiệu suất phân hủy metyl da cam nhiệt độ khác có mặt xúc tác CoAl2O4 56 Bảng 3.12 Giá trị ln(Co/C) theo thời gian nhiệt độ khác có mặt xúc tác MnAl2O4 57 Bảng 3.13 Giá trị ln(Co/C) theo thời gian nhiệt độ khác có mặt xúc tác CoAl2O4 58 Bảng 3.14 Quan hệ lnk 1/T oxit MnAl2O4 60 Bảng 3.15 Quan hệ lnk 1/T oxit CoAl2O4 61 Bảng 3.16 Hiệu suất phân hủy metyl da cam ứng với chất xúc tác chất xúc tác tái sử dụng 61 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể spinel Hình 1.2 Cấu trúc mạng spinel thuận Hình 1.3 Hai phương pháp để điều chế vật liệu nano 13 Hình 1.4 Phổ Uv-Vis dung dịch metyl da cam 28 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp oxit phương pháp đốt cháy dung dịch glyxin 30 Hình 2.2 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam 33 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu gel Mn2+- Al3+- gly 36 Hình 3.2 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu gel Co2+ - Al3+- gly 36 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu MnAl2O4 nung nhiệt độ khác 37 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu CoAl2O4 nung nhiệt độ khác 38 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu MnAl2O4 nung thời gian khác 39 Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu CoAl2O4 nung thời gian khác 39 Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu MnAl2O4 pH tạo gel khác 40 Hình 3.8 Giản đồ XRD mẫu CoAl2O4 pH tạo gel khác 41 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu MnAl2O4 nhiệt độ tạo gel khác 42 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu CoAl2O4 nhiệt độ tạo gel khác 42 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu với tỉ lệ mol (Mn2+, Al3+)/Gly khác 43 Hình 3.12 Giản đồ XRD mẫu với tỉ lệ mol (Co2+, Al3+)/Gly khác 44 Hình 3.13 Giản đồ XRD mẫu MnAl2O4 điều chế điều kiện tối ưu 46 Hình 3.14 Giản đồ XRD mẫu CoAl2O4 điều chế điều kiện tối ưu 46 Hình 3.15 Ảnh SEM MnAl2O4 (a) CoAl2O4 (b) 47 Hình 3.16 Ảnh TEM MnAl2O4 (a) CoAl2O4 (b) 47 Hình 3.17 Phổ EDS vật liệu MnAl2O4 48 Hình 3.18 Phổ EDS vật liệu CoAl2O4 49 Hình 3.19 Phổ UV-Vis sản phẩm phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 khơng có xúc tác thời gian khác 49 vii Hình 3.20 Phổ UV-Vis sản phẩm phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 có xúc tác MnAl2O4 thời gian khác 50 Hình 3.21 Phổ UV-Vis sản phẩm phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 có xúc tác CoAl2O4 thời gian khác 50 Hình 3.22 Sự phụ thuộc hiệu suất phản ứng phân hủy metyl da cam vào khối lượng chất xúc tác MnAl2O4 CoAl2O4 52 Hình 3.23 Sự phụ thuộc hiệu suất phản ứng phân hủy vào nồng độ metyl da cam có mặt xúc tác MnAl2O4 CoAl2O4 53 Hình 3.24 Sự phụ thuộc hiệu suất phân hủy metyl da cam vào thời gian nhiệt độ khác có mặt xúc tác MnAl2O4 56 Hình 3.25 Sự phụ thuộc hiệu suất phân hủy metyl da cam vào thời gian nhiệt độ khác có mặt xúc tác CoAl2O4 57 Hình 3.26 Sự phụ thuộc ln(Co/C) vào thời gian phản ứng có mặt xúc tác MnAl2O4 58 Hình 3.27 Sự phụ thuộc ln(Co/C) vào thời gian phản ứng có mặt xúc tác CoAl2O4 59 Hình 3.28 Sự phụ thuộc lnk theo 1/T oxit MnAl2O4 60 Hình 3.29 Sự phụ thuộc lnk theo 1/T oxit CoAl2O4 61 Hình 3.30 Khảo sát khả tái sử dụng xúc tác MnAl2O4 62 Hình 3.31 Khảo sát khả tái sử dụng xúc tác CoAl2O4 62 MỞ ĐẦU Môi trường bảo vệ môi trường ngày mối quan tâm chung toàn xã hội Quản lý bảo vệ môi trường hướng tới phát triển bền vững vấn đề đặt cấp bách cho nước phát triển Việt Nam Hiện nay, đất nước ta đường Cơng nghiệp hóa - đại hóa, mơi trường nước nhiều khu thị, khu công nghiệp làng nghề ngày bị ô nhiễm nguồn nước thải độc hại Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu khác nhằm đề xuất phương pháp xử lý nguồn nước nhiễm có hiệu Một phương pháp thực phản ứng chuyển hóa chất hữu độc hại thành chất khơng độc hại độc hại Hoặc từ chất hữu khó phân hủy thành dễ phân hủy Trước thường sử dụng chất xúc tác kim loại quý, hiệu tốt giá thành cao không lợi mặt kinh tế Hiện nay, khoa học kĩ thuật phát triển theo hướng tạo vật liệu nhỏ gọn có tính tuyệt vời Theo oxit kích thước nano mét kiểu spinel có nhiều tính chất lí thú, đặc biệt tính xúc tác cao biết đến ứng dụng để xử lý chất hữu môi trường nước Để tổng hợp oxit kiểu spinel, người ta sử dụng nhiều phương pháp hóa học khác nhau, tổng hợp đốt cháy có nhiều ưu điểm nên ứng dụng rộng rãi đem lại hiệu cao Hình thái cấu trúc nano spinel có ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác Các đặc trưng phụ thuộc vào yếu tố chất nền, nhiệt độ thời gian nung, tỷ lệ mol cấu tử,… Trên sở chúng tơi thực đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp oxit nano MnAl2O4, CoAl2O4 bước đầu thăm dò ứng dụng chúng” Thực đề tài tập trung nghiên cứu về: Xác định điều kiện tối ưu để tổng hợp oxit nano MnAl2O4, CoAl2O4 Xác định đặc trưng cấu trúc oxit phương pháp vật lí hóa lý: TG/DTA, XRD, EDS, SEM, TEM, BET Thăm dò khả xúc tác oxit phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 Khảo sát khả tái sử dụng oxit Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cấu trúc tính chất oxit phức hợp kiểu spinel 1.1.1 Cấu trúc tinh thể oxit phức hợp kiểu spinel Các spinel có cơng thức tổng qt AB2O4, A B cation kim loại có hóa trị II III tương ứng Mạng lưới spinel hình thành từ oxi có cấu trúc xếp chặt tạo thành ô mạng sở chứa phân tử AB 2O4 Mỗi ô mạng sở chứa 64 lỗ trống tứ diện 32 lỗ trống bát diện Để trung hịa điện tích với ion oxi, có lỗ trống tứ diện 16 lỗ trống bát diện chứa cation kim loại Các lỗ trống kí hiệu A (tứ diện) B (bát diện) [9] cation A nằm hốc trống tứ diện, 16 cation B nằm vào hốc bát diện tạo thành mạng lưới spinel thuận, ký hiệu A[BB]O4 cation A nằm hốc trống bát diện, 16 cation B phân làm hai: cation nằm vào hốc tứ diện, cation nằm vào hốc bát diện tạo thành spinel nghịch đảo, ký hiệu B[AB]O4 Nếu 24 cation A B phân bố cách ngẫu nhiên vào hốc tứ diện hốc bát diện gọi spinel trung gian với 06 3,560 - 1,12 MnFe2O4 -nt- - 4,9 - - BeAl2O4 Hình thoi - 8,5 3,720 1870 phân hủy 0,573 (-) không xác định Theo độ dẫn điện, đánh giá cấu tạo bên spinel Ví dụ Fe3O4 Mn3O4 có cấu trúc spinel, Mn3O4 chất điện môi (khơng dẫn điện) cịn Fe3O4 lại có độ dẫn điện cao kim loại Đó Fe3O4 có cấu trúc spinel nghịch, Mn3O4 spinel thuận Một đặc tính quan trọng spinel dễ dàng tạo thành dung dịch rắn thay với thơng số mạng chúng gần Ví dụ, hệ spinel MgAl2O4-MgCr2O4, FeCr2O4- FeFe2O4 có giản đồ trạng thái thuộc kiểu tính tan khơng hạn chế Cromit dễ trộn lẫn với ferit Một số spinel tạo dung dịch rắn với nhôm oxit, đặc biệt với γ-Al2O3 có mạng lưới giống với mạng lưới tinh thể spinel Nói chung, tính chất spinel định tính chất hàm lượng oxit hợp phần Khi tổng hợp spinel hình thành dung dịch kiểu spinel có tăng thể tích pha tinh thể Một nét đặc trưng cần quan tâm phản ứng thay spinel, ví dụ aluminat với oxit có kiểu tương tác: 1) MgO + BeAl2O4 →MgAl2O4 + BeO 2) MgO + NiAl2O4 → (Ni,Mg)O + (Mg,Ni)Al2O4 3) Các aluminat trộn lẫn hồn tồn cịn oxit trộn lẫn khơng hồn tồn Các hợp chất spinel có giá trị lớn kỹ thuật Chúng sử dụng làm bột màu, vật liệu chịu lửa, vật liệu kỹ thuật điện tử, đá quý Chúng bền với tác nhân oxi hoá tác nhân khử… Do vậy, việc tổng hợp nghiên cứu ứng dụng vật liệu spinel nhiều nhà khoa học quan tâm [9] 1.1.3 Một số kết nghiên cứu tổng hợp oxit phức hợp kiểu spinel Hiện việc tổng hợp, nghiên cứu tính chất đặc trưng tìm kiếm ứng dụng xử lí môi trường oxit nano, oxit phức hợp kiểu spinel thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học Tác giả Mahsa Jafari cộng [25] tổng hợp CoAl2O4 có dạng hình cầu, kích thước hạt 18 nm nung gel 600 oC phương pháp đốt cháy gel từ chất polyacrlamide Bằng phương pháp đốt cháy, tác giả Gardey Merino cộng [26] tổng hợp oxit CoAl2O4 có kích thước nano Diện tích bề mặt mẫu CoAl2O4 thu từ 40 - 120 m2/g nung mẫu từ 400 ÷ 800oC Oxit MnAl2O4 tổng hợp phương pháp đốt cháy Tác giả Patil cộng [19] tổng hợp MnAl2O4 chất khác oxalyl đihyđrazin (ODH), cacbohiddrat (CH)…Vật liệu MnAl2O4 thu có dạng hình cầu, kích thước hạt khoảng từ 32 ÷ 65 nm, diện tích bề mặt riêng lớn từ 40÷65 m2/g Sử dụng phương pháp Pechini với chất axit citric axit tactric dung môi elylen glycol tác giả Mohammad Edrissi cộng [28] tổng hợp thành công oxit nano MnAl2O4 pH=7; nhiệt độ nung 1000oC Ngoài ra, tác giả khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến q trình tạo pha kích thước hạt nhiệt độ nung, tác nhân tạo phức, pH Tác giả Mohammad Edrissi [28] tổng hợp thành công oxit nano MnAl2O4 phương pháp đồng kết tủa từ Mn(NO3)2, Al(NO3)3 hexametylen tetraamin (HMTA) Các mẫu oxit MnAl2O4 nung 1000oC có kích thước trung bình 49 nm CoAl2O4 có kích thước nano tác giả Marcos Zayat cộng [26] tổng hợp thành công phương pháp sol - gel từ tiền chất axit citric Các tinh thể CoAl2O4 xử lý nhiệt 350oC khơng khí Bằng phương pháp phủ quay sol - gel, tác giả Gunduz [16] tổng hợp vật liệu NiAl2O4 có kích thước 27,735 nm Các tính chất điện vật liệu đặc trưng điện dung điện áp Bằng phương pháp vi sóng tác giả Ragupathi [32] tổng hợp hạt nano NiAl2O4 có dạng hình cầu, kích thước khoảng 10-18 nm Tác giả Amini cộng [10] tổng hợp spinel MgAl2O4 phương pháp sol-gel có kích thước hạt 7,7 nm diện tích bề mặt riêng 266,4 m2/g Phương pháp Pechini tác giả Mahnaz Naderi cộng [24] sử dụng để tổng hợp oxit nano CuAl2O4 nhiệt độ 700oC 900oC CuAl2O4 sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng phân hủy metyl da cam H2O2 Kết nghiên cứu cho thấy, hiệu suất phân hủy metyl da cam đạt 80% sau 110 phút phản ứng 1.2 Tính chất xúc tác oxit kim loại 1.2.1 Động học phản ứng xúc tác Phản ứng xúc tác thực theo hai phương pháp: - Phương pháp tĩnh: chất tham gia phản ứng chứa khơng gian (thể tích) xác định Sự diễn biến phản ứng theo dõi qua giảm nồng độ (hoặc áp suất) chất tham gia phản ứng; tăng nồng độ (hoặc áp suất) chất sản phẩm phản ứng với thời gian - Phương pháp động: chất tham gia phản ứng trạng thái khí chuyển qua lớp hạt xúc tác thiết bị phản ứng dịng liên tục Tốc độ khơng gian định nghĩa tỉ số tốc độ thể tích dịng thể tích lớp xúc tác, có đơn vị [thời gian]-1 Nghịch đảo tốc độ không gian gọi thời gian tiếp xúc Trong thiết bị dòng, nồng độ sản phẩm tăng theo độ dày lớp xúc tác Độ dày lớp xúc tác có giá trị tương đương với thời gian phản ứng thiết bị phản ứng tĩnh [6] 1.2.1.1 Tốc độ bậc phản ứng Tốc độ bậc phản ứng thông số động học quan trọng phản ứng hóa học, vì: - Nhờ mà biết hay tồn chế phản ứng từ điều khiển phản ứng cách khoa học hợp lí - Dựa vào tốc độ phản ứng, bậc phản ứng người ta thiết kế tối ưu thiết bị phản ứng, tính tốn hợp lí kích thước, hình dáng thiết bị - Thông qua mối quan hệ nhiệt độ tốc độ phản ứng, người ta dự đốn yếu tố vật lí, hóa học, bề mặt ảnh hưởng đến tốc độ q trình; dự đoán giai đoạn giai đoạn chậm tồn q trình phản ứng Xét phản ứng: Ai →Di Theo định luật tác dụng khối lượng, tốc độ phản ứng biểu diễn: v k PAa1 PAb2 PAc3 Trong đó: (1.1) k số tốc độ P áp suất a, b, c bậc A1, A2, A3 Bậc chung phản ứng : a + b +c + Trong phản ứng xác tác dị thể biểu thức (1.1) thêm đại lượng đại diện cho sản phẩm phản ứng v k PAa1 PAb2 PAc3 PDm1 PDn2 (1.2) Bởi sản phẩm phản ứng bị hấp phụ bề mặt xúc tác ảnh hưởng đến giá trị tốc độ phản ứng Các sản phẩm phản ứng khơng hấp phụ biểu thức tốc độ phản ứng lại có dạng (1.1) [6] 1.2.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng xúc tác Mối quan hệ nhiệt độ số tốc độ k tuân theo phương trình Arrhenius: k ko Trong đó: E e RT (1.3) ko số tỉ lệ R số khí lí tưởng T nhiệt độ tuyệt đối E lượng hoạt hóa Như vậy, lượng hoạt hố E nhỏ số tốc độ phản ứng k lớn dẫn đến tốc độ phản ứng nhanh Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng cách làm giảm lượng hoạt hóa hệ [6] 1.2.1.3 Hiện tượng chuyển khối phản ứng xúc tác Cho đến nay, nghiên cứu động học cho phản ứng chất bị hấp phụ; phân tử khí phân tử chất bị hấp phụ giai đoạn định tốc độ chung toàn phản ứng Tuy nhiên, thực tế khơng hồn tồn Tốc độ q trình nói chung phụ thuộc giai đoạn sau số chúng giai đoạn định tốc độ trình: (1) Vận chuyển chất phản ứng đến bề mặt chất xúc tác (2) Hấp phụ chất phản ứng bề mặt xúc tác (3) Phản ứng xảy bề mặt chất xúc tác (4) Khử hấp phụ (giải hấp) sản phẩm khỏi bề mặt xúc tác (5) Vận chuyển sản phẩm phản ứng khỏi bề mặt xúc tác ... đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp oxit nano MnAl2O4, CoAl2O4 bước đầu thăm dò ứng dụng chúng” Thực đề tài tập trung nghiên cứu về: Xác định điều kiện tối ưu để tổng hợp oxit nano MnAl2O4, CoAl2O4. .. nghiên cứu ứng dụng vật liệu spinel nhiều nhà khoa học quan tâm [9] 1.1.3 Một số kết nghiên cứu tổng hợp oxit phức hợp kiểu spinel Hiện việc tổng hợp, nghiên cứu tính chất đặc trưng tìm kiếm ứng dụng. ..ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRANG PHU BÌA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐÀO HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT NANO MnAl2O4, CoAl2O4 VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG Chun ngành: