Tổng hợp vật liệu mn ui 66 và ứng dụng hấp phụ một số chất màu hữu cơ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ LINH TỔNG HỢP VẬT LIỆU Mn-UiO-66 VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT MÀU HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Đà Nẵng - Năm 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ LINH TỔNG HỢP VẬT LIỆU Mn-UiO-66 VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT MÀU HỮU CƠ Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 8440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VÕ THẮNG NGUYÊN Đà Nẵng - Năm 2023 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC TÊN VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Đối tượng mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu khung hữu kim loại 1.2 Khái quát UiO-66 11 1.2.1 Cấu trúc UiO-66 11 1.2.2 Phương pháp tổng hợp UiO-66 13 1.2.3 Ứng dụng UiO-66 13 1.3 Giới thiệu chất màu hữu 14 1.3.1 Sơ lược lịch sử phát triển thuyết màu 14 1.3.2 Xanh methylen 15 1.3.3 Rhodamin B 17 1.4 Tổng quan phương pháp hấp phụ .20 1.4.1 Khái niệm hấp phụ - giải hấp 20 1.4.2 Hấp phụ môi trường nước 21 1.4.3 Động học trình hấp phụ 21 1.4.4 Các mơ hình đăng nhiệt hấp phụ 23 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 25 2.1 Phương pháp nghiên cứu 25 2.1.1 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 25 2.1.2 Phương pháp phân tích phổ UV-VIS 28 2.2 Thực nghiệm 30 2.2.1 Hóa chất 30 2.2.2 Dụng cụ thiết bị 30 2.3 Tổng hợp vật liệu 31 2.3.1 Tổng hợp vật liệu UiO-66 31 2.3.2 Tổng hợp vật liệu Mn-UiO-66 32 2.4 Xây dựng đường chuẩn Rhodamine B Xanh methylen 34 2.5 Thử khả hấp phụ Mn-UiO-66 so với UiO-66 .34 vi 2.5.1 Trong Xanh methylen 35 2.5.2 Trong Rhodamine B 35 2.6 Khảo sát trình hấp phụ Rhodamine B Xanh methylen vật liệu Mn-UiO-66 35 2.6.1 Thời gian đạt cân hấp phụ 36 2.6.2 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu 36 2.6.3 Ảnh hưởng nồng độ 37 2.6.4 Ảnh hưởng pH dung dịch .37 2.7 Giải hấp tái sử dụng vật liệu 37 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Kết xác định đặc trưng vật liệu 39 3.1.1 Phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT-IR) .39 3.1.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) vật liệu Mn-UiO-66 theo tỷ lệ vật liệu UiO-66 tổng hợp .40 3.1.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 42 3.2 Kết xây dựng đường chuẩn Xanh methylen Rhodamine B .43 3.3 Thử khả hấp phụ Mn-UiO-66 so với UiO-66 .44 3.4 Khảo sát trình hấp phụ Rhodamine B Xanh methylen vật liệu MnUiO-66 45 3.4.1 Thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu dung dịch Xanh methylen RhB 45 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu hấp phụ .50 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ 52 3.4.4 Ảnh hưởng pH 56 3.5 Tái sử dụng vật liệu 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Hình 1.1 Hình 1.2 Tên hình vẽ Mơ hình cấu trúc MOFs Các SBU carboxylate MOF Trong đa diện kim loại: màu xanh; O: đỏ; C: đen Đa giác hay đa diện tạo nên số nguyên tử carbon nhóm carboxylate (các số hình) có màu đỏ Trang Hình 1.3 Cấu trúc MOFs SBU linker khác Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể MOF-5 Hình cầu cấu trúc minh họa cho khơng gian lớn có lỗ xốp mà không bị ảnh hưởng tương tác van der Waals với khung kim Hình 1.5 Cấu trúc MOF có độ xốp cao Trong a) HKUST-1,b) MIL101 c) CMUM-2, d) MOF-180, e) MOF-200, f) MOF-205, g) MOF-210 Hình 1.6 Cấu trúc phản lăng trụ vng 11 Hình 1.7 Cấu trúc UiO-66: (a) SBU, (b) mười hai ligand bao quanh SBU Trong đó: Zr, O, C có màu tương ứng xanh, đỏ, xám 12 Hình 1.8 Sự chuyển đổi sang dạng hydrate SBU Trong Zr, O, H có màu là: đỏ, xanh da trời xanh 12 Hình 1.9 Cấu trúc tứ diện (a), bát diện (b), kết hợp cấu trúc bát diện với cấu trúc tứ diện tạo thành dạng lập phương (c) Trong đó: Zr, O, C, H có màu tương ứng đỏ, xanh, xám, trắng 13 Hình 1.10 Dạng oxy hóa dạng khử Xanh methylen 16 Hình 1.11 Cấu trúc Xanh methylen 16 Hình 1.12 Tinh thể Xanh methylen 17 Hình 1.13 Tinh thể Rhodamine B 18 Hình 1.14 Cơng thức cấu tạo Rhodamine B 18 Hình 2.1 Nguyên lý phương pháp XRD sơ đồ chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ tinh thể 25 Hình 2.2 Máy phân tích nhiễu xạ Tia X D8 Advance Eco 26 Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động SEM 27 Hình 2.4 Thiết bị kính hiển vi điện tử SEM JSM – IT 200 27 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động máy quang phổ hồng ngoại 28 Hình 2.6 Thiết bị đo phổ hồng ngoại JASCO FT/IR-6800 28 viii Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động máy UV-VIS 29 Hình 2.8 Quy trình tổng hợp UiO-66 31 Hình 2.9 Quy trình tổng hợp Mn-UiO-66 tỷ lệ 4:1 32 Hình 2.10 Dung dịch huyền phù sau khuấy tinh thể BL1 sau sấy khơ 33 Hình 2.11 Quy trình tổng hợp Mn-UiO-66 tỷ lệ 8:1 33 Hình 2.12 Dung dịch huyền phù sau khuấy tinh thể AN1 sau sấy khô 34 Hình 2.13 Dung dịch RhB sau giải hấp HNO3 0,1M hai mẫu vật liệu AN1 BL1 38 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại IR vật liệu UiO-66, BL1, AN1 39 Hình 3.2 Giản đồ XRD vật liệu UiO-66 40 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu vật liệu BL1 (tỷ lệ 4:1) 41 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu vật liệu AN1 (tỷ lệ 8:1) 41 Hình 3.5 Ảnh SEM vật liệu mẫu BL1 (tỷ lệ 4:1) 42 Hình 3.6 Ảnh SEM vật liệu mẫu AN1 (tỷ lệ 8:1) 42 Hình 3.7 Ảnh SEM vật liệu UiO-66 43 Hình 3.8 Đồ thị xây dựng đường chuẩn Xanh methylen Rhodamine B 44 Hình 3.9 Hiệu suất hấp phụ mẫu vật liệu dung dịch Rhodamine B Xanh methylen 45 Hình 3.10 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Xanh methylen theo thời gian vật liệu 45 Hình 3.11 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Rhodamine B theo thời gian vật liệu 46 Hình 3.12 Đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc (A) bậc (B) trình hấp phụ vật liệu Mn-UiO-66 theo hai mẫu vật liệu AN1, 48 BL1 dung dịch RhB Hình 3.13 Đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc (A) bậc (B) trình hấp phụ vật liệu Mn-UiO-66 theo hai mẫu vật liệu AN1, BL1 dung dịch Xanh methylen 49 Hình 3.14 Đồ thị phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào hàm lượng vật liệu dung dịch Rhodamine B 50ppm 50 Hình 3.15 Đồ thị phụ thuộc hiệu suất hấp phụ dung dịch Rhodamine B 50ppm vào hàm lượng hấp phụ vật liệu 51 CONG HOA xX HOI CHU NGHiA VIET NAM DQc l~p - TV' - Hanh phuc D~I HQC DA NANG TRUONGD~IHQCSUPH~M BrENBAN HQP H(H DONG CHAM LU~N VAN TH~C sl Ten de tai: T6ng hop v~t lieu Mn-UiO-66 va irng dung hap phu m9t htru ca Nganh: Hoa htru Co' s6 ch