Khoá luận tốt nghiệp nghiên cứu chế tạo vật liệu sba15 và sba15 biến tính

TRƢỜ NG ĐAI H OC SƢ PHAM HÀ NÔI KHOA HÓA HỌC ====== NGUYỄN THỊ MAI ANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU SBA15 VÀ SBA15 BIẾN TÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa Vơ HÀ NỘI - 2018 i TRƢỜ NG ĐAI H OC HÀ NƠI SƢ PHAM KHOA HĨA HỌC ====== NGUYỄN THỊ MAI ANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU SBA15 VÀ SBA15 BIẾN TÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa Vơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS.LÊ ĐÌNH TUẤN HÀ NỘI – 2018 ii LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian tìm tịi, nghiên cứu, khóa luận tốt nghiệp tơi với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu SBA15 SBA15 biến tính” hoàn thành Ngoài cố gắng nỗ lực thân, tơi nhận khích lệ, giúp đỡ nhiều từ phía nhà trường, thầy cơ, gia đình bạn bè Trước hết, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy ThS.Lê Đình Tuấn - Khoa Hóa học - Trường ĐHSP Hà Nội 2, người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình xây dựng hồn thiện khóa luận tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Hoá học–Trường ĐHSP Hà Nội truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt trình học tập Mặc dù cố gắng, song thời gian kinh nghiệm thân nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô giáo, bạn để đề tài tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Mai Anh iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BET Brunauer-Emmett-Teller CTAB Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide ĐHCT Định hướng cấu trúc HMS Vật liệu oxit silic có cấu trúc mao quản trung bình dạng lục lăng IUPAC Hiệp hội quốc tế hoá học ứng dụng LCT Định hướng tinh thể lỏng MQTB Mao quản trung bình MQTBTT Mao quản trung bình trật tự M41S Họ vật liệu mao quản trung bình bao gồm MCM-41, MCM-48, MCM-50 P123 Chất định hướng cấu trúc SBA15 Santa Barbara Amorphous 15 TEM Hiển vi điện tử truyền qua UV-Vis Tử ngoại - Khả kiến iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB Hình 2: Sự tương tác chất ĐHCT chất vơ Hình 3: Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng .9 Hình 4: Cơ chế xếp silicat ống .9 Hình 5: Cơ chế phù hợp mật độ điện tích 11 Hình 6: Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc .12 Hình 7: Ảnh SEM vật liệu mao quản trung bình SBA15 điềuchế cách dùng: (a) TMOS làm nguồn SiO2; (b) DMF làm đồng dung môi; (c) THF làm đồng dung môi; (d) CTAB làm đồng templat ; (e)Na2SO4 (f) MgSO4 15 Hình : Sơ đồ tổng hợp SBA15 .19 Hình : Sơ đồ tổng hợp SBA15 biến tính 20 Hình 10: Sơ đồ tia tới tia phản xạ mạng tinh thể 21 Hình 11: Đồ thị biểu diễn biến thiên P/[V(Po - P)] theo P/Po 23 Hình 12: Quá trình phát quang điện tử .25 Hình 13: Giản đồ XRD (a) SBA15/P123 chưa nung, (b) SBA15 nung loại bỏ khn P123, (c) SBA15-SH (d) SBA15-SO3H 26 Hình 14: Ảnh TEM mẫu SBA15 (trái) SBA15-SO3H (phải) 27 Hình 15: Đường cong hấp phụ - giải hấp phụ nitơ đẳng nhiệt (trái) đường cong phân bố kích thước mao quản (phải) SBA15 28 Hình 16: Đường cong hấp phụ - giải hấp phụ nitơ đẳng nhiệt (trái) đường cong phân bố kích thước mao quản (phải) SBA15-SO3H .29 Hình 17: Phổ XPS phân giải cao dải lượng liên kết S2p mẫu SBA15 (trái), SBA15-SH (giữa)và SBA15-SO3H (phải) 30 v DANH MỤC BIỂU BẢNG Bảng 1: Phân loại vật liệu mao quản theo IUPAC Bảng 2: Các loại hóa chất sử dụng luận văn 18 Bảng 3: Khoảng cách mặt mạng dhkl (nm) tính từ XRD 27 vi MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG I - TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu mao quản trung bình trật tự (MQTBTT) 1.1.1 Giới thiệu vật liệu MQTBTT .4 1.1.2 Phân loại vật liệu MQTBTT .6 1.2 Cơ chế hình thành vật liệu MQTBTT .7 1.2.1 Chất định hướng cấu trúc 1.2.2 Cơ chế hình thành vật liệu MQTB .8 1.3 Vật liệu mao quản trung bình trật tự SBA15 12 1.3.1 Đặc điểm cấu trúc SBA15 12 1.3.2 Ứng dụng vật liệu SBA15 15 1.4 Biến tính bề mặt vật liệu SBA15 nhóm thiol (-SH) .16 CHƢƠNG II -THỰC NGHIỆM 18 2.1 Dụng cụ - hóa chất .18 2.1.1 Dụng cụ 18 2.1.2 Hóa chất 18 2.1.3 Pha dung dịch 18 2.2 Tổng hợp vật liệu .18 2.2.1 Tổng hợp vật liệu SBA15 18 2.2.2 Tổng hợp SBA15 biến tính .19 2.3 Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng cấu trúc vật liệu .21 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ Rownghen (X-ray diffraction:XRD) 21 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy: TEM) 22 2.3.3 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 22 vii 2.3.4 Phương pháp phổ kế quang điện tử tia X (XPS: X-ray photoelectron spectroscopy) 24 CHƢƠNG III - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .26 3.1 Kết nhiễu xạ tia X 26 3.2 Kết đo TEM 27 3.3 Kết đo BET 28 3.4 Kết phân tích XPS 30 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO .33 viii MỞ ĐẦU Lý chon đề tài Trong hai thập kỷ vừa qua, chứng kiến đời phát triển hệ vật liệu mới, với tên gọi vật liệu “mao quản trung bình có cấu trúc trật tự”, viết tắt vật liệu mao quản trung bình trật tự (MQTBTT) (ordered mesoporous materials) Vật liệu chứa bên hệ mao quản đồng (đường kính mao quản, cách xếp, định hướng khơng gian,…), có bề mặt riêng lớn (từ vài trăm đến ngàn m2/g), đường kính mao quản rộng (từ vài chục đến vài trăm Å), thể tích “rỗng” bên vật liệu lớn (vài cm3/g) Sự tổng hợp thành công hệ vật liệu MQTBTT M41S (MCM41, MCM-48 MCM-50) đầu năm 1990 xem bước đột phá lĩnh vực tổng hợp vật liệu mao quản, vượt qua “giới hạn 10Å” đường kính mao quản vật liệu zeolit (aluminosilicat tinh thể) tồn thời gian dài (1960-1990) công nghệ xúc tác - hấp phụ Người ta kỳ vọng nhiều hệ vật liệu MQTBTT nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt lĩnh vực xúc tác, hấp phụ tách chất hệ phân tử lớn.Thế nhưng, phản ứng xúc tác bề mặt bên vật liệu mao quản trung bình (MQTB) xảy khơng thật đạt mong đợi Bởi vì, ngồi ưu điểm kể (mao quản rộng, diện tích bề mặt cao, thể tích rỗng lớn), vật liệu MQTBTT có hai nhược điểm bản: Xét quan hệ gần (liên kết nguyên tử, phân tử,…tạo vật liệu) vật liệu MQTBTT có cấu trúc vơ định hình Do đó, vật liệu bền nhiệt, thủy nhiệt, thủy phân hóa học so với vật liệu zeolit Cho đến người ta thành công việc tổng hợp vật liệu MQTBTT từ tiền chất oxit silic (TEOS, …) Do đó, vật liệu SiO2MQTBTT không chứa tâm axit cần thiết cho phản ứng xúc tác theo chếcacbocation, không chứa tâm xúc tác oxi hóa khử cho phản ứng chuyển dịch electron Thế nên, khứ, chắn tương lai, nhà khoa học-công nghệ phải sức tìm kiếm biện pháp nhằm khắc phục hai nhược điểm nói hệ vật liệu MQTBTT Do tơi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu SBA15 SBA15 biến tính” Mục tiêu nghiên cứu Với mục đích gia tăng độ bền cấu trúc tạo tính đa dạng tâm vật liệu, khóa luận cố gắng thực nhiệm vụ sau: Nghiên cứu xác định điều kiện tổng hợpvật liệu MQTBTT SBA15 tương ứng với điều kiện thực nghiệm Việt Nam Vì hệ nay, xem vật liệu MQTBTT có độ dày thành mao quản lớn (so với vật liệu MQTB khác: MCM-41,…) Sự gia tăng độ dày thành mao quản tạo vật liệu có độ bền cấu trúc tốt Biến tính bề mặt vật liệu SBA15bằng nhóm thiol (-SH) Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Do điều kiện thực nghiệm thời gian nghiên cứu có hạn, khóa luận lựa chọn đối tượng phạm vi nghiên cứu sau: -Vật liệu MQTBTT SBA15 - Biến tính bề mặt vật liệu SBA15bằng nhóm thiol (-SH) Với định hướng nghiên cứu trên, nội dung cụ thể khóa luậnlà: Tiến hành tổng quan tài liệu (chương I):Nghiên cứu tổng quan lý thuyết SBA15 SBA15 biến tính