Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước

Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.Tổng hợp một số hệ xúc tác trên cơ sở hợp chất titan cho quá trình quang phân hủy cinnamic acid trong nước.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Điền Trung TỔNG HỢP MỘT SỐ HỆ XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ HỢP CHẤT TITAN CHO QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY CINNAMIC ACID TRONG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HĨA LÝ TP Hồ Chí Minh – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Điền Trung TỔNG HỢP MỘT SỐ HỆ XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ HỢP CHẤT TITAN CHO QUÁ TRÌNH QUANG PHÂN HỦY CINNAMIC ACID TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 9440119 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Hoàng Tiến Cường TS Hà Cẩm Anh TP Hồ Chí Minh – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận án “Tổng hợp số hệ xúc tác sở hợp chất titan cho trình quang phân hủy cinnamic acid nước” cơng trình nghiên cứu tác giả Nguyễn Điền Trung, hướng dẫn TS Hoàng Tiến Cường TS Hà Cẩm Anh Các kết nghiên cứu luận án trung thực không chép từ nguồn tài liệu khác hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Hồng Tiến Cường cơng tác phịng Phịng Dầu khí – Xúc tác thuộc Viện Cơng nghệ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, hướng dẫn khoa học thứ hết lòng giúp đỡ, định hướng nghiên cứu động viên tinh thần để tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn TS Hà Cẩm Anh làm việc Khoa Kỹ thuật Hoá học, Trường Đại học Bách khoa, hướng dẫn khoa học thứ hai tận tình giúp đỡ tơi thời gian học tập hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn anh chị cơng tác Phịng Dầu khí – Xúc tác Phịng Q trình – Thiết bị thuộc Viện Cơng nghệ Hóa học Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ, tạo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, để tơi thực thí nghiệm nghiên cứu phục vụ cho luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến môn Sư phạm Hóa học, Khoa Sư phạm Trường Đại học Cần Thơ, nơi công tác, tạo điều kiện cho tơi hồn thành việc học tập nghiên cứu khoa học Tôi xin cảm ơn Phịng sau đại học, Viện Cơng nghệ Hóa học Học viện Khoa học Công Nghệ tạo điều kiện để giúp tơi q trình học tập học viện Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè ln bên cạnh, ủng hộ động viên để tơi hồn thành q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Điền Trung MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU xiii Tính cấp thiết xiii Mục tiêu nghiên cứu xiv Nội dung nghiên cứu .xiv Tính xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nhiễm nguồn nước 1.2 Phenolic acid 1.3 Phản ứng quang xúc tác 1.3.1 Cơ chế phản ứng quang xúc tác 1.3.2 Các tác nhân oxy hóa phản ứng quang xúc tác 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác 1.4 Các hệ xúc tác quang .10 1.4.1 Xúc tác oxide kim loại 10 1.4.2 Xúc tác oxide kim loại kép 15 1.4.3 Xúc tác dị cấu trúc oxide kim loại kép/TiO2 .17 1.5 Phương pháp tổng hợp xúc tác 21 1.5.1 Phương pháp sol-gel 22 1.5.2 Phương pháp thủy nhiệt 24 1.6 Động học phản ứng quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu 26 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 30 2.1 Hóa chất 30 2.2 Tổng hợp xúc tác 30 2.2.1 Khảo sát tổng hợp xúc tác TiO2 phương pháp thủy nhiệt môi trường khác 30 2.2.1.1 Khảo sát tổng hợp xúc tác TiO2 môi trường acid (Ti-a) .30 2.2.1.2 Khảo sát tổng hợp xúc tác TiO2 môi trường nước (Ti-w) base (Ti-b) … 30 2.2.2 Khảo sát tổng hợp hệ xúc tác oxide kim loại kép (MTO) 31 2.2.3 Khảo sát tổng hợp hệ xúc tác dị cấu trúc oxide kim loại kép/TiO2 (MTO/Ti) .31 2.3 Phân tích tính chất hóa lý xúc tác 32 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 33 2.3.2 Quang phổ Raman 33 2.3.3 Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier 33 2.3.4 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 34 2.3.6 Phân tích nhiệt trọng lượng 34 2.3.7 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán 35 2.3.8 Điểm đẳng điện 35 2.4 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác .36 2.4.1 Hệ thống phản ứng .36 2.4.2 Chuẩn bị phản ứng 36 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng chất ức chế .37 2.4.4 Khảo sát động học phản ứng 37 2.4.5 Phân tích hỗn hợp phản ứng 38 2.4.6 Phân tích sản phẩm phụ phương pháp HNMR .38 2.4.7 Phương pháp xử lý kết 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Hệ xúc tác TiO2 40 3.1.1 Tổng hợp xúc tác TiO2 môi trường acid (Ti-a) 40 3.1.2 Tính chất hệ xúc tác TiO2 .44 3.1.3 Hoạt tính hệ xúc tác TiO2 .50 3.2 Hệ xúc tác oxide kim loại kép MTO 52 3.2.1 Xúc tác pseudobrookite Al2TiO5 (ATO) .52 3.2.2 Xúc tác pseudobrookite Fe2TiO5 (FTO) 61 3.2.3 Xúc tác perovskite CoTiO3 (CTO) 66 3.3 Hệ xúc tác dị cấu trúc oxide kim loại kép/TiO2 (MTO/Ti) 71 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng MTO hệ xúc tác dị cấu trúc MTO/Ti 71 3.3.2 Tính chất hệ xúc tác dị cấu trúc MTO/Ti 72 3.3.3 Hoạt tính hệ xúc tác MTO/Ti điều kiện phản ứng khác 87 3.3.4 So sánh tính chất hoạt tính quang hệ xúc tác 90 3.4 Động học phản ứng phân hủy CA 96 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ O2 hòa tan đến tốc độ phản ứng 96 3.4.2 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đến tốc độ phản ứng 98 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ cinnamic acid đến tốc độ phản ứng 100 3.4.4 Khảo sát diện tác nhân oxy hóa 101 3.4.5 Các hợp chất trung gian .109 3.4.6 Phương trình động học 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nguyên nghĩa ATO Xúc tác Al2TiO5 ATO/Ti Xúc tác Al2TiO5/TiO2 BET Brunauer-Emmett-Teller: phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng BQ 1,4-Benzoquinone C6H4O2 CA Cinnamic acid C9H8O2 CTO Xúc tác CoTiO3 CTO/Ti Xúc tác CoTiO3/TiO2 DRS Diffuse reflectance spectroscopy: phổ phản xạ khuếch tán EDX Energy dispersive X-ray: tán xạ lượng tia X FTIR Fourier transform infrared: hồng ngoại biến đổi Fourier FTO Xúc tác Fe2TiO5 FTO/Ti Xúc tác Fe2TiO5/TiO2 P25 Xúc tác TiO2 thương mại PZC Point of zero charge: điểm đẳng điện SA Salicylic acid C7H6O3 SEM Scanning electron microscope: kính hiển vi điện tử quét TDA Topological data analysis: phân tích nhiệt vi sai TEM Transmission electron microscopes: kính hiển vi điện tử truyền qua TGA Thermogravimetric analysis: phân tích trọng lượng nhiệt Ti-a Xúc tác TiO2 tổng hợp môi trường acid Ti-b Xúc tác TiO2 tổng hợp môi trường base Ti-w Xúc tác TiO2 tổng hợp môi trường nước TTIP Titanium isopropoxide Ti(OC3H7)4 UV-Vis Ultraviolet-visible: tử ngoại khả kiến XRD X-ray powder diffraction: nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần ký hiệu xúc tác tổng hợp nghiên cứu .32 Bảng 3.1 Ảnh hưởng nồng độ acid HCl đến thành phần pha, kích thước tinh thể độ chuyển hóa CA sau 30 (X30) xúc tác TiO2 40 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thể tích TTIP đến thành phần pha, kích thước tinh thể hoạt tính quang xúc tác TiO2 phản ứng quang phân hủy CA 42 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thủy nhiệt đến thành phần pha, kích thước tinh thể hoạt tính quang xúc tác TiO2 phản ứng quang phân hủy CA 42 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian thủy nhiệt đến thành phần pha, kích thước tinh thể hoạt tính quang xúc tác TiO2 phản ứng quang phân hủy CA 43 Bảng 3.5 Thành phần pha, kích thước tinh thể (dcry) xác định từ giản đồ XRD kích thước hạt (dpar) theo ảnh SEM xúc tác TiO2 46 Bảng 3.6 Các tính chất lý-hóa xúc tác TiO2: Diện tích bề mặt riêng (SBET), thể tích lỗ xốp (Vpore), đường kính lỗ xốp (dpore), lượng vùng cấm (Eg), bước sóng hấp thu (λ) và) điểm đẳng điện (PZC) 46 Bảng 3.7 Độ chuyển hóa X90 xúc tác TiO2 pH khác 52 Bảng 3.8 Kích thước hạt (dTEM), diện tích bề mặt riêng (SBET), thể tích lỗ xốp (Vpore), đường kính lỗ xốp (dpore), kích thước hạt (dpar), kích thước trung bình tinh thể (dcry) lượng vùng cấm(Eg), bước sóng hấp phụ (λ) và) điểm đẳng điện (PZC) xúc tác ATO .58 Bảng 3.9 Tính chất lý-hóa, quang-hóa xúc tác ATO/Ti 73 Bảng 3.10 Tính chất lý-hóa, quang-hóa xúc tác FTO/Ti .78 Bảng 3.11 Tính chất lý-hóa, quang-hóa xúc tác CTO/Ti 82 Bảng 3.12.Thành phần nguyên tố từ phổ EDX 83 Bảng 3.13 So sánh tính chất hóa-lý, quang-hóa hoạt tính xúc tác điển hình 92 Bảng 3.14 Sự ảnh hưởng nồng độ O2 hòa tan đến tốc độ phản ứng xúc tác XCA =30% 97 Bảng 3.15 Sự ảnh hưởng cường độ ánh sáng đến tốc độ phản ứng xúc tác XCA = 30% 99 Bảng 3.16 Sự ảnh hưởng nồng độ CA đến tốc độ phản ứng xúc tác 101 Bảng 3.17 Tốc độ phản ứng mật độ tác nhân oxy hóa khác có diện SA, BQ KI xúc tác: Ti-a, Ti-w, ATO, 33ATO/Ti, 10FTO/Ti 5CTO/Ti XCA = 30% 107 Bảng 3.18 Phương trình phụ thuộc tốc độ phản ứng vào mật độ tác nhân oxy hóa độ chuyển hóa XCA = 30% xúc tác: Ti-a, Ti-w, ATO, 33ATO/Ti, 10FTO/Ti 5CTO/Ti .108 Bảng 3.19 Các sản phẩm dung dịch sau phản ứng xúc tác: Ti-a, Ti-w, ATO, 33ATO/Ti, 10FTO/Ti 5CTO/Ti .110 Bảng 3.20 Các giá trị bậc phản ứng số động học phương trình động học xúc tác: Ti-a, Ti-w, ATO, 33ATO/Ti, 10FTO/Ti 5CTO/Ti .112 Bảng 3.21 Tỷ lệ hệ số a k phương trình động học xúc tác: Ti-a, Ti-w, ATO, 33ATO/Ti, 10FTO/Ti 5CTO/Ti .114