(Luận văn thạc sĩ) tổng hợp và khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu nano zno zeolite 4a cho phản ứng ester hóa nhựa thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỐ HỌC LÊ THÀNH ĐẠT KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO/ ZEOLITE 4A CHO PHẢN ỨNG ESTER HỐ NHỰA THƠNG Chun ngành: Hố Vơ Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Trúc Linh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HOÁ HỌC LÊ THÀNH ĐẠT KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO/ ZEOLITE 4A CHO PHẢN ỨNG ESTER HOÁ NHỰA THƠNG Chun ngành: Hố Vơ Xác nhận cán hướng dẫn: (Kí tên ghi rõ họ tên) TS Nguyễn Thị Trúc Linh TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Trúc Linh hướng dẫn em tận tình, hỗ trợ giúp đỡ em từ ngày đầu thực đến hoàn thành đề tài: “Tổng hợp khảo sát hoạt tính xúc tác nano ZnO cho phản ứng ester hố nhựa thơng” Em xin chân thành cảm ơn thầy Khoa Hố – Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh truyền thụ cho em nhiều kiến thức kinh nghiệm học sâu sắc sống Cuối cùng, em gửi lời cảm ơn đến gia đình, anh chị, bạn bè tất người động viên, ủng hộ, giúp đỡ em trình thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2019 Lê Thành Đạt i MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC SƠ ĐỒ vi DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC vii MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Rosin 1.1.1 Tính chất vật lí 1.1.2 Thành phần hoá học 1.1 1.1.3 Ứng dụng 1.2 Vật liệu nano ZnO 1.2.1 Các cấu trúc ZnO 1.2.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO 1.2.3 Tình hình nghiên cứu phương pháp tổng hợp vật liệu ZnO 1.2.4 Hoạt tính xúc tác vật liệu ZnO cho phản ứng ester hoá Vật liệu zeolite 1.3.1 Lịch sử phát zeolite 1.3 1.3.2 Cấu trúc zeolite 10 1.3.3 Phân loại zeolite 11 1.3.4 Tính chất zeolite 12 1.3.5 Ứng dụng zeolite 14 1.3.6 Zeolite 4A 15 1.4 Tình hình nghiên cứu phản ứng ester hố rosin 17 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 19 2.1 Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu ZnO ZnO/zeolite 4A 19 2.1.1 Hoá chất, dụng cụ thiết bị 19 2.1.2 Quy trình tổng hợp 19 2.2 Xác định đặc trưng hố lí vật liệu xúc tác ZnO/zeolite 4A 22 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 22 2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 24 ii 2.2.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 24 2.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu nano ZnO phản ứng ester hoá rosin glycerol .25 2.3.1 Hoá chất, dụng cụ, thiết bị 25 2.3.2 Quy trình thực phản ứng ester hố rosin glycerol 25 2.3.3 Phương pháp xác định số acid rosin glyceride theo thời gian 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Nghiên cứu đặc trưng hố lí vật liệu 28 3.1.1 Chất zeolite 4A 28 3.1.2 Vật liệu nano ZnO 30 3.1.3 Vật liệu composite ZnO/zeolite 4A 33 3.2 Nghiên cứu khả xúc tác vật liệu 36 3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ pha hoạt tính ZnO vật liệu xúc tác đến hiệu suất chuyển hoá ester 36 3.2.2 Nghiên cứu vai trò zeolite 4A vật liệu xúc tác 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 4.1 Kết luận 43 4.2 Kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC .46 iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ASTM (American Society for Testing and Materials): Hiệp hội Thí nghiệm Vật liệu Hoa Kỳ ISO (International Organization for Standardization): Tổ chức Quốc tế tiêu chuẩn hoá USFDA (United States Food and Drug Administration): Cục quản lí dược phẩm thực phẩm Hoa Kỳ XRD (X-Ray Diffraction): Phương pháp nhiễu xạ tia X TEM (Transmission Electronic Microscopy): Kính hiển vi điện tử truyền qua SEM (Scanning Electronic Microscopy): Kính hiển vi điện tử quét IZA (International Zeolite Association): Hiệp hội Zeolite Quốc tế JCPDS (The Joint Committee on Powder Diffraction Standards): Ủy ban chung tiêu chuẩn nhiễu xạ vật liệu iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số tính chất vật lí rosin Bảng 1.2 Các acid nhựa kiểu abietic acid .3 Bảng 1.3 Các acid nhựa kiểu pimaric acid Bảng 1.4 Một số thơng số vật lí cấu trúc ZnO wurtzite Bảng 1.5 Một số thông số cấu trúc zeolite 4A 17 Bảng 2.1 Kí hiệu mẫu vật liệu tổng hợp 21 Bảng 3.1 Một số tính chất zeolite 4A sử dụng nghiên cứu .28 Bảng 3.2 Các peak nhiễu xạ XRD vật liệu nano ZnO tổng hợp 30 Bảng 3.3 Các peak nhiễu xạ XRD vật liệu nano ZnO15Ze tổng hợp 34 v DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Công thức cấu tạo abietic acid Sơ đồ 1.2 Cấu trúc ZnO rocksalt (a) ZnO blend (b) Sơ đồ 1.3 Cấu trúc ZnO wurtzite .6 Sơ đồ 1.4 Cơ chế xúc tác bề mặt ZnO phản ứng ester hoá Sơ đồ 1.5 Cấu trúc zeolite 10 Sơ đồ 1.6 Sự hình thành loại zeolite khác từ đơn vị solidate .11 Sơ đồ 1.7 Cấu trúc zeolite 4A 16 Sơ đồ 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu ZnO/ zeolite 4A vật liệu ZnO 20 Sơ đồ 2.2 Sơ đồ nhiễu xạ tia X tinh thể 23 Sơ đồ 3.1 Các tâm acid tâm base cấu trúc zeolite 29 Sơ đồ 3.2 Phản ứng ester hoá rosin acid glycerol .36 Sơ đồ 3.3 Cấu trúc zeolite 4A lỗ xốp .38 Sơ đồ 3.4 Cơ chế xúc tác ZnO cho phản ứng ester hoá rosin glycerol 39 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Minh họa thí nghiệm tổng hợp vật liệu nano ZnO .19 Hình 2.2 Minh họa thí nghiệm khảo sát phản ứng ester hố rosin glycerol 25 Hình 3.1 Giản đồ XRD vật liệu nano ZnO tổng hợp 30 Hình 3.2 Ảnh TEM vật liệu nano ZnO tổng hợp 32 Hình 3.3 Ảnh SEM vật liệu ZnO tổng hợp 32 Hình 3.4 Giản đồ XRD vật liệu ZnO15Ze tổng hợp 33 Hình 3.5 Ảnh SEM vật liệu ZnO15Ze 35 Hình 3.6 Ảnh hưởng tỉ lệ pha hoạt tính ZnO đến hiệu suất chuyển hố ester 37 Hình 3.7 Phần trăm chuyển hố ester theo thời gian 37 Hình 3.8 So sánh hiệu suất chuyển hố ester sử dụng xúc tác 40 Hình 3.9 Ảnh SEM ba mẫu vật liệu (a), (b) (c) .41 vi DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC Phụ lục Giản đồ XRD vật liệu ZnO 47 Phụ lục Giản đồ XRD vật liệu ZnO15Ze .48 Phụ lục Ảnh TEM mẫu ZnO độ phóng đại khác 49 Phụ lục Ảnh SEM mẫu ZnO độ phóng đại khác 50 Phụ lục So sánh ảnh SEM mẫu (a) ZnO15Ze (b) Mix15 .51 Phụ lục Kết chuẩn độ sản phẩm rosin glyceride Error! Bookmark not defined Phụ lục Tiêu chuẩn ASTM D 465-05 56 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, nhu cầu sử dụng sản phẩm có nguồn gốc từ nguyên liệu – nhiên liệu hố thạch sơn, vecni, chất kết dính ngày gia tăng, dẫn đến nguy cạn kiệt nguồn tài nguyên ô nhiễm môi trường đáng báo động Đây vấn đề mang tính thời cần giải Một hướng đáng quan tâm sử dụng nguồn tài nguyên tự nhiên tái tạo để sản xuất sản phẩm thân thiện với mơi trường Một số nhựa thơng – ngun liệu sẵn có, phổ biến rẻ tiền Nhựa thông sản phẩm sử dụng cơng nghiệp làm giấy, công nghiệp thực phẩm, sản xuất vecni, sơn dầu, sáp, chất kết dính tiền chất để điều chế chất tẩy mối hàn Với nhiều đặc tính tốt nhựa thông giá thành rẻ, nguồn cung cấp dồi dào, có khả phân huỷ sinh học thân thiện với môi trường, nghiên cứu nhựa thông ngày thu hút nhiều quan tâm Để cải thiện tính chất nhựa thơng, nhiều hướng nghiên cứu đề xuất hydrogen hoá hay dimer hoá Tuy nhiên, ester hoá phương pháp quan trọng để sản phẩm đạt chất lượng mong muốn Các sản phẩm ester hố từ nhựa thơng có khả chống oxi hố tốt, độ giịn thấp, độ bền nhiệt cao Trong nước, số lượng tác giả nghiên cứu phản ứng ester hố nhựa thơng cịn Các đề tài vật liệu xúc tác cho phản ứng hạn chế vật liệu nhiều tác giả giới nghiên cứu từ năm đầu kỉ 20 Qua tài liệu, báo công bố tạp chí uy tín, chúng tơi thấy vật liệu nano ZnO vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, có triển vọng cho phản ứng ester hố nhựa thơng với glycerol Dựa thực tế với trang thiết bị sở vật chất phịng thí nghiệm Bộ mơn Hố Vơ – trường Đại học Sư phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, thực đề tài: “Tổng hợp khảo sát hoạt tính xúc tác nano ZnO cho phản ứng ester hố nhựa thơng” viii