(Đồ án hcmute) nghiên cứu tổng hợp vật liệu ag go và ứng dụng làm xúc tác phản ứng phân hủy chất màu hữu cơ trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU AG-GO VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC PHẢN ỨNG PHÂN HỦY CHẤT MÀU HỮU CƠ TRONG NƯỚC GVHD: TRẦN THỊ NHUNG SVTH: HOÀNG VĂN HÙNG MSSV: 15128030 SKL 0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2019 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU AG-GO VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC PHẢN ỨNG PHÂN HỦY CHẤT MÀU HỮU CƠ TRONG NƯỚC Mã số khóa luận: VC.19.07 SVTH: HOÀNG VĂN HÙNG MSSV: 15128030 GVHD: TS TRẦN THỊ NHUNG Tp Hồ Chí Minh, 22 tháng 07 năm 2019 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: HOÀNG VĂN HÙNG MSSV: 15128030 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học Chun ngành: Hóa vơ - Silicate Tên khóa luận: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag-GO ứng dụng làm xúc tác phản ứng phân hủy chất màu hữu nước Nhiệm vụ khóa luận: Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu Ag-GO phương pháp khử hóa học, khảo sát kích thước, độ bền hoạt tính xúc tác vật liệu phản ứng phân hủy chất màu hữu nước Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: Ngày 01 tháng 02 năm 2019 Ngày hồn thành khóa luận:Ngày 20 tháng 07 năm 2019 Họ tên người hướng dẫn: TS Trần Thị Nhung Nội dung hướng dẫn: Toàn luận văn Nội dung yêu cầu khóa luận tốt nghiệp thông qua Trưởng Bộ môn Cơng nghệ Hóa học Tp.HCM, ngày TRƯỞNG BỘ MƠN tháng năm 2019 NGƯỜI HƯỚNG DẪN an an an an an an LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Nhung, giảng viên Khoa Cơng nghệ Hóa Học Thực phẩm, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, người đưa đề tài nghiên cứu giúp đỡ suốt q trình hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn đến khoa Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM tạo điều kiện cho tơi suốt q trình làm thí nghiệm cho đề tài nghiên cứu Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn đến tồn giảng viên ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học, bạn bè gia đình giúp đỡ tơi q trình hoàn thành luận văn i an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu hướng dẫn giáo viên hướng dẫn, không trùng lặp với luận văn nghiên cứu khác Các số liệu kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực khách quan Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Tp Hồ Chí Minh, 22 tháng 07 năm 2019 SVTH ii an 2.0 410nm Absorbance (a.u) 1.6 Ag-GO GO 1.2 0.8 0.4 0.0 200 300 400 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Hình 3.2 Phổ UV-Vis mẫu Ag-GO a b Hình 3.3 Ảnh a) SEM b) TEM mẫu Ag-GO Dựa vào kết chụp SEM, hạt nano bạc phân bố GO thấy rõ hình ảnh hạt bạc GO Đối với hình chụp TEM, cho thấy hạt 26 an nano bạc tổng hợp có dạng hình cầu kích thước hạt khoảng 40 – 70nm GO Ag-GO (111) (200) Intensity (cps) 10 20 30 40 (311) (220) 50 60 70 80 2 (degree) Hình 3.4 Phổ XRD GO mẫu Ag-GO Cấu trúc tinh thể độ tinh khiết mẫu nano Ag-GO tổng hợp kiểm chứng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) Trong hình 3.4 cho thấy, giản đồ XRD xuất đỉnh có cường độ hồn tồn trùng khớp với phổ chuẩn kim loại bạc với mặt (111), (200), (220) tương ứng với góc 2θ = 38,2o; 46,3o 64,7o So sánh với phổ GO, giản đồ XRD vật liệu Ag-GO không xuất thêm peak khác, chứng tỏ vật liệu không nhiễm kim loại khác Cũng giản đồ khơng thấy xuất peak GO, hạt nano bạc phủ lên bề mặt GO chiếm ưu nên peak GO không xuất 27 an 100 Counts GO Ag-GO 90 80 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wave number Hình 3.5 Phổ FT-IR GO mẫu Ag-GO Dựa vào phổ FTIR, thấy phổ GO trước tổng hợp xuất dao động vị trí 1600 – 1800 3000 – 3500, dao động tương ứng với dao động nhóm chức C-O, C=O –OH chứng minh diện nhóm chứa oxy GO [15] Nhưng phổ Ag-GO tổng hợp khơng có dao động xuất hiện, phần nhóm chức bị khử hạt nano gắn lên màng GO ảnh hưởng đến dao động quay nhóm chức GO 3.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ AgNO3:GO Trong trình tổng hợp vật liệu, kích thước hạt nano bạc, phân bố hạt nano bạc lên GO độ bền vật liệu bị ảnh hưởng tỷ lệ AgNO3:GO Khảo sát ảnh hưởng việc thay đổi lượng AgNO3 đưa vào phản ứng đồng thời giữ nguyên lượng GO, lượng AgNO3 khảo sát 375L, 500L 700L 28 an 2.0 Absorbance (a.u) 1.6 Ag-GO (500) Ag-GO (375) Ag-GO (700) 1.2 0.8 0.4 0.0 200 300 400 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Hình 3.6 Phổ UV-Vis mẫu Ag-GO với tỷ lệ AgNO3:GO khác Kết khảo sát ảnh hưởng thể hình 3.6, phổ UV-Vis trường hợp có peak xuất khoảng 405 – 410nm peak đặc trưng bạc Để thấy rõ ảnh hưởng tỷ lệ AgNO3:GO, kết đo TEM trường hợp xem xét đến, để thấy rõ kích thước phân bố hạt bạc lên GO Hình a ảnh TEM mẫu Ag-GO (375L), kích thước hạt nano bạc khoảng 10 – 50nm, nhiên hạt nano bạc lại không nhiều phân bố thưa thớt Hình b ảnh TEM mẫu bạc Ag-GO (500L), kích thước hạt nano bạc khoảng 40 – 70nm, số lượng hạt bạc nhiều phân bố lên GO Hình c ảnh TEM mẫu Ag-GO (700L), kích thước hạt khoảng 40 – 70nm, hạt bạc tổng hợp có kích thước lớn có xu hướng tụ lại với hàm lượng đưa vào nhiều Qua kết phân tích, thấy hàm lượng bạc ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu tổng hợp Khi lượng muối bạc nhỏ hạt bạc tạo kích thước nhỏ hạt mầm tạo với số lượng ít, tăng dần lượng muối bạc thêm vào 29 an kích thước số lượng hạt bạc tăng dần nhiều số lượng hạt mầm lớn dẫn đến hạt tạo thành có kích thước q lớn Cho nên, lượng muối bạc thêm vào tối ưu cho trình tổng hợp vật liệu nanocomposite Ag-GO 500L, tương ứng với quy trình tổng hợp xây dựng 3.2 Hạt nano bạc tổng hợp phương pháp citrate Mẫu nano bạc tổng hợp phương pháp citrate dùng làm mẫu vật liệu đối chứng với mẫu vật liệu Ag-GO, cần có kích thước hạt nano nằm khoảng kích thước hạt mẫu Ag-GO mà tổng hợp Mẫu Ag-citrate đặc trưng phương pháp đo UV-Vis phương pháp đo TEM a b c Hình 3.7 Ảnh TEM mẫu a) Ag-GO (375), b) Ag-GO (500), c) Ag-GO (700) 30 an 1.2 412 nm Ag-citrate Absorbance (a.u) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 200 300 400 500 600 700 Wavelength (nm) Hình 3.8 Phổ UV-Vis mẫu Ag-citrate Phổ UV-Vis Ag-citrate thể hình 3.8, cho thấy phổ có peak xuất khoảng 412nm nằm khoảng phổ mẫu Ag-GO 3.3 Đánh giá khả xúc tác phản ứng phân hủy MB vật liệu 3.3.1 So sánh hoạt tính xúc tác mẫu Ag-GO-500 với mẫu so sánh Ag-citrate Vật liệu Ag-GO sau tổng hợp đánh giá qua khả xúc tác cho phản ứng phân hủy chất màu hữu MB Khả xúc tác vật liệu Ag-GO so sánh với mẫu vật liệu so sánh Ag-citrate 31 an b a 100 Ag-GO-MB Ag-citrate-MB % phân huy MB 80 60 40 20 0 10 12 14 Time (min) d c Hình 3.9 Phổ Uv-Vis đánh giá khả xúc tác mẫu Ag-GO-500 Ag-citrate Hình 3.9 a kết xúc phân hủy MB mẫu Ag-GO (500), kết cho thấy tốc độ khả xúc tác tốt so với mẫu so sánh Ag-citrate mẫu Ag-GO khác Phản ứng diễn khoảng phút, độ phân hủy MB khoảng 90%, phản ứng phân hủy diễn nhanh với số K = 0,2581 phút-1 Hình 3.9 b kết mẫu Ag-citrate, phản ứng phân hủy diễn chậm so với mẫu Ag-GO số phản ứng K = 0,103 phút-1 Mẫu Ag-citrate có độ phân hủy MB thấp khoảng 75% Các kết cho thấy, mẫu Ag-GO (500) có khả xúc tác cho phản ứng phân hủy MB phản ứng diễn nhanh So sánh với mẫu Ag-citrate số tốc độ lớn 2,5 lần 32 an 3.3.2 Hoạt tính xúc tác mẫu Ag-GO-375 Ag-GO-700 Các mẫu Ag-GO tổng hợp với nồng độ khác cho xúc tác phản ứng phân hủy MB, kết trình bày hình 3.10 a b c Hình 3.10 Phổ UV-Vis đánh giá khả xúc tác phản ứng phân hủy mẫu Ag-GO Trong hình 3.10 a kết xúc tác mẫu Ag-GO (375), thấy phút nồng độ MB giảm nhanh sau thời gian khơng có thay đổi số tốc độ K phản ứng nhỏ (K = 0,122 phút-1) Hình 3.10 b kết xúc tác mẫu Ag-GO (700), tốc độ phản ứng phân hủy diễn nhanh, so với mẫu Ag-GO (375) hạt bạc mẫu thể khả 33 an xúc tác phản ứng Tuy nhiên, độ phân hủy MB thấp khoảng 80% số tốc độ phản ứng K = 0,1178 phút-1 3.4 Kết khảo sát độ bền vật liệu Ag-GO Vật liệu sau tổng hợp có khoảng thời gian sử dụng định, vật liệu nano hạt nano dễ bị kết tụ sau thời gian đặc tính Đối với mẫu Ag-GO, hạt nano bạc giữ GO nên bền Hình 3.11 3.12 kết trình khảo sát độ bền vật liệu nanocomposite Ag-GO thời gian tháng, khảo sát kết tụ vật liệu Có thể thấy, sau thời gian tháng phổ UV-Vis vật liệu Ag-GO khơng có thay đổi đáng kể, chứng tỏ vật liệu tổng hợp có độ bền lâu 34 an 2.0 1.70 1.8 1.68 1.6 1.66 1.64 1.4 Absorbance (a.u) 1.62 1.2 1.60 1.58 1.0 380 390 400 410 420 430 440 450 1ngay 1tuan 2tuan 1thang 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 200 400 600 800 1000 1200 Wavelength (nm) Hình 3.11 Phổ UV-Vis mẫu Ag-GO qua centrifugation theo thời gian 2.0 1.70 1.8 1.65 1.6 1.60 Absorbance (a.u) 1.4 1.55 1.2 1.0 1.50 380 390 400 0.8 410 420 430 440 450 1ngay 1tuan 2tuan 1thang 0.6 0.4 0.2 0.0 200 400 600 800 1000 1200 Wavelength (nm) Hình 3.12 Phổ UV-Vis mẫu Ag-GO không qua centrifugation theo thời gian 35 an KẾT LUẬN Qua khóa luận tốt nghiệp này, chúng tơi thành cơng việc xây dựng qui trình tổng hợp hạt vật liệu nanocomposite hạt nano bạc GO (Ag-GO), khảo sát tính chất khảo sát hoạt tính xúc tác Ag-GO việc phân hủy chất màu hữu Cụ thể: Các khảo sát ban đầu cho thấy phương pháp tổng hợp dựa giai đoạn hay hai giai đoạn tạo thành hạt Ag-GO đồng có kích thước khoảng 20 – 50nm Tuy nhiên, phương pháp hai giai đoạn, quy trình tổng hợp phức tạp tốn nhiều thời gian so với giai đoạn Trong quy trình hai giai đoạn, qua khảo sát việc thêm chất khử nhanh hay chậm, thấy việc chất khử thêm vào nhanh tiết kiệm thời gian không bị ảnh hưởng tốc độ nhỏ giọt Vậy nên chọn phương pháp tổng hợp vật liệu Ag-GO qua giai đoạn chất khử thêm vào nhanh cho nghiên cứu Các tính chất hạt nanocomposite Ag-GO khảo sát phương pháp phân tích đại Cụ thể, hạt Ag-GO có quang phổ hấp thụ khoảng 400 – 420nm, ứng với phổ hấp thụ hạt nano bạc lý thuyết Hạt nano bạc có hình cầu với cấu trúc tinh thể tâm mặt, hạt nano bạc phân tán GO Các khảo sát hoạt tính xúc tác cho phản ứng phân hủy MB cho thấy, số ba mẫu Ag-GO với lượng chất khử khác mẫu Ag-GO (500) mẫu có khả xúc tác tốt thể rõ với khả phân hủy 90% MB vòng phút Đối chiếu với mẫu so sánh Ag-citrate, mẫu Ag-GO (500) tổng hợp theo quy trình giai đoạn nhỏ nhanh chất khử, tốc độ hiệu suất xúc tác mẫu Ag-GO lớn so với mẫu Ag-citrate Hạt nano bạc gắn lên GO có hoạt tính xúc tác tốt so với hạt nano bạc tự dung dịch Khảo sát độ bền vật liệu cho thấy, vật liệu nanocomposite Ag-GO có độ bền tương đối cao, hạt nano bạc không bị kết tụ hay ion hóa sau thời gian dài Các hạt nano bạc gắn lên GO, tương tác hạt bạc giảm xuống nên khó bị tụ lại 36 an Khóa luận tạo tiền đề cho nghiên cứu mở rộng bao gồm: Tổng hợp vật liệu nanocomposite Ag-GO qua hai giai đoạn điều chỉnh kích thước hạt nano bạc theo yêu cầu cách kiểm soát điều kiện thời gian, nhiệt độ, đo pH dung dịch, tốc độ thêm chất khử vào dung dịch muối bạc Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu nanocomposite Ag-GO tổng hợp luận phản ứng phân hủy chất màu MB, MO chất màu khác 4-nitrophenol, methyl violet,… 37 an TÀI LIỆU THAM KHẢOUncategorized References Isa N, Lockman Z, (2019), "Methylene blue dye removal on silver nanoparticles reduced by Kyllinga brevifolia", Environ Sci Pollut Res Int, 26 (11), pp 11482-11495 Recio-Sanchez G, Tighe-Neira R, Alvarado C, Inostroza-Blancheteau C, et al, (2019), "Assessing the effectiveness of green synthetized silver nanoparticles with Cryptocarya alba extracts for remotion of the organic pollutant methylene blue dye", Environ Sci Pollut Res Int, 26 (15), pp 15115-15123 Liao G, Fang J, Li Q, Li S, et al, (2019), "Ag-Based nanocomposites: synthesis and applications in catalysis", Nanoscale, 11 (15), pp 7062-7096 Sreekanth T V M, Jung M-J, Eom I-Y, (2016), "Green synthesis of silver nanoparticles, decorated on graphene oxide nanosheets and their catalytic activity", Applied Surface Science, 361 pp 102-106 Zhao X, Li N, Jing M, Zhang Y, et al, (2019), "Monodispersed and spherical silver nanoparticles/graphene nanocomposites from gamma-ray assisted in-situ synthesis for nitrite electrochemical sensing", Electrochimica Acta, 295 pp 434-443 Altavilla C, Claudia, Ciliberto E, Ciliberto E, (2011), Inorganic Nanoparticles: Synthesis, Applications, And Perspectives, pp Pathak Y V, (2016), HANDBOOK OF METALLONUTRACEUTICALS, CRC Press, pp (2018), SYNTHESIS OF INORGANIC NANOMATERIALS advances and key technologies, WOODHEAD, pp Letfullin R R, Joenathan C, George T F, Zharov V P, (2006), "Laserinduced explosion of gold nanoparticles: potential role for nanophotothermolysis of cancer", Nanomedicine (Lond), (4), pp 473480 10 Smith A T, LaChance A M, Zeng S, Liu B, et al, (2019), "Synthesis, properties, and applications of graphene oxide/reduced graphene oxide and their nanocomposites", Nano Materials Science, (1), pp 31-47 11 Jiao T, Guo H, Zhang Q, Peng Q, et al, (2015), "Reduced Graphene OxideBased Silver Nanoparticle-Containing Composite Hydrogel as Highly 38 an Efficient Dye Catalysts for Wastewater Treatment", Scientific reports, pp 11873-11873 12 Zhang Y, Yuan X, Wang Y, Chen Y, (2012), "One-pot photochemical synthesis of graphene composites uniformly deposited with silver nanoparticles and their high catalytic activity towards the reduction of 2nitroaniline", Journal of Materials Chemistry, 22 (15), pp 7245-7251 13 Qian Z, Cheng Y, Zhou X, Wu J, et al, (2013), Fabrication of graphene oxide/Ag hybrids and their surface-enhanced Raman scattering characteristics, pp 14 Sikder M, Lead J R, Chandler G T, Baalousha M, (2018), "A rapid approach for measuring silver nanoparticle concentration and dissolution in seawater by UV-Vis", Sci Total Environ, 618 pp 597-607 15 Dhand V, Rhee K Y, Ju Kim H, Ho Jung D, (2013), "A Comprehensive Review of Graphene Nanocomposites: Research Status and Trends", Journal of Nanomaterials, 2013 pp 14 39 an S an K L 0