Người ta nhận thấy rằng mẫu MOF kết hợp thể hiện các đặc tính quang lý được cải thiện và tăng cường khả năng phân tách các loại chất mang điện tích cảm ứng quang so với các MOF đơn lẻ nh
BỌ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHĨ HƠ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THựC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu khung kim Bismuth(III)-benzene-l,3,5tricarboxylate ứng dụng để xử lý chất màu hữu Mã số đề tài: 22/2HH01 Chủ nhiệm đề tài: Phạm Hoàng Ái Lệ Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ hóa học Tp Hồ Chí Minh, tháng nám 2024 LỜI CẢM ƠN Chúng xin chân thành cảm ơn Quỹ nghiên cứu khoa học Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM, Lãnh đạo khoa Cơng nghệ Hóa học, Phịng thí nghiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học Xin chân thành cảm ơn hợp tác giúp đỡ PGS.TS Võ Thế Kỳ- Khoa công nghệ Hóa học Trường Đại học Cơng nghiệp TPHCM Xin chân thành cảm ơn thành viên đề tài giúp tơi hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học MỤC LỤC PHÂN I THÔNG TIN CHƯNG PHẲN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC DANH MỤC HÌNH ẢNH 11 DANH MỤC BẢNG 13 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 14 CHƯƠNG TỔNG QUAN 16 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 49 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 54 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 PHẲN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 73 PHẦN L THƠNG TIN CHƯNG I Thơng tin tổng qt 1.1 Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu khung kim Bismuth(III)-benzene-l,3,5tricarboxylate ứng dụng để xử lý chất màu hữu 1.2 Mã số: 22/2HH01 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Họ tên Đon vị công tác TT (học hàm, học vị) Vai trị thực đề tài Th.s Phạm Hồng Ái Lệ PGS.TS Nguyễn Văn Cường Trường Đại học Cơng nghiệp Thành viên TPHCM Th.s Nguyễn Trọng Tăng Trường Đại học Công nghiệp Chủ nhiệm đề tài TPHCM Trường Đại học Công nghiệp Thư ký TPHCM 1.4 Đon vị chủ trì: Trường Đại học Cơng nghiệp TPHCM 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: Từ 03 tháng 03 năm 2023 đến 03 tháng năm 2024 1.5.2 Gia hạn (nếu có): 1.5.3 Thực thực tế: từ 03 tháng 03 năm 2023 đến tháng năm 2024 1.6 Những thay đổi so vói thuyết minh ban đầu (nếu có): Khơng (về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến Cơ quan quản lý) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 55,000,000 đồng (Năm lươi lăm triệu đồng) II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Ô nhiễm thuốc nhuộm tổng hợp trở thành vấn đề mơi trường nghiêm trọng tồn giới Các lĩnh vực công nghiệp dệt nhuộm, in giấy, chụp ảnh màu, dược phẩm mỹ phẩm sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp, thải lượng lớn vào mơi trường Nhiều loại có màu sắc đậm, nhu cầu oxy hóa học cao khả phân hủy sinh học Trong số loại thuốc nhuộm dệt tổng hợp biết, Rhodamine B, loại thuốc nhuộm sử dụng phổ biến cơng nghiệp, có hại cho mơi trường dẫn đến vấn đề sức khỏe dị ứng, ngứa, ho đau ngực Ngồi ra, tích tụ RhB thể lâu dài dẫn đến nhiều vấn đề gan thận, ảnh hưởng xấu đến hệ thần kinh, chí gây ung thư ảnh hưởng đến sức khỏe sinh vật nước Vì vậy, việc loại bỏ RhB khỏi nước thải cần thiết để cung cấp nước cho người bảo vệ môi trường Nhiều phương pháp phát triển để khử màu thuốc nhuộm hữu nhiều thập kỷ, bao gồm xử lý điện hóa, đơng tụ, lọc màng, hấp phụ, phương pháp sinh học trình oxy hóa nâng cao Mỗi phương pháp có lợi ích hạn chế, tùy thuộc vào thơng số xử lý cụ thể mức độ ô nhiễm Gần đây, q trình oxy hóa hấp phụ nâng cao (AOP) lên phương pháp đầy hứa hẹn có chi phí phải chăng, kiểm soát đơn giản hiệu cao Kết là, nhiều vật liệu xúc tác quang phát triển để phân hủy quang chất ô nhiễm hữu dung dịch nước, TĨO2, ZnO, Fe3O4, MgFe2O4hoặc CdS Tuy nhiên, hiệu suất phân hủy quang vật liệu thơng thường cịn hạn chế chúng có độ xốp thể tích lỗ rỗng thấp Gần đây, khung kim loại-hữu (MOF), loại cấu trúc xốp mới, lên vật liệu đầy hứa hẹn cho nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, chẳng hạn tách, hấp phụ, xúc tác, cảm biến phân phối thuốc, nhờ diện tích bề mặt đặc biệt cao khả điều chỉnh được, cấu trúc lỗ rỗng Việc sử dụng vật liệu dựa MOF làm xúc tác quang để phân hủy thuốc nhuộm Rhodamine (và chất nhiễm hữu nói chung) nhận quan tâm đáng kể MOF hấp thụ ánh sáng để tạo cặp lỗ trống-electron kích thích thơng qua liên kết kim loại-phối tử hữu Mặc dù số trường hợp, MOF báo cáo điều chỉnh thành công để sử dụng làm chất xúc tác quang, phương pháp khơng khai thác triệt để tính linh hoạt thiết kế MOF Do cần phải có nhiều nghiên cứu để tổng hợp có vật liệu MOF cho mục đích cụ thể làm chất xúc tác quang Q trình chuyển điện tích ảnh hưởng đáng kể đến hiệu trình quang xúc tác Tuy nhiên, độ linh động điện tích hầu hết MOF xúc tác quang thấp Việc cải thiện độ dẫn điện vật liệu MOF dự đoán cho phép mức độ phân tách lỗ điện tử cao ngăn chặn tái hợp chúng để cải thiện khả xúc tác quang MOF MOF dẫn điện nên khuyến khích sử dụng quang xúc tác tương lai Hơn nữa, để rút ngắn đường vận chuyển chất mang điện tối đa hóa khả hấp thu ánh sáng cung cấp nhiều vị trí xúc tác hoạt động tiếp xúc hon, người ta khuyến khích chế tạo sử dụng nano MOF siêu mỏng hai chiều (2D) cho quang xúc tác Việc thiết kế phát triển chất xúc tác quang dựa MOF hiệu cần dựa vào việc sử dụng điện hóa học kỹ thuật quang phổ tiên tiến để làm sáng tỏ cấu trúc điện tử MOF động học trạng thái quang kích thích MOF Để thúc đẩy phản ứng hóa học mong muốn, MOF phải có đủ tiềm oxy hóa khử Vì vậy, nghiên cứu cải thiện tính chất MOF tăng hoạt tính xúc tác quang chúng cần thiết MOF dựa bi smut gần thu hút nhà khoa học cấu trúc khung kích thước, kích thước lỗ xốp điều chỉnh được, độc tính thấp độ phong phú trái đất Một số Bi MOF nghiên cứu khám phá để xúc tác, cảm biến hấp phụ, chẳng hạn Bi-mna, ƯU-200 (ưu = Uppsala University) Ví dụ, Bimna MOF tổng hợp cho q trình phân hủy quang xúc tác RhB), mang lại hiệu suất quang xúc tác ~ 95% nhờ trình chuyển điện tích từ phối tử sang phối tử khác Nguyễn cộng chuẩn bị MOF dựa Bi khác cách sử dụng phối tử H2BDC, H3BTC H3TATB, cho thấy hiệu suất xúc tác quang tốt RhB ánh sáng LED Cơng trình gần chúng tơi chứng minh khung hữu kim loại Bi-terephthalate thể khả phân hủy quang học tốt RhB điều kiện ánh sáng khả kiến Mạnh cộng tổng hợp hạt nano ZnCdS chế tạo gần khung CAU-17 (CAU= Christian- Albrechts-University), cho thấy chất xúc tác quang hiệu cao cho phản ứng khử Gần đây, Đồng cộng điều chế CAU-17 MOF với hình thái khác nhau, thúc đẩy hoạt động quang xúc tác chúng thuốc nhuộm hữu Bên cạnh kết thu được, nghiên cứu cịn tiết lộ quy trình sản xuất vật liệu Bi-MOF cịn nhiều thách thức phụ thuộc đáng kể vào số yếu tố dung môi, nhiệt độ thời gian phản ứng Hơn nữa, cần phải điều chỉnh hoạt động quang xúc tác Bi-MOF trước đưa chúng vào ứng dụng thực tế Trong nghiên cứu này, Bi MOF dị thể tổng hợp cách hiệu cách sử dụng phương pháp đơn giản, nhờ việc tích hợp UU-200 CAU-17 Người ta nhận thấy mẫu MOF kết hợp thể đặc tính quang lý cải thiện tăng cường khả phân tách loại chất mang điện tích cảm ứng quang so với MOF đơn lẻ nhờ vào tiếp xúc dị thể chúng, làm tăng đáng kể hiệu phân hủy quang chúng chất gây ô nhiễm RhB dung dịch nước điều kiện ánh sáng LED nhìn thấy Hơn nữa, chế quang xúc tác cho phân hủy RhB tiết lộ cách kết hợp phép đo điện hóa, thí nghiệm bắt gốc tự phân tích LC-MS/MS Kết cho thấy việc tích hợp MOF chiến lược tiềm cho ứng dụng xúc tác quang hoá Mục tiêu a) Mục tiêu tổng quát Đề tài tập trung vào vào nghiên cứu trình tổng hợp vật liệu khung hữu tâm kim loại bismuth; linker benzene-1,3,5-tricarboxylate ứng dụng vật liệu làm xúc tác quang hóa phân hủy hợp chất màu hữu độc hại Từ phát triển vật liệu ứng dụng khác phân huỷ kháng sinh, phân tách nước b) Mục tiêu cụ thễ Tạo vật liệu Bismuth benzene-1,3,5-tricarboxylate điều kiện khác để phân tích cấu trúc đánh giá hoạt tinh xúc tác Phân tích điều kiên phản ứng đến cấu trúc pha, hình thái tinh thể, kích thước tinh thể, độ xốp, tính chất hấp thu ánh sáng hiệu phân tách electron- lỗ trống vật liệu từ giải thích tính chất quang xúc tác vật liệu Tìm vật liệu có hoạt tính quang xúc tác tốt để phân hủy hợp chất màu hữu độc hại môi trường nước Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu; - Thiết kế qui trình thực nghiệm; - Xây dựng kế hoạch thực nghiệm; - Tổng hợp số cấu trúc MOF có hoạt tính quang xúc tác - Phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu: Mau nhiễu xạ tia X (XRD) chất xúc tác Bi-MOF đo máy đo nhiễu xạ Shimadzu, XRD LabX XRD-6100 Nhật Bản với nguồn kích thích Cu Kính hiền vi điện tử quét phát xạ trường (đã sử dụng để thu hình thái mẫu Đặc tính hấp thụ quang tất mẫu xúc tác phân tích máy quang phổ phản xạ khuếch tán nhìn thấy tia cực tím Agilent Cary 4000 (ƯV-vis DR) Hơn nữa, nhóm chức vật liệu phát thông qua phân tích hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) máy quang phổ (Bruker Tensor 27, Đức) Phổ quang phát quang (PL) ghi lại máy quang Trạng thái hóa học thành phần nguyên tố chất xúc tác chuẩn bị xác định máy quang phổ quang điện tử tia X (XPS, PHI quý SXM) - Khảo sát khả xúc tác quang phân hủy chất màu vật liệu tổng hợp - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng: hàm lượng xúc tác, pH, nồng độ, Tổng kết kết nghiên cứu - Tổng hợp thành công vật liệu khung kim loại- hữu BiBTC phương pháp nhiệt dung môi, sử dụng dung môi DMF- Ethanol - Khảo sát khả hấp phụ- xúc tác quang phân hủy chất màu Rhodamin vật liệu tổng hợp - Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác, nồng độ xúc tác, pH đến khả phân hủy chất màu RhB - Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu Đánh giá kết đạt kết luận - Tổng hợp thành công vật liệu khung kim loại bismuth tricarboxylate - Vật liệu MOF Bi-BTC có khả xúc tác quang phân hủy chất màu Rhodamin - Công bố 01 quốc tế ISI (Q2) Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Tối ưu hóa tính chất khung kim loại - hữu (MOF) để tăng cường hoạt tính xúc tác chúng thu hút ý đáng kể thời gian gần Trong nghiên cứu này, MOF Bi(III), bao gồm UƯ-200 (ưu = Uppsala University), CAU17 (CAU= Christian- Albrechts-University) cấu trúc hỗn hợp UU-200 CAU17 đặt tên MIX-UCAU tổng hợp Vật liệu UU-200, CAU-17, UU-200 xác định phương pháp phân tích khác nhau, bao gồm FE-SEM, XRD, XPS, FT-IR, Raman, TGA EIS Kết cho thấy khung UU-200 CAU17 tích hợp cách hiệu vào MOF hệ dị thể MIX-UCAU cách sử dụng hỗn hợp DMF MeOH MIX-UCAU thề tăng tinh thể, nồng độ khuyết tật oxy cao khả hấp thụ ánh sáng cải thiện Kiến trúc UU200CAU-17 kết hợp cho thấy tách biệt cặp electron-lỗ trống tạo ánh sáng nhanh chóng hiệu so với MOF đơn Thực phân hủy Rhodamine B dye (RhB) ánh sáng LED nhìn thấy cho thấy MIX-UCAU có hiệu suất phân hủy ánh sáng khoảng 99% vòng 90 phút, vượt trội so với UU-200 (-81%) CAU-17 (-89%) Ngoài ra, chất xúc tác cịn cho thấy khả quang hóa tốt thí nghiệm tái sử dụng xúc tác Các thí nghiệm LC/MS thử nghiệm bắt gốc cho thấy phân hủy RhB, bao gồm số bước, bao gồm khử Ndealkylation, khử carboxyl, khử amin tách vòng thành sản phẩm phân đoạn nhỏ quy trình chủ yếu kiềm sốt gốc tự Ch’- h+ Nghiên cứu cung cấp chiến lược đơn giản hiệu đề phát triển chất xúc tác quang để xử lý chất ô nhiễm hữu nước thải Tuning metal-organic framework (MOF) properties to enhance their catalytic activities has recently gained considerable attention In this work, Bi(III) MOFs, including UU-200, CAU-17, and their integrated architecture, namely MIX-UCAU, were effectively prepared and characterized by various techniques, including FE-SEM, XRD, XPS, FT-IR, Raman, TGA, and EIS analyses Results revealed that the UU-200 and CAU-17 frameworks were effectively integrated into a heterojunction MOF using a mixture of DMF and MeOH The MIX-UCAU exhibited increased crystallinity, higher oxygen defect concentration and improved light absorption The combined UU200-CAU-17 framework also showed enhanced photo-generated electron-hole pairs separation and immigration performance compared to single MOFs The photodegradation experiments of Rhodamine B dye (RhB) in an aqueous solution showed that the MIX-UCAU had a high photodegradation efficiency of ca ~ 99 % within 90 under energy-saving visible LED light irradiation, surpassing the bare ƯƯ-200 (~81 %) and CAU-17 (~89 %) In addition, the catalyst showed good photostability under successive cyclic experiments The LC/MS and radical quenching tests revealed the degradation of RhB, including several steps, including the Ndealkylation, decarboxylation, deamination, and ring cleavages to tiny fragmentation products, and these procedures were predominantly controlled by the active species of Oi~ h+ The study provides a facile and efficient strategy for developing photocatalysts for treating organic pollutants in wastewater III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3) Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu TT Tên sản phẩm kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt Bài báo quốc tế 01 ISI/Scopus Q3 trở 01 ISI- Q2 tạp chí lên scopus/ISI Ghi d lú: - Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo ) - chấp nhận có ghi nhận địa cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM cấp kính phí thực nghiên cứu theo quy định Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm phần phụ lục minh chứng cuối báo cáo (đối với ấn phẩm sách, giáo trình cần có photo trang bìa, trang trang cuối kèm thông tin định số hiệu xuất bản) 3.2 Kết đào tạo: Không đăng ký TT Họ tên Ngl liên cứu sinh Học viên cao học Sinh viên Đại học Thời gian thực đề tài Tên đề tài Tên chuyên đề NCS Tên luận văn Cao học Đã bảo vệ Ghi chú: - Kèm photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ học viên bảo vệ thành công luận án/ luận văn;( thể phần cuối báo cáo khoa học) IV Tình hình sử dụng kinh phí TT Nội dung chi Kinh phí duyệt Kinh phí thực (đồng) (đồng) A Chi phí trực tiếp Th khốn chun mơn 30,351,300 30,351,300 Nguyên, nhiên vật liệu, 19,950,000 19,950,000 Thiết bị, dụng cụ Cơng tác phí Dịch vụ thuê Hội nghị, hội thảo, thù lao nghiệm thu kỳ In ấn, Văn phòng phẩm 4,698,700 4,698,700 Chi phí khác B Chi phí gián tiếp Quản lý phí Chi phí điện, nước 55,000,000 55,000,000 Tong số Ghi V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài) Kết đạt thành công q trình nghiên cứu cho thấy giá trị thực tiễn ứng dụng loại bỏ chất ô nhiễm hữu co nước Cần tiến hành khảo sát ứng dụng vật liệu cho việc xử lý chất màu khác, xử lý kháng sinh VI Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng sản phẩm nêu Phần III)