tổng hợp vật liệu co uio 66 và ứng dụng hấp phụ một số chất màu hữu cơ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM BÙI THỊ KIM NGÂN TỔNG HỢP VẬT LIỆU Co-UiO-66 VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT MÀU HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Đà Nẵng - Năm 2023 luan van tot ng

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÙI THỊ KIM NGÂN

TỔNG HỢP VẬT LIỆU Co-UiO-66 VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT MÀU HỮU CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2023

luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÙI THỊ KIM NGÂN

TỔNG HỢP VẬT LIỆU Co-UiO-66 VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT MÀU HỮU CƠ

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 8440114

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN ĐỨC MẠNH

Đà Nẵng - Năm 2023

Trang 3

Trang 4

Trang 5

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 6

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 7

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC TÊN VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài 2

5 Đóng góp mới của đề tài 2

6 Nội dung nghiên cứu 2

7 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn 3

8 Cấu trúc của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Vật liệu khung kim loại - hữu cơ (MOFs) 4

1.1.1 Giới thiệu chung về vật liệu khung kim loại – hữu cơ (MOFs) 4

1.1.2 Cấu trúc vật liệu MOFs 5

1.1.3 Tính chất nổi bật 7

1.2 Vật liệu University of Oslo-66 (UiO-66) 8

1.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu Co-UiO-66 11

1.3.1 Giới thiệu vật liệu biến tính Co-UiO-66 11

1.3.2 Phương pháp thuỷ nhiệt 11

1.3.3 Ứng dụng của Co-UiO-66 12

1.4 Giới thiệu về chất màu hữu cơ Rhodamine B (RhB) và Xanh methylene (MB) 12

1.4.1 Giới thiệu sơ lược về các chất màu hữu cơ 12

1.4.2 Nguồn gốc và tác hại khi nguồn nước nhiễm các chất màu hữu cơ 13

1.4.3 Tình trạng ô nhiễm nguồn nước bởi chất màu hữu cơ 14

1.4.4 Giới thiệu về chất màu hữu cơ Rhodamine B (RhB) 15

1.4.5 Giới thiệu về chất màu hữu cơ Xanh methylene (MB) 17

1.5 Tổng quan phương pháp hấp phụ - giải hấp 18

1.5.1 Khái niệm hấp phụ - giải hấp 18

1.5.2 Hấp phụ trong môi trường nước 19

1.5.3 Động lực học hấp phụ 20

1.5.4 Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 21

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 23

2.1 Phương pháp nghiên cứu 23 luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 8

2.1.1 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 23

2.1.2 Phương pháp phân tích bằng phổ UV-VIS 27

2.2 Thực nghiệm 28

2.2.1 Hoá chất và dụng cụ 28

2.2.2 Tổng hợp vật liệu 29

2.3 Xây dựng đường chuẩn của Rhdamine B (RhB) và Xanh methylene (MB) 32

2.4 Thử khả năng hấp phụ của Co-UiO-66 so với UiO-66 33

2.4.1 Trong Xanh methylene 33

2.4.2 Trong Rhodamine B 33

2.5 Khảo sát quá trình hấp phụ Rhodamine B (RhB) và Xanh methylene (MB) của vật liệu Co-UiO-66 34

2.5.1 Thời gian đạt hấp phụ cân bằng 34

2.5.2 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu 34

2.5.3 Ảnh hưởng của nồng độ 35

2.5.4 Ảnh hưởng của pH 35

2.6 Giải hấp và tái sử dụng vật liệu 36

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Kết quả xác định đặc trưng vật liệu 37

3.1.1 Phổ hồng ngoại chuyển hoá fourier (FT-IR) 37

3.1.2 Giãn đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 37

3.1.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 39

3.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn MB và RhB 40

3.3 Thử khả năng hấp phụ của 2 mẫu vật liệu Co-UiO-66 so với UiO-66 41

3.4 Khảo sát quá trình hấp phụ Xanh methylene (MB) với mẫu vật liệu 42

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ của vật liệu 42

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hấp phụ của vật liệu hấp phụ 45

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hợp chất màu 46

3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH của dung dịch hấp phụ 49

3.5 Khảo sát quá trình hấp phụ Rhodamine B (RhB) với mẫu vật liệu 51

3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 51

3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu 53

3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hợp chất màu 54

3.5.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH của dung dịch hấp phụ 57

3.6 Tái sử dụng vật liệu 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

Trang 9

DANH MỤC TÊN VIẾT TẮT

BDC Cầu hữu cơ 1,4 – benzen dicaboxylat

BL Cobalt university of Oslo-66 tỉ lệ 8:1

Co-UiO-66 Cobalt university of Oslo-66

Cobalt university of Oslo-66 tỉ lệ 4:1

DMF N,N – diethylformamide

IR Phổ hồng ngoại (IR- Infrared spectroscopy) IRMOF Isorecticular Metal Organic Framework MB Hợp chất màu hữu cơ Xanh methylene MOFs Vật liệu khung kim loại – hữu cơ PCPs Porous coordination polymers RhB Hợp chất màu hữu cơ Rhodamine B SBUs Secondary building unit

SEM Hiển vi điện tử quét (scanning electron microscoppy) UiO-66 University of Oslo-66

UV – VIS Phân tích đo quang

XRD Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) ZIF Zeolite – Imidazolate Framework

Trang 10

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

Bảng 1.1 Mô tả cấu trúc hình học của các SBUs được nghiên cứu 6

Bảng 3.1 Các tham số của phương trình động học biểu kiến trong dung

Bảng 3.2 Các tham số đẳng nhiệt dạng tuyến tính trong khảo sát khả

năng hấp phụ mẫu vật liệu trong Xanh methylene 49 Bảng 3.3 Các tham số của phương trình động học biểu kiến trong dung

Bảng 3.4 Các tham số đẳng nhiệt dạng tuyến tính trong khảo sát khả

Trang 11

DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu

Hình 1.3 Một số cấu trúc MOFs có cùng hình thái lập phương 7 Hình 1.4 Diện tích bề mặt của vật liệu MOFs và các vật liệu truyền thống 8

Hình 1.6 Phân biệt trạng thái hydroxyl hoá và dehydroxyl hoá qua phép

Hình 2.1 Nguyên lý của phương pháp XRD và sơ đồ chùm tia tới và chùm

Hình 2.2 Máy đo nhiễu xạ tia X D8 Advance Eco – Bruker 24

Hình 2.4 Kính hiển vi điện tử quét SEM JSM-6010PLUS/LV (JEOL) 25 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ hồng ngoại 26 Hình 2.6 Thiết bị đo phổ hồng ngoại JASCO FT/IR-6800 26

Hình 3.1 Phổ hồng ngoại của UiO-66; Co-UiO-66 (BL) và Co-UiO-66 ( ) 37

Hình 3.3

Giãn đồ XRD của Co-UiO-66 (BL) (trái) và Co-UiO-66 ( )

Hình 3.5 Ảnh SEM của vật liệu Co-UiO-66 (BL) (trái) và Co-UiO-66

Hình 3.6 Đồ thị xây dựng đường chuẩn của Xanh methylen và Rhodamine B 41 Hình 3.7 Khảo sát khả năng hấp phụ của 2 mẫu vật liệu với UiO-66 trong

Trang 12

Hình 3.8 Khảo sát thời gian hấp phụ của hai mẫu vật liệu Co-UiO-66

Hình 3.9

Đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (trên) và bậc 2 (dưới) của quá trình hấp phụ Xanh methylene của hai mẫu vật liệu Co-UiO-66

Hình 3.14 Khảo sát ảnh hưởng pH của vật liệu Co-UiO-66 (BL)(trên) và

Hình 3.15 Khảo sát thời gian hấp phụ của hai mẫu vật liệu Co-UiO-66

Hình 3.16

Đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 (trên) và bậc 2 (dưới) của quá trình hấp phụ Rhodamine B của hai mẫu vật liệu Co-UiO-66

Trang 13

MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

Trong những thập kỉ gần đây, việc xử lý các nguồn nhiễm nước thải có chứa thuốc nhuộm hữu cơ đã nhận được sự quan tâm rộng rãi Nhiều phương pháp như vật lý, hoá học, điện hoá học và sinh học đã được nghiên cứu để làm giảm chất ô nhiễm thuốc nhuộm hữu cơ trong nước thải [1] [2] Các phản ứng dựa trên việc tạo ra các chất oxy hoá phản ứng như hydroxyl, superoxide và gốc sulfat, được xem là một trong những phản ứng oxy hoá cho hiệu quả cao trong việc xử lý chất thải hữu cơ [3] [4]

Các vật liệu có cấu trúc xốp nhất là vật liệu khung kim loại - hữu cơ (MOF) đã trở thành một trong những vật liệu thích hợp để ứng dụng nhiều lĩnh vực bởi đặc tính như diện tích bề mặt riêng cao, cấu trúc xốp, bền nhiệt và hoá học, có thể điều khiển được cấu trúc [5] Do tính ổn định đặc biệt và tính chất hấp dẫn, UiO-66 (zircromnium 1,4 – dicarboxybenzene MOF) đã trở thành một chủ đề nghiên cứu gần đây UiO-66 bao gồm các khối bát diện Zr604(OH)4 và 1,4 - benzenedicacboxylat (BDC) để tạo thành cấu trúc khung kim loại – hữu cơ bền [6] Với cấu trúc lí tưởng, UiO-66 có thể được kích thích bằng cách chiếu xạ ánh sáng để thu được các cặp electron do sự chuyển điện tích trung tâm của phối tử hữu cơ sang kim loại [7] Tuy nhiên, một số cấu trúc có khuyết tật nhất định, đặc biệt là khuyết tật thiếu liên kết, có thể đưọc lấp đầy bởi các nguyên tử kim loại khác Các kim loại như đồng, coban, sắt và các ion kim loại khác đã được pha tạp với UiO-66, và đã được sử dụng trong xúc tác quang và oxy hoá CO [8]

Trong nghiên cứu này, tôi tổng hợp các vật liệu lai Co-UiO-66 để hạn chế các khiếm khuyết của quá trình liên kết còn thiếu để tạo ra chất xúc tác Co-UiO-66 Một loại vật liệu Co pha tạp UiO-66 (Co-UiO-66) với các hàm lượng Co khác nhau đã được tổng hợp Co pha tạp UiO-66 được sử dụng để kích hoạt PMS tạo ra các gốc phản ứng cho quá trình phân huỷ xúc tác của thuốc nhuộm rhodamine B dưới ánh sáng mặt trời So với hệ xúc tác Co2+/PMS, hệ xúc tác Co-Uio-66/PMS cho thấy hiệu quả phân huỷ xúc tác cao hơn Ảnh hưởng các yếu tố khác nhau đến việc phân huỷ của các phân tử RhB đã được nghiên cứu cơ chế xúc tác đã được đề xuất

Chính vì những triển vọng của vật liệu, tôi quyết định chọn đề tài “Tổng hợp vật liệu Co-UiO-66 và ứng dụng hấp phụ một số chất màu hữu cơ”

Trang 14

2 Mục đích nghiên cứu

- Tổng hợp được vật liệu Co-UiO-66

- Khảo sát khả năng hấp phụ một số hợp chất màu hữu cơ

3 Phương pháp nghiên cứu

3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp các tài liệu, bài báo khoa học trong và ngoài nước đã được công bố về vật liệu hữu cơ kim loại UiO-66 cụ thể như: tổng quan về vật liệu, phương pháp tổng hợp tối ưu, ứng dụng thực tiễn…

- Nghiên cứu về lý thuyết phương pháp thủy nhiệt để vận dụng trong quá trình tổng hợp

3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp tổng hợp vật liệu thủy nhiệt, dung môi nhiệt: Dùng để tổng hợp vật liệu

- Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): Xác định thành phần pha và cấu trúc của vật liệu

- Phương pháp phổ hồng ngoại (IR): Xác định các nhóm định chức của hợp chất - Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy-SEM) và phân tích năng lượng tán xạ tia X (Energy Dispersive X-ray EDX): Xác định hình thái cũng như thành phần của vật liệu

- Phương pháp phân tích đo quang UV-VIS: Khảo sát khả năng hấp phụ

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu: vật liệu biến tính Co-UiO-66 - Phạm vi nghiên cứu:

+ Tổng hợp UiO-66 và Co-UiO-66 bằng phương pháp thủy nhiệt + Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu trên cơ sở UiO-66 + Xác định đặc trưng hoá lý của vật liệu Co-UiO-66

5 Đóng góp mới của đề tài

Nghiên cứu, tổng hợp vật liệu Co-UiO-66 và bước đầu đánh giá hiệu quả xúc tác quang phân huỷ đối với một số hợp chất màu hữu cơ trong quy mô phòng thí nghiệm

6 Nội dung nghiên cứu

Trang 15

- Khảo sát ảnh hưởng của pH

- Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu

- Nghiên cứu cân bằng hấp phụ (khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Rhodamine B, Xanh methylene)

- Thu hồi và tái sử dụng vật liệu

7 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn

8 Cấu trúc của đề tài

Ngoài phần mở đầu, kí hiệu các chữ viết tắt, danh mục các bảng, hình, đồ thị, sơ đồ, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục Luận văn được chia làm các chương như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Trang 16

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu khung kim loại - hữu cơ (MOFs)

1.1.1 Giới thiệu chung về vật liệu khung kim loại – hữu cơ (MOFs)

Vật liệu khung cơ kim xuất hiện như một loại vật liệu mới trong gần hai thập kỉ qua và được hình thành do liên kết phối trí xây dựng từ các mối liên kết của phối tử hữu cơ (cầu nối ligand) và các nút vô cơ của các ion kim loại hoặc cụm (cluster) các ion kim loại Sự hình thành các liên kết này tạo nên sự đa dạng về cấu trúc, nhóm chức năng, kích thước và hình dạng của lỗ trống trong gia đình MOFs (MOF = Metal Organic Framework, khung cơ kim) như IRMOF (Isoreticular Metal Organic Framework), ZIF (Zeolite- Imidazolate Framework) Khả năng sắp xếp và liên kết giữa ion kim loại và các cầu hữu cơ trong MOF rất linh hoạt đủ để thay đổi tính chất của MOFs được tạo ra Đây là một yếu tố quan trọng cho phép MOFs được thiết kế và tổng hợp theo những tính chất và ứng dụng mong muốn Vì vậy vật liệu này đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học do tiềm năng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực như: hấp thụ và tách lọc khí, cảm biến, phát quang, dự trữ và phân phối thuốc

Hình 1.1 Sơ đồ xây dựng tổng quát MOFs.

Trang 17

Vật liệu khung hữu cơ kim loại là những polymer phối trí xốp (porous coordination polymers – PCPs) hình thành từ quá trình tự lắp ghép thông qua sự phối trí (coordination) của các phối tử hữu cơ với các ion kim loại tạo thành những tinh thể rắn có cấu trúc siêu lồng (supercage) có kích thước lớn

1.1.2 Cấu trúc vật liệu MOFs

Trong cấu trúc tinh thể của vật liệu MOFs, các nhóm chức cho điện tử (chứa các nguyên tử còn cặp điện tử chưa liên kết như O, N, S, P) tạo các liên kết phối trí và cố định các cation kim loại (hầu hết là các cation kim loại chuyển tiếp) trong các cụm nguyên tử tạo thành đơn vị cấu trúc cơ bản nhất của MOFs, gọi là đơn vị cấu trúc thứ cấp (secondary building unit, SBU) [9] Các SBUs lại được nối với nhau thông qua các các cầu nối hữu cơ để hình thành cấu trúc ba chiều có trật tự nghiêm ngặt trong không gian Một ví dụ của loại cấu trúc này là cấu trúc của MOF-5 [10] được minh họa ở Hình 1.2 MOF-5 được tổng hợp từ terephthalic acid (H2BDC) và k m nitrate trong N,N – diethylformamide (DMF) Trong MOF-5, mỗi SBU bát diện Zn4O(CO2)6 chứa bốn tứ diện ZnO4 có chung đỉnh và sáu nguyên tử C carboxylate Các SBUs bát diện được nối với nhau bởi các cầu nối benzene Nhờ cấu trúc khung sườn mở rộng và không có vách ngăn nên MOF-5 có độ xốp và bề mặt riêng lớn (khoảng 3500 m2/g)

Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể cơ bản của MOF-5

Hình cầu trong cấu trúc minh họa cho không gian lớn nhất có trong lỗ xốp mà không bị ảnh hưởng của các tương tác van der Waals với khung cơ kim

Tính chất của các cầu nối hữu cơ khác nhau là khác nhau và là nhất biến, chúng cho phép quá trình lắp ghép các cầu nối vào bộ khung không gian ba chiều của vật liệu MOFs là duy nhất, cấu trúc vững chắc này có diện tích bề mặt riêng lớn và thể tích luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 18

mao quản cao hơn hầu hết các loại cấu trúc xốp khác MOFs là một tiềm năng vô tận để lưu trữ khí cũng như định hướng nghiên cứu vật liệu composite mới [9]

Sự đa dạng về hình dạng và cấu trúc của MOFs là do các SBUs và phối tử hữu cơ khác nhau Ngoài ra, các điều kiện và phương pháp tổng hợp cũng ảnh hưởng đến cấu trúc hình học của MOFs Tranchemontagne và cộng sự đã nghiên cứu mô tả hình học của 131 SBUs về thành phần và liên kết của chúng

Bảng 1.1 Mô tả cấu trúc hình học của các SBUs được nghiên cứu.

Trang 19

Các MOFs được tạo nên từ các SUB khác nhau thì s có hình dạng và cấu trúc khác nhau Bên cạnh đó điều kiện tổng hợp và dung môi, nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến cấu trúc hình học của MOFs [11]

Các vật liệu xốp được phân chia theo các nhóm có kích thước lỗ xốp sau: - Microporous: đường kính lỗ xốp nhỏ hơn 2 nm

- Mesoporous: đường kính lỗ xốp từ 2 – 50 nm - Macroporous: đường kính lỗ xốp lớn hơn 50 nm

Hầu như các loại vật liệu MOFs đều thuộc nhóm microporous và mesoporous

Hình 1.3 Một số cấu trúc MOFs có cùng hình thái lập phương

1.1.3 Tính chất nổi bật

MOFs có cấu trúc vách ngăn ở dạng phân tử còn các vật liệu truyền thống khác như zeolite thì không phải vách ngăn này trong cấu trúc vật liệu Vì thế, MOFs có diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp cao so với zeolite

Trang 20

Các MOFs có tính năng vượt trội hơn những vật liệu đã nghiên cứu trước đó như: diện tích bề mặt riêng cực lớn (hàng ngàn mét vuông cho 1 gam), cấu trúc lỗ xốp cao, ổn định và vững chắc, có thể thay đổi kích thước lỗ xốp thông qua việc thay đổi các cầu nối hữu cơ hoặc ion kim loại… nhằm đáp ứng nhiều ứng dụng rộng rãi đầy hứa hẹn của những vật liệu xốp này trong các lĩnh vực như: xúc tác, phân tích hỗn hợp, lưu trữ khí,… [12]

Hình 1.4 Diện tích bề mặt của vật liệu MOFs và các vật liệu truyền thống

1.2 Vật liệu University of Oslo-66 (UiO-66)

University of Oslo-66 (UiO-66) là một loại vật liệu MOFs tạo thành từ kim loại Zr và cầu hữu cơ 1,4-benzen dicacboxylat (BDC) Vật liệu này có độ bền nhiệt tương đối cao 540°C và có độ bền hoá học tốt trong một vài dung môi như nước, acetone, benzene, và DMF

UiO-66 đã nhận được sự quan tâm đáng kể do dễ dàng tổng hợp ở quy mô phòng thí nghiệm, độ ổn định tương đối cao và các tính năng phù hợp hàng đầu cho nhiều ứng dụng khác nhau

Sự ổn định nhiệt động lực học biểu kiến của UiO-66 được cung cấp bởi liên kết Zr-O mạnh Trên thực tế, người ta đã phát hiện ra rằng các liên kết C-C trong phối tử bị phá vỡ trước liên kết phối trí Hơn nữa, UiO-66 đã chứng minh độ ổn định cơ học, luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 21

nhiệt, axit, nước và hơi nước vượt trội [13] Về hiệu suất chuẩn, nút oxit zirconi đã được chứng minh là có các đặc tính xúc tác chưa từng có, độ ổn định và độ xốp tổng thể đã cho phép UiO-66 thực hiện trong các ứng dụng nước như thấm qua hơi nước và hấp phụ thuốc nhuộm Nó được tổng hợp trên quy mô phòng thí nghiệm bằng cách tổng hợp nhiệt đơn nồi dễ dàng và cũng rất dễ tái lập về đặc tính hấp phụ Những đặc tính đầy hứa hẹn này đã dẫn đến nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu mối quan hệ tổng hợp - cấu trúc - đặc tính của vật liệu này

Ở dạng ổn định nhất là dạng hydroxyl hóa, tinh thể này là một cấu trúc lập phương tâm mặt chứa đối xứng fm-3m với tham số mạng là 20,7 Å Nó chứa hai lồng riêng biệt, một lồng tứ diện 7,5 Å, một lồng bát diện khác là 12 Å và khẩu độ lỗ 6 Å Thể tích lỗ rỗng lý thuyết của UiO-66 là 0,77 cm3/g và diện tích bề mặt là 1160 𝑚2/g [14]

Hình 1.5 Mô tả cấu trúc của UiO-66 [14]

MOFs bao gồm việc xác định nút vô cơ như một đơn vị xây dựng thứ cấp (SBU và phân loại nút oxit zirconium trong UiO-66 là cuboctaherdral, cho phép tối đa 12 điểm mở rộng cho các thanh chống BDC để phối hợp Một nửa trong số tám nguyên tử oxy trong phiên bản hydroxyl hóa của SBU này được liên kết với ba nguyên tử zirconi dưới dạng các nguyên tử riêng lẻ, và các nguyên tử oxy còn lại liên kết với ba nguyên tử zirconi ở dạng hydroxit

Các trạng thái dehydroxyl hóa và hydroxyl hóa phát sinh một cách thuận nghịch luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 22

thông qua việc giải phóng hoặc hấp thụ các phân tử nước, tương ứng Để hình thành trạng thái hydroxyl hóa, hai nguyên tử oxy rời SBU với các nguyên tử hydro, để lại sáu nguyên tử oxy trên SBU, mỗi nguyên tử phối trí với ba nguyên tử zirconi Trạng thái này có thể được tạo ra bằng cách đun nóng đến 3000C Valenzano et al đã nghiên cứu thêm về trạng thái dehydroxyl hóa và quan sát thấy rằng khi khử nước, nút được ưu tiên ép theo một hướng, nhưng các nút này ép theo các hướng ngẫu nhiên trên toàn bộ cấu trúc vẫn dẫn đến đối xứng fm-3m Sự bất đồng tồn tại giữa tính đối xứng của các loài khử hydro ; tài liệu cũng đã báo cáo sự biến dạng ưu tiên trên toàn bộ tinh thể dẫn đến đối xứng R3 m; tuy nhiên, hiện tại sự đồng thuận dường như ủng hộ giải pháp fm-3m Chapman và các đồng nghiệp lưu ý rằng các chuyển đổi pha cấu trúc cũng thường được thấy hàng loạt oxit zirconi ở nhiệt độ cao hơn nhiều, quá trình khử nước và chuyển pha được kết hợp với nhau nhưng không liên kết trực tiếp, và quá trình khử nước UiO-66 bắt đầu dưới 100 ° C bằng cách sử dụng kỹ thuật tán xạ tia X tại chỗ tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne

Valenzano và cộng sự chứng minh nhiều kỹ thuật mô tả đặc tính có thể được sử dụng để làm sáng tỏ sự khác biệt giữa nút hydroxyl hóa và nút dehydroxyl hoá bao gồm PCRD và FT-IR

Hình 1.6 Phân biệt trạng thái hydroxyl hoá và dehydroxyl hoá qua phép đo phổ hổng ngoại (FTIR) và quang phổ (pXRD) [14]

Để mở rộng khả năng ứng dụng, hiện nay có nhiều hướng biến tính dựa trên nền luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 23

vật liệu UiO-66 bằng cách thêm các ion kim loại khác hay gắn kết thêm các nhóm chức hữu cơ UiO-66 biến tính thường được sử dụng để hấp phụ các hợp chất màu hữu cơ Bên cạnh đó còn dùng làm chất hấp phụ loại bỏ màu phẩm nhuộm, làm chất xúc tác điện hoá, ứng dụng trong xúc tác quang phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ

1.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu Co-UiO-66

1.3.1 Giới thiệu vật liệu bi n tính Co-UiO-66

Với cấu trúc lý tưởng, UiO-66 có thể được kích thích bằng cách chiếu xạ ánh sáng để thu được các cặp electron do sự chuyển điện tích trung tâm của phối tử hữu cơ sang kim loại Tuy nhiên, một số cấu trúc có khuyết tật nhất định, đặc biệt là khuyết tật thiếu liên kết, có thể lấp đầy bởi các nguyên tử kim loại khác Các kim loại như đồng, coban, sắt và các ion kim loại khác đã được pha tạp với UiO-66 và được sử dụng trong xúc tác quang và oxy hoá CO Tổng hợp vật liệu lai Co-UiO-66 để hạn chế các khiếm khuyết của quá trình liên kết còn thiếu để tạo ra chất xúc tác Co-UiO-66

Co pha tạp UiO-66 được sử dụng để kích hoạt PMS tạo ra các gốc phản ứng cho quá trình phân huỷ xúc tác của thuốc nhuộm Rhodamine B dưới ánh nắng mặt trời So với hệ xúc tác /PMS, hệ xúc tác Co-UiO-66/PMS cho thấy hiệu quả phân huỷ xúc tác cao hơn Ảnh hưởng các yếu tố khác nhau đến việc phân huỷ của các phân tử RhB đã được nghiên cứu cơ chế xúc tác đã được đề xuất

1.3.2 Phương pháp thuỷ nhiệt

Là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất cho quá trình tổng hợp UiO-66 Thông thường, các chất phản ứng (bao gồm muối cobalt và manganese) hòa tan trong dung môi (dimethylformamide hoặc methanol được đun nóng từ 50 đến 2000C s thu được tinh thể sau 12 – 72 h Ba quá trình quan trọng gồm thủy phân, phối trí và deproton hóa giúp dễ dàng kiểm soát chính xác các đặc tính của vật liệu bằng cách thay đổi các điều kiện thực nghiệm Tuy nhiên, việc tổng hợp theo phương pháp này có nhiều hạn chế liên quan đến tiêu thụ năng lượng và ô nhiễm môi trường do việc sử dụng nhiều dung môi độc hại Với đề xuất về phương pháp tổng hợp xanh, việc điều chế MOFs theo phương pháp tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường là một xu hướng mới, chẳng hạn như sử dụng nước làm dung môi Sau khi tổng hợp thành công Co-UiO-66 trong pha nước ở nhiệt độ phòng

Trang 24

1.3.3 Ứng dụng của Co-UiO-66

- Ứng dụng trong phân tách: Quá trình xử lý Isomer hóa (Total Isomerization Processes, TIP) để cải tiến chỉ số octane của những hydrocarbon nhẹ Tuy nhiên quá trình TIP có bất lợi là dòng sản phẩm tồn tại đồng phân một nhánh của hexane (điều này làm giảm chỉ số octane) Như vậy việc phân tách đồng phân một nhánh của hexane ra khỏi những đồng phân nhiều nhánh khác là cần thiết để tăng chỉ số octane Các tính chất của Co-UiO-66 như là đường kính trong của bát diện gần 11 Å, của tứ diện gần 8 Å, cùng với diện tích bề mặt riêng BET gần 1200 m2/g là điều kiện thích hợp cho phân tách các đồng phân hexane Các nghiên cứu khác bằng cách thay đổi nhóm chức “ligand” nhưng vẫn dựa trên cấu trúc ban đầu cũng đã đem lại nhiều kết quả khả quan

- Ứng dụng trong tồn trữ CO2 và H2: Các nghiên cứu gần đây đều cho thấy CO2 và H2 có độ hấp phụ cao trên các vật liệu MOF có diện tích bề mặt cao Tuy nhiên, nhiều MOFs kém bền nhiệt, điều này không thích hợp cho hấp phụ ở nhiệt độ cao, đặc biệt trong phân tách CO2 từ khí lò cao Gần đây, nghiên cứu của Hussein bằng cách điều chế UiO-66 có diện tích bề mặt cao đã đánh giá khả năng hấp phụ CO2 và H2 trên UiO-66 Nghiên cứu này cho thấy rằng khả năng hấp phụ của UiO-66 ở mức trung bình so với các MOFs khác Tuy nhiên cấu trúc bền vững của nó đã bắt đầu các nghiên cứu khác như thay đổi các “ligand” để tạo ra các cấu trúc cơ sở Zr tương tự như UiO-66 nhưng diện tích bề mặt cao hơn

1.4 Giới thiệu về chất màu hữu cơ Rhodamine B (RhB) và Xanh methylene (MB)

1.4.1 Giới thiệu sơ lược về các chất màu hữu cơ

Chất màu hữu cơ là vật liệu có màu được tạo ra từ các hợp chất hữu cơ có đặc tính sắc tố Chúng là các hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo ở trạng thái bột Bột màu hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau vì độ bền màu cao

Có nhiều loại chất màu hữu cơ, chúng thường được phân loại theo sắc ký và cấu trúc hóa học phân tử:

- Phân loại theo sắc ký

Sắc tố có thể được chia thành sắc tố vàng, sắc tố da cam, sắc tố đỏ, sắc tố tím, sắc tố xanh lam, sắc tố xanh lá cây, sắc tố nâu và sắc tố đen

- Phân loại theo cấu trúc hóa học

Có chất màu azo, chất màu phthalocyanin, chất màu đa vòng, chất màu luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 25

triarylmethane và các chất màu khác

Trong môi trường không khí, các chất màu hữu cơ dễ bốc hơi Các hơi này phần lớn là rất độc, nồng độ tích tụ cao có thể làm tổn hại cho phổi cũng như làm hư gan, thận, hoặc hệ thần kinh trung ương

Trong môi trường đất thì các chất màu hữu cơ thường tồn tại ở dưới dạng bột nguyên chất, các khoáng hoặc các ion, Và nó có thể đi vào cơ thể con người và động vật qua đường tiêu hoá khi người và động vật tiêu thụ các loại thực vật

Trong môi trường nước thì các chất màu hữu cơ tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán chất màu đi xa nhất và rộng nhất Hợp chất màu trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa chất màu hữu cơ hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa chất màu hữu cơ đi qua nó Do đó, chất màu hữu cơ trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn, uống

1.4.2 Nguồn gốc và tác hại khi nguồn nước nhiễm các chất màu hữu cơ

Các quá trình sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, là các nguồn chính gây ô nhiễm chất màu hữu cơ trong môi trường nước Thêm vào đó, các hợp chất màu hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác như quá trình tạo màu và nhuộm, ở các sản phẩm của thuộc da, cao su, dệt, giấy và nhiều ngành khác cũng là nguồn đáng kể gây ô nhiễm chất màu hữu cơ Khác biệt so với nước thải ngành công nghiệp, nước thải sinh hoạt thường có chứa trong nó một lượng phẩm màu hữu cơ

Tình trạng nguồn nước nhiễm chất màu hữu cơ khá phổ biến ở nước ta, nguồn nước ô nhiễm chất màu hữu cơ không thể nhận biết được bằng những phương pháp thông thường Thường để đánh giá mức độ ô nhiễm tạp chất màu hữu cơ trong nước sinh hoạt người ta sử dụng chỉ số pecmanganat (phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học, tương tự COD) trong nước sinh hoạt Chỉ số Pecmanganat vượt ngưỡng 2 theo QCQG 01:2009/BYT là dấu hiệu cho thấy nước bị ô nhiễm các chất màu hữu cơ ở mức độ nguy hiểm

Nếu sử dụng nguồn nước sinh hoạt nhiễm chất màu hữu cơ s ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người như: Các chất màu hữu cơ khi tương tác với Clo s tạo ra luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 26

chất gây ung thư, khi tương tác với oxy s tạo ra chất độc là Nitrit, chất này khi vào cơ thể người s gây ra hiện tượng thiếu oxy trong máu (methemoglobin), đặc biệt là trẻ em khi nhiễm các chất độc này thường xanh xao và dễ bị đe dọa đến tính mạng, đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi, Nitrit khi kết hợp với các axit amin trong cơ thể còn tạo thành chất nitrosamine gây ung thư, hàm lượng nitrosamin cao khiến cơ thể không kịp đào thải, tích lũy lâu ngày trong gan gây ra hiện tượng nhiễm độc, ung thư gan Nguồn nước có chỉ số Pecmanganat cao s nhanh chóng tạo rêu, tảo trong bể chứa, là môi trường thuận lợi cho các vi sinh vật độc hại phát triển trong nước

1.4.3 Tình trạng ô nhiễm nguồn nước bởi chất màu hữu cơ

Dệt nhuộm hiện nay đang là một ngành công nghiệp có vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước nhà và là nguồn giải quyết công ăn việc làm cho nhiều lao động Ngành công nghiệp này đang có xu hướng phát triển mạnh m do sự đầu tư trong và ngoài nước Tuy nhiên, chỉ có các nhà máy lớn có xây dựng hệ thống xử lý nước thải còn lại hầu như chưa hệ thống xử lý và vẫn còn xả trực tiếp ra môi trường Loại nước thải dệt nhuộm có độ kiềm hoặc độ acid cao, màu đậm, có nhiều chất hữu cơ, vô cơ gây hại cho quần thể sinh vật trong môi trường nước và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng

Mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách, pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng ở Việt Nam Nguồn nước mặt ở một số nơi bị ô nhiễm, nhất là trong các khu đô thị, xung quanh các khu công nghiệp, làng nghề Tại các lưu vực sông, ô nhiễm và suy thoái chất lượng nước tập trung ở vùng trung lưu và hạ lưu, nhiều nơi ô nhiễm nghiêm trọng, như ở lưu vực sông Nhuệ - Đáy, sông Cầu, hệ thống sông Đồng Nai Trong đó phổ biến là ô nhiễm hữu cơ tại các lưu vực sông như sông Ngũ Huyện Khê (Bắc Ninh), sông Nhuệ đoạn chảy qua Hà Nội, sông Sài Gòn đoạn chảy qua Bình Dương, Thành phố Hồ Chí Minh.[15]

Nhất là trong những năm gần đây, do nền kinh tế nước ta phát triển đi lên công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhiều đô thị và thành phố được hình thành thì tình hình ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng Nước thải từ các nhà máy và khu dân cư đô thị làm ô nhiễm nguồn nước, nước bị ô nhiễm thì đất cũng bị ô nhiễm nặng nề Tại các vùng ven luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 27

các đô thị lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh hoặc các vùng tập trung các hoạt động sản xuất công nghiệp, khai khoáng như Thái Nguyên, Đồng Nai, ô nhiễm đất do chất thải từ các hoạt động công nghiệp, dệt may, sinh hoạt thể hiện r nhất, hàm lượng chất màu hữu cơ trong đất có xu hướng gia tăng Và theo dự báo của các cơ quan nghiên cứu thì mức độ ô nhiễm môi trường đất vào năm 2020 s tăng lên từ 2-3 lần so với hiện tại và các chỉ số ô nhiễm s tịnh tiến với tốc độ phát triển công nghiệp và đô thị hoá Nếu không có những giải pháp chính sách và quản lý thì chất lượng môi trường đất của Việt Nam s bị suy giảm đến mức báo động và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của cộng đồng

Tại các khu vực may mặc, in,… đã và đang gây nhiều tác động xấu đến môi trường xung quanh như thải chất thải và nước thải, phát tán bụi thải xuống nguồn nước hoặc phát tán ra môi trường; làm thay đổi hệ sinh thái rừng, suy thoái và ô nhiễm đất nông nghiệp

Ngoài ra, hiện nay nhiều tổ chức, cá nhân chưa nhận thức, ý thức trách nhiệm bảo vệ môi trường của các chủ đầu tư, một số cơ quan, tổ chức và cộng động dân cư còn hạn chế, chỉ chú trọng vào lợi ích kinh tế trong khi xem nhẹ vấn đề bảo vệ môi trường xung quanh, vì thế tình trạng nước nhiễm bẩn là điều đương nhiên

Theo kết quả khảo sát của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (Đại học Bách khoa Hà Nội) và Bộ Khoa học và Công nghệ cho thấy, 100% mẫu nước thải ở các làng nghề đều cho thông số ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép Riêng Hà Nội, khảo sát tại 40 xã cho kết quả khoảng 60% số xã bị ô nhiễm nặng từ các hoạt động sản xuất

Các chất màu hữu cơ đi vào cơ thể qua con đường hô hấp, tiêu hóa và qua da Khi đó nó s tác dụng sinh hóa và trong nhiều trường hợp dẫn đến hậu quả nghiêm trọng

1.4.4 Giới thiệu về chất màu hữu cơ Rhodamine B (RhB)

a Cấu trúc, đặc tính

Rhodamine B (RhB) là một hợp chất hóa học, là một thành phần của phẩm màu công nghiệp RhB có công thức phân tử là C28H31N2O3Cl và có các tên gọi khác là Rhodamine B chloride, R.60, Tetraethyl rhodamine Nó thường được sử dụng như thuốc nhuộm đánh dấu vết để xác định hướng và lưu tốc của dòng chảy Thuốc nhuộm luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 28

RhB phát huỳnh quang, do đó có thể phát hiện dễ dàng bằng huỳnh quang kế Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghệ sinh học như kính hiển vi huỳnh quang, quang phổ huỳnh quang tương quan, phân tích dòng chảy tế bào và ELISA Công thức cấu tạo của RhB được trình bày ở Hình 1.7

Hình 1.7 Công thức cấu tạo phân tử RhB b Ứng dụng

RhB là một trong những thuốc nhuộm được sử dụng chủ yếu để nhuộm len, lụa và làm laser công suất màu Ngoài ra, RhB còn được dùng để nhuộm tế bào trong công nghệ sinh học Nhìn chung, thuốc nhuộm RhB khá độc, tan nhiều trong nước, methanol, ethanol

Thuốc nhuộm RhB có màu sắc tươi sáng nên người ta còn dùng để nhuộm màu thực phẩm, vải sợi, điều này không đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng

Hình 1.8 Tinh thể Rhodamine B (RhB)

Trang 29

c Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái

Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính Qua tiếp xúc gây dị ứng hoặc làm mẩn ngứa da, mắt…Qua đường hô hấp gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực.Qua đường tiêu hóa gây nôn mửa, có hại cho gan và thận Nếu tích tụ dần trong cơ thể gây nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như có thể gây ung thư (Noureddine Barka and CS, 2008)

1.4.5 Giới thiệu về chất màu hữu cơ Xanh methylene (MB)

a Cấu trúc, đặc tính

Xanh methylene (MB) là một chất màu thuộc họ thiôzin, phân ly dưới dạng cation (MB+) Công thức phân tử của MB là 3H2O Một số tên gọi khác như là tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioninium chloride Đây là một hợp chất có mày xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phòng Dạng dung dịch 1% có pH từ 3 - 4,5 Xanh methylen đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxy hóa và khử, kiềm, dichromate, các hợp chất của iod Khi phân hủy s sinh ra các khí độc như: Cl2, NO, CO, SO2, CO2, H2S Xanh methylene nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể

Xanh methylene có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử của xanh methylen bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào

Hình 1.9 Công thức cấu tạo phân tử MB b Ứng dụng

Xanh methylene là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản suất mực in; trong xây dựng như để kiểm nghiệm đánh giá chất lượng bê tông và vữa; và được sử dụng trong y học Trong thủy sản, xanh methylene được sử dụng vào giữa thế kỉ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng Ngoài ra, xanh methylene cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 30

máu nâu do Met- hemoglobin quá nhiều trong máu Bệnh này thể hiện dạng hemoglobin bất thường trong máu làm cho việc vận chuyển oxy trong máu khó khăn Những hợp chất có thể gây ra hiện tượng trên có thể do sử dụng kháng sinh, hàm lượng NO2-, NO3- trong nước và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

Hình 1.10 Tinh thể Xanh methylene (MB) c Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái

Xanh methylene hấp thu rất mạnh bởi các loại đất khác nhau Trong môi trường nước, xanh methylene bị hấp thu vào vật chất lơ lửng và bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi ra ngoài môi trường nước ở bề mặt nước Khi ước lượng chỉ số tích lũy sinh học, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) cho rằng xanh methylen không có sự tích lũy sinh học trong thủy sinh vật (giá trị BCF = 1,5)

Nếu thải methylenq vào trong không khí, xanh methylen s tồn tại cả dạng hơi và bụi lơ lửng Dạng hơi s bị phân hủy do sự phản ứng quang phân với các gốc oxy hóa [OH], thời gian bán hủy khoảng 2 giờ Sự quang phân trực tiếp cũng diễn ra Đối với dạng hạt lơ lửng có thể loại bỏ vật lý bởi quá trình phân hủy

1.5 Tổng quan phương pháp hấp phụ - giải hấp

1.5.1 Khái niệm hấp phụ - giải hấp

Hấp phụ là quá trình tập hợp các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của một chất lên bề mặt phân chia pha Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn

Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1 g chất hấp phụ Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 31

hấp phụ Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học :

- Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân

(nguyên tử, phân tử, các ion ) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hoá học (không hình thành các liên kết hoá học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn

- Hấp phụ hoá học: Hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp

chất hoá học với các phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên kết hoá học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hoá trị, liên kết phối trí ) Lực liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ Nhiệt hấp phụ hoá học lớn, có thể đạt tới giá trị 800 kJ/mol

Giải hấp: quá trình giải phóng chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Là quá trình ngược lại với hấp phụ

1.5.2 Hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp Vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là nước, chất hấp phụ, chất bị hấp phụ

Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ s xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và dung môi Thông thường, nồng độ chất tan trong dung dịch là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp phụ, các phần tử nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Các chất bị hấp phụ chỉ có thể đẩy phân tử nước để chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Điều này xảy ra khi tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ mạnh hơn tương tác giữa chất hấp phụ và nước

Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ còn phu thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng Chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều phân cực hoặc không phân cực thì sự hấp phụ xảy ra tốt hơn Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ Các chất có tính axit yếu hay bazo yếu hoặc lưỡng luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 32

tính s bị phân ly, tích điện âm, dương hoặc trung hòa Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ do sự phân ly các nhóm chức Tóm lại hấp phụ trong môi trường nước có cơ chế phức tạp do yếu tố hấp phụ hỗn hợp, sự biến đổi bản chất hóa học của chất bị hấp phụ, chất hấp phụ vào môi trường Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tíchbề mặt, kích thước mao quản, cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [16]

1.5.3 Động lực học hấp phụ

Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt là các mô hình toán học để mô tả sự phân bố giữa chất bị hấp phụ (pha lỏng) và chất hấp phụ (pha rắn), dựa trên giả định rằng liên quan đến sự không đồng nhất và đồng nhất của bề mặt rắn và khả năng tương tác giữa các chất bị hấp phụ Đối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau:

- Khuếch tán của các chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ - Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ

- Giai đoạn hấp phụ thật sự: các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất s quyết định toàn bộ quá trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định

Tốc độ hấp phụ v biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian: v =

Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian v =

( ) = k(qmax – q) Trong đó:

x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/L) t: thời gian (giây)

β: hệ số chuyển khối

Co: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu (mg/L) Ce: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/L)

k: hằng số tốc độ hấp phụ

Trang 33

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g) qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren:

1.5.4 Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

1.5.4.1 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Mô hình đẳng nhiệt Freundlich là một phương trình thực nghiệm dựa trên sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất của vật liệu Phương trình tuyến tính thường được biểu diễn là:

Ce (mg/L) là nồng độ tại thời điểm cân bằng

qe (mg/g) là lượng ion kim loại bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng vật liệu hấp phụ

Hằng số n là số mũ trong phương trình Freundlich, đặc trưng cho tính không đồng nhất về năng lượng của bề mặt hấp phụ

Trang 34

+ KF là hằng số Freundlich (mg/g), được xem như là một hệ số hấp phụ hoặc hệ số phân bố, biểu diễn lượng chất bị hấp phụ trên một lượng chất hấp phụ

+ 1/n là thông số kinh nghiệm, là thước đo cường độ hấp phụ hoặc tính không đồng nhất của bề mặt, 0< 1/n < 1 quá trình hấp phụ là thuận lợi, 1/n càng tiến đến “0” bề mặt càng không đồng nhất

Mô hình Freundlich được lựa chọn để đánh giá cường độ hấp phụ của chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp thụ

1.5.4.2 Mô hình đằng nhiệt hấp phụ Langmuir

Năm 1915, Langmuir đề xuất thuyết hấp phụ đơn phân tử Mô hình đẳng nhiệt Langmuir giả định rằng sự hấp thu các ion kim loại xảy ra trên một bề mặt đồng nhất của vật liệu và sự hấp phụ đơn lớp, không có bất kì sự tương tác nào giữa các ion hấp phụ

Phương trình tuyến tính của mô hình đẳng nhiệt Langmuir:

𝐾L là hằng số hấp phụ Langmuir (L/mg) đặc trưng cho ái lực của tâm hấp phụ 𝑅L là thông số tách hay thông số cân bằng, giá trị 𝑅L nằm giữa 0 và 1 chỉ ra cân bằng hấp phụ là thuận lợi; 𝑅L = 1 chỉ ra đẳng nhiệt tuyến tính; 𝑅L > 1 chỉ ra sự hấp phụ không thuận lợi

Co là nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (mg/L)

Trang 35

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu

2.1.1.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD)

Do cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đến các tính chất của vật chất, nên cần tiến hành nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật chất Ngày nay, phương pháp phổ biến để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật chất là phương pháp XRD Đây là một phương pháp có nhiều ưu điểm như không phá hủy mẫu, đồng thời chỉ cần một lượng nhỏ để phân tích là cho phép biết được cấu tạo của vật liệu, mặt khác nó cung cấp những thông tin về kích thước tinh thể Phương pháp này dựa trên hiện tượng nhiễu xạ Bragg khi chiếu chùm tia X lên tinh thể Tức là, khi chiếu chùm tia nhiễu xạ vào mẫu đo, mặt phẳng nào thỏa mãn hệ thức Bragg s cho chùm tia nhiễu xạ mạnh:

nλ = 2dhkl.sinθ

với n là số nguyên, λ là bước sóng của tia X tới, dhkl là khoảng cách giữa 2 mặt phẳng mạng có chỉ số Miller hkl và θ là góc nhiễu xạ Các mẫu được kiểm tra bằng cách v biểu đồ vị trí góc và cường độ của các pic nhiễu xạ thu được

Hình 2.1 Nguyên lý của phương pháp XRD và sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể [17]

Kích thước tinh thể có thể được đánh giá bằng cách đo bề rộng đỉnh trong mẫu nhiễu xạ tia X, có thể được giải thích bằng phương trình Debye-Scherrer:

𝑡 = 𝐾λ 𝐵𝑐𝑜𝑠θ

Trong đó t là kích thước tinh thể và K là hệ số hình dạng tinh thể, λ là bước sóng luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hopluan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop luan van tot nghiep, luan van thac si, luan van cao hoc, luan van tong hop

Trang 36

của tia X tới, θ là góc nhiễu xạ, B là bề rộng ở một nửa cường độ cực đại của một mặt phẳng cụ thể (hkl) tính bằng radian, K là hằng số Scherrer [18] [19]

Trong luận văn này, phổ XRD được thực hiện bằng máy đo nhiễu xạ tia X D8 Advance Eco – Bruker (Đức), tại khoa Vật lý – trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng Các mẫu XRD được ghi lại bằng nguồn bức xạ CuKα (λ = 0,1514 nm) với công suất 40 kV, 40 mA

Hình 2.2 Máy đo nhiễu xạ tia X D8 Advance Eco – Bruker

2.1.1.2 Phuơng pháp chụp ảnh qua kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy, SEM)

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một công cụ mạnh m để mô tả hình thái học bề mặt dưới độ phóng đại cao và thành phần hóa học của vật liệu Đối với thiết bị SEM tiêu chuẩn, một dòng điện tử do dây tóc tạo ra qua hai tụ quang điện tử s hướng về phía mẫu, sử dụng thế điện tử dương Như được minh họa trong Hình 2.3, dòng này được giới hạn và hội tụ bởi các khẩu độ kim loại và thấu kính từ tính thành một chùm đơn sắc mỏng và hội tụ

Trang 37

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của SEM

Các điện tử từ nguồn điện tử có thể phân tán đàn hồi và tạo ra các điện tử tán xạ ngược Chúng cũng có thể tương tác với mẫu vật dẫn đến việc tạo ra tia X và các điện tử mới được gọi là điện tử thứ cấp Hình ảnh điện tử thứ cấp có thể cung cấp địa hình của bề mặt mẫu vật vì các điện tử thứ cấp được phát ra từ chính lớp trên cùng (10 nm) của mẫu vật

Trong luận văn này, hình ảnh SEM của mẫu đã được ghi lại bằng kính hiển vi điện tử quét SEM JSM-6010PLUS/LV (JEOL), tại khoa Vật lý – trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

Hình 2.4 Kính hiển vi điện tử quét SEM JSM-6010PLUS/LV (JEOL)

Trang 38

2.1.1.3 Phương pháp đo phổ hồng ngoại chuyển hoá Fourier (FT-IR)

Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) là một kỹ thuật mạnh m được sử dụng để thu được phổ hồng ngoại bằng cách hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu Khi bức xạ IR (tia hồng ngoại) đi qua mẫu, một phần bức xạ điện từ bị hấp thụ và một phần được truyền đi Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử, cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng, với độ nhạy rất cao, ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày cỡ 50 nm [19]

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ hồng ngoại

Trong luận văn này, phổ FT-IR thu được bằng máy JASCO FT/IR-6800 (JASCO Analytical Instruments, Mỹ), tại khoa Hóa học – trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

Hình 2.6 Thiết bị đo phổ hồng ngoại JASCO FT/IR-6800

Trang 39

2.1.2 Phương pháp phân tích bằng phổ UV-VIS

Phổ hấp thụ của vật chất chủ yếu là năng lượng ánh sáng của một bước sóng cụ thể trong ánh sáng tới hấp thụ bởi các phân tử và nguyên tử có trong vật chất và cùng với kết quả chuyển đổi của mức năng lượng, rung động phân tử và sự chuyển tiếp của mức năng lượng electron đã xảy ra tương ứng

Sự hấp thụ năng lượng của ánh sáng s không giống nhau bởi vì các vật liệu khác nhau s có cấu trúc phân tử, nguyên tử và các phân tử khác nhau Vì thế, mỗi chất có đường cong phổ hấp thụ cố định duy nhất được dựa trên phổ hấp thụ của một số loại bước sóng đặc trưng ở độ cao của độ hấp thụ để xác định hàm lượng chất, cơ sở của tích đặc đính và định lượng quang phổ Có thể thấy rằng, việc phân tích quang phổ là một phương tiện hiệu quả để có thể nghiên cứu thành phần, cấu trúc và sự tương tác giữa các chất theo phổ hấp thụ của các chất

Bản chất của phổ hấp phụ phân tử UV-VIS là khi chiếu một chùm sáng có bước sóng phù hợp đi qua một dung dịch chất màu, các phân tử hấp thụ s hấp thụ một phần năng lượng chùm sáng, một phần ánh sáng truyền qua dung dịch Xác định cường độ chùm ánh sáng truyền qua đó ta có thể xác định được nồng độ của dung dịch [20] Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch tuân theo định luật Bouguer - Lambert - Beer

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của máy UV-VIS

Trang 40

Bảng 2.1 Hoá chất sử dụng trong nghiên cứu

Zirconium tetrachloride (𝑍𝑟𝐶𝑙4) AR, 99%, Trung Quốc 1,4 – benzenedicarboxylic acid (𝐻2𝐵𝐷𝐶) AR, 97%, Trung Quốc N,N’ – dimethylformamide (𝐷𝑀𝐹) AR, 99%, Trung Quốc

Cobalt (II) chloride hexahydrate (𝐶𝑜𝐶𝑙2 6𝐻2𝑂)

97%, Trung Quốc

Rhodamine B (RhB) AR, 99%, Trung Quốc Xanh methylene AR, 99%, Trung Quốc

- Máy đo phổ hồng ngoại IR (Jasco FT/IR-6800)