Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật hóa học: Điều chế và khảo sát tính chất của vật liệu Ca₃Co₂-ₓMnₓO₆ (x=0,0.1,0.2,0.3) làm xúc tác cho phản ứng khử 4-Nitrophenol bằng NaBH₄: Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học

Sau đó, tiến hành khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu trên bằng cách thực hiện thí nghiệm phản ứng khử 4 - nitrophenol với NaBH4 và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác của vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

GVHD: PGS TS NGUYỄN VINH TIẾN SVTH: NGUYỄN THÁI HỌC

TP Hồ Chí Minh, tháng 8/2024

ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU Ca 3 Co 2 - x Mn x O 6 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3)

LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG KHỬ

4 - NITROPHENOL BẰNG NaBH 4

SVTH: Nguyễn Thái Học MSSV: 20128117

GVHD: PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến

TÓM TẮT

Tên đề tài: ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU Ca3Co2 - xMnxO6

(x = 0.1, 0.2, 0.3) LÀM XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG KHỬ 4 - NITROPHENOL BẰNG NaBH4

Khóa luận này tập trung vào việc khảo sát quy trình tổng hợp vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 (x

= 0.1, 0.2, 0.3) bằng phương pháp sol - gel Sau đó, tiến hành khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu trên bằng cách thực hiện thí nghiệm phản ứng khử 4 - nitrophenol với NaBH4 và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác của vật liệu này

liệu bằng nhiễu xạ tia X (XRD) , kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích các nhóm chức, liên kết hóa học thông qua các phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Ngoài ra còn sử dụng phương pháp đo hấp thu tử ngoại - khả kiến (UV - Vis) để khảo sát hoạt tính xúc tác

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM, để hoàn thành khóa luận này ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân thì tôi đã nhận được sự

hỗ trợ rất nhiều từ các thầy cô, bạn bè và gia đình

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy/Cô thuộc khoa Công nghệ Hóa học

và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Quý Thầy/Cô đã truyền đạt cho tôi kiến thức chuyên môn cùng những kỹ năng cần thiết trong suốt thời gian học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Đặc biệt, tôi xin gửi lời tri ân đến PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến Thầy đã định hướng, chỉ dẫn

và giúp đỡ tôi từ những bước đầu tiên cho đến khi hoàn thành khóa luận Nhờ sự tận tâm của Thầy, tôi đã học hỏi được nhiều kiến thức bổ ích cũng như phát triển các kỹ năng mềm quan trọng cho bản thân

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các anh chị và bạn bè làm việc tại phòng thí nghiệm những người luôn sẵn sàng hỗ trợ và giúp đỡ tôi giải quyết những khó khăn trong quá trình thực hiện khóa luận Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân, những người luôn động viên, nhắc nhở và là chỗ dựa vững chắc cho tôi trong suốt thời gian qua

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng do thời gian thực nghiệm hạn chế và kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên khóa luận này không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự quan tâm và đóng góp của quý Thầy/Cô để khóa luận này được hoàn thiện hơn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ khóa luận tốt nghiệp được thực hiện bởi tôi dưới sự hướng dẫn

từ PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến Những kết quả thực nghiệm được trình bày trong bài khóa luận này là chính xác và trung thực Toàn bộ tài liệu tham khảo được thu thập từ những nguồn đáng tin cậy và được liệt kê đầy đủ

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

LỜI CẢM ƠN x

LỜI CAM ĐOAN xi

DANH MỤC BẢNG xiv

DANH MỤC HÌNH ẢNH xv

DANH MỤC VIẾT TẮT xvii

MỞ ĐẦU xviii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 1

1.1.1 Giới thiệu vật liệu 1

1.1.2 Các phương pháp tổng hợp 3

1.1.3 Một số xúc tác trên nền cobalt 5

1.2 4 - Nitrophenol 6

1.2.1 Giới thiệu về 4 - Nitrophenol 6

1.2.2 Ứng dụng của 4 - Nitrophenol 7

1.2.3 Cấu trúc hoá học của 4 - Nitrophenol 7

1.3 Thực trạng 8

1.3.1 Đặc trưng của nước thải công nghiệp bị ô nhiễm bởi hợp chất nitrophenol 8

1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp bị ô nhiễm bởi hợp chất nitrophenol 9

1.4 Tổng quan về hydro hoá xúc tác với NaBH4 10

1.4.1 Giới thiệu về NaBH4 10

1.4.2 Cơ chế và ứng dụng 11

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Hoá chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 15

2.1.1 Hoá chất 15

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 16

2.1.3 Quy trình tổng hợp vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 16

2.1.4 Quy trình khảo sát hoạt tính xúc tác của CCO và CCMO 18

2.1.5 Quy trình tái sử dụng hoạt tính xúc tác của CCMO - 0.1 21

2.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc và tính chất của vật liệu 22

2.2.1 Quang phổ hấp thu tử ngoại khả kiến 22

2.2.2 Nhiễu xạ tia X 23

2.2.3 Kính hiển vi điện tử quét 24

2.2.4 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 25

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 27

3.1 Đặc trưng của vật liệu CCO và CCMO 27

3.1.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT - IR) 28

3.1.2 Phổ nhiễu xạ tia X 33

3.1.2 Hình thái học của vật liệu 38

3.2 Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu CCMO 39

3.2.1 Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu CCMO 39

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH 43

3.2.3 Khả năng tái sử dụng của vật liệu 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 53

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất cơ bản của 4 - NP 8

Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng trong thực nghiệm 15

Bảng 2.2 Danh mục dụng cụ và thiết bị 16

Bảng 2.3 Khối lượng tác chất (g) để điều chế vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 17

Bảng 2.4 Độ hấp thu của dung dịch 4 - NP với các nồng độ khác nhau 19

Bảng 3.1 Các chỉ số Miller tương ứng của pha CCO với một số đỉnh trên Hình 3.10 ….35 Bảng 3.2 Kích thước tinh thể của vật liệu CCO từ kết quả XRD 36

Bảng 3.3 Kích thước tinh thể của vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 theo sự thay đổi của của giá trị x tại mặt tinh thể (030) 37

Bảng 3.4 Bảng biểu diễn hệ số tương quan (R2) của phản ứng giả bậc 0, 1, 2 theo sự thay đổi của x 39

Bảng 3.5 Kết quả đánh giá độ lặp lại của hằng số kapp theo sự thay đổi của x 41

Bảng 3.6 Kết quả đánh giá độ lặp lại của hằng số kapp của vật liệu CCMO - 0.1 theo sự thay đổi của pH 44

Bảng 3.7 Một số kết quả từ các bài báo khoa học đã công bố 45

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể của Ca3Co2O6 [1] 1

Hình 1.2 (a) Cấu trúc tinh thể của Ca3CoMnO6 dọc theo hướng của mặt phẳng ab, (b) chuỗi spin Co - Mn - Co - Mn chạy dọc theo trục c [9] 2

Hình 1.3 (a) Cấu trúc tinh thể của Ca₃Co₂O₆ và Ca₃CoMnO₆ cho thấy mặt phẳng lục giác ab với ba mạng con, (b) Hai chuỗi trục c chứa các ion Co³⁺ (Ca₃Co₂O₆) hoặc Co²⁺ và Mn⁴⁺ (Ca₃CoMnO₆) [13] 3

Hình 1.4 Anion tứ diện BH4− được nối với cation Na+ đối với NaBH4 [43] 10

Hình 1.5 Sơ đồ năng lượng của phản ứng hoá học không có và có chất xúc tác [47] 12

Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn cơ chế Langmuir - Hinshelwood [47] 13

Hình 1.7 Sơ đồ khử 4 - NP theo cơ chế Langmuir - Hinshelwood [51] 13

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu CCO và CCMO ……….17

Hình 2.2 Quy trình chuẩn bị dung dịch khảo sát 18

Hình 2.3 Quy trình khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu CCO và CCMO 19

Hình 2.4 Dãy dung dịch chuẩn của 4 - NP 19

Hình 2.5 Phương trình đường chuẩn của dung dịch 4 - NP 20

Hình 2.6 Quy trình tái sử dụng vật liệu CCMO - 0.1 cho phản ứng khử 4 - NP 21

Hình 2.7 Sơ máy đo UV - Vis 2 chùm tia 22

Hình 2.8 Mô hình tán xạ tia X 23

Hình 2.9 Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét 25

Hình 2.10 Cách ghi nhận hình ảnh trên SEM 25

Hình 3.1 Phổ FT - IR khảo sát nhiệt độ nung trong thời gian 10 h của vật liệu CCO 28 Hình 3.2 Phổ FT - IR khảo sát nhiệt độ nung trong thời gian 10 h của vật liệu CCMO - 0.1 28

Hình 3.3 Phổ FT - IR khảo sát nhiệt độ nung trong thời gian 10 h của vật liệu CCMO - 0.2 29

Hình 3.4 Phổ FT - IR khảo sát nhiệt độ nung trong thời gian 10 h của vật liệu CCMO - 0.3 29

Hình 3.5 Phổ FT - IR khảo sát thời gian nung ở nhiệt độ 1000 oC của vật liệu CCO 30

Hình 3.6 Phổ FT - IR khảo sát thời gian nung ở nhiệt độ 1000 oC của vật liệu CCMO - 0.1 31

Hình 3.7 Phổ FT - IR khảo sát thời gian nung ở nhiệt độ 1000 oC của vật liệu CCMO - 0.2 31

Hình 3.8 Phổ FT - IR khảo sát thời gian nung ở nhiệt độ 1000 oC của vật liệu CCMO - 0.3 32

Hình 3.9 (a) Phổ XRD của vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 theo sự thay đổi của giá trị x, (b) phóng đại tại vị trí góc nhiễu xạ 34.23o 33

Hình 3.10 Phổ XRD của vật liệu CCO và CCMO 34

Hình 3.11 Ảnh SEM của vật liệu (a) CCO, (b) CCMO - 0.1, (c) CCMO - 0.2, (d) CCMO

- 0.3 38

Hình 3.12 Biểu đồ cột biểu diễn hiệu suất và thời gian phản ứng khử 4 - NP của vật liệu CCO và CCMO 39

Hình 3.13 Đồ thị ln(Co/Ct) theo thời gian (min) của vật liệu CCO và CCMO 40

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn hằng số tốc độ biểu kiến của vật liệu CCO và CCMO 41

Hình 3.15 Cơ chế phản ứng khử 4 - NP bằng NaBH4 của vật liệu CCMO - 0.1 [22] 42

Hình 3.16 Biểu đồ cột biểu diễn hiệu suất và thời gian phản ứng khử 4 - NP của vật liệu CCO và CCMO theo sự thay đổi của pH……… 43

Hình 3.17 Đồ thị ln(Co/Ct) theo thời gian (min) của vật liệu CCMO - 0.1 trong phản ứng khử 4 - NP theo sự thay đổi theo của pH 43

Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn hằng số tốc độ biểu kiến theo sự thay đổi của pH của vật liệu CCMO - 0.1 44

Hình 3.19 Hiệu suất của phản ứng khử 4 - NP của vật liệu CCMO - 0.1 với chu kỳ 9 lần sử dụng 46

FT - IR Fourier Transform Infrared

Spectroscopy Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

UV - Vis Ultraviolet - visible Tử ngoại - khả kiến

MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh công nghiệp phát triển nhanh chóng, việc xử lý các chất thải hữu cơ độc hại

là một thách thức lớn đối với môi trường và sức khỏe con người 4 - Nitrophenol (4 - NP)

là một hợp chất hữu cơ có độc tính cao, thường xuất hiện trong nước thải công nghiệp từ các ngành dệt may, sản xuất giấy, thuốc trừ sâu và nhuộm Việc khử 4 - NP thành các hợp chất ít độc hơn như 4 - aminophenol là một giải pháp quan trọng để giảm thiểu tác động tiêu cực của nó

Phản ứng khử 4 - NP bằng NaBH4 là một phương pháp hiệu quả, tuy nhiên, việc tìm kiếm

và phát triển các vật liệu xúc tác mới, có hiệu suất cao và thân thiện với môi trường là một lĩnh vực nghiên cứu đáng quan tâm Vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 (với x = 0.1, 0.2, 0.3) đã thu hút sự chú ý nhờ vào các đặc tính vật lý như tính chất nhiệt điện Tuy nhiên, cho đến nay, vật liệu này chưa từng được thử nghiệm làm xúc tác cho phản ứng khử 4 - NP bằng NaBH4

Do đó, việc điều chế và nghiên cứu tính chất của vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 trong ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng khử 4 - NP là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng Việc này không chỉ mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực vật liệu xúc tác mà còn có thể đem lại những giải pháp mới, hiệu quả hơn cho việc xử lý chất thải công nghiệp Đề tài này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về vật liệu Ca 3 Co 2 - x Mn x O 6

1.1.1 Giới thiệu vật liệu

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể của Ca3Co2O6 [1]

Ca₃Co₂O₆ (CCO) có cấu trúc tinh thể thuộc nhóm không gian R3c [2], nằm trong hệ hexagonal Cấu trúc này được đặc trưng bởi sự sắp xếp của các ion Ca²⁺, Co³⁺ và O²⁻ thành

các chuỗi dọc theo trục c (Hình 1.1) Trong cấu trúc này, các ion Co³⁺ nằm trong các đơn

vị [CoO₆] gồm hai dạng là bát diện (octahedra) và lăng trụ tam giác (trigonal prisms), chúng sắp xếp xen kẽ nhau tạo thành chuỗi Các ion Ca²⁺ nằm giữa các chuỗi, đóng vai trò như các cầu nối giữa các chuỗi giữ cho cấu trúc ổn định [2, 3]

Vật liệu CCO có ứng dụng nổi bật trong việc làm điện cực cathode cho pin nhiên liệu oxide rắn (solid - oxide fuel cell, SOFC), một loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sạch được biết đến với hiệu suất cao, hiệu quả và tính linh hoạt [4, 5] Thông qua việc nghiên cứu tài liệu, chúng tôi thấy rằng vật liệu CCO chưa được nghiên cứu sử dụng để làm xúc tác cho phản ứng khử Để tận dụng tối đa tiềm năng của vật liệu CCO, chúng tôi đề xuất mở rộng ứng dụng của nó làm xúc tác cho phản ứng khử các chất hữu cơ độc hại Trong cấu trúc của

CCO, các vị trí hoạt động của ion Co đóng vai trò như các trung tâm xúc tác, góp phần vào khả năng khử các chất gây ô nhiễm [6-8]

Hình 1.2 (a) Cấu trúc tinh thể của Ca3CoMnO6 dọc theo hướng của mặt phẳng ab, (b)

chuỗi spin Co - Mn - Co - Mn chạy dọc theo trục c [9]

Ngoài ra, sự thay thế ion Co bằng ion Mn trong CCO sẽ tạo ra Ca3Co2 - xMnxO6 sẽ làm thay đổi cấu trúc tinh thể của CCO dẫn đến sự thay đổi về tính chất của vật liệu này [10-12] Trong cấu trúc Ca3Co2 - xMnxO6, các đơn vị bát diện và lăng trụ tam giác vẫn tồn tại, nhưng

có sự hiện diện của các ion Mn trong một số vị trí thay thế cho Co Sự thay thế này chủ yếu diễn ra trong các đơn vị bát diện [CoO₆], nơi mà các ion Mn thích hợp hơn so với đơn vị lăng trụ tam giác do khả năng duy trì sự ổn định hóa học và cấu trúc trong môi trường bát

diện Các chuỗi xoắn ốc dọc theo trục c vẫn được duy trì (Hình 1.2 (b)), nhưng có thể có

sự thay đổi nhẹ về khoảng cách và góc liên kết do sự thay thế ion Sự hiện diện của Mn trong các đơn vị bát diện ảnh hưởng đến tính chất từ tính và điện từ của vật liệu, làm cho

nó trở nên phức tạp và đa dạng hơn so với CCO Việc thay thế và điều chỉnh thành phần hoá học có thể mở ra những kết quả kỳ vọng trong việc khử các chất hữu cơ độc hại [2, 3]

Hình 1.3 (a) Cấu trúc tinh thể của Ca₃Co₂O₆ và Ca₃CoMnO₆ cho thấy mặt phẳng lục giác

ab với ba mạng con, (b) Hai chuỗi trục c chứa các ion Co³⁺ (Ca₃Co₂O₆) hoặc Co²⁺ và Mn⁴⁺

(Ca₃CoMnO₆) [13]

Cụ thể, ion Mn thay thế ion Co trong cấu trúc CCO với trạng thái oxy hóa +3 (Mn³⁺) Việc thay thế này được duy trì nhờ sự cân bằng điện tích và kích thước ion tương đồng giữa Mn³⁺

và Co³⁺ Trạng thái oxy hóa +4 của Mn nói chung sẽ ổn định hơn trạng thái +3 trong một

số môi trường nhất định Trong trường hợp Ca3Co2 - xMnxO6, các nghiên cứu chỉ ra rằng

Mn xâm nhập chủ yếu dưới dạng Mn4+ do độ ổn định cao hơn so với Mn3+ Khi đó, để duy trì cân bằng điện tích, một số ion Co³⁺ sẽ giảm xuống trạng thái oxy hóa +2 để bù đắp cho

sự tăng lên của Mn từ +3 lên +4 Sự ổn định này rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn cấu trúc tổng thể và tính chất điện tử của hợp chất [14]

1.1.2 Các phương pháp tổng hợp

Có nhiều phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để tổng hợp vật liệu Ca₃Co₂₋xMnₓO₆

đã được báo cáo trong các nghiên cứu trước đó như phương pháp solid - state (phản ứng pha rắn) [2], phương pháp sol - gel [15]

Phương pháp solid - state [2]: Phương pháp solid - state là phương pháp được sử dụng để tổng hợp vật liệu Ca₃Co₂₋ₓMnₓO₆ Phương pháp này bắt đầu bằng việc trộn đều các nguyên liệu ban đầu, thường là các oxide hoặc muối kim loại tương ứng như CaO, CoO, và MnO₂

hoặc các dạng muối như CaCO₃, Co(NO₃)₂, Mn(NO₃)₂ Sau đó, hỗn hợp này được nghiền mịn để đảm bảo sự phân bố đồng đều của các thành phần

Tiếp theo, hỗn hợp bột được nén bằng phương pháp ép lạnh đẳng tĩnh, tạo ra viên nén có hình dạng và kích thước mong muốn Quá trình ép lạnh này giúp tăng mật độ của vật liệu trước khi bước vào giai đoạn thiêu kết

Thiêu kết là bước cuối cùng, trong đó viên nén được nung ở nhiệt độ cao, thường từ 800 đến 1000 °C Nhiệt độ và thời gian thiêu kết được điều chỉnh để đảm bảo các pha mong muốn hình thành, đạt được độ kết tinh và độ đặc chắc cao Trong quá trình thiêu kết, các phản ứng hóa học xảy ra, dẫn đến sự hình thành của pha Ca₃Co₂₋ₓMnₓO₆ tinh khiết

Ưu điểm của phương pháp pha rắn là đơn giản, không yêu cầu các thiết bị phức tạp và có thể dễ dàng sản xuất số lượng lớn Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này bao gồm sự đồng nhất kém và kích thước hạt lớn, có thể ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu cuối cùng Do đó, cần có sự kiểm soát chặt chẽ các thông số quá trình để đảm bảo chất lượng sản phẩm

Phương pháp sol - gel [15]: Phương pháp sol - gel là một phương pháp hiệu quả và linh hoạt để tổng hợp vật liệu Ca₃Co₂₋xMnₓO₆ Quy trình bắt đầu bằng việc sử dụng các tiền chất kim loại, thường là các muối hoặc hợp chất hữu cơ hòa tan trong dung môi để tạo thành một dung dịch đồng nhất Chất gel hoá, chẳng hạn như acid citric hoặc ethylene glycol, được thêm vào để tạo liên kết với các ion kim loại, dẫn đến sự hình thành của một mạng lưới polyme

Quá trình này tiếp tục với việc tạo gel bằng cách loại bỏ dung môi thông qua quá trình sấy khô, có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng hoặc dưới áp suất giảm Kết quả là một gel khô, chứa các thành phần tiền chất đã được trộn đều Gel khô sau đó được nung ở nhiệt độ cao để phân hủy các hợp chất hữu cơ và hình thành oxit kim loại

Giai đoạn thiêu kết là bước cuối cùng, trong đó sản phẩm được nung ở nhiệt độ cao, thường

từ 600 °C đến 1000 °C, để hoàn thiện quá trình phản ứng và đạt được cấu trúc tinh thể mong muốn

Phương pháp sol - gel cho phép kiểm soát tốt thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu, dẫn đến sản phẩm có độ đồng nhất cao và kích thước hạt nhỏ Điều này mang lại những ưu điểm vượt trội so với phương pháp pha rắn, bao gồm tính chất điện và cơ học Tuy nhiên, quá trình sol - gel yêu cầu sự kiểm soát nghiêm ngặt các điều kiện phản ứng và có thể phức tạp hơn trong việc thực hiện so với phương pháp pha rắn

Trong quy trình điều chế vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 của khóa luận này, chúng tôi đã chọn phương pháp sol - gel là phương pháp chính cho quá trình tổng hợp vật liệu vì những ưu điểm mà phương pháp này mang lại

1.1.3 Một số xúc tác trên nền cobalt

Vật liệu xúc tác trên nền cobalt được ứng dụng rộng rãi trong nhiều phản ứng hóa học và công nghiệp nhờ vào tính chất đặc biệt của cobalt [16] Một loại vật liệu có thể nhắc đến là cobalt phosphide (CoP), nổi bật với khả năng xúc tác cho phản ứng tiến hóa hydro CoP đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hydro từ nước, đặc biệt trong các hệ thống điện phân nước Với chi phí thấp và khả năng hoạt động tốt trong môi trường trung tính và kiềm, CoP được đánh giá cao về hoạt tính và độ bền xúc tác, nhờ các ion Co và P trong cấu trúc phosphide làm trung tâm hoạt động [17]

Cobalt nitride (CoN) lại là một chất xúc tác hiệu quả cho phản ứng khử oxy, được ứng dụng rộng rãi trong pin nhiên liệu và pin sạc Sự kết hợp giữa các ion Co và N trong cấu trúc nitride tạo ra các trung tâm hoạt động, giúp tăng cường hiệu suất điện hóa và kéo dài tuổi thọ pin Với chi phí thấp và độ bền cao, CoN trở thành lựa chọn thay thế tiềm năng cho các xúc tác kim loại quý [18]

Cobalt sulfide (CoS) được biết đến với hiệu suất cao trong cả phản ứng tiến hóa hydro và phản ứng khử oxy CoS thường được sử dụng trong các hệ thống sản xuất hydro và trong pin nhiên liệu, nhờ vào hoạt tính xúc tác của các ion Co và S trong cấu trúc sulfide Đặc biệt, CoS hoạt động tốt trong điều kiện acid và có độ bền xúc tác ổn định trong thời gian dài [19]

Một ví dụ tiêu biểu là Co3O4, chủ yếu được sử dụng trong các phản ứng oxy hóa - khử như phản ứng tiến hóa oxy và phản ứng khử oxy [20] Với cấu trúc tinh thể ổn định và diện tích

bề mặt lớn, Co3O4 thể hiện hoạt tính xúc tác cao, được áp dụng hiệu quả trong pin nhiên liệu và pin sạc, cũng như trong các thiết bị lọc khí thải để chuyển đổi CO thành CO2 [21] Ngoài ra, Co3O4 còn được dùng làm chất xúc tác cho phản ứng khử 4 - nitrophenol bằng NaBH4 với kết quả là hiệu suất cao khoảng 99.29% chỉ trong 3 phút [22] Trung tâm xúc tác của Co3O4 chủ yếu là các ion Co trong cấu trúc oxide, nơi diễn ra quá trình oxy hóa và khử [21, 22]

Các vật liệu xúc tác trên nền cobalt như Co3O4, CoP, CoN và CoS đều có những đặc tính độc đáo, hiệu quả cao trong các phản ứng hóa học khác nhau Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất năng lượng sạch, xử lý môi trường và nhiều lĩnh vực điện hóa khác, nhờ vào hoạt tính cao, độ bền tốt và chi phí hợp lý so với các xúc tác kim loại quý

1.2 4 - Nitrophenol

1.2.1 Giới thiệu về 4 - Nitrophenol

Các ngành công nghiệp sản xuất hóa dầu và thuốc trừ sâu hiện nay đang thải ra một lượng lớn các hợp chất nitroaromatic, điển hình như nitrophenol, được biết đến là mối đe dọa tiềm tàng đối với môi trường và sức khỏe con người Các hợp chất này không những có khả năng gây nguy cơ ung thư cao mà còn khó phân hủy sinh học trong môi trường nước và đất, việc

đó làm gia tăng mối lo ngại về sự ô nhiễm lâu dài [23] Hiện nay, một hóa chất điển hình như 4 - nitrophenol (4 - NP) đã gây ô nhiễm nguồn nước [24]

4 - NP có độc tính cao và liên quan đến các vấn đề sức khỏe của con người như rối loạn máu, tổn thương hệ thần kinh, viêm mắt, dị ứng da và các vấn đề về hô hấp [25, 26] 4 - NP

có thể đi vào cơ thể con người bằng mọi con đường Tính độc hại của nó tương tự như anilin, bao gồm việc chuyển đổi hemoglobin thành methemoglobin, nguyên nhân là do quá trình oxy hóa sắt (II) trong hemoglobin thành sắt (III) dẫn đến hemoglobin không còn có thể vận chuyển oxy trong cơ thể [27] 4 - NP còn có khả năng giữ nguyên tính chất và cấu trúc trong thời gian dài hoặc trong những điều kiện môi trường khác nhau mà không bị

phân hủy hoặc có sự biến đổi lớn nào Vì vậy, 4 - NP được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) phân loại là “Chất gây ô nhiễm ưu tiên” [25, 26]

1.2.2 Ứng dụng của 4 - Nitrophenol

4 - NP là một hợp chất hóa học quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Trong ngành công nghiệp dệt may, 4 - NP được sử dụng trong quá trình nhuộm và hoàn thiện vải nhằm cải thiện màu sắc và chất lượng của sản phẩm Trong sản xuất nhựa, được sử dụng như một chất ổn định và chống oxy hóa, giúp tăng độ bền và tuổi thọ của sản phẩm nhựa Trong ngành chế biến da, 4 - NP được sử dụng để bảo quản

da, giúp da không bị hư hỏng do vi khuẩn và nấm Ngoài ra, 4 - NP còn là một thành phần quan trọng trong sản xuất thuốc diệt nấm và côn trùng, nhờ khả năng diệt khuẩn tốt Các loại thuốc bảo vệ thực vật như nitrofen và parathion cũng sử dụng 4 - NP như một chất phụ gia quan trọng Trong ngành công nghiệp sản xuất giấy, 4 - NP được thêm vào quy trình sản xuất để cải thiện chất lượng và độ bền của giấy Trong dược phẩm, 4 - NP được sử dụng như một chất trung gian trong tổng hợp các loại thuốc khác nhau 4 - NP cũng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ, giúp bảo vệ cây trồng khỏi các loại sâu bệnh và cỏ dại gây hại [24, 28, 29] Nhờ vào những ứng dụng đa dạng và quan trọng này, 4 - NP đã trở thành một hợp chất không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp Do tác hại của 4 - NP nên nhu cầu tìm cách chuyển đổi nó thành các sản phẩm ít độc hại hơn như 4 - aminophenol (4 - AP) ngày càng có nhiều ứng dụng tiềm năng trong dược phẩm, thuốc và phim ảnh [26, 30] Tuy nhiên, việc chuyển đổi 4 - NP thành 4 - AP trong điều kiện bình thường sẽ xảy ra một cách khó khăn vì phản ứng này bị cản trở về mặt động học (phản ứng xảy ra chậm) mặc dù thuận lợi về mặt nhiệt động học (∆𝐺 < 0) [31-33] Một trong những phương pháp hiệu quả để khắc phục sự hạn chế này là sử dụng phản ứng hydro hóa xúc tác, sử dụng natri borohydrua (NaBH4) làm nguồn cung cấp hydrua và chất khử khi có mặt chất xúc tác [34]

1.2.3 Cấu trúc hoá học của 4 - Nitrophenol

4 - NP là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học C6H5NO3, nổi bật với cấu trúc hóa học đặc trưng và nhiều ứng dụng quan trọng Cấu trúc của 4 - NP bao gồm một vòng benzen với hai nhóm thế: nhóm hydroxyl (-OH) gắn tại vị trí carbon số 1 và nhóm nitro (-NO2) gắn

tại vị trí carbon số 4 Nhóm nitro và nhóm hydroxyl nằm đối diện nhau trên vòng benzen, tạo ra một sự phân bố đối xứng Vòng benzen có cấu trúc thơm, bao gồm sáu nguyên tử carbon với các liên kết đôi xen kẽ, hình thành một hệ thống liên hợp Nhóm hydroxyl là một nhóm thế có khả năng cho electron, trong khi nhóm nitro là một nhóm thế có khả năng rút electron Sự tương tác này ảnh hưởng đáng kể đến tính chất hóa học của phân tử, khiến

4 - NP có tính axit yếu do khả năng cho và rút electron từ các nhóm thế

Bảng 1.1 Tính chất cơ bản của 4 - NP

Tên theo danh pháp IUPAC 4 - nitrophenol

Công thức hóa học C6H5NO3

Khối lượng phân tử 139.110 g/mol

Bước sóng hấp thu tối đa 402 nm

Cấu trúc phân tử

1.3 Thực trạng

1.3.1 Đặc trưng của nước thải công nghiệp bị ô nhiễm bởi hợp chất nitrophenol

Các hợp chất nitrophenol được xem là tương tự như thuốc nhuộm và kim loại Chúng được coi là chất gây ô nhiễm ưu tiên do có khả năng gây ra mùi khó chịu cho nước và tính độc hại ngay cả khi ở nồng độ thấp Vì vậy, việc xác định và loại bỏ các hợp chất phenol khỏi nguồn nước là cực kỳ quan trọng 4 - NP hiện diện trong nước thải từ nhiều ngành công

nghiệp khác nhau, bao gồm sản xuất giấy và bột giấy, hóa chất, sơn, nhựa, thuốc trừ sâu, sản xuất khí đốt và than cốc, cũng như công nghiệp nhuộm [35]

1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp bị ô nhiễm bởi hợp chất

nitrophenol

Các ngành công nghiệp như dệt, nhuộm, sản xuất nhựa, chế biến da, thuốc diệt nấm và côn trùng, sản xuất giấy, dược phẩm, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật (như nitrofen và parathion), thuốc diệt cỏ có nước thải ô nhiễm bởi hợp chất 4 - NP Để giảm thiểu tác động tiêu cực lên môi trường, các phương pháp xử lý nước thải ngành công nghiệp bị ô nhiễm bởi hợp chất 4 - NP được áp dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm và tái sử dụng nước trong quá trình sản xuất Dưới đây là một số phương pháp xử lý phổ biến trong ngành công nghiệp xử lý nước thải bị ô nhiễm bởi hợp chất 4 - NP:

- Phương pháp vật lý: Hấp phụ là quá trình mà các phân tử của chất bị giữ lại trên bề mặt của chất hấp phụ Trong xử lý nước thải chứa 4 - NP, than hoạt tính thường được sử dụng

do khả năng hấp phụ cao Quá trình này bao gồm việc nước thải tiếp xúc với than hoạt tính trong các hệ thống như cột hấp phụ Phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính là một giải pháp hiệu quả cho việc xử lý nước thải chứa 4 - NP, đặc biệt khi kết hợp với các phương pháp khác để tối ưu hóa quá trình Tuy nhiên, chi phí và các vấn đề liên quan đến chất thải thứ cấp cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính bền vững và hiệu quả kinh tế của phương pháp này [36]

- Phương pháp sinh học: Kỹ thuật xử lý sinh học cung cấp các phương pháp phù hợp và thân thiện với môi trường để xử lý nước thải có chứa hợp chất nitroaromatic Một số công nghệ xử lý sinh học như lò phản ứng màng sinh học, pin nhiên liệu vi sinh vật, quy trình bùn hoạt tính, lò phản ứng theo mẻ trình tự, quy trình màng sinh học và lò phản ứng kỵ khí Tuy nhiên, các ngành công nghiệp vẫn chưa áp dụng rộng rãi phương pháp xử lý sinh học bằng nitroaromatic trong nước thải vì nhiều lý do Một số lý do có thể được nhắc đến như việc thiếu các công nghệ khoáng hóa toàn diện và hiệu quả, việc tối ưu hóa hiệu suất chưa đạt hiệu quả và sự hạn chế về các cơ chế biến đổi sinh học [37]

- Phương pháp hoá học: Hydro hóa xúc tác bằng natri borohydride (NaBH4) là một phương pháp khử hóa học, trong đó NaBH4 được sử dụng làm chất khử để chuyển đổi 4 - NP thành

4 - AP, một chất ít độc hơn Quá trình này thường được thực hiện trong sự hiện diện của các chất xúc tác như kim loại quý (vàng, bạc) [38, 39], hoặc các kim loại chuyển tiếp (niken, đồng) [40, 41]

1.4 Tổng quan về hydro hoá xúc tác với NaBH 4

1.4.1 Giới thiệu về NaBH 4

Sodium borohydride (NaBH₄) có khối lượng mol là 37,83 g/mol, là một muối vô cơ bao gồm cation Na⁺ và anion BH₄⁻ Anion BH₄⁻ có cấu trúc hình tứ diện, trong đó nguyên tử B

có lai hóa sp³ Các nghiên cứu chỉ ra rằng anion tứ diện BH₄⁻ được kết nối với cation Na⁺ thông qua các cạnh của cấu trúc tứ diện [42, 43]

Hình 1.4 Anion tứ diện BH4− được nối với cation Na+ đối với NaBH4 [43]

NaBH₄ là một chất khử mạnh vì khả năng cung cấp ion hydride (H⁻) rất hiệu quả, điều này giúp nó dễ dàng khử các hợp chất khác, đặc biệt là các nhóm chức hữu cơ như aldehyde, ketone, acid carboxylic, và ester NaBH₄ hoạt động ở điều kiện nhẹ nhàng, thường ở nhiệt

độ phòng và trong dung môi nước hoặc cồn, làm cho nó dễ sử dụng và kiểm soát trong các phản ứng hóa học [44, 45]

NaBH₄ có tính chọn lọc cao trong các phản ứng khử, thường khử các nhóm chức như aldehyde và ketone thành các alcohol tương ứng mà không ảnh hưởng đến các nhóm chức khác trong phân tử Khả năng cung cấp hydride của NaBH₄ cũng được minh chứng qua việc nó có thể khử các liên kết C - N đa bội dưới sự xúc tác của niken vô định hình, tạo ra các amin với hiệu suất cao [45]

Bên cạnh đó, các nghiên cứu đã chứng minh rằng NaBH₄ có thể được sử dụng để tổng hợp các hợp chất amine - boranes và phosphine - boranes thông qua quá trình khử carbonyl Những yếu tố này cùng nhau làm cho natri borohydride trở thành một trong những chất khử mạnh và phổ biến nhất trong hóa học hữu cơ, với ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ, hóa học vật liệu, và trong các phản ứng khử xúc tác [44]

NaBH₄ không bền trong môi trường acid và trung tính nhưng bền trong môi trường base Khi ở môi trường acid và trung tính NaBH₄ sẽ thuỷ phân tự nhiên theo phương trình sau [46]:

BH4- (aq)+4H2O (l)→ B(OH)4- (aq)+ 4H2 (g) Hydro hóa xúc tác với NaBH4 là một phương pháp hóa học để khử các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm chức nitro, cacbonyl và các nhóm chức khác NaBH4 là một chất khử mạnh, được sử dụng để cung cấp nguyên tử hydro trong quá trình khử, thường dưới điều kiện xúc tác kim loại

1.4.2 Cơ chế và ứng dụng

Phản ứng xúc tác dị thể yêu cầu hoạt động của chất xúc tác Theo định nghĩa của Ostwald

về khái niệm hoạt động của chất xúc tác, cần xem xét về năng lượng và động học của các phản ứng xúc tác Nhìn vào năng lượng của một phản ứng có xúc tác như được trình bày

trong Hình 1.5, có thể thấy rằng chất xúc tác giúp giảm năng lượng hoạt hóa (EA) của phản ứng Phản ứng xúc tác diễn ra qua các trạng thái trung gian X và Y, tương ứng với trạng thái hấp phụ của các chất phản ứng và sản phẩm trong xúc tác không đồng nhất Trạng thái cuối cùng B của phản ứng có xúc tác tương đương với phản ứng không có xúc tác, đồng nghĩa với việc chất xúc tác không bị tiêu hao [47]

Ưu điểm của chất xúc tác liên quan đến việc giảm năng lượng kích hoạt EA,cat Tốc độ phản ứng được tăng lên theo phương trình Arrhenius:

k b T $

Hình 1.5 Sơ đồ năng lượng của phản ứng hoá học không có và có chất xúc tác [47]

Hằng số tốc độ k phụ thuộc vào hệ số a (tần số va chạm của các chất phản ứng), năng lượng kích hoạt EA, nhiệt độ tuyệt đối T và hằng số Boltzmann kb Do đó, năng lượng kích hoạt thấp hơn do chất xúc tác tạo ra sẽ dẫn đến tốc độ phản ứng tăng lên Các trạng thái trung gian X và Y đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của chất xúc tác Trong xúc tác không đồng nhất, các trạng thái trung gian này là các trạng thái hấp phụ trên bề mặt rắn của chất xúc tác

Từ Hình 1.5 cho thấy phản ứng xúc tác bao gồm các bước cơ bản: (1) hình thành phức hợp

(X) giữa chất xúc tác và ít nhất một trong các chất phản ứng, gọi là hấp phụ trong trường hợp chất xúc tác rắn, (2) phản ứng tạo thành sản phẩm bị hấp phụ (Y), và (3) tách sản phẩm khỏi chất xúc tác, tương ứng với giải hấp khỏi bề mặt rắn Đối với xúc tác dị thể thì các quá trình cơ bản này liên quan chặt chẽ đến vai trò của khoa học bề mặt trong hoạt động của chất xúc tác

Nhiều nghiên cứu đã đề xuất các cơ chế phản ứng khác nhau Saha và cộng sự [48] cho rằng cơ chế khử 4 - NP là một quá trình chuyển sáu electron Esumi và cộng sự [49] kết luận rằng phản ứng này dựa trên sự khuếch tán Khalavka và cộng sự [38] cho rằng phản ứng diễn ra theo cơ chế Eley - Rideal, trong đó chỉ một chất phản ứng, cụ thể là hydro, cần phải được hấp phụ lên bề mặt vật liệu Wunder và cộng sự [50] đã tiến hành đánh giá động học chi tiết và áp dụng cơ chế Langmuir - Hinshelwood, trong đó cả hai chất phản ứng đều

được hấp phụ lên bề mặt vật liệu và cho rằng đây là mô tả phù hợp nhất cho phản ứng khử xúc tác [47]

Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn cơ chế Langmuir - Hinshelwood [47]

Cơ chế này giả định rằng phản ứng xảy ra giữa hai phân tử liền kề trên bề mặt, cả hai đều

được hấp phụ (Hình 1.6) Sau khi phản ứng diễn ra, sản phẩm sẽ rời khỏi bề mặt thông qua

quá trình giải hấp phụ Các quá trình này có thể được mô tả dễ dàng bằng một tập hợp các phương trình phản ứng, trong đó * biểu thị các vị trí hấp phụ trên bề mặt

Hình 1.7 Sơ đồ khử 4 - NP theo cơ chế Langmuir - Hinshelwood [51]

Trình tự phản ứng khử 4 - NP trong Hình 1.7 được thể hiện qua 5 bước sau:

Bước 1: Hấp phụ của chất phản ứng - Chất phản ứng được hấp phụ lên bề mặt của chất

Bước 5: Giải phóng sản phẩm - Sản phẩm được giải phóng khỏi bề mặt xúc tác

Phản ứng khử 4 - NP trong khoá luận này sẽ dựa trên cơ chế Langmuir - Hinshelwood

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Hoá chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

2.1.1 Hoá chất

Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng trong thực nghiệm

STT Hóa chất

Độ tinh khiết Xuất xứ

Cobalt nitrate hexahydrate

(Co2(NO3)2.6H2O) ≥ 98.5 % Xilong Scientific Co., China

3

Manganese (II) nitrate tetrahydrate

Merck KGaA, 64271 Darmstadt Germany

- Tianjin Hengfeng Chemical

Reagent Factory, China

6 Sodium borohydride (NaBH4) ≥ 98.0 % Xilong Scientific Co., China

7 Sodium Hydroxide (NaOH) ≥ 97.0 % Xilong Scientific Co., China

2.1.3 Quy trình tổng hợp vật liệu Ca 3 Co 2 - x Mn x O 6

Trong nghiên cứu này, vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6 được điều chế theo quy trình của [52] Ứng với các giá trị x từ 0 đến 1.5, tuy nhiên sẽ tập trung vào các giá trị x từ 0 đến 0.3 tương ứng với các vật liệu CCO, Ca3Co1.9Mn0.1O6 (CCMO - 0.1), Ca3Co1.8Mn0.2O6 (CCMO - 0.2),

Ca3Co1.7Mn0.3O6 (CCMO - 0.3) lượng nguyên liệu được tính và trình bày trong Bảng 2.3

Bước 1: Cho Ca(NO3)2.4H2O, Co(NO3)2.6H2O, Mn(NO3)2.4H2O và citric acid vào 10 mL nước cất

Bước 2: Tiến hành khuấy từ trong 30 phút cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn và hình thành

dung dịch màu đỏ hồng đặc trưng

Bước 3: Đun dung dịch trong bể điều nhiệt ở 80 oC trong 20 h cho đến khi tạo thành gel

Bước 4: Sấy mẫu gel tại 200 oC trong 7 h

Bước 5: Cho mẫu sau khi sấy vào cối mã não để nghiền mịn thành bột và cho vào cốc nung

Bước 6: Cho cốc nung vào lò và nung ở 1000 oC với tốc độ gia nhiệt 200 oC/h và lưu nhiệt thêm 12 h

Bảng 2.3 Khối lượng tác chất (g) để điều chế vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6

𝑥 𝒎𝐂𝐚(𝐍𝐎𝟑)𝟐.𝟒𝐇𝟐𝐎 𝒎𝐂𝐨(𝐍𝐎𝟑)𝟐.𝟔𝐇𝟐𝐎 𝒎𝐌𝐧(𝐍𝐎𝟑)𝟐.𝟒𝐇𝟐𝐎 𝒎𝑪𝒊𝒕𝒓𝒊𝒄 𝒂𝒄𝒊𝒅

0.1 2.123 1.657 0.075 15.894 0.2 2.126 1.572 0.151 15.485 0.3 2.128 1.486 0.226 15.125 0.4 2.131 1.400 0.302 14.814 0.7 2.138 1.142 0.530 14.183 0.8 2.141 1.055 0.607 14.073 1.0 2.146 0.882 0.760 14.005 1.1 2.149 0.794 0.837 14.047 1.3 2.154 0.619 0.992 14.286 1.5 2.159 0.444 1.147 14.731

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu CCO và CCMO

2.1.4 Quy trình khảo sát hoạt tính xúc tác của CCO và CCMO

Chuẩn bị dung dịch 4 - NP/NaBH 4 để khảo sát:

Bước 1: Cho 100 mL dung dịch 4 - NP 0.1mM và 12.5 mL dung dịch NaBH4 0.5M vào becher

Bước 2: Điều chỉnh pH của dung dịch về 8 - 12 bằng dung dịch NaOH 5M đến giá trị cần

khảo sát

Hình 2.2 Quy trình chuẩn bị dung dịch khảo sát

Dung dịch 4 - NP 0.1mM có giá trị pH là 5.72, sau khi cho 12.5 mL dung dịch NaBH4 0.5M vào dung dịch 4 - NP thì giá trị pH tăng lên 7.72 Do đó, việc điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH sẽ cho ra giá trị lớn hơn 7.72 và giá trị pH của dung dịch khảo sát sẽ là 8, 9, 10, 11,

12

Quy trình khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu CCO và CCMO:

Bước 1: Cho 40 mg vật liệu vào becher có chứa 112.5 mL dung dịch khảo sát 4 - NP/NaBH4

có độ pH = 9

Bước 2: Đặt becher lên máy khuấy từ và khuấy ở tốc độ cố định

Bước 3: Rút 4 mL dung dịch khảo sát bằng micropipet cho vào ống tiêm có chứa bông gòn

để lọc bỏ chất rắn, sau đó cho dung dịch vào cuvet thạch anh