Phương pháp vi sóng phương pháp thủy nhiệt

Ví dụ thực tế số vật liệu tổng hợp phương pháp thủy nhiệt Thiết kế quy trình tổng hợp vật liệu SiO2 phương pháp Microwave-assisted Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Xuân Dương Sinh viên thực hiện: Trần Nhung Hiền Phương Nguyễn Quang Huy Vũ Thị Quỳnh Trang Nguyễn Tuấn Thịnh Nguyễn Anh Sơn Cao Thị Hoàn NỘI DUNG THẢO LUẬN 01 Giới thiệu phương pháp Microwave-assisted 02 Một số vật liệu tổng hợp phương pháp thủy nhiệt 03 Tổng hợp SiO2 phương pháp vi sóng Nội dung Nội dung Nội dung I Giới thiệu phương pháp Microwave-assisted I Giới thiệu phương pháp vi sóng I.1 Khái niệm: - Vi sóng: sóng điện từ có bước sóng dài tia hồng ngoại ngắn sóng radio, có bước sóng khoảng từ 1m (tần số 0.3GHz) đến 1mm (tần số 300GHz) - Để tránh giao thoa với sóng radio, thiết bị vi sóng cơng nghiệp gia đình sử dụng tần số 2.450 (± 0.050)GHz tương ứng với bước sóng 12.2 cm - Từ lâu người biết đến khả đun nóng vật liệu vi sóng Sự phát triển lò vi sóng để đun nóng thức ăn có lịch sử 50 năm - Trong hố học vơ cơ, kĩ thuật vi sóng sử dụng từ cuối năm 70 với hoá học hữu vào khoảng năm 80 I.2 Nguyên lý hoạt động: - xạ vi sóng: (0,3 – 300 GHz) Bức xạ vi sóng Thành phần điện Sự phân cực lưỡng cực Dẫn ion - Theo công thức Arrthenius: k= A*e-Ea/RT Quy luật: gia tăng 10C tỷ lệ phản ứng nhanh trở thành hai lần Tăng nhiệt độ 80C 90C 100C 110C 120C 130C 140C 150C 160C 8h 4h 2h 1h 30ph 15ph Giảm thời gian phản ứng 8ph 4ph 2ph I.3 Ưu điểm vi sóng: - Phản ứng nhanh Ít sản phẩm phụ Hợp chất tinh khiết Kiểm sốt tuyệt đối thơng số phản ứng Đầu vào lượng thấp (tối đa 300W, phản ứng điển hình ~ 20W) Dung mơi xanh (H2O, EtOH, Axeton) sử dụng Ít sử dụng dung mơi (0,5 – ml phản ứng) I.4 Ứng dụng: - Phản ứng heck Phản ứng tạo thành liên kết C-C quan trọng + Pd (OAc)2, P (o-tolyl)3 thay dung dịch ion xúc tác Pd / C [bmim] PF6 sử dụng làm dung mơi xanh + Tương tác hiệu với lò vi sóng + Nóng nhanh + Ít tăng sức ép + Khả tái chế cao - Phản ứng Suzuki Palladium xúc tác nối chéo aryl halogenua với axit boronic + TBAB - chất xúc tác chuyển pha + Tạo điều kiện hòa tan chất hữu kích hoạt axit boronic - Phản ứng Negishi Kumada   III.2 Thực nghiệm: III.2.2 SiO2 NPs tổng hợp vi sóng: - Sử dụng thiết bị Discover SP CEM chế độ 2,45-GHz - Sử dụng 1mM HCl 15% TMOS theo thể tích, sau axit silicic tạo nhờ thủy phân - Tiếp theo pha loãng với acetone với tỷ lệ thể tích axit : acetone = 1:66 ; 1: 50 ; 1:40 ; 1:33 ; 1:28 ; 1:25 ; 1:22 ; 1:20 - Nhiệt độ phản ứng đạt 125oC sau khoảng 70s, sử dụng nguồn lượng 300W - Sau đạt 125oC, áp suất cực đại đạt khoảng 74 psi lượng trung bình cỡ 65W trì 60s III.2 Thực nghiệm: III.2.3 Phương pháp phân tích: - SEM - TEM - UV-Vis - DLS - Phân tích nồng độ phức chất Molybdate III.3 Kết thảo luận: III.3.1 Kiểm soát phát triển silica xung vi sóng: III.3 Kết thảo luận: III.3.1 Kiểm soát phát triển silica xung vi sóng: - Đồ thị 2: ảnh SEM, cho ta thấy hình dạng tính đồng SiO2 NPs thay đổi nồng độ theo đồ thị III.3 Kết thảo luận: III.3.1 Kiểm soát phát triển silica xung vi sóng: - Đồ thị 3: Kích thước hạt SiO2 NPs trung bình đo SEM thể qua điểm chấm với nồng độ TMOS so sánh với phương pháp DLS đường thẳng Cho thấy trùng khớp liệu, đánh giá phương pháp kiểm sốt phát triển kích thước hạt III.3 Kết thảo luận: III.3.2 Sự ảnh hưởng thời gian đến phát triển SiO NPs: - Đồ thị 4a: phản ứng riêng biệt với nồng độ TMOS ban đầu 25 mM thời gian chiếu xạ đến 125oC khác nhau: 5, 15, 30, 45 60s Đường kính SiO2 NPs đo DLS là: 69, 78, 102, 103 106nm III.3 Kết thảo luận: III.3.2 Sự ảnh hưởng thời gian đến phát triển SiO NPs: - Đồ thị 4b: phản ứng riêng biệt với nồng độ ban đầu TMOS 50 mM chiếu xạ tới 125oC 5, 15, 30, 45, 60, 75 90s Đường kính SiO NPs đo DLS: 169, 192, 217, 239, 268, 274 273nm - Đồ thị 5c: 5a: Khi 5b: Các Khi thời hạt SiO gian2 NPs phảnphát ứngtriển tăng tăngvới lênthời 60s đếngian 10scho phản thìra SiO ứng hạt 5s SiOcho có NPs hìnhcó NPs dạng hìnhđối bất dạng xứng đối đối xứng, xứng bề và mặt cócho nhám kích bềthước mặt cónhám kích trungthước Đường bình khoảng hạtkính trung hạt 727 bình trung nm khoảng bình Bề mặt có hạt xu 296hướng nm có tăng, độ nhám 405 nm - Đồ thị 6: Để giải thích cho kết phụ thuộc thời gian phản ứng, kích thước cực đại đo DLS cho loại mẫu vẽ III.3 Kết thảo luận: III.3.3: Đặc điểm bề mặt: - Sử dụng TEM để phân tích kĩ bề mặt hạt - Đồ thị 7: ảnh TEM đo với mẫu đồ thị (a) 495nm, (b) 16313nm, (c) 23826nm Với hình ảnh 7a cho ta thấy bề mặt phẳng với hình dạng đa diện Trong hình 7b, c có bề mặt tròn có số chỗ lồi lõm III.3 Kết thảo luận: III.3.4 Sự ảnh hưởng việc chuyển hóa axit silicic: - Đồ thị 8: đường biểu diễn liên kết silico-molybdate thể gồm: dung dịch chưa chiếu xạ, dung dịch 25mM TMOS dung dịch 50mM TMOS chiếu xạ Các điểm biểu diễn biểu đồ thể nồng độ silicomolybdate 410nm Cả đường biểu diễn cho thấy phụ thuộc tuyến tính vào việc tăng thể tích dung dịch axit silicic III.3 Kết thảo luận: III.3.5 Cơ chế hình thành hạt: - Với việc chế tạo hạt SiO2 NPs điều chế môi trường kiềm axit Nhưng xúc tác kiềm sản phẩm thu dạng sol xúc tác axit sản phẩm dạng gel - Cơ chế chung cho trình trải qua phản ứng lớn phản ứng thủy phân phản ứng ngưng tụ: III.3 Kết thảo luận: III.3.6: Ứng dụng: - Silica loại vật liệu hữu dụng cho ứng dụng việc vận chuyển thuốc làm sensor vật liệu silica suốt chất điện môi tốt với bề mặt lớn dễ dàng chuyển hóa có độc tính thấp - Phương pháp vi sóng phương pháp tổng hợp nhanh tái chế lại hạt SiO2 NPs với nhiều kích thước khác Tài liệu tham khảo Derek D Lovingood, Jeffery R Owens, Michael Seeber, Konstantin G Kornev, and Igor Luzinov (2012), “Controlled microwave-assisted growth of silica nanoparticles under acid catalysis”, ACS Publications Trần Thị Thanh Nhàn (2012), “Chế tạo nghiên cứu vật liệu keo ZnO phương pháp thủy nhiệt”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường đại học khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội Lê Thị Ngọc Tú, Trần Bá Toàn, Vũ Thị Hạnh Thu (2015), “Thiết kế hệ thống thủy nhiệt chế tạo cấu trúc ống nano TiO2”, Tạp chí khoa học ĐHSP TPHCM số 2(67), 34-38 Nguyễn Trí Tuấn, Nguyễn Văn Đạt, Nguyễn Thị Phương Em, Lê Văn Nhạn (2011), “Tổng hợp thủy nhiệt nghiên cứu tính chất hạt vi cầu nano hình cầu xốp ZnS”, Tạp chí Khoa học 19a1-6, 4-6