Tìm hiểu về vật liệu mao quản trung bình: MCM-41 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.. Đặt vấn đề Ngày nay, vật liệu mảo quản trung bình được quan tâm nghiên cứu nhiều vì tính ưu việt của nó..
Trang 1Tìm hiểu về vật liệu mao quản trung bình: MCM-41 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KĨ THUẬT HÓA HỌC
TIỂU LUẬN MÔN HỌC :
Trang 2Đinh Đức Minh 20142899
Nguyễn Tiến Đạt 20140984
Trần Thanh Tùng 20145147
Thành viên
Trang 3Đặt vấn đề
Ngày nay, vật liệu mảo quản trung bình được quan tâm nghiên cứu nhiều vì tính ưu việt của nó.
Được ứng dụng rỗng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Việc nghiên cứu tổng hợp MCM – 41 đã được nghiên cứu tại nước ta.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình tổng hợp cấu trúc MCM – 41.
Trang 41 Tổng quan
2 Phương pháp tổng hợp
3 Kết quả và thảo luận
Nội dung
Trang 51 Tổng quan
Vật liệu mao quản trung bình
Vật liệu MCM- 41
Trang 6Vật liệu mao quan trung bình
Vật liệu rắn xốp có diện tích bề mặt riêng
lớn và xốp nên nó được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp, kỹ thuật để làm chất
hấp phụ và chất xúc tác
-Vật liệu mao quản trung bình có lỗ đường
kính lỗ mao quản khoảng 2 nm và 50 nm
Hình 1: Phân loại kích thước mao quản [1]
Trang 7Vật liệu mao quản trung bình
Vật liệu mao quan trung bình
Phân loại vật liệu mao quản trung bình
Trang 8Phân loại cấu trúc
Cấu trúc lục lăng (hexagonal): MCM-41, SBA-15,…
Cấu trúc lập phương (cubic) : MCM-48, SBA-16,…
Cấu trúc lớp (laminar): MCM-50,…
Cấu trúc không trật tự(disordered): KIT-1, L3,…
Hình 2 Các dạng cấu trúc vật liệu mao quản trung bình [2]
Trang 9Phân loại theo thành phần
Vật liệu mao quản trung bình có chứa silic như: MCM-41, SBA-15, SBA-16,…
Vật liệu mao quản trung bình không chứa silic như: ZrO2, TiO2, Fe2O3,
Trang 10Vật liệu MCM-41
tổng hợp
Vật liệu MCM-41
Trang 11Giới thiệu
Năm 1992, các nhà nghiên cứu công ty dầu mỏ Mobile lần đầu tiên đã sử dụng chất tạo cấu trúc tinh thể lỏng để tổng hợp một họ vật liệu rây phân tử mao quản trung bình mới ký hiệu là M41S.
Vật liệu silicat thuộc họ này được nghiên cứu rộng rãi nhất là MCM-41
“ MCM” là chữ viết tắt của Mobile Composition of Matter.
Trang 12Tính chất
Diện tích bề mặt riêng của MCM-41 khá lớn khoảng 1000 – 1200m2/g.
MCM-41 có cấu trúc mao quản một chiều sắp xếp hình lục lăng, đường kính mao quản
từ 1,5 – 8 nm.
Thành mao quản là vô định hình và tương đối mỏng 0,6 – 1,2nm.
Hạn chế của vật liệu này là độ bền thủy nhiệt chưa cao do thành khá mỏng và vô định
hình.
Hình 3: Cấu trúc mao quản lục lăng của MCM-41 [1]
Trang 13Cơ chế
Để tổng hợp vật liệu MQTB cần có ít nhất 3 hợp phần:
1 Chất định hướng cấu trúc đóng vai trò làm tác nhân định hướng cấu trúc vật liệu.
2 Nguồn vô cơ như silic nhằm hình thành nên mạng lưới mao quản.
3 Dung môi (nước, bazơ,…) đóng vai trò chất xúc tác trong quá trình kết tinh.
Trang 14Cơ chế
Cơ chế định hướng cấu trúc theo tinh thể lỏng
Hình 4 : Cơ chế định hướng cấu trúc theo tinh thể lỏng [3]
Trang 15Cơ chế
Cơ chế sắp xếp silicat ống (Silicate rod assembly)
Hình 5: Cơ chế sắp xếp silicat ống [4]
Trang 16Ứng dụng
Xúc tác axit Xúc tác oxy hóa khử Ứng dụng trong sắc kí
lỏng hiệu suất cao (HPLC)
Chất mang – Chất hấp
phụ Ứng dụng
Trang 17Các phương pháp tổng hợp
Một số phương pháp tổng hợp MCM-41
1 Phân huỷ-kết tủa
2 Phương pháp sol gel
3 Phương pháp đồng kết tủa
4 Phương pháp trao đổi
Trang 182 Phương pháp tổng hợp
a mol SiO2 (silica gel 60, 0.015-0.040 mm) (a/b = 0.025 -> 0.4) b mol cetyltrimethylammonium bromide (CTAB,>
99% )
Hòa tan trong 20 ml nước khử ion SiO2 (3,55 g) + dung dịch 40 mL có chứa 2,22 g NaOH
Khuấy đều dung dịch trong 18h Khuấy đều dung dịch trong 1h
Trang 19Khuấy đều dung dịch trong 18h
pH = 10 trong vòng 30 phút bằng 3 M H2SO4
Khuấy đều trong 2h, gel thu V=60mL
đun nóng đến 100 ° C, tốc độ gia nhiệt 5 ° C / phút ,giữ trong 90
phút 1200W
Làm mát đến nhiệt độ phòng
chuyển vào một màng lọc Teflon 100 Ml lò vi sóng
Trang 20Làm mát đến nhiệt độ phòng
Tách bằng ly tâm, rửa bằng nước khử ion
Sấy khô ở 80oC
Nung ở 550oC trong 6 giờ
MCM-41
Trang 21Hình 6: Mô tả quá trình thực hiện[5]
Trang 223 Kết quả và thảo luận
Hình 7: kết quả thí nghiệm[5]
Trang 233 Kết quả và thảo luận
[5]
Trang 243 Kết quả và thảo luận
Fig 2: XRD patterns of MCM-41 synthesized with various NaOH:SiO2 mole ratios and fixed CTAB:SiO2 moleratios at 0.3 [5]
Trang 253 Kết quả và thảo luận
Fig 3: A stack plot of XRD patterns from different
hydrothermal times [5]
Trang 263 Kết quả và thảo luận
Fig 4: TEM images of MCM-41 from hydrothermal times of 0 min (a, b), 5 min (c, d), 15 min (e, f), 30 min (g, h), 60min (i, j) and 90 min (k,l)
[5]
Trang 27Kết luận
Nghiên cứu các ảnh hưởng của CTAB: SiO2, NaOH: SiO2 và thời gian hydrothermal.
CTAB tối ưu: SiO2 và NaOH: SiO2 lần lượt là 0.300 và 1.0.
Thời gian Hydrothermal 90 phút đủ để tạo ra chất lượng cao MCM-41.
Lợi ích chinh từ phương pháp này là giảm tiêu thụ năng lượng trong tổng hợp.
Trang 28Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Hữu Phú, “Tổng hợp vật liệu mao quản trung bình Si-SBA-15: Ảnh hưởng của thời gian già hóa tới kích thước mao quản”, Các báo cáo khoa học Hội nghị xúc tác và hấp phụ toàn quốc lần thứ III, Huế, 9 – 2005, trang 580 – 585
[2] Phạm Ngọc Nguyên (2004), Giáo Trình Kỹ Thuật Phân Tích Vật Lý, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội
[3] Kim M J Han Y J Chmelka B F and stucky G D (2000), “One-step synthesis of ordered mesocoposites with non-ionic amphiphipilic block copolumers implications of isoelectric point, hydrolysis rate and fluoride’, Chem Commun.,2437-2438
Trang 29Tài liệu tham khảo
[4] Laha S C (2002) Mesoporous and microporous matallosilicate & organo-silicate molecular sieves: synthesis, characterization and catalytic properties, Doctor thesis, University of Pune, India.
[5] K Deekamwong, C Kaiyasuan, J Jitcharoen, J Wittayakun, Influence of gel composition and
microwave-assisted hydrothermal time in MCM-41 synthesis, Materials Chemistry and Physics (2017), doi:
10.1016/j.matchemphys.2017.08.058