Vật liệu mao quản trung bình SBA 15

• Tổng quan về vật liệu mao quản trung bình... TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH..  Vào những năm đầu thập niên 90 của thế kỷ 20, tổng hợp thành công vật liệu silicat có cấu trú

Trang 1

ĐỘNG HỌC XÚC TÁC

ĐỀ TÀI: VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA-15

Trang 2

• Tổng quan về vật liệu mao quản trung bình

Trang 3

- Vật liệu rắn xốp có diện tích bề mặt riêng lớn và xốp nên được ứng dụng

trong công nghiệp , kỹ thuật

- Theo danh pháp IUPAC, dựa trên kích thước mao quản chia thành 3 loại[1]:

1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình

1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH.

[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

Hình 1.1 Các kích thước mao quản

Trang 4

 Vật liệu tiền thân: aluminophosphat và sét pillar.

 Tuy nhiên hiện nay 2 vật liệu này không có nhiều ứng dụng.

 Vào những năm đầu thập niên 90 của thế kỷ 20, tổng hợp thành công vật liệu silicat có cấu trúc trật tự, được gọi là vật liệu mao quản trung bình.

 Các vật liệu cao cấp này có kích thước mao quản đồng đều (dao động từ 100Å), rộng hơn kích thước của zeolit từ 3 đến 4 lần và diện tích bề mặt riêng lớn 500-1000m 2 /g.[2]

20-1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH.

1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình

Trang 5

• Vật liệu mao quản trung bình không chứa silic như: ZrO2, TiO2,

Fe2O3,

1.2 Phân loại [1]

Trang 6

Vật liệu cấu trúc lục lăng: SBA-15, MCM-41,…

1.3 Một số vật liệu mao quản trung bình

Trang 7

Vật liệu cấu trúc lập phương Vật liệu cấu trúc 3D

1.3 Một số vật liệu mao quản trung bình

Hình 1.3 Cấu trúc lập phương của KIT-5 Hình 1.4 Cấu trúc 3D của MCM-48

Trang 8

2 ĐẶC TRƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU SBA-15

Trang 9

2 ĐẶC TRƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU SBA-15

2.1 Đặc trưng cơ bản

Hình 2.1 Cấu trúc SBA-15[3]

[3] Catalyst design for biorefining Karen Wilson, Adam F Lee

Trang 10

2 ĐẶC TRƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU

SBA-152.2 Tổng hợp vật liệu SBA-15

2.2.1 Nguyên liệu

Để tổng hợp vật liệu mao quản trung bình cần có ít nhất 3 hợp phần:

Chất định hướng cấu trúc đóng vai trò làm tác nhân định hướng cấu trúcvật liệu

Nguồn vô cơ silic nhằm hình thành nên mạng lưới mao quản

Dung môi (nước, bazơ,…) đóng vai trò chất xúc tác trong quá trình kết tinh

Trang 11

2.2.2 Tổng hợp SBA-15

Được tổng hợp từ các vật liệu: Chất hoạt động bề mặt P123(Pluronic)

EO20 PO70 EO20, nguồn silic, dung dịch HCl 4M

Tetrathoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS) và tetraproxysilane (TPOS) là những nguồn cung cấp silic thích hợp cho việc điều chế SBA-15

Trang 12

Sơ đồ tổng hợp SBA-15

Dung dịch đồng nhất TEOS

Già hóa bằng autoclave

(T˚C / 24h) Lọc, rửa, sấy (100˚C) Nung (550˚C / 5h)

Trang 13

Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến sản phẩm SBA-15[4]

[4].Tạp chí hóa học 321, 2016

Bảng 2.1 Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến sản phẩm SBA-15

 Bằng cách sử dụng các chất ĐHCT và nhiệt độ khác nhau có thể tạo ra SBA-15 với các kích thước mao quản, diện tích bề mặt, độ dày tường mao quản khác nhau

Trang 14

Cơ chế hình thành SBA-15

 Theo Zhao, cơ chế của sự tạo thành SBA-15 đi qua hợp chất trung gian

(S0H+)(X-I+) hay S+X-I+, trong đó S0 là chất hoạt động bề mặt

(triblockcopolymer), H + là proton, X - là anion axit, và I + là các mẫu Si-OH bị proton hóa.

 Các phân tử chất hoạt động bề mặt bị proton hóa được tổ chức dưới dạng một cấu trúc mixen hình trụ Chúng hoạt động như những chất ĐHCT và kết hợp với các cation oxit silic bởi sự kết hợp của những tương tác tĩnh điện, liên kết hydro và Van der Waals Bằng việc sử dụng phổ cộng hưởng

từ điện tử (electron paramagnetic resonance).[5]

Trang 15

Cơ chế hình thành SBA-15

Ruthstein đã đưa ra mô hình về cấu trúc của SBA-15 trước giai đoạn thủy nhiệt[6]:

[6] Ruthstein S., Frydman V., Kababya S., Landau M and Goldfarb D., (2003),“Study of the Formation of the

Mesoporous Material SBA-15 by EPR Sp ctroscopy”, Journal of Physical Chemistry: B, 107, pp 1739-1748.

Hình 2.2 Mô hình cấu trúc SBA-15 trước thủy nhiệt

Trang 16

2.3 Biến tính vật liệu SBA-15

 SBA-15 có thành phần là silic dioxit nên ít hoạt động về mặt hóa học Vì vậy để để tìm kiếm những ứng dụng với vật liệu này thì cần làm cho bề mặt hoạt động hơn.

 Hiện tại có 2 hướng:

- Đưa kim loại hoặc oxit kim loại vào vật liệu

- Gắn các nhóm chức năng lên bề mặt mao quản (thiol (-SH), amin (-NH2)…)

Trang 17

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thành phần hóa học, thành phần pha, cấu trúc tinh thể, kích thước lỗ xốp, cấu trúc mao quản của vật liệu được khảo sát bằng các phương pháp hóa lý gồm XRD, SEM, TEM, IR, hấp phụ - khử hấp phụ đẳng nhiệt Nito, phân tích

nhiệt, sắc kí khí, sắc kí lỏng, UV-vis mẫu rắn, EDXS, TDPO và phân tích nguyên tố [7]

[7] Zhao D., Feng J., Huo Q., Melosh N., Fredrickson G H., Chmelka B F., Stucky G D., (1998),

"Triblock Copolymer Syntheses of Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrom Pores", Science, 279, pp 548-552

Trang 18

Hình 3.1 Giản đồ XRD của mẫu SBA-15 góc nhỏ (a) và góc lớn (b)

Vùng góc nhỏ trong khoảng 2θ = 0,5 – 5 độ cho ba peak rất rõ, theo thứ tự tương ứng với ba mặt (100), (110) và (200) đặc trưng cho cấu trúc lục lăng của 3.1.Phương pháp nhiễu xạ tia X

Trang 19

Hình 3.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2

Đường cong giải hấp phụ

đẳng nhiệt của SBA-15 bắt đầu

ngưng tụ ở áp suất tương đối

(P/Po=0.5) chứng tỏ SBA-15 có

kích thước mao quản tương

đối

Đường hấp phụ và giải hấp

gần như song song, tương ứng

với vật liệu mao quản trung

bình dạng hình trụ

3.2.Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-nhả hấp phụ Nitơ

[7] Zhao D., Feng J., Huo Q., Melosh N., Fredrickson G H., Chmelka B F., Stucky G D., (1998),

"Triblock Copolymer Syntheses of Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrom Pores", Science, 279, pp 548-552

Trang 20

Hình 3.3 Ảnh SEM của SBA-15

Hình ảnh SEM của SBA-15 cho ta thấy vật liệu có hình thỏi dài, xếp thành từng bó sợi đặc trưng cho vật liệu mao quản trung bình[8]

3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Trang 21

Hình 3.4 Ảnh TEM của SBA-15

 Cấu trúc lục lăng của SBA-15 được thể hiện trên ảnh TEM.[8]

3.4.Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

[8].X Y Sun, F B Ma, X K Shi, et al Adsorption of Pd( ) on SBA-15 synthesized from fy ash Ⅱ

Journal of Central South University (Science and Technology).Vol 45(2014) No.11, pp 4093-4099.

Trang 23

VD: Bề mặt vật liệu mao quản trung bình có tính kị nước trong khi đó bề mặt vi mao quản có tính chất ưa nước.

Trang 25

4.3 Xúc tác

4 ỨNG DỤNG

Do bản thân oxit silic có cấu trúc SBA-15 trung hòa điện và không có tâm axit vì vậy đã có rất nhiều kim loại khác nhau được thử nghiệm để thay thế vào mạng lưới của SBA-15 nhằm tạo hoạt tính xúc tác mong muốn

Trang 26

4.4 Điều chế vật liệu mới

4 ỨNG DỤNG

Nếu điều khiển cho phản ứng xảy ra trong hệ thống mao quản của SBA-15 thì sản phẩm có kích thước nano bởi mao quản sẽ làm hạn chế sự phát triển hạt

VD: Điều chế những chất bán dẫn ở dạng nano.

Trang 28

SBA 15 SBA 16

Về cấu trúc

Cấu trúc đối xứng lục lăng. Cấu trúc lập phương 3 chiều, đối xứng tâm thuộc nhóm

không gian Im3m.

Phương pháp

tổng hợp

Được tổng hợp từ: Chất hoạt động bề mặt

P123(Pluronic) EO20 PO70

EO20, nguồn silic, dung dịch HCl.

Được tổng hợp từ: chất hoạt động bề mặt F127, chất phụ trợ (D glucozo), nguồn silic và dung môi.

So sánh SBA-15 và SBA-16

Trang 29

tử lớn.

Việc nghiên cứu sâu về vật liệu MQTBTT nói chung và SBA-15 nói riêng là một hướng nghiên cứu cần được quan tâm hơn bởi nó có tiềm năng lớn ứng dụng vào lĩnh vực hấp phụ và xúc tác

Trang 30

CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	3,16 MB