Để hoàn thiện khóa luận này đó là một sự nỗ lực lớn đối với tôi, và không thể hoàn thành nếu không có sự đóng góp quan trọng của rất nhiều người. Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Đặng Tuyết Phƣơng là người đã hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này. Cô đã cung cấp cho tôi rất nhiều hiểu biết về một lĩnh vực mới khi tôi bắt đầu bước vào thực hiện. Trong quá trình thực hiện cô luôn định hướng, góp ý và sửa chữa để giúp tôi hoàn thành tốt khóa luận này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Hóa Học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, đã truyền thụ kiến thức bổ ích để tôi có khả năng hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC VŨ THỊ MAI NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƢNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO CACBON KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa lý Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS TS ĐẶNG TUYẾT PHƢƠNG HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Để hồn thiện khóa luận nỗ lực lớn tơi, khơng thể hồn thành khơng có đóng góp quan trọng nhiều người Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đặng Tuyết Phƣơng người hướng dẫn tận tình cho tơi suốt thời gian thực khóa luận Cô cung cấp cho nhiều hiểu biết lĩnh vực bắt đầu bước vào thực Trong q trình thực ln định hướng, góp ý sửa chữa để giúp tơi hồn thành tốt khóa luận Tơi xin cảm ơn thầy giáo khoa Hóa Học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, truyền thụ kiến thức bổ ích để tơi có khả hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn KS Đào Đức Cảnh, ThS Lê Hà Giang, KS Nguyễn Kế Quang phòng nghiên cứu Hóa học bề mặt -Viện Hóa Học Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Những lời cảm ơn muốn gửi lời cảm ơn đến người thân, bạn bè hết lòng quan tâm tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành khóa luận Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng năm 2014 Sinh viên Vũ Thị Mai DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BET: Brunauer-Emmett-Teller (Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2) BJH: Barrett- Joyner- Halenda HĐBM: Hoạt động bề mặt HPVL, HPHH: Hấp phụ vật lý, hấp phụ hóa học MB: Methylene Blue (Phẩm màu xanh methylen) MQTB: Mao quản trung bình OMC: Or ) TEM: Transmission electron microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua) UV-Vis: Ultraviolet- visiblet spectroscopy (Phổ tử ngoại khả kiến) - ) SBA-15: Santa Barbara Amophorus (Tên dạng vật liệu silic mao quản trung bình) XRD: X - Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X) DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Kí hiệu bảng Tên bảng Bảng 1.1 Phân loại vật liệu xốp Bảng 1.2 Hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Bảng 1.3 Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ phổ biến Bảng 3.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB Bảng 3.2 Các giá trị nồng độ cân dung dịch MB 100 mg/l, 150 mg/l 200 mg/l Bảng 3.3 Các giá trị Qt nồng độ MB khác Bảng 3.4 Các giá trị ln(Qe- Qt) theo thời gian t nồng độ dung dịch MB khác Bảng 3.5 Các giá trị t/Qt theo thời gian t nồng độ MB khác Bảng 3.6 Một số tham số phương trình động học bậc biểu kiến 10 Bảng 3.7 Một số tham số phương trình động học bậc hai biểu kiến 11 Bảng 3.8 e/Qe 12 Bảng 3.9 e e 13 B ảng 3.10 Các thơng số phương trình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Trang STT Kí hiệu hình vẽ Hình 1.1 Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB Hình 1.2 Vật liệu cacbon mao quản trung bình Hình 1.3 Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng Hình 1.4 Mơ tả phương pháp khn mẫu cứng Hình 1.5 Ảnh hưởng nhiệt độ lên HPVL HPHH hoạt động Hình 1.6 Mơ hình hấp phụ thuốc nhuộm mơi trường nước Hình 2.1 Đường tia Rơnghen Hình 2.2 Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ phân loại theo IUPAC Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn biến thiên P/[V(P0-P)] theo P/P0 10 Hình 2.4 Các bước chuyển lượng 11 3.1 11 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X SBA-15 OMC 12 Hình 3.3 Ảnh TEM SBA-15 (A) OMC (B) 13 Hình 3.4 Đường đẳng nhiệt hấp phụ- giải hấp nito 77 K SBA-15 (A) OMC (B) 14 Hình 3.5 Phân bố kích thước mao quản theo BJH SBA-15 (A) OMC (B) 15 Hình 3.6 Cơng thức cấu tạo xanh metylen 16 Hình 3.7 Đường chuẩn dung dịch xanh metylen Hình 3.8 Mật độ quang A dung dịch MB chuẩn sau 17 Tên hình vẽ Giản đồ nhiễu xạ tia X OMC thời gian t với nồng độ ban đầu 100 mg/l (M0: nồng độ dung dịch MB chuẩn 100 mg/l pha Trang loãng MB/H2O = 3/4 t= 0) 18 Hình 3.9 Mật độ quang A dung dịch MB chuẩn sau thời gian t với nồng độ ban đầu 150 mg/l (M0: nồng độ dung dịch MB chuẩn 150 mg/l pha loãng MB/H2O = 1/2 t= 0) 19 Hình 3.10 Mật độ quang A dung dịch MB chuẩn sau thời gian t với nồng độ ban đầu 200 mg/l (M0: nồng độ dung dịch MB chuẩn 200 mg/l pha loãng MB/H2O = 3/8 t= 0) 20 Hình 3.11 Đường cong hấp phụ dung dịch MB chuẩn nồng độ khác 21 Hình 3.12 (Qe- Qt) theo thời gian t nồng độ MB khác 22 Hình 3.13 /Qt theo thời gian t nồng độ MB khác 23 Hình 3.14 e/Qe Ce 24 Hình 3.15 e e MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thưc tiễn đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu mao quản 1.2 Vật liệu mao quản trung bình 1.2.1 Lịch sử hình thành phát triển Vật liệu MQTB 1.2.2 Phân loại Vật liệu MQTB 1.2.3 Vật liệu SBA-15 1.3 Vật liệu cacbon mao quản trung bình 1.3.1 Giới thiệu vật liệu cacbon mao quản trung bình 1.3.2 Ứng dụng vật liệu cacbon mao quản trung bình 1.3.3 Phươ 11 1.4 Hấp phụ 15 1.4.1 Hiện tượng hấp phụ 15 1.4.2 Phân loại dạng hấp phụ 16 1.4.3 Hấp phụ lỏng - rắn 20 1.4.4 22 CH 150 mg/l 200 mg/l hình 3.8, hình 3.9 hình 3.10 Ta thấy, mật độ quang A dung dịch MB 41 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM chuẩn sau bị hấp phụ 5- 6h Ta coi, thời gian đạt cân dung dịch MB chuẩn nồng độ Khi đó, nồng độ cân dung dịch MB chuẩn (Ce) ba nồng độ nồng độ dung dịch MB chuẩn sau bị hấp phụ Từ phương trình đường chuẩn dung dịch MB (hình 3.7), ta tính giá trị nồng độ cân dung dịch MB chuẩn (Ce) ( bảng 3.2) Bảng 3.2 Các giá trị nồng độ cân dung dịch MB chuẩn (Ce) 100 mg/l, 150 mg/l 200 mg/l Nồng độ ban đầu 100 150 200 2.69847 4.6679 6.70229 C0(mg/l) Nồng độ cân Ce (mg/l) 3.2.2.1 Đường cong động học hấp phụ Từ giá trị t động học hấp phụ (bảng 3.3), ta vẽ đường cong (hình 3.11) Bảng 3.3 Các giá trị Qt nồng độ MB khác Nồng độ (mg/l) 100 150 200 0.5 157.6463 196.3733 282.55 157.8753 234.9365 299.09 158.4033 239.217 307.5 160.0255 239.675 318.805 161.584 241.895 321.107 162.1692 242.22 322.163 Time (h) 42 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM 350 300 Q(t) 250 100 mg/l 150 mg/l 200 mg/l 200 150 100 50 0 Time (h) Hình 3.11 Đường cong hấp phụ dung dịch MB chuẩn nồng độ khác Từ đường cong hấp phụ hình 3.11, đạt cân dung dịch MB chuẩn 6h, kết phù hợp với kết đo mật độ quang A máy UV- vis (hình 3.8, 3.9 3.10) 3.2.2.2 Phương trình động học hấp phụ Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất: ln(Qe-Qt) = ln(Qe) – k1.t Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc ln(Qe- Qt) theo thời gian t ba nồng độ 100 mg/l, 150 mg/l 200 mg/l ( 3.12) Bảng 3.4 giá trị ln(Qe- Qt) theo thời gian t nồng độ MB khác Bảng 3.4 Các giá trị ln(Qe- Qt) theo thời gian t nồng độ dung dịch MB khác Nồng độ (mg/l) 100 150 200 Time (h) 0.5 1.60919 3.8253 4.679 1.4572 2.8876 3.679 1.0588 1.9796 2.685 0.5311 0.9341 1.2113 43 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM -0.5358 -1.715 ( 100 mg/l) y = -0.4831x + 1.9352 R2 = 0.9932 (150 mg/l) y = -1.0636x + 4.1468 R2 = 0.994 ln (Qe-Qt) -1.1239 100 mg/l (200 mg/l) y = -1.3901x + 5.305 R2 = 0.9961 150 mg/l 200 mg/l -1 -2 -3 Tim e (h) H (Qe- Qt) theo thời gian t 3.12 nồng độ MB khác Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc t Qt t Qe k2 Qe2 Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc t/Qt theo thời gian t ba nồng độ 100 mg/l, 150 mg/l 200 mg/l 3.13) Bảng 3.4 giá trị t/Qt theo thời gian t nồng độ MB khác Bảng 3.5 Các giá trị t/Qt theo thời gian t nồng độ MB khác (mg/l) 100 150 200 0.5 0.00318 0.002546 0.002331 0.006334 0.00449 0.0035142 0.012556 0.008511 0.006504 0.018695 0.0125 0.00941 0.03094 0.02067 0.01553 0.037 0.02477 0.018624 Time (h) 44 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON ... 1.2 Vật liệu mao quản trung bình 1.2.1 Lịch sử hình thành phát triển Vật liệu MQTB 1.2.2 Phân loại Vật liệu MQTB 1.2.3 Vật liệu SBA-15 1.3 Vật liệu cacbon. .. mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Nguyễn Hữu Phú (2003), Hoá lý hoá keo, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Hồ Văn Thành (2009), Nghiên cứu tổng hợp ứng dụng vật liệu. .. nhận xét sau: Đã tổng hợp thành công vật liệu cacbon mao quản trung bình trật tự, cách sử dụng SBA-15 chất tạo cấu trúc sacarozo nguồn cacbon Đặc trưng vật liệu thu phương pháp hóa lý đại XRD,