Đang tải... (xem toàn văn)
Việc ứng dụng hóa phân tích để nghiên cứu tổng hợp vật liệu nói chung và MOFs nói riêng, càng nhấn mạnh vị trí và vai trò quan trọng của ngành hóa phân tích trong nghiên cứu khoa học. Đề tài sẽ góp phần minh chứng cho ý nghĩa và sự đóng góp tối quan trọng của ngành hóa phân tích đối với sự phát triển của khoa học.
i BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Kim Thương ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI TRONG KHẢO SÁT CẤU TRÚC VẬT LIỆU KHUNG CƠ-KIM LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Tp Hồ Chí Minh – 2019 ii BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Kim Thương ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI TRONG KHẢO SÁT CẤU TRÚC VẬT LIỆU KHUNG CƠ-KIM Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn : TS Nguyễn Thị Thanh Thủy Tp Hồ Chí Minh - 2019 iii Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Thị Thanh Thủy Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi luận văn cịn sử dụng số nhận xét đánh số liệu tác giả, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Học viện khoa học cơng nghệ khơng liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Kim Thương iv Lời cám ơn Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Học viện Khoa học Công nghệ Thầy, Cô Viện khoa học vật liệu ứng dụng Đặc biệt Thầy, Cô thuộc Bộ mơn Hóa phân tích dạy dỗ truyền đạt cho kiến thức quý báu kinh nghiệm nghiên cứu khoa học suốt thời gian học tập học viện Đồng thời xin gửi lời cám ơn chân thành đến TS Nguyễn Thị Thanh Thủy, TS Nguyễn Quốc Thiết KS Ca Quốc Vương, Viện khoa học vật liệu ứng dụng, người hướng dẫn giúp đỡ nhiều q trình thực khóa luận tốt nghiệp Bằng lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn đến Ba-Mẹ gia đình ln tin tưởng, ủng hộ, động viên làm chỗ dựa vững cho suốt thời gian qua Hiểu quan tâm kỳ vọng này, không ngừng phấn đấu, nỗ lực học tập rèn luyện thân để ngày hoàn thiện Mặc dù cố gắng nhiều, nhiên kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót báo cáo Kính mong nhận đóng góp ý kiến q thầy để khóa luận hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Kim Thương v Danh mục ký hiệu chữ viết tắt BET: Brannaur- Emmett- Teller DMF: N, N - dimethylformamide EtOH: Ethanol MOFs: Metal Organic Frameworks (Vật liệu khung hữu – kim loại) MIL: Material Institute Lavoisier SEM: Scanning Electron Microscope (Hiển vi điện tử quét) SBUs: Secondary building units TEM: Transmission Electron Microscope (Hiển vi điện tử truyền qua) TGA: Thermal Gravimetric Analyzer (Phân tích nhiệt trọng lượng) DTA: Differental Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai) XRD: X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) AAS: Atomic Adsorption Spectroscopy (Phổ hấp thu nguyên tử) GC: Gas Chromatography (Sắc ký khí) PP: Phương pháp vi Danh mục bảng Bảng Các xúc tác sở khung kim công bố…………….6 Bảng 2.1 Các dụng cụ sử dụng luận văn…………………………… 44 Bảng 2.2 Các thiết bị dùng luận văn…………………………………44 Bảng 2.3 Các hóa chất sử dụng thí nghiệm………………………… 45 Bảng 3.1 Kết khảo sát nhiệt độ……………………………………… 67 Bảng 3.2 Kết khảo sát tỉ lệ tác chất……………………………………68 Bảng 3.3 Kết khảo sát tỉ lệ xúc tác…………………………………….69 Bảng 3.4 Kết khảo sát nhiệt độ……………………………………… 74 Bảng 3.5 Kết khảo sát tỉ lệ tác chất……………………………………75 Bảng 3.6 Kết khảo sát tỉ lệ xúc tác…………………………………….75 Bảng 3.7 Kết khảo sát nhiệt độ……………………………………… 80 Bảng 3.8 Kết khảo sát tỉ lệ tác chất……………………………………82 Bảng 3.9 Kết khảo sát tỉ lệ xúc tác…………………………………….83 vii Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Sự hình thành cấu trúc MOFs [68]……………………………….12 Hình 1.2 Một số cầu nối hữu thường dùng MOFs……………… 12 Hình 1.3 Kháng sinh chứa khung biphenyl kháng vi khuẩn gram dương….18 Hình 1.4 Sơ đồ chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ tinh thể………… 23 Hình 1.5 Độ tù “peak” phản xạ gây kích thước hạt…………… 23 Hình 1.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ loại I [104]………………………… 25 Hình 1.7 Đường đẳng nhiệt hấp phụ loại II [104]………………………….25 Hình 1.8 Đường đẳng nhiệt hấp phụ loại III [104]……………………… 26 Hình 1.9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ loại IV [104]……………………… 26 Hình 1.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ loại V [104]……………………… 27 Hình 1.11 Sơ đồ đế mẫu cặp nhiệt điện cho TGA-DTA……………… 30 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý phương pháp DTA……………………… 31 Hình 1.13 Một số đường cong điển hình TGA-DTA………………….33 Hình 1.14 Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét (SEM)…………………………34 Hình 1.15 Một cặp ảnh trường sáng (trái), trường tối (phải) mẫu vật liệu nano tinh thể FeSiBNbCu………………………………………………38 Hình 1.16 Mối quan hệ cường độ vạch phổ Aλ nồng độ chất Cx…….39 Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống máy hấp thu nguyên tử AAS………………… 40 Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống sắc ký khí……………………………………….41 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp MIL-100(Fe)……………………………… 46 Hình 2.2 Quy trình tổng hợp MIL-100(Cr)……………………………… 48 viii Hình 2.3 Sơ đồ quy trình tổng hợp MOF-199…………………………… 50 Hình 2.4 Quy trình thực phản ứng ghép đơi C-C xúc tác MIL-100 (Fe)………………………………………………………………………… 52 Hình 2.5 Quy trình thực phản ứng ghép đơi C-C…………………… 53 Hình 2.6 Quy trình thực phản ứng ghép đơi C-N…………………… 55 Hình 2.7 Thiết bị đo BET………………………………………………… 56 Hình 3.1 Sự hình thành MIL-100(Fe) [113]……………………………… 62 Hình 3.2 Kết nhiễu xạ tia X MIL-100(Fe)……………………… 63 Hình 3.3 Đường hấp phụ giải hấp phụ đẳng nhiệt khí N2 vật liệu MIL100(Fe) 77K .64 Hình 3.4 Kết phân tích nhiệt trọng lượng MIL-100(Fe)………… 64 Hình 3.5 Cấu trúc bề mặt vật liệu MIL-100(Fe)…………………… 65 Hình 3.6 Cấu trúc bên vật liệu MIL-100(Fe)…………………….66 Hình 3.7 Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ lên độ chuyển hóa…………… 67 Hình 3.8 Biểu đồ ảnh hưởng tỉ lệ tác chất lên độ chuyển hóa………….68 Hình 3.9 Biểu đồ ảnh hưởng tỉ lệ xúc tác lên độ chuyển hóa………….69 Hình 3.10 Sự hình thành MIL-100(Cr)…………………………………… 70 Hình 3.11 Kết nhiễu xạ tia X MIL-100(Cr)……………………….70 Hình 3.12 Đường hấp phụ giải hấp phụ đẳng nhiệt khí N vật liệu MIL-100(Cr) 77K .71 Hình 3.13 Kết phân tích nhiệt trọng lượng MIL-100(Cr)…………72 Hình 3.14 Cấu trúc bề mặt vật liệu MIL-100(Cr)…………………… 73 Hình 3.15 Cấu trúc bên vật liệu MIL-100(Cr)………………… 73 ix Hình 3.16 Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ lên độ chuyển hóa………….…74 Hình 3.17 Biểu đồ ảnh hưởng tỉ lệ tác chất lên độ chuyển hóa…… .75 Hình 3.18 Biểu đồ ảnh hưởng tỉ lệ xúc tác lên độ chuyển hóa……… 76 Hình 3.19 Sự hình thành MOF-199…………………………………… .76 Hình 3.20 Kết nhiễu xạ tia X MOF-199……………………… …77 Hình 3.21 Đường hấp phụ giải hấp phụ đẳng nhiệt khí N vậ liệu MOF-199 77K 78 Hình 3.22 Kết phân tích nhiệt trọng lượng MOF-199………… 78 Hình 3.23 Cấu trúc bề mặt vật liệu MOF-199……………………… 79 Hình 3.24 Cấu trúc bên vật liệu MOF-199…………………… 80 Hình 3.25 Ảnh hưởng nhiệt độ lên độ chuyển hóa…………………….81 Hình 3.26 Biểu đồ ảnh hưởng tỉ lệ tác chất lên độ chuyển hóa……… 82 Hình 3.27 Biểu đồ ảnh hưởng tỉ lệ xúc tác lên độ chuyển hóa……… 83 MỤC LỤC Lời cam đoan iii Lời cám ơn iv Danh mục ký hiệu chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, đồ thị vii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ-KIM LOẠI (MOFs) 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Cấu trúc 11 1.1.3 Ứng dụng 13 1.1.4 Một số phương pháp tổng hợp MOFs 16 1.1.5 Phản ứng ghép nối C-C 17 1.1.6 Phản ứng ghép nối C-N 18 1.1.7 Vật liệu MIL-100(Fe), MIL-100(Cr), MOF-199 sử dụng làm xúc tác phản ứng ghép nối C-C, C-N 19 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠỊ DÙNG ĐỂ KHẢO SÁT CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH CỦA VẬT LIỆU MOFs 21 1.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD) [1],[2], [3], [4] …………………………………………………………………… 21 1.2.2 Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 (BET) [103] 23 1.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) [105], [106] 29 1.2.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) [5], [107], [108], [109] …………………………………………………………………… 33 ... Nguyễn Thị Kim Thương ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI TRONG KHẢO SÁT CẤU TRÚC VẬT LIỆU KHUNG CƠ-KIM Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN... vật liệu nói chung MOFs nói riêng, nhấn mạnh vị trí vai trị quan trọng ngành hóa phân tích nghiên cứu khoa học Vì vậy, đề tài: ? ?Ứng dụng phương pháp phân tích đại khảo sát cấu trúc vật liệu khung. .. phản ứng ghép đơi C-C 51 ……………………………………………………………………… 55 2.4 KHẢO XÁC CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH CỦA CÁC XÚC TÁC ĐÃ TỔNG HỢP BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI 55 2.4.1 Các phương pháp xác