Nghiên cứu ảnh hưởng của tiền chất kim loại và polymer hỗ trợ trong quá trình tổng hợp xúc tác photo fenton có từ tính dựa trên cấu trúc ferrite bằng phương pháp sol gel

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HỒNG NGƠ TƯƠNG PHÚC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TIỀN CHẤT KIM LOẠI VÀ POLYMER HỖ TRỢ TRONG QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP XÚC TÁC PHOTO-FENTON CĨ TỪ TÍNH DỰA TRÊN CẤU TRÚC FERRITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL Chun ngành: Hóa Vơ Mã số chun ngành: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ: HĨA VƠ CƠ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ TIẾN KHOA Tp Hồ Chí Minh, năm 2018 LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Lê Tiến Khoa định hƣớng, cho em ý tƣởng quan tâm, giúp đỡ, truyền đạt kinh nghiệm nhƣ kiến thức quý báu suốt trình em học tập nghiên cứu khoa học trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đến Nguyễn Tuyết Phƣơng, thầy Nguyễn Bình Phƣơng Nhân hai em Phạm Nguyễn Hữu Thịnh Nguyễn Thế Luân tất thầy cô môn Hóa Vơ Ứng dụng chia giúp đỡ nhiệt tình cho em mặt suốt q trình nghiên cứu Từ tận đáy lịng, em xin kính chúc q thầy ln mạnh khoẻ đạt đƣợc nhiều thành công công tác giảng dạy nghiên cứu Em xin bày tỏ cảm kích với anh chị, bạn bè em lớp Cao học Vơ khóa K23, K24, K25 tất em sinh viên K13, K14 Đặt biệt em Nguyễn Thị Kiều Loan, Nguyễn Võ Đông Nghi chia sẻ giúp đỡ nhiệt tình cho chị kinh nghiệm thực nghiệm quý báu suốt thời gian chị làm thực nghiệm Chúng ta đồng hành với suốt chặng đƣờng dài, động viên, chia sẻ vƣợt qua tất khó khăn Em chúc anh chị em thành công đƣờng phía trƣớc Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô đồng nghiệp công tác trƣờng Đại học An Giang tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập, nghiên cứu hồn thành chƣơng trình cao học trƣờng Cuối cùng, xin cảm ơn Ba Má vất vả nuôi nấng dõi theo bƣớc sống dù Ba Má khơng cịn bên Và xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến gia đình ngƣời thân, bạn bè đặc biệt Anh hai Con cho em gia đình êm ấm, ln bên cạnh động viên, khích lệ tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành chƣơng trình học Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 11 năm 2018 Hồng Ngơ Tƣơng Phúc i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC HÌNH v MỤC LỤC BẢNG .vi PHỤ LỤC HÌNH vii PHỤ LỤC BẢNG viii DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT ix LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 Xúc tác Fenton 1.1.1 Fenton đồng thể 1.1.2 Photo- Fenton đồng thể .5 1.1.3 Tác nhân H2C2O4 cho photo- Fenton 1.1.4 Fenton dị thể 1.2 Vật liệu từ tính 1.2.1 Giới thiệu .9 1.2.2 Đƣờng cong từ trễ 11 1.3 Vật liệu xúc tác có từ tính 13 1.3.1 Xu hƣớng nghiên cứu xúc tác Fenton từ tính 13 1.3.2 Một số phƣơng pháp điều chế MFe2O4 (M: Co, Ni, Cu, ) 15 CHƢƠNG MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU 19 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2 Nội dung nghiên cứu 20 2.3 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 20 2.3.1 Thiết bị dụng cụ 20 2.3.2 Hóa chất 22 2.4 Phƣơng pháp điều chế xúc tác 24 2.5 Các phƣơng pháp phân tích cấu trúc, hình thái chất xúc tác 26 2.5.1 Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 26 ii 2.5.2 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (FE–SEM) 27 2.5.3 Quang phổ hồng ngoại (IR) .27 2.5.4 Phƣơng pháp khảo sát tính chất từ 27 2.5.5 Diện tích bề mặt riêng (BET) 27 2.6 Khảo sát hoạt tính xúc tác 27 2.6.1 Giới thiệu Methylene Blue (MB) 27 2.6.2 Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ MB 28 2.6.3 Quy trình khảo sát hoạt tính xúc tác với tác chất acid oxalic 29 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 31 3.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung .32 3.1.1 Cấu trúc tinh thể thành phần pha xúc tác .32 3.1.2 Hình thái bề mặt kích thƣớc hạt xúc tác 34 3.1.3 Khảo sát cấu trúc bề mặt xúc tác 35 3.1.4 Tính chất từ xúc tác 37 3.1.5 Hoạt tính phân hủy màu MB xúc tác 39 3.1.6 Thảo luận 40 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng tỉ lệ mol PEG .42 3.2.1 Cấu trúc tinh thể thành phần pha xúc tác .42 3.2.2 Hình thái bề mặt kích thƣớc hạt xúc tác 44 3.2.3 Khảo sát cấu trúc bề mặt xúc tác 45 3.2.4 Tính chất từ xúc tác 47 3.2.5 Hoạt tính phân hủy màu MB xúc tác 48 3.2.6 Thảo luận 49 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng tiền chất kim loại 50 3.3.1 Cấu trúc tinh thể thành phần pha xúc tác .50 3.3.2 Hình thái bề mặt kích thƣớc hạt xúc tác 52 3.3.3 Khảo sát cấu trúc bề mặt xúc tác 52 3.3.4 Tính chất từ xúc tác 54 3.3.5 Hoạt tính phân hủy màu MB xúc tác 54 iii 3.3.6 Thảo luận 55 CHƢƠNG KẾT LUẬN .57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC HÌNH .64 PHỤ LỤC BẢNG .79 iv MỤC LỤC HÌNH Hình 1: Hình ảnh đơn giản chất thuận từ .10 Hình 2: Sự định hƣớng mômen từ nguyên tử vật liệu sắt từ [16] 11 Hình 3: Đƣờng cong từ trễ chất sắt từ [16] .12 Hình 4: Cấu trúc phân tử Methylene blue [29] 28 Hình 5: Đƣờng chuẩn mật độ quang A theo nồng độ MB 29 Hình 6: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-4-600, CoFeO-4-700, CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 32 Hình 7: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-600 (a), CoFeO-4-700 (b), CoFeO-4800 (c) CoFeO-4-900 (d) 34 Hình 8: Phổ IR mẫu CoFeO-4-600, CoFeO-4-700, CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 36 Hình 9: Đồ thị biểu diễn ln(C0/C) theo t mẫu CoFeO-4-600, CoFeO-4-700, CoFeO-4-800, CoFeO-4-900 Fe2O3-4-800 dƣới xạ UV (a) Vis (b) 40 Hình 10: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800, CoFeO-4-800 CoFeO-6-800 43 Hình 11: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-2-800 (a), CoFeO-3-800 (b), CoFeO-4800 (c) CoFeO-6-800 (d) 45 Hình 12: Phổ IR mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800, CoFeO-4-800 CoFeO-6-800 46 Hình 13: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-4-800, NiFeO-4-800 CuFeO-4-800 .51 Hình 14: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-800 (a), NiFeO-4-800 (b) CuFeO4-800 (c) .52 Hình 15: Phổ IR mẫu CoFeO-4-800, NiFeO-4-800 CuFeO-4-800 53 v MỤC LỤC BẢNG Bảng 1: Các dụng cụ sử dụng thực nghiệm 21 Bảng 2: Bảng thống kê số thiết bị sử dụng thực nghiệm 21 Bảng 3: Hóa chất sử dụng thực nghiệm 22 Bảng 4: Kí hiệu mẫu xúc tác 25 Bảng 5: Số liệu độ hấp thu quang A nồng độ C1 dung dịch MB .28 Bảng 6: Kết định lƣợng thành phần pha mẫu CoFeO-4-600, .33 Bảng 7: Kích thƣớc hạt mẫu CoFeO-4-600, CoFeO-4-700, CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 35 Bảng 8: Các thông số từ mẫu CoFeO-4-600, CoFeO-4-700, CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 37 Bảng 9: Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy MB mẫu xúc tác CoFeO-4-600, CoFeO-4-700, CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 39 Bảng 10: Kết định lƣợng thành phần pha mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3800, CoFeO-800 CoFeO-6-800 .44 Bảng 11: Các thông số từ mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800, CoFeO-4-800 CoFeO-6-800 47 Bảng 12: Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy MB mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800, CoFeO-800, CoFeO-6-800 Fe2O3-4-800 dƣới xạ UV Vis .48 Bảng 13: Kết định lƣợng thành phần pha mẫu CoFeO-4-800, NiFeO-4800 CuFeO-4-800 51 Bảng 14: Các thông số từ mẫu CoFeO-4-800, NiFeO-4-800 .54 Bảng 15: Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy MB mẫu CoFeO-4-800, NiFeO-4-800 CuFeO-4-800 dƣới xạ UV Vis 55 vi PHỤ LỤC HÌNH Phụ lục hình 1: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-4-600 64 Phụ lục hình 2: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-4-700 64 Phụ lục hình 3: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-4-800 65 Phụ lục hình 4: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-4-900 65 Phụ lục hình 5: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-2-800 66 Phụ lục hình 6: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-3-800 66 Phụ lục hình 7: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-6-800 67 Phụ lục hình 8: Giản đồ XRD mẫu CuFeO-4-800 67 Phụ lục hình 9: Giản đồ XRD mẫu NiFeO-4-800 68 Phụ lục hình 10: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-600 68 Phụ lục hình 11: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-700 68 Phụ lục hình 12: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-800 69 Phụ lục hình 13: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-900 69 Phụ lục hình 14: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-2-800 69 Phụ lục hình 15: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-3-800 70 Phụ lục hình 16: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-6-800 70 Phụ lục hình 17: Ảnh FE-SEM mẫu CuFeO-4-800 70 Phụ lục hình 18: Ảnh FE-SEM mẫu NiFeO-4-800 .71 Phụ lục hình 19: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-600 71 Phụ lục hình 20: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-700 72 Phụ lục hình 21: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-800 72 Phụ lục hình 22: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-900 73 Phụ lục hình 23: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-2-800 73 Phụ lục hình 24: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-3-800 74 Phụ lục hình 25: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-6-800 74 Phụ lục hình 26: Phổ FT-IR mẫu CuFeO-4-800 75 Phụ lục hình 27: Phổ FT-IR mẫu NiFeO-4-800 75 Phụ lục hình 28: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-600 .76 Phụ lục hình 29: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-700 .76 Phụ lục hình 30: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-800 .77 Phụ lục hình 31: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-900 .77 Phụ lục hình 32: Đƣờng cong từ trễ mẫu CuFeO-4-800 .78 vii PHỤ LỤC BẢNG Phụ lục bảng 1: Hoạt tính phân hủy MB mẫu CoFeO-4-600 dƣới xạ UV .79 Phụ lục bảng 2: Hoạt tính phân hủy màu MB mẫu CoFeO-4-700, CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 dƣới xạ UV .79 Phụ lục bảng 3: Hoạt tính phân hủy màu MB mẫu CoFeO-4-600 CoFeO-4700 dƣới xạ Vis 80 Phụ lục bảng 4: Hoạt tính phân hủy màu MB mẫu CoFeO-4-800 CoFeO-4900 dƣới xạ Vis .80 Phụ lục bảng 5: Hoạt tính phân hủy MB mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800 CoFeO-6-800 dƣới xạ UV 81 Phụ lục bảng 6: Hoạt tính phân hủy MB mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800 CoFeO-6-800 dƣới xạ Vis .81 viii DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT AOPs (Advanced oxidation processes) Q trình oxi hóa nâng cao FE – SEM (Field emission scanning electron microscopy) Ảnh hiển vi điện tử quét FT – IR (Fourier transform infrared spectroscopy) Phổ hấp thu hồng ngoại MB (Methylene Blue) Methylene Xanh BET (Brunauer–Emmet–Teller) Diện tích bề mặt riêng UV (Ultra violet) Tử ngoại Vis (Visible) Khả kiến VSM (Vibrating sample magnetometer) Từ kế mẫu rung XRD (X – ray diffraction) Nhiễu xạ tia X WHE ( Water heating evaporation) Phƣơng pháp thủy nhiệt ix Phụ lục hình 7: Giản đồ XRD mẫu CoFeO-6-800 Phụ lục hình 8: Giản đồ XRD mẫu CuFeO-4-800 67 Phụ lục hình 9: Giản đồ XRD mẫu NiFeO-4-800 Phụ lục hình 10: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-600 68 Phụ lục hình 11: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-700 Phụ lục hình 12: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-800 Phụ lục hình 13: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-4-900 69 Phụ lục hình 14: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-2-800 Phụ lục hình 15: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-3-800 Phụ lục hình 16: Ảnh FE-SEM mẫu CoFeO-6-800 Phụ lục hình 17: Ảnh FE-SEM mẫu CuFeO-4-800 70 Phụ lục hình 18: Ảnh FE-SEM mẫu NiFeO-4-800 Phụ lục hình 19: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-600 71 Phụ lục hình 20: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-700 Phụ lục hình 21: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-800 72 Phụ lục hình 22: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-4-900 Phụ lục hình 23: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-2-800 73 Phụ lục hình 24: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-3-800 Phụ lục hình 25: Phổ FT-IR mẫu CoFeO-6-800 74 Phụ lục hình 26: Phổ FT-IR mẫu CuFeO-4-800 Phụ lục hình 27: Phổ FT-IR mẫu NiFeO-4-800 75 Phụ lục hình 28: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-600 Phụ lục hình 29: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-700 76 Phụ lục hình 30: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-800 Phụ lục hình 31: Đƣờng cong từ trễ mẫu CoFeO-4-900 77 Phụ lục hình 32: Đƣờng cong từ trễ mẫu CuFeO-4-800 78 PHỤ LỤC BẢNG Phụ lục bảng 1: Hoạt tính phân hủy MB mẫu CoFeO-4-600 dƣới xạ UV CoFeO-4-600 Thời gian (giờ) A Ln(C0/C) 0.396 0.00 0.25 0.905 0.569 0.5 0.525 1.012 0.75 0.225 1.589 1.0 0.149 2.097 1.25 0.081 2.544 1.50 0.056 3.065 Phụ lục bảng 2: Hoạt tính phân hủy màu MB mẫu CoFeO-4-700, CoFeO4-800 CoFeO-4-900 dƣới xạ UV CoFeO-4-700 CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 (giờ) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) 0.372 0.00 0.389 0.00 0.398 0.00 0.25 0.930 0.617 0.880 0.736 0.892 0.747 0.5 0.455 1.190 0.421 1.370 0.435 1.363 0.75 0.17 1.815 0.183 1.990 0.184 2.012 1.0 0.13 2.524 0.116 2.711 0.123 2.683 1.25 0.064 3.049 0.052 3.348 0.071 3.135 1.50 0.027 3.576 0.023 3.937 0.035 3.639 Thời gian 79 Phụ lục bảng 3: Hoạt tính phân hủy màu MB mẫu CoFeO-4-600 CoFeO-4-700 dƣới xạ Vis CoFeO-4-600 CoFeO-4-700 (giờ) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) 0.397 0.00 0.386 0.00 0.5 0.394 0.107 0.367 0.046 0.382 0.190 0.285 0.276 1.5 0.326 0.301 0.235 0.448 0.298 0.412 0.195 0.611 2.5 0.264 0.517 0.159 0.784 0.226 0.620 0.116 1.039 Thời gian Phụ lục bảng 4: Hoạt tính phân hủy màu MB mẫu CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 dƣới xạ Vis CoFeO-4-800 CoFeO-4-900 (giờ) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) 0.498 0.00 0.390 0.00 0.5 0.401 0.236 0.382 0.005 0.302 0.500 0.355 0.152 1.5 0.248 0.727 0.293 0.286 0.201 0.955 0.240 0.489 2.5 0.149 1.223 0.225 0.550 0.112 1.492 0.183 0.757 Thời gian 80 Phụ lục bảng 5: Hoạt tính phân hủy MB mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800 CoFeO-6-800 dƣới xạ UV CoFeO-2-800 CoFeO-3-800 CoFeO-6-800 (giờ) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) 0.389 0.00 0.392 0.00 0.404 0.00 0.25 1.54 0.214 1.265 0.393 1.610 0.209 0.5 1.065 0.542 0.710 0.887 1.225 0.454 0.75 0.75 0.840 0.385 1.356 0.910 0.712 0.515 1.139 0.233 2.075 0.541 1.136 1.25 0.351 1.420 0.131 2.562 0.405 1.607 1.5 0.250 1.639 0.087 2.877 0.323 1.815 Thời gian Phụ lục bảng 6: Hoạt tính phân hủy MB mẫu CoFeO-2-800, CoFeO-3-800 CoFeO-6-800 dƣới xạ Vis CoFeO-2-800 CoFeO-3-800 CoFeO-6-800 (giờ) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) A Ln(C0/C) 0.392 0.00 0.391 0.00 0.397 0.00 0.5 0.389 0.007 0.373 0.375 0.041 0.354 1.5 0.347 0.112 2.0 0.318 2.5 Thời gian 0.385 0.028 0.099 0.354 0.106 0.334 0.158 0.319 0.201 0.192 0.316 0.213 0.286 0.300 0.292 0.269 0.298 0.272 0.253 0.409 0.283 0.297 0.282 0.327 0.224 0.517 81 0.047 ... NGHIỆM NGHIÊN CỨU 19 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng tiền chất kim loại polymer hỗ trợ q trình tổng hợp xúc tác photo- Fenton có từ tính dựa cấu trúc ferrite phƣơng pháp sol- gel cho... tác, tiến hành nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hƣởng tiền chất kim loại polymer hỗ trợ trình tổng hợp xúc tác photo- Fenton có từ tính dựa cấu trúc ferrite phƣơng pháp sol- gel? ?? CHƢƠNG TỔNG... hợp xúc tác photo- Fenton có cấu trúc ferrite phƣơng pháp sol- gel với polymer hỗ trợ, thay đổi nhiệt độ nung khác nhau, thay đổi hàm lƣợng polymer, thay đổi tiền chất kim loại - Nghiên cứu đặc