Tổng hợp và đặc trưng vật liệu cacbon có cấu trúc lớp bằng cách sử dụng khoáng sét Di Linh làm chất tạo khung

Tổng hợp và đặc trưng vật liệu cacbon có cấu trúc lớp bằng cách sử dụng khoáng sét Di Linh làm chất tạo khung Tổng hợp và đặc trưng vật liệu cacbon có cấu trúc lớp bằng cách sử dụng khoáng sét Di Linh làm chất tạo khung luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ TIẾN DŨNG TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU CACBON CÓ CẤU TRÚC LỚP BẰNG CÁCH SỬ DỤNG KHOÁNG SÉT DI LINH LÀM CHẤT TẠO KHUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2012 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ TIẾN DŨNG TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU CACBON CÓ CẤU TRÚC LỚP BẰNG CÁCH SỬ DỤNG KHOÁNG SÉT DI LINH LÀM CHẤT TẠO KHUNG Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số: 60.44.27 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TIẾN THẢO HÀ NỘI – 2012 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT BET Brunauer - Emmett - Teller (tên riêng) CHĐBM Chất hoạt động bề mặt CMK Vật liệu cacbon có cấu trúc mao quản CTAB Cetyltrimetylamoniumbromide TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua SEM Kính hiển vi điện tử quét IR Phổ hồng ngoại EDX Phổ tán xạ tia X XRD Phổ nhiễu xạ tia X MQTB Vật liệu mao quản trung bình DL Di Linh Mont Montmorillonite Bent Bentonite NNĐMF N,N - đimetylformamit TEOS Tetraethyl orthosilicate LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1.1 Các loại vật liệu cacbon mao quản từ chất tạo cấu 19 trúc khác Bảng 3.1 Các giá trị khoảng cách hai lớp sét tăng lƣợng 36 CTAB Bảng 3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả chống sét Bent- 38 DL CTAB Bảng 3.3 Các tính chất hóa lý dung môi 38 Bảng 3.4 Khoảng cách (d001 – 9.6) sét chống CTAB 39 dung môi khác Bảng 3.5 Mẫu sét sử dụng điều chế vật liệu cacbon tƣơng ứng LUẬN VĂN THẠC SĨ 48 HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ơ sở đơn vị cấu trúc tứ diện SiO4 Hình 1.2 Các nhóm tứ diện SiO4 liên kết với qua cầu oxi Hình 1.3 Cấu trúc bát diện Hình 1.4 Các ion trao đổi trung hịa điện tích dƣơng lớp tứ diện bát diện Hình 1.5 Mơ hình cấu trúc pyrophyllite – Cấu trúc điocta 2:1 trung hịa Hình 1.6 Mơ hình cấu trúc pyrophyllite – Cấu trúc 1:1 Hình 1.7 Cấu trúc 1:1 2:1 Hình 1.8 Phân tử cation hữu bị hấp phụ lớp sét tạo nên sét hữu Hình 1.9 Các dạng nhóm hidroxi bề mặt khống sét 10 Hình 1.10 Một số polioxocation kim loại 12 Hình 1.11 Sơ đồ chống sét 13 Hình 1.12 Mơ hình cấu trúc sét hữu (organo clay) 14 Hình 1.13 Sơ đồ minh họa trình tổng hợp vật liệu cacbon 18 maoquản trung bình sử dụng chất định khung mesoporous silica Hình 1.14 Sơ đồ tổng hợp vật liệu cacbon từ chất tạo cấu trúc 19 khác Hình 1.15 Đƣờng hấp phụ giải hấp phân bố mao quản vật 20 liệu mesoporous cacbon Hình 1.16 Ảnh TEM phân giải cao mẫu vật liệu CMK 22 Hình 2.1 Hình mặt phản xạ nhiễu xạ tia X 28 Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị kính hiển vị điện tử qt 31 Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua 32 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HĨA HỌC Hình 2.4 Thiết bị phản ứng oxi hóa pha lỏng 34 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ mẫu sét hữu với hàm lƣợng 37 CTAB khác Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu sét chống dung 39 mơi khác Hình 3.3 Phân tích nhiệt vi sai DTA mẫu Bent.DL.Na 41 Hình 3.4 Đƣờng phân tích nhiệt vi sai TG/DTA mẫu Bent.DL 42 – CTAB 37,5% Hình 3.5 Phổ IR mẫu sét chống Bent-DL-Na Bent.DL- 43 CTAB 37,5% Hình 3.6 Ảnh SEM Bent.DL.Na: A mẫu Bent.DL – CTAB 44 37,5%: B Hình 3.7 Ảnh TEM mẫu Bent.DL.Na 45 Hình 3.8 Ảnh TEM mẫu Bent.DL – CTAB 37,5% 46 Hình 3.9 Phổ tán xạ EDX mẫu Bent.DL.Na: A Bent.DL- 46 CTAB: B Hình 3.10 Ảnh SEM điểm tƣơng ứng mẫu Bent.DL.Na: A 47 Bent.DL-CTAB: B Hình 3.11 Phổ nhiễu xạ tia X góc nhỏ vật liệu cacbon tổng 49 hợp Hình 3.12 Phổ nhiễu xạ tia X góc lớn vật liệu cacbon tổng hợp 49 Hình 3.13 Đƣờng hấp phụ/giải hấp nito mẫu cacbon 50 Hình 3.14 Đƣờng phân bố mao quản mẫu vật liệu cacbon 51 Hình 3.15 Ảnh SEM mẫu vật liệu cacbon tổng hợp 52 Hình 3.16Ảnh TEM mẫu vật liệu cacbon tổng hợp 53 Hình 3.17 Hình ảnh SEM (A) ghi phổ tán xạ tia X (B) kết 55 phân tích LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11 1.Tổng quan sét 11 1.1 Hình thành bentonit 11 1.2 Tính chất đặc trƣng 11 1.3 Các đơn vị tế bào 12 1.3.1 Tứ diện SiO4 12 1.3.2 Bát diện MeO6 13 1.3.3 Ion lớp 14 1.4 Các kiểu cấu trúc 15 1.4.1 Kiểu 2:1 15 1.4.2 Kiểu 1:1 16 1.4.3 Kiểu 2:1+1 17 1.5 Các tính chất sét 18 1.5.1 Tính chất vật lý .18 1.5.2 Tính chất hóa học 18 1.6 Sét biến tính 19 1.6.1 Lý biến tính sét 19 1.6.2 Các kiểu biến tính: .20 Ứng dụng sét biến tính làm vật liệu chế tạo cacbon mao quản 23 2.1 Vật liệu cacbon mao quản 23 2.2 Chất tạo cấu trúc cứng điều chế vật liệu cacbon xốp 26 2.3 Đặc trƣng vật liệu mesoporous cacbon 29 2.4 Biến tính vật liệu cacbon mao quản trung bình 33 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 35 2.1 Tổng hợp sét làm chất định trúc 35 2.1.1 Xử lý sét thô 35 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC 2.1.2 Điều chế sét hữu 36 2.2 Điều chế vật liệu cacbon mao quản trật tự 36 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng vật liệu 37 2.3.1 Nhiễu xạ tia X .37 2.3.2 Phương pháp phổ hồng ngoại IR 39 2.3 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA .39 2.3.4 Phương pháp chụp ảnh điện tử quét ( SEM) 40 2.3.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM (Transmission Electron Microscopy) 41 2.3.6 Phương pháp BET 41 2.3.7 Phân tích nguyên tố bề mặt phương pháp EDX (Energy Dispersive X – Ray) .43 2.4 Ứng dụng vật liệu cacbon tổng hợp làm chất mang xúc tác oxi hóa stiren 43 2.4.1 Các bước tiến hành .43 2.4.2 Phân tích sản phẩm .43 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Tổng hợp bent.DL-CTAB nghiên cứu tính chất bent.DL-CTAB 45 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng CTAB đến khoảng không gian sở sét 45 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ điều chế Bent.DL-CTAB .46 3.2 Các đặc trƣng Bent.DL – CTAB 49 3.2.1 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai .49 3.2.2 Tính chất hấp thụ xạ hồng ngoại (phổ IR) .52 3.2.3 Đặc trưng hình thái học Bent.DL–CTAB .53 3.2.4 Hình ảnh TEM .54 3.2.5 Xác định thành phần nguyên tố hóa học bề mặt sét chống CTAB phương pháp EDX 55 3.3 Kết tổng hợp vật liệu cacbon trật tự 56 3.4 Kết đặc trƣng vật liệu cacbon tổng hợp 57 3.4.1 Kết nhiễu xạ tia X 57 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC 3.4.2 Kết hấp phụ nitơ .59 3.4.3 Hình ảnh SEM mẫu cacbon tổng hợp .60 3.4.4 Hình ảnh TEM mẫu vật liệu cacbon tổng hợp .62 3.4.5 Kết phân tích thành phần nguyên tố .63 3.4.6 Ứng dụng vật liệu cacbon tổng hợp .65 CHƢƠNG KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ TIẾN DŨNG TRƢỜNG ĐHKHTN KHOA HÓA HỌC MỞ ĐẦU Năm 1999, vật liệu mesoporous cacbon đời mang lại nhiều ứng dụng công nghiệp đời sống Tuy nhiên, họ vật liệu mesoporous cacbon (CMK-n, n = 1-9) đƣợc điều chế từ hợp chất nguyên tố tetraethyl orthosilicate (TEOS) sucozơ, fructozơ, mantozơ Ƣu điểm phƣơng pháp vật liệu CMK-n có độ tinh khiết cao, cấu trúc mao quản đồng đều, có trật tự xếp ngƣợc so với hệ thống mao quản chất tạo khung meso silica Tuy nhiên, để điều chế gam CMK-n có cấu trúc mao quản phải cần đến 10-12 gam TEOS nên phƣơng pháp tổng hợp không kinh tế Do có nhiều phƣơng pháp tổng hợp đƣợc đề xuất nhằm tìm kiếm phƣơng pháp điều chế vật liệu cacbon có cấu trúc mao quản xốp hiệu [19,26, 28] Việt Nam có trữ lƣợng khống sét lớn, sét Việt Nam có nhiều tính chất q nhƣ lƣợng montmorollite cao, dễ biến tính Do khống sét Việt Nam có trữ lƣợng lớn, giá thành thấp nên đƣợc ứng dụng làm vật liệu hấp phụ xúc tác cho nhiều q trình chuyển hóa hóa học [24] Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng khoáng sét làm chất định khung để điều chế vật liệu cacbon chƣa đƣợc thực nhiều Do nhóm nghiên cứu chúng tơi đặt vấn đề dùng khống sét biến tính Việt Nam làm chất tạo khung cho trình tổng hợp vật liệu cacbon xốp So sánh với chất định trúc chế tạo vật liệu cacbon trƣớc [30, 27, 28, 40], sét có cấu trúc khác biệt nhƣ cấu trúc lớp, chứa oxit kim loại dễ hòa tan (Mg, Al, Na…) nên dự đốn họ vật liệu cacbon điều chế có tính chất (mao quản hẹp, tồn hệ mao quản trung bình vi mao quản…), bất thƣờng (nanosheets, phiến nano xếp cách có trật tự theo chiều) [10-13] Các mẫu vật liệu tổng hợp giầu nhóm oxi bề mặt ứng dụng làm chất hấp phụ, chất mang xúc tác cho q trình chuyển hóa hữu cơ, hóa dầu [8, 12-20] Do vậy, chúng tơi lựa chọn đề tài nghiên cứu “Tổng hợp đặc trƣng vật liệu cacbon có cấu trúc lớp cách sử dụng khoáng sét Di Linh làm chất tạo khung” LUẬN VĂN THẠC SĨ 10 HÀ TIẾN DŨNG ... hữu Các mẫu sét xử lý sét hữu đƣợc sử dụng làm chất tạo khung để điều chế vật liệu cacbon Đã tổng hợp thành công mẫu cacbon từ glucozơ cách sử dụng khoáng sét Di Linh làm chất tạo cấu trúc Kết thu... TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ TIẾN DŨNG TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU CACBON CÓ CẤU TRÚC LỚP BẰNG CÁCH SỬ DỤNG KHOÁNG SÉT DI LINH LÀM CHẤT TẠO KHUNG Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số: 60.44.27... e) sử dụng tiền chất hữu vô nhƣ chất định trúc Các chất tạo cấu trúc đƣợc sử dụng nhƣ khuôn để tạo vật liệu cacbon mao quản mà khơng có tƣơng tác hóa học xảy chất định trúc tiền chất cacbon Cấu