Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của oxit hỗn hợp cuo ceo2 có kích thước nanomet

Báo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN -SDCsẩ- ĐỂ TÀI NGHIÊN CÚU KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TỐNG HỢP VÀ NGHIÊN cúu TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP CuO- CeOz CĨ KÍCH THƯỚC NANOMET MÃ SỐ: QT-08-20 CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI: THS HOÀNG THỊ H JN G HUẾ CÁC CÁN BỘ THAM GĨA: THS PHẠM ANH SƠN p r / HÀ NỘI - 2009 ú Báo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG MỤC I.ỤC Trang Mởđầu - I.TỔng quan 1.1 Đặc điểm, túủi chất cùa hộ xúc tác CuO- CeOj - 1.2 Một số phưcíng pháp tổng hợp hệ xúc tác CuO- CeOj 1.3 Một vài ứng đụng hệ xúc tác CuO- CeOj 12 n Thực nghiệm - - 13 2.1 Dụng cụ hoá chất - 13 2.2 Các phưoíng pháp vật lý xác định đặc trưng sản phẩm - 14 2.3 Tông hợp QiO-CeOj phương pháp đồng kết tủa - 15 m Kết thảo luận - 18 3.1 Ảnh hưởng pH 18 3.2 Ảnh hưởng tỉ lộ mol Cu/Cu+Ce 20 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến kích thước hạt sản phẩm 21 3.4 Ảnh hưởng thời gian nung đến kích thước hạt sản phẩm 24 3.5 Các dạng tồn QiO oxit hỗn hợp 27 Kết luận - 28 Tài liệu ứiam khảo 29 Ui BÁO CẮO TÓM i:ắ3r Tên để tài: “Tổng hợp nghiên cứu tính chất hỗn hợp Cuo- CeOj có kích thước nanomet” MÃ SỐ: QT-08 -20 Chủừiđềưti: ThS HOÀNG THỊ HU5NG HUẾ Cán tham gia: ThS PHẠM ANH SƠN Mục tiêu nội dung nghiền cứu: a Mục tiêu: Điều chế oxit hỗn hợp Cu0 -Ce02 với độ phân tán cao phương pháp đồng kết tủa với tác nhân kết tủa Na2CD3; nghiên cứu đặc trưiỊg vật liộu thu phương pháp vật lý hoá lý; nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp oxit hỗn hợp Cu0 -Ce02, có kích thước nanomet dùng ttong xừ lý mơi trường b Nội ’dung nghiên cứu: Tổng hợp nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến kích thước, thành phần pha củã sảnphẩm Cụ thể lứiư sau: ^ Tổng hợp oxit hỗn hc^ Cu0 -Ce02: sử dụng phương pháp đồng kết tủa với tác nhân kết tủa Na2C03 ^ Nghiên cứu ảnh hưởng pH Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ mol Cu^VCu^^ + Ce^ Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt đôn nung Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nung ^ Xác định đặc trưng vật liệu phưcmg pháp vật lý; Nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét có độ phân giải cao (HSEM) Các kết qud đạt a Nội đung khoa học Quá trình tổng hợp khảo sát yếu tố ảnh hưỏng đến kích ửiước, thàDh phần pha hình thái hạt Cu0 -Ce02 thu kết sau: - Tổng hợp đuợc bột oxit hôn hợp Cu0 -Ce02 phương pháp kết tủa với tác nhân kết tủa NajCOa- Đã khảo sát ảnh hưởng vài yếu tố đến kích thước tinh thể thành phần pha oxit hỗn hợp tìm điều kiện tối ưư cho ttình tổng hợp là: pH= 9- \ Cu * _ 10; tỉ lê mol X = - = 0,15; nhiêt đô nung 600°c, thời gian nung Cu + Ce - Mảu tổng hợp từ điều kiện tối ưu có kích thước hạt khoảng 30-50 nm, diện tích bề mặt 24,7 mVg có dạng tổn CuO oxit hỗn hợp ; CuO có độ phân tán cao bề mặt Ce02, thay Ce"*"" ữong cấu ưúc cubic Ce02 để tạo thành dung dịch rắn dạng tồn ưong oxit hỗn hợp CuO có cấu trúc tinh thể monoclinic b Bài báo khoa học: l.Tổng hợp oxit hỗn hợp Cu0 -Ce02 có kích thước nano phương pháp sol-gel xiù-at Nguyễn Đình Bảng, Hồng Thi Hương Huế Đã gửi tạp chí Phân tích Hố - Lý - Sinh, đăng số tới kết tủa Tổng hợp oxit hỗn hcjp Cu0 -Ce02 có kích thuớc nano phương pháp đồng Nguyễn Đình Bảng, Hồng Thi Hưcfng Huế Đã gửi tạp chí Khoa học, Khoa học Tự nhiên Công nghộ, Đại học Quốc gia Hà Nội c Hưởng dẫn khoá luận iổt nghiệp: 01 Nghiên cứu tổng hợp oxit hỗn hợp Cu0 -Ce02 phương pháp đồng kết tủa Sinh viên: Nguyễn Huy Hảo K49- ngành Hố học Tinh hinh kinh phí đề tài Tổng kinh phí cấp: 20.000.000đ Đã chi: 20.000.000đ KHOA QUẢN LÍ CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI PGS.TS Nguyễn Văn Nội ThS Hồng Thị Hương Huế Cơ QUAN CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI oưó u tfij TB uẠ ^r The obtained results a The main results in science and technology * Nano-sized Cu0 -Ce02 mixed oxide were obtained from a mixture solution of Ce(N03)3, Cu(N03)2 by co-precipitation method The optimum condition of the preparation were: pH= 9-10; the molar ratio of Cu^VCu^"" + Ce^'^= 0,15; the calcination temperature: 600°C; the calcination time: hours, * The contributions of different CuO to mixed oxide were finely dispersed CuO species, Cu^"^ in the Ce02 lattice and bulk CuO And the surface area of CuOCeOj was 24,7 mVg b Results in training 01 graduate student c Publications The obtained results from this project wiU represent in 02 articles on national scientific jourals RESPONSIBLE PERSON M.Sc Hoang Thi Huong Hue Báo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG nò ĐẨU Ceri nguyên tố chiếm đến 50% lổng hàm lượng nguyên tố đất khoáng vật đất Ceri hợp chất nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực luyện kim, gốm, thuỷ tinh, xúc tác, vật liệu phát quang Trong nhiểu năm qua, việc nghiên cứu ứng dụng hợp chất đất ưong lĩnh vực nói trơn nhiều đơn vị nước triển khai nghiên cứu - ứng dụng thu kết khả quan Trong vài năm gần đây, ceri oxit vật liệu có chứa Ce02 coi chất xúc tác chất xúc tiến mặt điện tử cấu trúc đối vód phản ứng xúc tác đị thể Việc ứng dụng CeOz làm tác nhân xúc tác ba hướng (Thiee Way Catalyst - TWQ vấh đề xử lý khí thải từ cấc động ôtô cho thấy triển vọng tốt mặt cơng nghệ mặt kinh tế kích thích nỗ lực nghiên cứu khả ứng đụng C&O2 chuyển hố khí SOjt từ q trình cracking khí thải từ nhà máy cơng nghiệp việc sử dụng làm số vật liệu xúc tác oxy hố [ 1] Hộ xúc tác có chứa Ce02 thu hút quan tâm đặc biệt CeOj vật liệu đa chức năng: • Khả nâng thúc đẩy phản ứng nhiệt độ thấp • Làm bền xúc tác phân huỷ nhiệt đ ộ • Khả điều tiết O2 tốt nhờ vào khả thay đổi số oxi hoá Ce^ vàC e^ Hệ xúc tác Cu0 -Ce02 có khả oxi hố mạnh nhiệt độ thấp hom 100®c có độ chọn lọc cao So với xúc tác Pt hệ xúc tác CuO-CeOj có hoạt tmh độ chọn lọc cao q trình chuyển hố c o thành CO2 nhiệt độ thấp So với Au Cu0 -Ce02 có hoạt tính hữa độ chọn lọc cao hcfQvà bền nhiệt Đặc biệt, CuO-CeOj sử dụng để xử lí khí thải c o HC (Hidrocacbon) có mặt lượng dư H2 CXDj Bên cạnh đó, hoạt tính cùa xúc tác Cu0 -Ce02 cấu trúc nano cao nhiều so với CuO Ce02 riêng rẽ, tương tác mạnh phân tù CuO Ce02 , thay CuO oxit khác ví dụ : coban oxit, mangan oxit hoạt lính xúc tác giảm Trong hộ xúc tác Cu0 -Ce02, tiểu phân CuO phân tán tốt bề mặt Ce02 đóng vai trò Báo cáo nghiệm thu đề tài cđp ĐHQG chất xúc tác chúih, cịn Ce02 đóng vai ữị điều tiết Oj Hệ xúc tác Cu0 -Ce02 với hoạt tíoh oxi hoá cao cho phép chuyển hoá (X> với hiệu suất cao, nhiệt độ thấp « 100°c khả xử lí SO2 cao ưong nhũng vật liệu xúc tác nhiều triển vọng xử lý khí thải nhiễm mơi trường [3,4,5] Hiện có nhiều phương pháp điều chế oxit hỗn hợp CuO- CeƠỊ phương pháp thuỷ nhiệt, phương pháp sol-gel, phươQg pháp đồng kết tủa, phương pháp cháy [3-10] Đổng kết tủa phương pháp ohiểu tác giả quan tâm để tổng hợp Cu0 -Ce0 , phương pháp có kỹ thuật đofn giản, chế tạo khối lượng lớn vật liệu đem lại hiệu kinh tế cao Do chọn phưong pháp tổng hợp oxit hỗn hợp Cu0 -Ce02 có kích thước naDomet đồng kết tủa Báo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG I Tổ]!iĩG 1.1 ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA HỆ x ú c TÁC CuO-CeƠ2 CeOj có cấu trúc canxiflorit (CaFj) nguyên tử kũn loại tạo thành mạng lập phưcmg tâm mặt, nguyên tử oxi nằm hốc tứ diộn # Ce • ° H in h l: Cấu trúc tinh thể CeO2 Khi bị khử khơng khí nhiệt độ cao, CeƠ2 tạo thành oxit thiếu oxi dạng CeOj.x (với 0