Luận văn tốt nghiệp tổng hợp một số ligand họ pyridinium làm cầu nối cho vật liệu khung cơ kim (MOFs)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG HỢP MỘT SỐ LIGAND HỌ PYRIDINIUM LÀM CẦU NỐI CHO VẬT LIỆU KHUNG CƠ – KIM (MOFs) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS Lê Thành Dũng Nguyễn Thị Cẩm Tú KS Đặng Huỳnh Giao MSSV: 2072238 Ngành Công Nghệ Hóa Học-Khóa 33 Tháng 4/2011 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠNG NGHỆ Độc lập – Tự – Hạnh phúc BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NĂM HỌC : 2010 - 2011 Họ tên cán hƣớng dẫn: TS Lê Thành Dũng KS Đặng Huỳnh Giao Tên đề tài: Tổng hợp số ligand họ pyridinium làm cầu nối cho vật liệu khung – kim (MOFs) Địa điểm thực hiện: Phịng thí nghiệm Manar, Bộ môn Kỹ thuật hữu cơ, Khoa Công nghệ Hóa học, Trƣờng Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Họ tên sinh viên đăng ký: Nguyễn Thị Cẩm Tú MSSV: 2072238 Mục đích đề tài: Đề tài đƣợc thực sở tổng hợp số hợp chất carboxylate có chứa nhóm pyridinium (ligand) làm cầu nối để tổng hợp vật liệu khung cơ-kim (MOFs), tính tốn hiệu suất tổng hợp ligand này, từ tiến hành tổng hợp vật liệu khung – kim (MOFs) sở loại muối khác khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ phản ứng trình tổng hợp vật liệu Các nội dung giới hạn đề tài: Nội dung chính: Chƣơng 1: Tổng quan vật liệu khung hữu - kim loại (MOFs) ligand sử dụng làm vật liệu Chƣơng 2: Thực nghiệm Chƣơng 3: Kết thảo luận Chƣơng 4: Kết luận kiến nghị Giới hạn đề tài: Tiến hành thực thí nghiệm cụ thể để nghiên cứu tổng hợp số ligand làm cầu nối cho vật liệu khung - kim (MOFs) từ 1,4-Bis(bromomethyl) benzene (1) 1,3,5-Tris(bromomethyl) benzene (2) DUYỆT CỦA BỘ MÔN ĐỀ NGHỊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự – Hạnh phúc BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Cán hƣớng dẫn: TS Lê Thành Dũng KS Đặng Huỳnh Giao Đề tài: Tổng hợp số ligand họ pyridinium làm cầu nối cho vật liệu khung – kim (MOFs) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Cẩm Tú MSSV: 2072238 Lớp: Cơng nghệ Hóa học – Khóa 33 Nội dung nhận xét: a Nhận xét hình thức LVTN: b Nhận xét nội dung LVTN (đề nghị ghi chi tiết đầy đủ): * Đánh giá nội dung thực đề tài: * Những vấn đề hạn chế: c Nhận xét sinh viên tham gia thực đề tài (Ghi rõ nội dung sinh viên chịu trách nhiệm thực có): d Kết luận, đề nghị điểm: Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011 Cán chấm hƣớng dẫn TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự – Hạnh phúc BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán chấm phản biện: TS Phạm Thành Quân TS Tống Thanh Danh Đề tài: Tổng hợp số ligand họ pyridinium làm cầu nối cho vật liệu khung – kim (MOFs) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Cẩm Tú MSSV: 2072238 Lớp: Cơng nghệ Hóa học – Khóa 33 Nội dung nhận xét: a Nhận xét hình thức LVTN: b Nhận xét nội dung LVTN (đề nghị ghi chi tiết đầy đủ): * Đánh giá nội dung thực đề tài: * Những vấn đề hạn chế: c Nhận xét sinh viên tham gia thực đề tài (Ghi rõ nội dung sinh viên chịu trách nhiệm thực có): d Kết luận, đề nghị điểm: Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011 Cán chấm phản biện LỜI CẢM ƠN   Lời đầu tiên, xin khắc ghi công ơn sinh thành dƣỡng dục cha mẹ ni nấng dạy dỗ nên ngƣời Gia đình tạo điều kiện cho học tập dành cho điều tốt đẹp Qua đây, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Công Nghệ Trƣờng Đại học Cần thơ, đặc biệt quý thầy, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học trang bị cho em kiến thức kỹ sƣ cơng nghệ hóa học Những kiến thức lý thuyết cần thiết cho em sau trƣờng Em xin gởi lời tri ân đến cô Đặng Huỳnh Giao – Bộ môn Công nghệ Hóa học, ngƣời dạy, hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình ln quan tâm em từ ngày nhận đề tài đến ngày hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Thành Dũng hƣớng dẫn em tận tình ngày thực tập trƣờng Đại học Bách khoa Nhân đây, em xin cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật Hữu Khoa Kỹ thuật Hóa học Trƣờng Đại học Bách khoa TP.HCM tạo điều kiện cho em thực tập phịng thí nghiệm, giúp em hiểu rõ lý thuyết học đƣợc trƣờng Cám ơn anh chị, bạn c ng thí nghiệm chung phịng Manar động viên, giúp đỡ nhiều tinh thần vật chất suốt thời gian thực luận văn Quá trình thực tập kinh nghiệm quý báu cho công việc em sau Sau c ng em xin cảm ơn tập thể lớp Cơng nghệ Hóa học K33 ủng hộ em trong suốt q trình hồn thành luận văn Cuối c ng em xin kính chúc q thầy trƣờng Đại học Cần thơ, quý thầy cô trƣờng Đại học Bách khoa dồi sức khỏe thành đạt Em xin chân thành cảm ơn -i- LỜI MỞ ĐẦU   Hiện lƣợng chất thải xe cộ ngƣời thải việc sử dụng nhiều nguồn lƣợng: xăng, than gây ảnh hƣởng đặc biệt nghiêm trọng tới mơi trƣờng, lƣợng khí thải CO2 ngày gia tăng gây nên hiệu ứng nhà kính thúc đẩy nhà khoa học tìm kiếm biện pháp để giải vấn đề Một chiến lƣợc loại bỏ CO2 sử dụng vật liệu xốp giữ lại khí di chuyển lên ống khói Đã có nhiều loại vật liệu với bề mặt riêng lớn, độ xốp cao đƣợc tổng hợp đƣợc ứng dụng vào công nghiệp để đáp ứng yêu cầu Tuy nhiên, cịn khó khăn vật liệu mang lại Hiện giới lên họ vật liệu lai hóa tổ hợp với nhiều đặc tính thú vị gọi MOFs (Metal-Organic Frameworks) Thành công tổng hợp MOFs đƣợc xem bƣớc đột phá, với ƣu điểm vƣợt trội so với loại vật liệu trƣớc MOFs nhóm vật liệu có cấu trúc tinh thể xốp dựa khung kim loại – hữu Cấu trúc chúng đƣợc tạo thành từ hai thành phần bản: trung tâm kim loại liên kết với cầu nối hữu (ligand) phosphonate, carboxylate sulfonate Khả ứng dụng MOFs rộng rãi nhƣ lƣu trữ khí, xúc tác hấp phụ Để tạo đƣợc ngày nhiều loại vật liệu vấn đề trƣớc hết tổng hợp nhiều loại ligand Hiện nƣớc ta nghiên cứu đề tài đƣợc quan tâm Đề tài “Tổng hợp số ligand họ pyridinium làm cầu nối cho vật liệu khung – kim (MOFs)” đƣợc tiến hành với mong muốn tìm thêm điều kiện nhƣ phƣơng pháp để tổng hợp ligand làm tiền chất cho việc tổng hợp loại vật liệu MOFs có cấu trúc đa dạng đặc tính thú vị Trong đề tài này, ligand có số đầu nối đƣợc tổng hợp phân tích đặc trƣng cấu trúc kỹ thuật phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lƣợng (MS), phổ hồng ngoại (FT-IR) Từ ligand tiến hành thử tổng hợp MOFs số muối kim loại đƣợc phân tích cấu trúc tinh thể phổ XRD, phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR) - ii - MỤC LỤC   Trang LỜI CẢM ƠN i LỜI MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ – KIM LOẠI (MOFs) VÀ CÁC LIGAND SỬ DỤNG LÀM VẬT LIỆU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Khung – kim (MOFs) 1.2.1 Đặc trƣng cấu trúc MOFs 1.2.2 Tính chất vật liệu MOFs 1.2.2.1 Diện tích bề mặt 1.2.2.2 Độ xốp 1.2.3 Ứng dụng MOFs 1.2.3.1 Lƣu trữ khí a Lƣu trữ hydrogen b Lƣu trữ CO2 10 c Lƣu trữ methane 11 1.2.3.2 Xúc tác 12 1.2.3.3 Hấp thụ khí 13 1.3 Tổng hợp vật liệu MOFs 13 - iii - Hình Kết phân tích 13C-NMR ligand Hình Kết phân tích MS (ion âm) ligand Hình Kết phân tích MS (ion dương) ligand Hình Kết phân tích 2D HMBC ligand Hình Kết phân tích 2D HSQC 1H-13C ligand 3500 D:\KETQUA11\DHBK\031611\QUYNH.0 3000 HGL12 2500 2000 Wavenumber cm-1 SOLID Page 1/1 Hình Kết phân tích IR ligand 1500 1000 500 2011/03/16 892.47 857.87 770.70 748.40 686.83 652.29 565.77 526.39 471.58 1023.38 1731.44 1662.55 1635.69 1567.48 1517.42 1462.65 1429.35 1331.84 1289.11 1217.33 1161.04 1128.44 1976.64 3109.91 3034.95 3002.28 2935.13 3411.19 60 Transmittance [%] 70 80 90 100 3500 D:\KETQUA10\DHTDT\122410\VAN.0 3000 HGL06 2500 2000 Wavenumber cm-1 SOLID Page 1/1 Hình 10 Kết phân tích IR ligand 1500 1000 500 2010/12/24 859.25 776.35 748.22 707.54 689.12 673.51 627.39 595.08 517.75 465.82 1116.30 1042.98 1453.26 1389.53 1324.71 1297.71 1241.83 1640.81 1574.04 1725.50 2429.52 2567.89 2694.09 3108.35 3042.97 3400.72 20 30 Transmittance [%] 40 50 60 70 80 90 100 100 80 3000 D:\KETQUA11\DHBK\031811\HAU.0 CT17 2500 2000 Wavenumber cm-1 1500 SOLID 1000 804.09 896.03 1025.56 1345.24 1472.04 1583.38 2498.18 2863.49 3361.44 20 Transmittance [%] 40 60 3500 500 2011/03/18 Page 1/1 Hình 11 Kết phân tích IR vật liệu từ muối Co(NO3)2.6H2O Hình 12 Kết đo XRD vật liệu từ muối Ni(NO3)2.6H2O Hình 13 Kết đo XRD vật liệu từ muối Co(NO3)2.6H2O (chưa hoạt hóa) Hình 14 Kết đo XRD vật liệu từ muối Co(NO3)2.6H2O (hoạt hóa) Hình 15 Kết đo TGA vật liệu từ muối Co(NO3)2.6H2O (hoạt hóa) Hình 16 Kết đo BET vật liệu từ muối Co(NO3)2.6H2O Hình 17 Kết đo kích thước lỗ xốp vật liệu từ muối Co(NO3)2.6H2O PHỤ LỤC ... carboxylate có chứa nhóm pyridinium (ligand) làm cầu nối để tổng hợp vật liệu khung cơ- kim (MOFs), tính tốn hiệu suất tổng hợp ligand này, từ tiến hành tổng hợp vật liệu khung – kim (MOFs) sở loại muối... nhiều loại vật liệu vấn đề trƣớc hết tổng hợp nhiều loại ligand Hiện nƣớc ta nghiên cứu đề tài đƣợc quan tâm Đề tài ? ?Tổng hợp số ligand họ pyridinium làm cầu nối cho vật liệu khung – kim (MOFs)? ??... VĂN TỐT NGHIỆP NĂM HỌC : 2010 - 2011 Họ tên cán hƣớng dẫn: TS Lê Thành Dũng KS Đặng Huỳnh Giao Tên đề tài: Tổng hợp số ligand họ pyridinium làm cầu nối cho vật liệu khung – kim (MOFs) Địa điểm thực