Luận văn tốt nghiệp điều chế và biến tính hydrotalcite bằng anion laurat

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC *  * KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa vơ TÊN ĐỀ TÀI ĐIỀU CHẾ VÀ BIẾN TÍNH HYDROTALCITE BẰNG ANION LAURAT Tp Hồ Chí Minh tháng năm 2012 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC *  * KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HĨA HỌC Chun ngành: Hóa vơ TÊN ĐỀ TÀI ĐIỀU CHẾ VÀ BIẾN TÍNH HYDROTALCITE BẰNG ANION LAURAT GVHD: ThS NGUYỄN THỊ MAI THƠ SVTH: VŨ HỒNG DUNG MSSV: K34106016 NIÊN KHĨA: 2008-2012 Tp Hồ Chí Minh tháng năm 2012 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Nguyễn Thị Mai Thơ tận tình hướng dẫn dìu dắt em q trình thực khóa luận Em xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy Mai Đình Trị, thầy Lê Tiến Dũng cơng tác phịng Hóa học hợp chất có hoạt tính sinh học giúp đỡ em q trình làm khóa luận Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Anh Tiến công tác trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh tận tình giúp đỡ em trình làm khóa luận Em xin cảm ơn q thầy khoa Hóa học, trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh hết lịng truyền đạt kiến thức quý báu để em có tảng tri thức hôm Tôi xin gửi lời cảm ơn thân đến bạn sinh viên lớp Cử nhân Hóa học khóa 34 trường đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh bạn trường đại học Cơng Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh nhiệt tình, động viên giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận Cảm ơn bạn cho khoảng thời gian với nhiều kỉ niệm đẹp thời sinh viên Con vô biết ơn cha mẹ giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện từ vật chất đến tinh thần cho học tập, nghiên cứu hồn thành khố luận Xin chân thành cảm ơn! Vũ Hồng Dung MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HYDROTALCITE 10 1.1 Giới thiệu[1][2][8][9][11] 10 1.2 Đặc điểm[1][2][8][9][11] 11 1.2.1 Công thức tổng quát 11 1.2.2 Cấu tạo 11 1.2.3 Đặc điểm 12 1.3 Tính chất[1][2][8][11] 13 1.3.1 Tính trao đổi ion 13 1.3.2 Tính hấp phụ[12][14] 14 1.4 Điều chế[1][2][8][11] 14 1.4.1 Phương pháp muối-oxit 15 1.4.2 Phương pháp xây dựng lại cấu trúc 15 1.4.3 Phương pháp đồng kết tủa 15 1.5 Các phương pháp biến tính[13] 16 1.5.1 Phương pháp trao đổi ion 16 1.5.2 Phương pháp đồng kết tủa 17 1.5.3 Phương pháp tái tạo lại cấu trúc 17 1.5.4 Nhiệt nóng chảy 18 1.5.5 Phương pháp sol-gel 18 1.5 Ứng dụng[1][2][8][11] 18 1.5.1 Hydrotalcite dùng làm vật liệu hấp phụ 18 1.5.2 Các ứng dụng khác 19 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO 21 2.1 Kích thước nano[4] 21 2.2 Vật liệu nano[4][5][6] 21 2.3 Phương pháp điều chế vật liệu nano[4][5][6] 21 2.3.1 Phương pháp từ xuống 22 2.3.2 Phương pháp từ lên 22 2.3.2.1 Phương pháp vật lý 22 2.3.2.2 Phương pháp hóa học 23 2.3.2.3 Phương pháp kết hợp 26 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT DÙNG 27 TRONG NGHIÊN CỨU 27 3.1 Nhiễu xạ tia X (XRD)[7][11] 27 3.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)[7][11] 28 3.3 Kính hiển vi điện tử truyền (TEM)[7][11] 29 3.4.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)[3][7][11] 29 3.5 Kỹ thuật ultrasonic (sóng siêu âm)[11] 29 3.6 Kỹ thuật microwave (sóng viba)[11] 29 CHƯƠNG 4: PHẦN THỰC NGHIỆM 31 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 31 4.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 31 4.1.1.Hóa chất 31 4.1.2.Dụng cụ 32 4.1.3 Thiết bị 32 4.2 Thực nghiệm 32 4.2.1 Điều chế hydrotalcite 32 a Điều chế hydrotalcite siêu âm già hóa microwave (HTU) 32 b Điều chế HT điều kiện khơng siêu âm già hóa hệ thống đun hoàn lưu (HTT) 36 4.2.2.Biến tính hydrotalcite 36 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 38 5.1 Xác định tính chất hóa lý sản phẩm HT vừa điều chế 39 Mẫu sau điều chế phân tích nhiểu xạ XRD, IR, SEM, TEM, để xác định cấu trúc tính chất hóa lý 39 5.1.1 Phổ XRD 39 5.1.2 Phổ IR 41 5.1.3 Phổ SEM TEM 42 5.2 Khảo sát khả biến tính HT (HT-C12) 44 5.2.1 Phổ XRD 44 5.2.2 Phổ IR 46 5.2.3 Phổ SEM 48 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 6.1 Kết luận 50 6.2 Kiến nghị 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Khống sét HT .10 Hình 1.2: Bột HT tổng hợp 11 Hình 1.3: Cấu tạo lớp HT .12 Hình 1.4: Hình dạng cấu trúc lớp HT 12 Hình 1.5:Mơ tả q trình biến tính HT phương pháp trao đổi ion 17 Hình 1.6: Mơ tả q trình biến tính phương pháp tái tạo lại cấu trúc 18 Hình 2.1: Cơ chế hình thành phát triển hạt nano dung dịch 23 Hình 2.2: Sự hình thành phát triển lỗ hổng lòng chất lỏng tác dụng sóng siêu âm 25 Hình 3.1: Sự phản xạ bề mặt tinh thể 27 Hình 3.2: AXS D8 ADVANCE 28 Hình 3.3: Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV .28 Hình 3.4: Kính hiển vi điện tử truyền qua TECNAI T20 29 Hình 4.1: Sơ đồ tổng hợp HT 33 Hình 4.2: Hệ thống điều chỉnh siêu âm 34 Hình 4.3: Hệ thống già hóa HT microwave 35 Hình 4.4: Cốc đựng dung dịch kết tủa sau già hóa 35 Hình 4.5: Sản phẩm HTU .36 Hình 4.6: Hệ thống điều chế khơng siêu âm già hóa đun hồn lưu .36 Hình 4.7: Sơ đồ quy trình biến tính HT 37 Hình 4.8: Hệ thống biến tính HT 38 Hình 4.9: HT sau biến tính axit lauric .38 Hình 4.10: Cơng thức hóa học axit lauric .38 Hình 5.1: Phổ XRD HTU 39 Hình 5.2: Phổ XRD HTT 39 Hình 5.3: Phổ IR mẫu HTU 41 Hình 5.4: Phổ IR HTT .41 Hình 5.5: Hình SEM HTU HTT 42 Hình 5.6: Ảnh TEM mẫu HTU 42 Hình 5.7:Q trình phân tán hịa tan .43 Hình 5.8: Cơng thức cấu tạo CTAB 44 Hình 5.9: Phổ XRD HT-C12 45 Hình 5.10: Phổ XRD HT HT-C12 45 Hình 5.11:Phổ IR HT-C12 46 Hình 5.12: Hình IR chồng phổ HT HT-C12 46 Hình 5.13: Phổ SEM HT-C12 48 Hình 5.14: Cơng thức cấu tạo SDS .48 KÍ HIỆU VIẾT TẮT HT: hydrotalcite trước nung HTC: hydrotalcite sau nung SDS : sodium dodecylsulphate CTAB: chất hoạt động bề mặt HTU: hydrotalcite điều chế phương pháp siêu âm vi sóng HTT: hydrotalcite điều chế điều kiện thường HT-C12: hydrotalcite biến tính axit lauric DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC Phụ lục 5.1: Phổ XRD HTU Phụ lục 5.2: Phổ XRD HTT Phụ lục 5.3: Phổ IR mẫu HTU Phụ lục 5.4: Phổ IR HTT Phụ lục 5.9: Phổ XRD HT-C12 Phụ lục 5.10: Phổ XRD HT vàHT-C12 Phụ lục 5.11: Phổ IR HT-C12 Phụ lục 5.12: Phổ IR chồng phổ HT HT-C12 Áp dụng cơng thức Scherrer ta tính kích thước hạt HT-C12 d= 0,89 x1,5406 = 318,31A = 31,8nm 0,0043x cos1,3775 5.2.2 Phổ IR Kết phổ IR sau biến tính anion laurat Hình 5.11:Phổ IR HT-C12 Hình 5.12: Hình IR chồng phổ HT HT-C12 Phổ IR HT-C12: - Các dãy hấp thụ vùng 3600-3200cm-1cường độ mạnh 3477,53cm-1 đặc trưng cho liên kết OH lớp nước cấu trúc brucite - Các dãy hấp thụ 2956,90cm-1; 2924,11cm-1; 2853,73cm-1 đặc trưng liên kết CH - Dãy hấp thụ 1564,98cm-1 đặc trưng cho liên kết COO- - Các dãy hấp thụ 1465,04cm-1; 1413,70cm-1; 1370,76cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng bất đối xứng đối xứng liên kết CH - - Các dãy hấp thụ 674,92cm-1; 448,99cm-1 đặc trưng dao động kéo giãn liên kết Mg-OH Al-OH So sánh phổ IR HTU (HTT) HT-C12 - Giống nhau: • Đều có dãy hấp thụ 3600-3200cm-1 đặc trưng liên kết O-H • Đều có dãy hấp thụ 680-450cm-1 đặc trưng liên kết Mg-OH Al-OH - Khác nhau: HTU (HTT) • HT-C12 Dãy hấp thụ 1646,54cm-1 đặc trưng liên kết H-O-H • Dãy hấp • Các dãy hấp thụ2956,90cm-1; 2924,11cm-1; 2853,73cm-1 đặc trưng thụ 1371,33cm-1; liên kết C-H 1008,21cm-1 đặc trưng liên kết C=O • Dãy hấp thụ 1564,98cm-1 đặc trưng C-O nhóm CO 2- liên kết COO- • Các dãy hấp phụ 1465,04cm-1 ; 1413,70cm-1; 1370,76cm-1 đặc trưng liên kết CH - Qua kết hai phổ tia XRD IR nói ion CO 2- thay ion C 11 H 23 COO- có kích thước lớn làm cho khoảng cách lớp tăng lên từ d 003 khoảng 8Å tăng lên khoảng 32Å Đồng thời làm cho kích thước hạt tăng lên đáng kể 5.2.3 Phổ SEM Hình 5.13: phổ SEM HT-C12 Ảnh SEM HT-C12 cho ta thấy kích thước tinh thể lớn khoảng 60-80nm, đồng đều, độ phân tán cao Bằng phương pháp phân tích phổ đưa kết luận chung sau: Đã biến tính thành cơng HT ion laurat, làm tăng khoảng cách lớp xen lên từ 8Å lên 32Å, làm tăng kích thước hạt từ 30-40nm lên 60-80nm Tác dụng chất hoạt động bề mặt SDS q trình biến tính: - SDS chất hoạt động bề mặt anion Hình 5.14: Cơng thức cấu tạo SDS - Cấu tạo: đuôi hydrocacbon 12 nguyên tử cacbon kị nước, đầu sulphate mang điện tích âm phần ưa nước - Nguyên tắc hoạt động: cho SDS vào nước chúng làm giảm sức cân bề mặt nước xuống tạo điều kiện cho trính trao đổi ion laurat cacbonat dễ dàng HT ban đầu chưa biến tính chất ưa nước, sau biến tính tạo thành HT ưa dầu, ứng dụng dùng hấp phụ chất dầu HT ban đầu có anion xen CO 2- nhóm ưa nước, sau biến tính HT có anion xen C 11 H 23 COO- nhóm kị nước CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Trên sở kết thu q trình hồn thành luận văn, đưa kết luận sau: - Bằng phương pháp đồng kết tủa siêu âm già hóa microwave điều chế hydrotalcite kích thước hạt khoảng từ 30-40nm - Bằng phương pháp đồng kết tủa điều kiện thường già hóa cách đun hồi lưu điều chế hydrotalcite kích thước lớn - Đã biến tính hydrotalcite anion laurat làm tăng khoảng cách lớp xen d 003 khoảng 8Å đến khoảng 32Å, kích thước hạt tăng lên từ 30-40nm tăng lên khoảng 60-80nm 6.2 Kiến nghị Với kết thu kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp vấn đề sau: - Nghiên cứu sử dụng loại tiền chất khác, M(II): Cu2+, Co2+, Zn2+…, M(III): Cr3+, Ga3+, Fe3+… ion xen giữa: SO 2-, Cl-, NO -, ion hữu cơ…nhằm đa dạng hóa nguồn nguyên liệu - Thử nghiệm thay đổi tần số siêu âm công suất microwave, phương pháp điều chế khác (sol- gel, vi nhủ…) để tạo hydrotalcite có kích thước nano nhỏ đồng - Khảo sát khả hấp thụ thuốc nhuộm hydrotalcite điều chế điều kiện khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Thị Từ Ái (2000), “Hoạt tính xúc tác hydrotalcite phản ứng chuyển nhượng hydro hợp chất cacbonyl ancol”, luận văn thạc sĩ hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Việt Anh (2011), “Điều chế hydrotalcite từ nước ót khảo sát hấp phụ photphat”, trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Tiến Cơng (2009), giáo trình “Một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử”, trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh [4] Đặng Mậu Dâng (2011), “Nghiên cứu chế tạo nano sắt phương pháp hóa học”, trường Đại học Cơng Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Hoàng Hải (2007), “Hạt nano kim loại”, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [6] Nguyễn Hoàng Hải (2010), “Chế tạo hạt nano oxyd sắt từ tính”, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [7] Phan Thị Hồng Oanh (2010-2011), giáo trình “Phân tích cấu trúc vật liệu vô cơ”, trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh [8] Nguyễn Thị Mai Thơ (2006), “Điều chế hydrotalcite nghiên cứu ứng dụng sử lý asen nước”, luận văn thạc sĩ hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Thị Mai Thơ, Bùi Quang Cư, Bùi Quang Minh, Tăng Bá Quang, nguyễn Duy Linh (2008), “Loại bỏ Asenate ion (AsO 3-) nước Hydrotalcite”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ [10] Nguyễn Thị Xn Trinh (2009), “Tổng hợp hydrotalcite từ MgCl FeCl Khảo sát tính chất hóa lý nó”, luận văn thạc sĩ hóa học [11] Huỳnh Thị Thanh Tuyền (2010), “Tổng hợp hydrotalcite phương pháp siêu âm, microwave khảo sát tính chất hóa lý chúng”, luận văn thạc sĩ hóa học, trường Đại học Cần Thơ Tiếng Anh [12] Cobden and R.W van der brink (2005), “Hydrotalcite as CO2 sorbent for sorption enhanced steam reforing of methan, Industrial and engneering chemistry research” ECN-RX, 05-122 [13] Nontete Suzan Nhlapo (2008), “Intercalation of fatty acids into layered double hydroxide”, In the Department of ChemistryFaculty of Natural and Agricultural SciencesUniversity of PretoriaPretoria [14].Norhiro Murayama, Junji shibata (2005), “Synthesis of hydrotalcite – like material from various waster in aluminium regeneration process”, Kaisai University PHỤ LỤC Phụ lục 5.1: Phổ XRD HTU Phụ lục 5.2: Phổ XRD HTT Phụ lục 5.3: Phổ IR HTU Phụ lục 5.4: Phổ IR HTT Phụ lục 5.9: Phổ XRD HT-C12 Phụ lục 5.10: Phổ XRD HT HT-C12 Phụ lục 5.11: Phổ IR HT-C12 Phụ lục 5.12: Phổ IR chồng phổ HT HT-C12 ... (microwave) - Điều chế HT điều kiện bình thường phịng già hóa đun hồn lưu - Xác định đặc tính hóa lý HT hai cách điều chế So sánh hai phương pháp điều chế - Khảo sát biến tính HTbằng anion laurat 4.1... PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC *  * KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa vơ TÊN ĐỀ TÀI ĐIỀU CHẾ VÀ BIẾN TÍNH HYDROTALCITE BẰNG ANION LAURAT GVHD: ThS NGUYỄN THỊ MAI THƠ SVTH:... Điều chế hydrotalcite 32 a Điều chế hydrotalcite siêu âm già hóa microwave (HTU) 32 b Điều chế HT điều kiện không siêu âm già hóa hệ thống đun hồn lưu (HTT) 36 4.2.2.Biến