Tổng hợp rây phân tử bát diện OMS - 2 theo hai phương pháp thủy nhiệt và hồi lưu nhiệt khảo sát khả năng oxi hóa trên clorobenzen
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -------------- ĐINH NGUYỄN NHỰT TÂN TỔNG HỢP RÂY PHÂN TỬ BÁT DIỆN OMS-2 THEO HAI PHƯƠNG PHÁP: HỒI LƯU NHIỆT VÀ THỦY NHIỆT. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG OXI HÓA TRÊN CLOROBENZEN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Người hướng dẫn Th.S: DIỆP KHANH NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên SV: ĐINH NGUYỄN NHỰT TÂN Ngày, tháng, năm sinh: 25/10/1990 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Hóa học. MSSV: 0852010150 Nơi sinh: Bến Tre I. TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp rây phân tử bát diện OMS-2 theo hai phương pháp: thủy nhiệt và hồi lưu nhiệt. Khảo sát khả năng oxi hóa trên clorobenzen. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng hợp rây phân tử bát diện OMS-2 theo hai phương pháp: thủy nhiệt và hồi lưu nhiệt. Khảo sát khả năng oxi hóa trên clorobenzen III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 12/03/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/07/2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Diệp Khanh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày tháng năm 2012 SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, gần 90% quá trình chuyển hóa hóa học có sự dụng xúc tác dị thể pha rắn. Việc sử dụng xúc tác dị thể pha rắn này mang lại nhiều lợi ích như: dễ dàng tự động hóa công nghệ, dễ dàng tách ra hỗn hợp sau phản ứng và có thể được tái sử dụng nhiều lần nên rất thân thiện môi trường và tiết kiệm chi phí sản xuất. Tùy thuộc vào bản chất của phản ứng hóa học mà người ta sử dụng các xúc tác rắn có đặc tính phù hợp. Đối với các xúc tác có hoạt tính oxi hóa thì OMS-2 là một sự lựa tốt cho các nhà nghiên cứu vì bên cạnh việc OMS-2 có hoạt tính oxi hóa cao thì còn một lý do nữa đó là việc tổng hợp OMS-2 khá dễ dàng. Có nhiều nghiên cứu ở trên thế giới đã chứng minh được khả năng này của OMS-2. Ở Việt Nam, xúc tác OMS-2 được nghiên cứu như một chất oxi hóa tốt cho các phản ứng tổng hợp cũng như oxi hóa các hợp chất hữu cơ, nó có khả năng oxi hóa hoàn toàn các hợp chất dễ bay hơi như ethanol, methanol,CO, đặc biệt là các hợp chất vòng thơm thành CO 2 và H 2 O. Clorobenzen nói riêng và các hợp chất hữu cơ chứa clo nói chung đã đang và sẽ tiếp tục có ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe của con người. Clorobenzen không chỉ là chất ô nhiễm mà còn là một kiểu mẫu phân tử đơn giản của những hợp chất hóa học tương tự Dioxin, đó là những hợp chất có thể bị phân hủy bằng cách oxi hóa có xúc tác. Như chúng ta đã biết Dioxin, polyclorua dibenzodioxin (PCDD) và polyclorua dibenzofuran (PCDF), là sản phẩm sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có chứa clo được Cơ quan Môi trường Mỹ (US-EPA) xác định là chất có khả năng gây ung thư. Sự tồn tại của chúng là tất yếu do chưa có các hóa chất thay thế. Do đó, việc hạn chế cũng như xử lý triệt để các chất thải có chứa clo đặt ra một nhu cầu cấp bách cho các nhà khoa học. Trong đồ án này,tôi tiến hành tổng hợp rây phân tử bát diện OMS-2 theo hai phương pháp : hồi lưu nhiệt và thủy nhiệt và tiến hành khảo sát khả năng oxi hóa trên clorobenzen. Nội dung đồ án: Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu - Tổng hợp các mẫu xúc tác OMS-2 bằng hai phương pháp hồi lưu nhiệt và thủy nhiệt. - Khảo sát các đặc trưng hóa lí của xúc tác được thực hiện bằng phương pháp đo nhiễu xạ X (XRD) , hồng ngoại IR và diện tích bề mặt riêng BET. - Tiến hành khảo sát khả năng oxi hóa clorobenzen trên hai mẫu xúc tác tổng hợp được. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc,tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Th.S Diệp Khanh đã giao đề tài,truyền thụ kiến thức và tận tình chỉ bảo giúp tôi có những định hướng đúng trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đề tài này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô trong Khoa Hóa học và Công nghệ Thực Phẩm đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đồ án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô Trường Đại học Bà rịa Vũng tàu đã truyền thụ cho tôi những kiến vô cùng quý giá trong bốn năm Đại học và đây là hành trang vô cùng quý giá cho tôi bước vào đời. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến K.S Nguyễn Chí Thuần đã giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện đồ án này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Đinh Nguyễn Nhựt Tân. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TÓM TẮT Xúc tác mangan oxit rây phân tử bát diện (OMS) là một vật liệu xúc tác có tính oxi hóa mạnh, được tổng hợp dễ dàng từ các tiền chất vô cơ rẻ tiền. Trong phần nghiên cứu này, tôi tiến hành tổng hợp xúc tác OMS-2 bằng hai phương pháp: hồi lưu nhiệt và thủy nhiệt. Các đặc tính hóa lý của xúc tác được xác định bằng các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), hồng ngoại (IR), BET. Sau đó tiến hành khảo sát tính oxi hóa của OMS-2 bằng cách tiến hành oxi hóa clorobenzen, kết quả thu được cho thấy hiệu suất chuyển hóa của mẫu xúc tác tổng hợp theo phương pháp thủy nhiệt là 99,05 % so với phương pháp hồi lưu nhiệt là 77,64 %. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT . ii MỤC LỤC iii TỪ VIẾT TẮT . iv DANH SÁCH BẢNG v DANH SÁCH HÌNH vi LỜI MỞ ĐẦU . vii CHƯƠNG I. TỔNG QUAN . 1 1.1. Vật liệu OMS . 1 1.1.1. Cấu trúc của OMS . 1 1.1.2. Tính chất của OMS . 5 1.1.2.1. Khả năng trao đổi kim loại . 5 1.1.2.2. Khả năng hấp phụ 5 1.1.2.3. Khả năng xúc tác . 5 1.1.3. Ứng dụng thực tế của OMS-2 6 1.1.3.1. Hợp chất bán dẫn trong pin 6 1.1.3.2. Quá trình oxi hấp phụ 6 1.1.3.3.Quá trình xử lí khí và nước thải 6 1.1.4. Các phương pháp tổng hợp OMS-2 7 1.1.4.1. Phương pháp hồi lưu nhiệt . 7 1.1.4.2. Phương pháp thủy nhiệt . 8 1.1.4.3.Phương pháp sol-gel . 9 1.2. Clorobenzen 10 1.2.1. Một vài tính chất của clorobenzen .10 1.2.2. Tình hình sản xuất và sử dụng clorobenzen .11 1.2.3. Tác hại của clorobenzen .12 1.2.4. Các phương pháp xử lí clorobenzen 13 1.2.4.1. Phương pháp hấp thụ .13 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu 1.2.4.2. Phương pháp hấp phụ 13 1.2.4.3. Phương pháp đốt trực tiếp ở nhiệt độ cao .14 1.2.4.4. Phương pháp đốt có sử dụng xúc tác 15 CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM 16 2.1.Tổng hợp vật liệu .16 2.1.1.Hóa chất và dụng cụ 16 2.1.2.Cách tính toán điều chế xúc tác .17 2.1.3.Tổng hợp xúc tác .18 2.1.3.1.Phương pháp thủy nhiệt .18 2.2.3.2.Phương pháp hồi lưu nhiệt .18 2.1.4. Xử lí nhiệt cho xúc tác 18 2.1.5. Khảo sát đặc trưng hóa lí của xúc tác .18 2.1.5.1.Đo nhiễu xạ tia X .18 2.1.5.2. Đo hồng ngoại IR .20 2.1.5.3. Diện tích bề mặt riêng BET 22 2.2.Nghiên cứu khả năng oxi hóa clorobenzen bằng OMS-2 .24 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 27 3.1. Tổng hợp vật liệu .27 3.1.1. Giản đồ phân tích nhiễu xạ tia X .27 3.2.2. Giản đồ hồng ngoại IR .30 3.2.3. Diện tích bề mặt riêng BET 32 3.2.Khả năng oxi hóa clorobenzen bằng OMS-2 .33 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 36 4.1. Kết luận 36 4.2. Đề nghị 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của OMS-1 và OMS-2 2 Bảng 1.2: Công thức cấu tạo của các loại khoáng thuộc họ OMS 3 Bảng 1.3: Một số ứng dụng của vật liệu xúc tác OMS .7 Bảng 1.4:Một vài thông số vật lí của clorobenzen 11 Bảng 3.1:Diện tích bề mặt riêng của xúc tác OMS-2 được điều chế theo hai phương pháp 32 Bảng 3.2.:Độ chuyển hóa clorobenzen ở các nhiệt độ khác nhau .34 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1:Các kiểu liên kết của vật liệu OMS .1 Hình 1.2:Mô hình cấu trúc của OMS-1 2 Hình 1.3: Mô hình cấu trúc của OMS-2 .2 Hình 1.4:Cấu trúc của một số vật liệu thuộc họ OMS 4 Hình 1.5: Cấu trúc của Crytomelan và Hollandite c Hình 1.6:Sơ đồ tổng hợp OMS-2 theo phương pháp hồi lưu 8 Hình 1.7:Sơ đồ tổng hợp OMS-2 theo phương pháp thủy nhiệt 9 Hình 1.8:Sơ đồ tổng hợp OMS-2 theo phương pháp sol-gel .10 Hình 1.9:Cấu trúc clorobenzen 10 Hình 2.1:Quá trình hình thành OMS-2 phụ thuộc pH và nhiệt độ 17 Hình 2.2:Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể 20 Hình 2.3: Sơ đồ phản ứng dòng vi lượng .25 Hình 3.1:Các mũi chuẩn XRD của OMS-2 27 Hình 3.2:Giản đồ XRD của OMS-2 điều chế theo phương pháp thủy nhiệt 28 Hình 3.3:Giản đồ XRD của OMS-2 điều chế theo phương pháp hồi lưu nhiệt .29 Hình 3.4:Các mũi IR đặc trưng của họ Hollandite .30 Hình 3.5: Giản đồ IR của OMS-2 điều chế theo phương pháp thủy nhiệt .31 Hình 3.6: Giản đồ IR của OMS-2 điều chế theo phương pháp hồi lưu nhiệt .32 Hinh 3.7:Đồ thị biểu diễn độ chuyển hóa của OMS-2 theo nhiệt độ .34