Tìm hiểu phương pháp nghiên cứu cấu trúc xốp của vật liệu mao quản

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Giảng viên hướng dẫn : Ts PHẠM ĐÌNH DŨ Sinh viên thực hiện: BÙI THỊ KIM NHỚ Lớp : C11HO02 Khoá : I Bình Dương, tháng năm 2014 TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngày nay, nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ, cơng nghiệp hố học, người ta thường gặp loại vật liệu vơ có cấu trúc mao quản gọi chung vật liệu mao quản (VLMQ) Nhờ hệ thống mao quản bên phát triển mà VLMQ có nhiều tính chất hố lý đặc biệt, thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học công nghệ thuộc nhiều ngành khác hoá học, vật lý, hoá lý, hoá dầu, luyện kim, sinh học,… Theo phân loại IUPAC, vật liệu có mao quản chia làm ba nhóm sở kích thước mao quản nó: vật liệu mao quản nhỏ có đường kính mao quản d < nm, vật liệu mao quản trung bình có ≤ d ≤ 50 nm, vật liệu mao quản lớn có d > 50 nm Ngày nay, ứng dụng vật liệu có mao quản lớn tương đối hạn chế diện tích bề mặt thấp kích thước mao quản khơng đồng Trong có nhiều nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng hai loại vật liệu có mao quản nhỏ trung bình để tìm kiếm ứng dụng xúc tác, hấp phụ tách chất Zeolit loại vật liệu rây phân tử mao quản nhỏ nhận quan tâm nhiều nhà khoa học chúng có cấu trúc tinh thể với đồng cao phương diện cấu trúc kích thước mao quản, có diện tích bề mặt lớn, có cường độ lượng tâm axit cao tạo mạng aluminosilicat Do tính chất trên, zeolit sử dụng thành công làm chất xúc tác cơng nghiệp lọc-hố dầu (cracking, reforming…), tách chất, đặc biệt phân tử có kích thước động học nhỏ 10 Ǻ Cho dù có tính chất xúc tác hấp phụ đặc biệt thế, zeolit vật liệu mao quản nhỏ có nhiều hạn chế tác nhân phản ứng có kích thước phân tử lớn kích thước mao quản vật liệu Để khắc phục giới hạn cố hữu zeolit, vào 1992 nhà nghiên cứu hãng Mobil phát họ vật liệu rây phân tử mao quản trung bình trật tự silicat Phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp, người ta nhận họ vật liệu gọi M41S bao gồm ba dạng cấu trúc: pha lục lăng MCM-41, pha lập phương MCM-48 pha lớp MCM-50 Sau họ vật liệu này, loại vật liệu mao quản trung TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí bình trật tự HMS (Hexagonal Mesoporous Silica), MSU-x (Michigan State Univesity), SBA-15 SBA-16 (Santa Barbara Acid),… xuất Người ta hy vọng vật liệu mao quản trung bình trật tự (MQTBTT) chất xúc tác, chất mang có triển vọng nhiều cơng nghệ hố học Ví dụ như, chế tạo chất xúc tác cracking cho dầu cặn nặng (chứa nhiều hydrocacbon phân tử lớn), từ vật liệu mao quản trung bình trật tự (MCM-41, SBA-15…) Các cơng nghệ hố dầu, tổng hợp hữu cơ, chế tạo dược phẩm, chế phẩm bảo vệ thực vật, xử lý môi trường, v.v… cần loại xúc tác có nhóm chức bề mặt hoạt động chọn lọc để chuyển hoá xử lý phân tử lớn “cồng kềnh” Thực vậy, người ta xem vật liệu MQTBTT nhà rộng chủ (the host) dễ dàng tiếp đón “đại gia” (các phân tử lớn-the guest), tạo tiếp xúc (tương tác) thuận lợi chủ khách (guest-host interaction-thuật ngữ dùng phổ biến lĩnh vực xúc tác dị thể) để tạo thành (sản phẩm phản ứng) mà từ trước đến khó khơng thể thực vật liệu zeolit Vì vậy, lĩnh vực xúc tác, cấu trúc VLMQ hệ trọng, chúng đảm bảo cho chất xúc tác đạt hoạt tính cao độ chọn lọc cao Chẳng hạn, nhiệt độ thấp phản ứng xúc tác xảy vật liệu có mao quản nhỏ Ngược lại, nhiệt độ cao phản ứng xúc tác tiến hành bề mặt mao quản trung bình mao quản lớn Như vậy, việc sử dụng chất xúc tác chất hấp phụ phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mao quản bên vật liệu Xuất phát từ lý đó, chúng tơi chọn đề tài “Tìm hiểu phương pháp nghiên cứu cấu trúc xốp vật liệu mao quản” TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thơng tin, tìm kiếm tài liệu - Hệ thống lại kiến thức, Nội dung đề tài - Tìm hiểu cấu trúc loại vật liệu có mao quản - Tìm hiểu phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ nitơ - Trình bày số ví dụ áp dụng phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ nitơ để xác định cấu trúc xốp vật liệu mao quản TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỜI CẢM ƠN Để có điều kiện thực Khóa luận Tốt nghiệp hồn thành chương trình học năm trường Đại học Thủ Dầu Một em nhận dạy tận tình với kinh nghiệm quý báu từ thầy cô trường Đại học Thủ Dầu Một Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Ban Giám Hiệu quý Thầy (Cô) trường Đại học Thủ Dầu Một tạo cho em môi trường học tập tích cực vui vẻ Em xin gửi lời cám ơn tới thầy, cô trường Đại Học THỦ DẦU MỘT thuộc mơn Hóa, khoa Khoa Học Tự Nhiên, người dạy dỗ em kiến thức, cách nghiên cứa Giúp đỡ bảo em suốt q trình học tập Em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, tiến sĩ Phạm Đình Dũ, hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em nhiều trình viết khóa luận Cuối em gửi lời cám ơn gia đình, người bạn ln động viên, quan tâm em suốt trình học tập Xin chân thành cảm ơn! Bùi Thị Kim Nhớ TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí NHẬN XÉT Của giảng viên hướng dẫn TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí NHẬN XÉT Của giảng viên phản biện TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG Trang Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN 1.1 Khái niệm phân loại vật liệu mao quản 1.2 Vật liệu vi mao quản-zeolite 1.2.1 Khái niệm phân loại 1.2.2 Cấu trúc zeolite 1.2.3 Giới thiệu số loại zeolite 1.2.3.1 ZSM-5 1.2.3.2 Mordenit 1.3 Vật liệu mao quản trung bình (MQTB) trật tự 1.3.1 Giới thiệu chung 1.3.2 Phân loại Error ! Bookmark not defined 1.3.2.1 Phân loại theo cấu trúc 1.3.3 Tổng hợp vật liệu mao quản trung bình 1.3.4 Cơ chế hình thành vật liệu MQTB trật tự 11 1.3.4.1 Cơ chế templat tinh thể lỏng (Liquid Crystal Template) 11 1.3.4.2 Cơ chế xếp kiểu silicat 12 1.3.4.3 Cơ chế phù hợp mật độ điện tích chế phiến gấp 13 1.3.4.4 Cơ chế chèn vào tinh thể lỏng (Silica Liquid Crystal) 14 1.3.3.5 Cơ chế templat tổng quát 15 1.3.5 Giới thiệu số loại vật liệu MQTB trật tự điển hình 16 1.3.5.1 MCM-41 16 TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 1.3.5.2 SBA-15 19 1.3.4.3 SBA-16 20 Chương PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN 23 2.1 Hiện tượng hấp phụ 23 2.2 Sự hấp phụ vật liệu mao quản 24 2.2.1 Sự hấp phụ mao quản nhỏ 24 2.2.2 Sự hấp phụ mao quản trung bình 24 2.3 Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ 25 2.4 Xác định bề mặt riêng theo phương pháp BET 28 2.5 Phương pháp đồ thị t 29 2.5.1 Vật liệu vi mao quản 30 2.5.2 Vật liệu mao quản trung bình 31 2.6 Phương pháp điểm I (I-point) 31 Chương XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT XỐP CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU MAO QUẢN Error ! Bookmark not defined 3.1 Vật liệu MCM-41 34 3.2 Vật liệu SBA-15 38 3.3 Vật liệu SBA-16 42 3.4 Kết Luận 45 KẾT LUẬN 47 TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Phân loại vật liệu mao quản theo IUPAC Bảng 1.2 Một số loại vật vật liệu MQTB trật tự tổng hợp từ chất định hướng cấu trúc khác Bảng 3.1 Dữ liệu hấp phụ nitơ 77K mẫu MCM-41 31 Bảng 3.2 Dữ liệu khử hấp phụ nitơ 77K mẫu MCM-41 32 Bảng 3.3 Tính chất xốp mẫu MCM-41 34 Bảng 3.4 Dữ liệu hấp phụ nitơ 77K mẫu SBA-15 35 Bảng 3.5 Dữ liệu khử hấp phụ nitơ 77K mẫu SBA-15 36 Bảng 3.6 Tính chất xốp mẫu SBA-15 39 Bảng 3.7 Dữ liệu hấp phụ nitơ 77K mẫu SBA-16 39 Bảng 3.8 Dữ liệu khử hấp phụ nitơ 77K mẫu SBA-16 40 Bảng 3.9 Tính chất xốp mẫu SBA-16 42 TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 35 0.468850361 448.8239 0.991362927 462.3306 0.519370678 450.2732 0.995985398 464.2851 Bảng 3.2 Dữ liệu khử hấp phụ nitơ 77K mẫu MCM-41 Thể tích hấp phụ Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ (P/Po) (cm3/g, STP) (P/Po) (cm3/g, STP) 0.974507089 460.5185 0.581745904 456.0935 0.932574848 457.6676 0.533018318 455.3262 0.906759627 457.1088 0.499772711 454.3902 0.882071825 456.7682 0.450038524 451.6738 0.856461575 456.7086 0.400513373 448.7024 0.831969128 456.7394 0.352582413 442.1399 0.806459879 456.823 0.297768535 333.923 0.781774265 456.8958 0.249814612 283.7499 0.732682664 456.872 0.203403285 264.5316 0.681803471 456.7178 0.144959256 240.5793 0.631276254 456.4254 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) Áp suất tương đối 500 450 400 350 300 250 200 HÊp phơ Khư hÊp phơ 150 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 p suất t- ơng đối (P/Po) TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 36 Hình 3.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ nitơ mẫu MCM-41 Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương trình BET để xác định diện tích bề mặt SBET vật liệu MCM-41, kết trình bày hình 3.2 0.0010 (a) 0.0013 (b) 0.0008 P/[V(Po-P)] P/[V(Po-P)] 0.0012 y = 0.004643x + 0.000039 R = 0.999528 0.0006 0.0004 0.0011 y = 0.003791x + 0.000179 R = 0.976078 0.0010 0.0009 0.0008 0.0002 0.0007 0.0000 0.00 0.05 0.10 0.15 0.14 0.20 0.16 0.18 0.20 P/Po 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 P/Po Hình 3.2 Đồ thị xác định SBET mẫu MCM-41: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương pháp điểm I để xác định diện tích bề mặt riêng (SI) vật liệu MCM-41, kết trình bày hình 3.3 1600 (a) 1400 V[1-(P/Po)]/(P/Po) 12000 10000 8000 6000 I-point 4000 V[1-(P/Po)]/(P/Po) 14000 (b) 1200 I-point 1000 800 600 400 200 2000 0 -200 -2000 50 100 150 200 250 300 V[1-(P/Po)] 50 100 150 200 250 300 V[1-(P/Po)] Hình 3.3 Đồ thị xác định SI mẫu MCM-41: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 37 Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương pháp đồ thị t với t tính theo biểu thức (2.3) để xác định vi mao quản MQTB vật liệu MCM-41, kết 500 (a) 500 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) 450 y = 0.850x + 445.5 R = 0.945 400 3 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) trình bày hình 3.4 350 300 250 200 150 100 y = 59.08x R = 0.989 50 (b) 450 y = 0.825x + 449.9 R = 0.907 400 350 300 250 200 10 12 14 16 18 20 22 o 10 12 14 16 18 o t (A ) t (A ) Hình 3.4 Đồ thị t mẫu MCM-41: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Kết xác định tính chất xốp mẫu MCM-41 trình bày bảng 3.3 Bảng 3.3 Tính chất xốp mẫu MCM-41 Đường SBET SI St Sex Smes Vmic Vmes đẳng nhiệt (m2/g) (m2/g) (m2/g) (m2/g) (m2/g) (cm3/g) (cm3/g) 445.5 449.9 900.82* Hấp phụ 930.37 1234.33 913.97 13.15 1221.18** 917.22*** Khử phụ hấp 1234.14** 1097.23 1246.90 - 12.76 1084.47 *** (*): Smes = St – Sex; (**): Smes = SI – Sex; (***): Smes = SBET – Sex; (-): Khơng xác định TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 38 3.2 Vật liệu SBA-15 Dữ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ vật liệu SBA-15 trình bày bảng 3.4, bảng 3.5 hình 3.6 Bảng 3.4 Dữ liệu hấp phụ nittơ 77K mẫu SBA-15 Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ (P/Po) (cm3/g, STP) (P/Po) (cm3/g, STP) 0.010206741 134.9478 0.506389708 339.3839 0.030985938 166.0852 0.553852426 354.8833 0.0599798 188.5308 0.599450233 370.9701 0.076932435 198.2522 0.605418363 373.4206 0.099899055 209.4003 0.65408201 392.5414 0.110258861 213.9929 0.699644979 413.4239 0.120200764 218.1116 0.705719899 416.8695 0.139705229 225.7186 0.754242813 446.0483 0.160532964 233.3325 0.799253748 541.4145 0.181884423 240.6366 0.802383961 572.0207 0.201228485 247.0739 0.817109528 701.7806 0.208692557 249.4763 0.862786488 767.6438 0.248711623 262.0766 0.886453449 776.1343 0.303671035 278.6258 0.911159305 784.0004 0.310368979 280.6537 0.92436523 788.8138 0.356018045 294.1032 0.950401306 799.5072 TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 39 0.400295412 307.0496 0.974362404 812.3903 0.405880506 308.8249 0.981435581 817.766 0.452003735 322.4419 0.99054898 826.8822 0.499357402 336.8712 0.994838236 835.8766 Bảng 3.5 Dữ liệu khử hấp phụ nitơ 77K mẫu SBA-15 Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ (P/Po) (cm3/g, STP) (P/Po) (cm3/g, STP) 0.981089481 826.1294 0.639347588 385.2229 0.970084396 818.1265 0.597740685 367.6726 0.943984868 805.0088 0.55464844 352.2023 0.928073424 798.7355 0.502896617 334.9848 0.901798611 789.8085 0.450945872 317.5173 0.876457388 781.7505 0.399695041 302.1661 0.849927748 773.699 0.350864997 288.113 0.824681354 766.5412 0.301364218 273.9487 0.799698311 760.3768 0.252291016 259.5544 0.752924952 746.7773 0.20002101 243.6137 0.69956099 421.1497 0.140797875 223.6047 TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 40 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) 900 800 700 600 500 400 300 HÊp phơ Khư hÊp phơ 200 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ¸ p suÊt t- ơng đối (P/Po) Hỡnh 3.5 ng ng nhit hp phụ-khử hấp phụ nitơ mẫu SBA-15 Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương trình BET để xác định diện tích bề mặt SBET vật liệu SBA-15, kết trình bày hình 3.6 0.0011 0.0010 (a) 0.0016 0.0008 0.0007 0.0014 P/[V(Po-P)] P/[V(Po-P)] 0.0009 (b) y = 0.004810x + 0.000049 R = 0.999962 0.0006 0.0012 y = 0.005236x - 0.000012 R = 0.999249 0.0010 0.0005 0.0008 0.0004 0.0003 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 P/Po 0.0006 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 P/Po Hình 3.6 Đồ thị xác định SBET mẫu SBA-15: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương pháp điểm I để xác định diện tích bề mặt riêng (SI) vật liệu SBA-15, kết trình bày hình 3.7 TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 41 14000 1400 (a) V[1-(P/Po)]/(P/Po) V[1-(P/Po)]/(P/Po) (b) 1200 12000 10000 8000 6000 I-point 4000 2000 1000 800 600 400 200 0 I-point -2000 25 50 75 100 125 150 175 200 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 V[1-(P/Po)] V[1-(P/Po)] Hình 3.7 Đồ thị xác định SI mẫu SBA-15: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương pháp đồ thị t với t tính theo biểu thức (2.3) để xác định vi mao quản MQTB vật liệu SBA-15, kết trình bày hình 3.8 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) (a) 800 700 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) 900 600 y = 35.89x + 105.3 R = 0.999 500 400 300 200 y = 56.18x + 2.889 R = 0.999 100 0 10 900 (b) 800 700 600 500 y = 40.2153x + 72.9033 R = 0.9976 400 300 200 100 12 o t (A ) 14 16 18 20 22 10 12 14 16 18 20 o t (A ) Hình 3.8 Đồ thị t mẫu SBA-16: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Kết xác định tính chất xốp mẫu SBA-15 trình bày bảng 3.6 TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 42 Bảng 3.6 Tính chất xốp mẫu SBA-15 Đường đẳng SBET SI St Sex Smes+Smic Vmic Vmes nhiệt (m2/g) (m2/g) (m2/g) (m2/g) (cm3/g) (cm3/g) 2.9 102.4 - - (m2/g) 313.89* Hấp phụ 896.48 859.93 869.10 555.22 304.71** 341.26*** Khử hấp phụ 181.60** 833.84 803.73 - 622.13 211.71 *** (*): Smes+Smic = St – Sex; (**): Smes+Smic = SI – Sex; (***): Smes+Smic = SBET – Sex; (-): Không xác định 3.3 Vật liệu SBA-16 Dữ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ vật liệu SBA-16 trình bày bảng 3.7, bảng 3.8 hình 3.9 Bảng 3.7 Dữ liệu hấp phụ nitơ 77K mẫu SBA-16 Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ (P/Po) (cm3/g, STP) (P/Po) (cm3/g, STP) 0.00968814 156.1088 0.39904812 260.1849 0.02950878 182.8505 0.49798613 272.6062 0.06052882 201.6015 0.59742611 287.354 0.08194093 209.8114 0.69928876 336.7371 0.10150426 215.6749 0.83221887 370.6746 0.12247267 220.8848 0.86594122 371.2619 TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 43 0.14467187 225.5568 0.89167 371.7794 0.16633679 229.4867 0.90011222 372.0239 0.18759042 233.0392 0.92705516 372.4246 0.20962049 236.3485 0.96668548 373.1187 0.25013153 241.929 0.97951047 373.6412 0.30570327 248.9902 0.99085084 374.2036 0.99505261 374.8177 Bảng 3.8 Dữ liệu khử hấp phụ nitơ 77K mẫu SBA-16 Thể tích hấp phụ Áp suất tương đối Thể tích hấp phụ (P/Po) (cm3/g, STP) (P/Po) (cm3/g, STP) 0.9748095 374.3203 0.60277588 367.3701 0.93522246 373.5093 0.50125681 364.3726 0.90999478 372.9945 0.39778602 261.1673 0.90025947 372.7535 0.28243367 246.6864 0.87377642 372.4045 0.24841445 242.203 0.83404046 371.8839 0.2008357 235.4923 0.80071838 371.3677 0.1436076 225.7468 0.70367391 369.6651 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) Áp suất tương đối 400 350 300 250 200 HÊp phô Khư hÊp phơ 150 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 p suất t- ơng đối (P/Po) TS: Phm ỡnh Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 44 Hình 3.9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ nitơ mẫu SBA-16 Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương trình BET để xác định diện tích bề mặt SBET vật liệu SBA-16, kết trình bày hình 3.10 0.0014 (a) 0.0016 (b) 0.0014 0.0010 y = 0.005248x + 0.000002 R = 0.999017 0.0008 P/[V(Po-P)] P/[V(Po-P)] 0.0012 0.0006 0.0004 0.0002 y = 0.006128x - 0.000148 R = 0.998501 0.0012 0.0010 0.0008 0.0000 0.0006 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.14 0.25 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 P/Po P/Po Hình 3.10 Đồ thị xác định SBET mẫu SBA-16: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương pháp điểm I để xác định diện tích bề mặt riêng (SI) vật liệu SBA-16, kết trình bày hình 3.11 V[1-(P/Po)]/(P/Po) 14000 1400 (a) (b) 1200 12000 10000 8000 6000 I-point 4000 2000 V[1-(P/Po)]/(P/Po) 16000 1000 800 600 400 200 I-point -2000 30 60 90 120 150 180 210 V[1-(P/Po)] 50 100 150 200 V[1-(P/Po)] Hình 3.11 Đồ thị xác định SI mẫu SBA-16: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 45 Từ liệu hấp phụ-khử hấp phụ nitơ, áp dụng phương pháp đồ thị t với t tính theo biểu thức (2.3) để xác định vi mao quản MQTB vật liệu SBA-16, kết trình bày hình 3.12 400 350 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) (a) y = 16.13x + 168.5 R =1 300 ThĨtÝch hÊp phơ (cm /g, STP) 400 250 200 150 y = 42.13x + 59.08 R = 0.985 100 50 y = 2.394x + 349.1 R = 0.977 (b) 380 360 340 320 300 280 260 240 220 0 12 15 18 21 o 10 12 14 16 18 20 o t (A ) t (A ) Hình 3.12 Đồ thị t mẫu SBA-16: a Theo đường đẳng nhiệt hấp phụ; b Theo đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Kết xác định tính chất xốp mẫu SBA-16 trình bày bảng 3.9 Bảng 3.9 Tính chất xốp mẫu SBA-16 Đường SBET SI St Sex Smes+Smic Vmic Vmes đẳng nhiệt (m2/g) (m2/g) (m2/g) (m2/g) (m2/g) (cm3/g) (cm3/g) 59.08 109.42 - - 402.22* Hấp phụ 829.71 844.33 651.75 249.53 594.80** 580.18*** Khử phụ hấp 754.57** 728.43 791.61 - 37.04 691.39*** (*): Smes+Smic = St – Sex; (**): Smes+Smic = SI – Sex; (***): Smes+Smic = SBET – Sex; (-): Không xác định 3.4 Kết Luận TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 46 Đã nghiên cứu phương pháp tính tốn tính chất xốp vật liệu, bao gồm phương pháp BET, phương pháp điểm I phương pháp đồ thị t Kết xác định diện tích bề mặt riêng mẫu vật liệu, bao gồm MCM-41, SBA-15 SBA-16, thấy diện tích tính theo phương pháp đồ thị t (St) mẫu nhỏ so với phương pháp BET truyền thống (SBET) Đối với mẫu MCM-41 SBA-16, diện tích bề mặt riêng tính theo phương pháp điểm I (SI) cho kết lớn phương pháp BET; mẫu SBA-15 ngược lại, diện tích bề mặt tính theo phương pháp BET lớn phương pháp điểm I Việc tính tốn dựa vào liệu đường đẳng nhiệt khử hấp phụ cho thấy diện tích bề mặt riêng mẫu MCM-41 cao so với việc tính tốn dựa vào liệu đường đẳng nhiệt hấp phụ; Trong đó, diện tích bề mặt riêng mẫu SBA-15 SBA-16 tính theo liệu đường đẳng nhiệt khử hấp phụ lại nhỏ so với đường đẳng nhiệt hấp phụ Phương pháp đồ thị t cịn xác định diện tích thể tích mao quản trung bình Kết tính tốn mẫu cho thấy mẫu MCM-41 có tỉ phần diện tích thể tích mao quản trung bình lớn Điều nói lên vai trò vật liệu xúc tác hấp phụ TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ 47 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí KẾT LUẬN Trong nội dung phạm vi khóa luận này, em khái quát cấu trúc vật liệu có mao quản Trình bày đặc điểm, phân loại số vật liệu mao quản, giới thiệu số loại đặc trưng Vật liệu mao quản có cấu trúc xốp, để xác định cấu trúc xốp chúng người ta dựa vào hấp phụ khử hấp phụ nitơ theo phương pháp khác bao gồm phương pháp BET, phương pháp đồ thị t phương pháp điểm I Đã nghiên cứu phương pháp để xác định diện tích bề mặt riêng ba mẫu vật liệu, bao gồm MCM-41, SBA-15 SBA-16 kết thu khác Tuy chưa khẳng định phương pháp xác nay, thơng thường người ta dùng phương pháp BET để xác định diện tích bề mặt riêng mao quản Đặc biệt phương pháp đồ thị t việc xác định diện tích bề mặt riêng cịn cho phép xác định diện tích bề mặt bên ngồi Sex TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ 48 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Phạm Đình Dũ, Đinh Quang Khiếu, Trần Thái Hịa (2010), “So sánh số cách tính tính chất xốp vật liệu MCM-41”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 48 (2A), tr 3845 Nguyễn Phi Hùng (2013), Vật liệu mao quản ứng dụng, Bài giảng dùng cho học viên cao học chuyên ngành Hoá lý thuyết Hoá lý, Đại học Quy Nhơn Đinh Quang Khiếu (2008), Nghiên cứu tổng hợp tính chất xúc tác vật liệu mao quản trung bình trật tự thuộc họ MCM-41 SBA-15 chứa sắt, Luận án Tiến Sĩ Hoá học, Đại Học Huế Hồ Sĩ Thắng, Đinh Quang Khiếu, Trần Thái Hòa, Nguyễn Hữu Phú (2010), “Phương pháp tính tốn tham số mạng cấu trúc vật liệu mao quản trung bình dạng lập phương tâm khối IM3M SBA-16”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 48 (2A), tr 214-221 Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, NXB Khoa học Kỹ thuật, tr 11-48 Nguyễn Hữu Phú (2005), Cracking xúc tác, NXB Khoa học Kỹ thuật, tr 73-153 Tiếng Anh Leofanti G,Padovan M,Tozzola G, Venturelli B, “Surface area and pore texture of catalysts”, Catalysis Today 41 (1998) 207-219 TS: Phạm Đình Dũ SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ 49 TS: Phạm Đình Dũ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí SVTH: Bùi Thị Kim Nhớ ... IUPAC, vật liệu có mao quản chia làm ba nhóm sở kích thước mao quản nó: vật liệu mao quản nhỏ có đường kính mao quản d < nm, vật liệu mao quản trung bình có ≤ d ≤ 50 nm, vật liệu mao quản lớn... miễn phí Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thơng tin, tìm kiếm tài liệu - Hệ thống lại kiến thức, Nội dung đề tài - Tìm hiểu cấu trúc loại vật liệu có mao quản - Tìm hiểu phương pháp đẳng nhiệt... vật liệu Xuất phát từ lý đó, chúng tơi chọn đề tài ? ?Tìm hiểu phương pháp nghiên cứu cấu trúc xốp vật liệu mao quản? ?? TS: Phạm Đình Dũ Nhớ SVTH: Bùi Thị Kim Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Phương