Tổng hợp 1-octyl-3-Methylimidazolium Chloride ([C8MIM]Cl) từ N-

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

2.3.1. Tổng hợp 1-octyl-3-Methylimidazolium Chloride ([C8MIM]Cl) từ N-

Methylimidazole (C4H6N2) và 1-Chloro octane (C8H17Cl)

 Làm sạch dụng cụ thí nghiệm bằng nước sạch sau đó bằng cồn và xấy khơ ở 100 độ trong vịng 30 phút.

 Chuẩn bị hóa chất: lấy các mẫu hóa chất theo tỉ lệ 1:1 (148,67g Chlooctane, 187g Metyl Imidazone)

 Tiến hành: Đầu tiên cho hỗn hợp 2 chất lỏng vào bình cầu 500ml sau đó gia nhiệt đến 80 độ, thả con từ khuấy với tốc độ khoảng 100 vịng/phút. Thêm vazeline vào miệng bình cầu lắp sinh hàn bầu hệ thống ống dẫ nước tiến hành đun hồi lưu trong

100 giờ. Chất lỏng thu được có màu vàng xẫm, mùi đặc trưng, tương đối sánh, đặc. Hiệu xuất >96% như (hình 2.7)

Hình 2. 17 hệ sinh hàn đun hồi lưu chất lỏng ion

 Tinh chế: lắp hệ thống bình chiết tiến hành chiết, cho chất lỏng ion và n- Hecxan theo tỉ lệ 1:1 chộn đều bằng con từ khuấy, đổ vào bình chiết chờ khi tách lớp và hết bọt tiến hành lọc lấy chất lỏng bên dưới. Hiệu xuất >95%

2.5 Tổng hợp POM- IL

2.3.2.1. Tổng hợp gốc POM

Chuẩn bị

 Làm sạch dụng cụ bằng nước cất sau đó bằng dung dịch cồn. cho bay hơi cồn MIM 187g

C8H17Cl 148,67g

Chiết tách với nHexane

(OMIM)Cl Khuấy đều gia

nhiệt ở 80 độ trong 100 giờ

 Chuẩn bị hóa chất:

91g Na2WO4.4H2O. vào bình nón them vào 150ml nước cất khuấy đến bão hòa thu được A.

82,5ml HCl 4M vào bình đựng 150ml có nắp và 25ml tại bình nhỏ hơn 5,5g Na2SiO3 vào ống nghiệm.

75g KCl vào bình chứa.  Tiến hành:

Đem A cho vào bếp từ đặt con từ khuấy với tốc độ cao, gia nhiệt đến 60 . Thêm từ℃ từ HCl vào dung dịch đảm bảo trong lúc thêm kết tủa xuất hiện và tan hết thì mới đưa tiếp HCl vào đến hết 82,5ml thời gian thêm khoảng 30 phút. Sau đó thêm nhanh 5,5g Na2SiO3, HCl 25ml vào đảm bảo pH=5. Khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 1giờ. Thêm nhanh KCl 75g vào xuất hiện kết tủa màu trắng, lọc kết tủa bằng giấy lọc và hút chân không. Rửa sạch bằng KCl dung dịch 1 lần và 2 lần với nước, rồi đem mẫu đã rửa vào tủ sấy trong vòng 6h ở 50 . Mang kết tủa thu được nghiền nhỏ thu lại POM. Chất rắn℃ có màu trắng.

Hình 2. 18 mấu POM tổng hợp

2.3.2.2. Gắn gốc POM vào IL

POM- IL được tổng hợp bằng phương pháp thế K+ tromg POM và Cl- trong chấtlỏng ion với nhau nên POM- IL được tách ra với hiệu xuất cao, dễ dàng thu hồi vì KCl tan trong nước cịn POM- IL thì khơng.

Cách tiến hành

 Chuẩn bị hóa chất POM 8g, IL 2g, 50ml Acetone, Cồn rửa.  Tiến hành:

Bước 1: Làm sạch dụng cụ bằng nước cất và cồn sau đó xấy khơ dụng cụ trong 30

phút, sau khi dụng cụ đã được làm sạch và khô tiến hành tổng hợp

Bước 2:Cho 2g IL hòa tan trong 50ml Acetone đến khi bão hòa thêm tiếp 8g POM

tiến hành khuấy cho đến khi hịa tan hồn tồn trong vịng 30 phút (hình 5) (chú ý đậy kín trong q trình khuấy và làm thí nghiệm tại tủ hút do dung mơi bay hơi nhanh và có mùi mạnh). Tiếp theo lắp sinh hàn tiến hành đun hồi lưu trong 24giờ ở 80 chú ý℃ nhiệt độ phải ổn định để phản ứng dễ dàng sảy ra. Sau khi đủ thời gian tiến hành tháo sinh hàn làm bay hơi dung môi thu được chất rắn dạng gel cô đặc.

Bước 3: Tinh chế hỗn hợp gel cô đặc được rửa sạch bằng nước lọc bằng màng lọc để

thu kết tủa. Rửa cho đến khi nước không gây kết tủa với AgNO3 thì dừng lại tiến hành làm khơ ở 80 trong 4giờ để loại bỏ hoàn toàn nước. Chất rắn thu được có dạng bột℃ màu trắng tương đối đặc hình (3)

50ml acetone

Khuấy đều

Thêm vào 2g IL

Thêm vào 8g POM

Nghiền nhỏ Xấy khô ỏ 60 độ C

Đun hồi lưu trong 24 giờ ở 80 độ C

Hình 2. 19 mẫu POM- IL (14/3/2021)

2.4. Quá trình tẩm ILs và POM-IL lên chất mang2.4.1. Tiền xử lí chất mang 2.4.1. Tiền xử lí chất mang

+Quy trình tiền xử lí chất mang, lọc rửa SiO2 đảm bảo hết các ion muối bằng nước cất, xấy khô và đem li tâm trong dung dịch acetone

+ Quy trình xử lí chất mang Fe2O3@SiO2 loại bỏ các hạt khơng thuận từ bằng cách dùng nam châm, rửa sạch bằng nước cất

2.4.2. Quy trình tẩm ILs và POM-IL lên chất mang

Cách tiến hành:

 Chuẩn bị: làm sạch toàn bộ dụng cụ thí nghiệm với nước cất và cồn sau đó xấy khơ ở 90 độ trong 30 phút sau khi loại bỏ hoàn toàn nước chờ dụng cụ hạ nhiệt về nhiệt độ phịng ta tiến hành thí nghiệm tẩm.

 Tiến hành: thêm 10g POM- IL (N336) vào 50ml dung dịch dung môi Acetone vào ống 3 cổ cắm nhiệt kế vào 1 bên bình ba cổ lắp sinh hàn gia nhiệt đến 60 , bên℃ ống còn lại đậy nắp đun khuấy trong vòng 15 phút, thêm tiếp Silica 12g đã được khuấy trong 50ml dung dịch etylic vào bình 3 cổ đậy nắp đun hồi lưu trong vịng 24giờ (lắp như hình 2.7) tiến hành tháo sinh hàn và gia nhiệt đến khô dạng sánh đặc bỏ qua bình 250ml xấy khơ và dung đũa làm tơi sản phẩm thu được có màu trắng dạng bột mịn khi cho xuống nước có sự giãn nở thể tích và hấp thụ, trong ion kim loại nặng có sự chuyển dịch thành dòng đối lưu hấp phụ các ion kim loại trong nước.

Hình 2. 20 Sơ đồ đun hồi

lưu và mẫu POM- IL trên nển SiO2

Tiến hành thí nghiệm tương tự với ion OMIM ta thu được kết quả tương đương.

2.4.3 Tổng hợp Fe2O3.SiO2 tương tự như với Silica

2.5. Q trình hấp phụ tác nhân gây ơ nhiễm2.5.1. Hấp phụ kim loại nặng 2.5.1. Hấp phụ kim loại nặng

2.5.1.1. Chuẩn bị dung dịch chứa ion kim loại Chuẩn bị các ion kim loại nặng theo bảng hóa chất

STT Tên Chất Ion kim loại Hàm lượng

2 KMnO4 Mn7+ 110ppm

3 CoCl2 Co2+ 20ppm,85ppm

4 CuCl2 Cu2+ 25ppm,102ppm

5 MnCl2 Mn2+ 25ppm,110ppm

2.5.1.2. Hấp phụ ion kim loại

2.5.1.2.1 tiến hành hấp phụ lần bằng POM-Aliquat@SiO2

Tiến hành pha hóa chất theo bảng ( 0,2g hóa chất và 500ml ) khuấy đến khi dung dịch đồng nhất. lấy 50ml dung dịch thêm vào 0,2g chất hấp phụ khuấy đều 30 phút ở nhiệt độ phòng tiến hành lọc kết tủa và đo AAS các mẫu

stt Hóa chất Hàm lượng kim loại

nặng trong (50ml)

1 MnCl2 Mn 110ppm

2 CuCl2 Cu 102ppm

3 CoCl2 Co 85ppm

2.5.1.2.2 tiến hành hấp phụ lần bằng POM-Aliquat@Fe2O3, POM-OMIM@Fe2O3, Aliquat@Fe2O3,.

Chuẩn bị

Chuẩn bị dung 250ml dung dịch A có nồng độ theo bảng

Bảng 4 Nồng độ các kim loại nặng

stt Tên ion kim loại

1 Cu2+ Cu(NO3)2.3H2O 25

2 Co2+ CoSO4.7H2O 20

3 Mn2+ MnCl2. 25

4 Pb2+ CH3COOPb 60

Lấy 3 mẫu A mỗi mẫu 50ml thêm vào 0,3gram chất hấp từng loại sau đó khuấy đều 30 phút, lấy 25ml mỗi mẫu tiến hành đo AAS thu hồi chất hấp phụ bằng phương pháp từ tính dùng Nam châm để tách

2.5.2. Hấp phụ chất nhuộm màu

Hấp phụ thuốc nhuộm hữu cơ được thực hiện bởi POM- IL trên nền silica

2.5.2.1. Chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm xanh methylene (MB)

Cho 0,5g MB vào 1000ml nước cất thu được dung dịch 500ppm MB tiến hành pha loãng ta thu được bảng giá trị MB. Sau đó tiến hành đo UV-Vis đỉnh hấp phụ ban đầu.

2.5.2.2. Hấp phụ MB bằng POM-IL/SiO2

Thêm 0,2g chất hấp phụ vào 50ml dung dịch khuấy đều 15 phút ở nhiệt độ phòng tiến hành đo lại. Chất hấp phụ hòa tan 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Giá trị 5 10 15 20 25 30 Đỉnh hấp phụ UV- Vis 0,876 1,979 2,891 3,328 3,943 4,195

Hình 2. 21 Biểu đồ đương chuẩn MB

2.5.3 Phân hủy thuốc nhuộm bằng phương pháp xúc tác quang

Thử nghiệm của nhóm vào các ngày 23- 27/4 tại tầng 5 trường Đại Học Mỏ Địa chất với 2 mẫu MB cho thấy. khoảng 4 ngày (mỗi ngày 6h phơi nắng ở nhiệt độ 28- 32 độ thì mẫu MB có POM đã phân hủy >99% cịn mẫu MB khơng có xúc tác gần như khơng thay đổi. (khi phơi nắng có sử dụng màng bọc thực phẩm tránh bay hơi)

Hình 2.22 sự thay đổi MB sau 1 ngày phơi nắng tại tầng 5 của trường (ngày 23/4/2021) 2.6 q trình xử lí vi sinh vật 5 10 15 20 25 30 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 f(x) = 0.6554 x + 0.573266666666667 Đường chuẩn MB

Cho 0,5g POM.OMIM@Fe2O3.SiO2 vào 20ml dd nước thêm khuẩn gram với nồng độ 109cfu/ml-1 khuấy đều trong vòng 24 giờ tiến hành kiểm tra lại nồng độ vi khuẩn. Thực hiện đồng thời với 2 lượng vật liệu hấp phụ khác nhau 0,5g và 0,3g.

2.7. Các phương pháp nghiên cứu

2.7.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

Phương pháp SEM:

Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thường viết

tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.

Nguyên lý hoạt động : Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường...), sau đó được tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng q nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn. Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó qt trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM khơng thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thơng qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:

 Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thơng dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.

 Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản thành phần hóa học. Ngồi ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực điện tử). Ngoài

ra, điện tử tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện tại bề mặt mẫu nên có thể đem lại thơng tin về các đơmen sắt điện.

ứng dụng

 Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm sử dụng trong công nghiệp,

nghiên cứu khoa học nano, nghiên cứu y sinh, vi sinh

 Được sử dụng để phân tích hóa học điểm trong Quang phổ tia X phân tán năng

lượng.

 Được sử dụng trong phân tích các thành phần mỹ phẩm có kích thước rất nhỏ.

 Được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc sợi của vi sinh vật.

Được sử dụng để nghiên cứu địa hình của các yếu tố được sử dụng trong các ngành công nghiệp

2.7.2 Phương pháp đo phổ FT-IR

Quang phổ hồng ngoại (gọi tắt là quang phổ IR) là quang phổ được thực hiện ở vùng

hồng ngoại của phổ bức xạ điện từ, ánh sáng vùng này có bước sóng dài hơn và tần số thấp hơn so với vùng ánh sáng nhìn thấy. Nhiều kỹ thuât về quang phổ hồng ngoại dựa trên tính chất này, mà hầu hết dựa trên cơ sở của sự hấp thụ quang phổ.

Cũng giống như tất cả các phương pháp quang phổ khác, quang phổ hồng ngoại có thể được sử dụng trong công tác xác định và nghiên cứu các hợp chất hóa học.

Phổ kế hồng ngoại thơng dụng hiện nay là loại tự ghi, hoạt động theo nguyên tắc như sau: Chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn được tách ra hai phần, một đi qua mẫu và một đi qua môi trường đo – tham chiếu(dung môi) rồi được bộ tạo đơn sắc tách thành từng bức xạ có tần số khác nhau và chuyển đến detector.Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu. Dịng điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch

đại tăng lên nhiều lần trước khi chuyển sang bộ phận tự ghi vẽ lên bản phổ hoặc đưa

vào máy tính xử lý số liệu rồi in ra phổ. Các máy phổ hồng ngoại thế hệ mới

– Phương pháp FT – IR (Fourrier Transformation InfraRed) hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Phương pháp này cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng. Có thể đạt dộ nhạy rất cao ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày cỡ 50

nm…. Trong các máy này, người ta dùng bộ giao thoa (giao thiết kế) Michelson thay cho bộ tạo đơn sắc.

– Máy quang phổ hồng ngoại gần (FT-NIR) được sử dụng rộng rãi trong phân tích hóa học ướt. Đây là một cơng cụ nhanh và chính xác để phân tích mẫu lỏng, rắn và vật liệu keo mà không làm phá hủy mẫu, tiết kiệm chi phí bằng cách giảm thời gian thực hiện và hóa chất sử dụng.

Ứng dụng:

Các số liệu ghi nhận được từ phổ hồng ngoại cung cấp rất nhiều thông tin về chất nghiên cứu. Dưới đây là một số ứng dụng của phương pháp quang phổ hồng ngoại 1/ Đồng nhất các chất: Từ sự đồng nhất về phổ hồng ngoại của hai mẫu hợp chất có thể kết luận sự đồng nhất về bản chất của hai mẫu hồng ngoại với mức độ chính xác khá cao

2/ Xác định cấu trúc phân tử: Từ tần số của các vân phổ hấp thu cho phép kết luận sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử, nghĩa là số liệu hồng ngoại có thể giúp xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên cứu.

3/ Nghiên cứu động học phản ứng: sẽ ghi được trực tiếp đường cong biểu diễn sự thay đổi cường độ hấp thu theo thời gian ở miền phổ đã chọn do sự tạo thành sản phẩm phản ứng hay mất đk tác chất ban đầu

4/ Nhận biết các chất: Hiện nay người ta đã công bố một số tuyển tập phổ hồng ngoại của các chất và các tần số nhóm đặc trưng

5/ Xác định độ tinh khiết: đám phổ riêng biệt của hợp chất không tinh khiết thường độ rõ nét bị giảm, sự xuất hiện thêm các đám phổ sẽ làm “nhoè” phổ. Khi tạp chất có sự hấp thụ mạnh IR mà ở đó thành phần chính khơng hấp thụ hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định rất thn lợi

6/ Suy đốn về tính đối xứng của phân tử

7/ Phân tích định lượng: Khả năng ứng dụng phổ hồng ngoại như là một ngành của phân tích định lượng phụ thuộc trang thiết bị và trình độ của các phịng thí nghiệm. Ngày nay, sự ra đời của các máy quang phổ hồng ngoại hiện đại, sự tăng tỷ lệ tín