Khoá luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Trƣờng đại học SƢ PHạM Hà NộI Khoa hóa học *********** Nguyễn thị ngọc bích Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấu trúc Nano Fe-SBA-15 dùng để phân hủy hợp chất hữu độc hại chứa phenol Khố luận tốt nghiệp đại học Chun ngành: Hóa công nghệ môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Ts đặng tuyết phƣơng Hà Nội - 2009 Nguyễn Thị Ngọc Bích - Lớp K31A - SP Hố Trƣờng đại học SƢ PHạM Hà NộI Khoa hóa học *********** Nguyễn thị ngọc bích Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấu trúc Nano Fe-SBA-15 dùng để phân hủy hợp chất hữu độc hại chứa phenol Khoá luận tốt nghiệp đại học Chun ngành: Hóa cơng nghệ mơi trƣờng Hà Nội - 2009 Nguyễn Thị Ngọ Mở ĐầU Trong công nghiệp, chất xúc tác vấn đề chiến lược nhận quan tâm nghiên cứu rộng rãi, đặc biệt cơng nghệ chế biến dầu khí xử lý môi trường ô nhiễm Hiện nay, giới, khoảng 90% q trình hóa học cơng nghiệp có mặt chất xúc tác Trong suốt thập kỷ qua, zeolit với hệ thống vi mao quản đồng đều, thành phần hóa học đa dạng ứng dụng thành công dạng xúc tác cho công nghiệp lọc hóa dầu tổng hợp hữu cơ, đặc biệt phân tử có đường kính nhỏ 10A Tuy nhiên với kích thước mao quản nhỏ 20A , zeolit không phù hợp với phân tử có kích thước động học lớn, đặc biệt nhu cầu sử dụng nguyên liệu dầu cặn để sản xuất sản phẩm có giá trị ngày gia tăng nguồn dầu mỏ giới ngày cạn kiệt Vì phương pháp tổng hợp vật liệu có kích thước mao quản lớn vấn đề nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Sau nhiều cơng trình nghiên cứu, đến đầu thập kỷ 90, nhà khoa học hãng Mobil thành công việc tổng hợp loại vật liệu mao quản cấu trúc nano, M41S với kích thước mao quản lên tới 100A gần họ vật liệu SBA (Santa Barbara Amorphous) Trong vật liệu SBA15 nhận quan tâm cấu trúc lục lăng trật tự, hệ thống 0 mao quản đồng với kích thước lớn (50 - 500A ), thành dày (30 - 80A ) độ bền nhiệt thủy nhiệt cao [16] Trong trình phát triển ứng dụng vật liệu mao quản cấu trúc nano có nhiều kim loại thay thành công vào mạng lưới SBA-15 để tạo tính chất xúc tác đa dạng Ví dụ việc đưa Fe vào tạo xúc tác oxi hóa khử, bổ sung Al vào mạng lưới làm thay đổi độ axit vật liệu mao quản cấu Nguyễn Thị Ngọc Bích - Lớp K31A - SP Hoá trúc nano [11], đưa Ti vào mạng lưới giúp tăng hoạt tính xúc tác oxi hóa,…[20] Cho đến có nhiều cơng trình cơng bố việc đưa sắt vào SBA-15, phương pháp tổng hợp phải tiến hành theo bước: bước thứ tổng hợp SBA-15 sau sắt gắn lên SBA-15 người ta điều chế vi tinh thể chứa sắt sau sử dụng vi tinh thể để tổng hợp nên SBA-15 Cả hai phương pháp có nhược điểm đòi hỏi điều kiện thí nghiệm phức tạp, tốn nhiều thời gian lượng xuất oxit làm tắc mao quản Sắt kim loại ứng dụng thành cơng q trình oxi hóa Chính vậy, tơi tiến hành nghiên cứu tổng hợp Fe-SBA-15 bước ứng dụng để oxi hóa chất hữu nước thải nhằm xử lý mơi trường Hoạt tính xúc tác SBA-15 khảo sát phản ứng oxi hóa phenol đỏ có kích thước lớn, chất độc hại, có khả phân hủy sinh học xuất nhiều nước thải công nghiệp đặc biệt cơng nghiệp hóa dầu Tơi hy vọng kết khóa luận đóng góp lĩnh vực tổng hợp xúc tác Chƣơng 1: tổng quan tài liệu 1.1 Vật liệu mao quản cấu trúc nano 1.1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản cấu trúc nano (MQCTN) Trong năm qua, zeolit với cấu trúc vi mao quản sử dụng rộng rãi cơng nghiệp lọc hóa dầu tổng hợp hữu [10], [14]: - Chúng có bề mặt riêng lớn khả hấp phụ cao - Tính chất hấp phụ thay đổi để trở thành loại ưa nước hay kị nước tùy thuộc vào nhóm chức bề mặt - Các tâm hoạt động xúc tác (như tâm axit) hình thành mạng tinh thể Cường độ mật độ chúng biến đổi để đáp ứng cho phản ứng khác - Nhờ có cấu trúc mao quản đồng có giới hạn nên zeolit có tính chất chọn lọc hình học khác sản phẩm, chất tham gia phản ứng hợp chất trung gian - Zeolit có độ bền nhiệt, thủy nhiệt hố học cao Tuy nhiên, kích thước mao quản nhỏ nên chúng có nhiều hạn chế: - Các phân tử có kích thước lớn khơng khuếch tán vào bên mao quản để tiếp xúc với tâm hoạt động đó, phần bề mặt bên không sử dụng mà bề mặt ngồi chiếm 1% tổng diện tích bề mặt - Khơng thể đưa nhóm chức lớn lên thành mao quản nhằm tạo tính chất bề mặt mong muốn quang học, xúc tác, hấp phụ… Vì vậy, để tăng cường khả ứng dụng vật liệu mao quản, có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm tăng kích thước mao quản Theo định nghĩa IUPAC, vật liệu vô rắn xốp chứa mao quản có đường kính khoảng từ 20-500A gọi vật liệu mao quản cấu trúc nano (MQCTN) [3] Các vật liệu mao quản phân loại theo kích thước mao quản bảng 1.1 Bảng 1.1 Phân loại vật liệu mao quản: Mao quản lớn (Macropore) Vật liệu Kích thước mao quản (A ) Ví dụ >500 Thủy tinh Mao quản trung bình (Mesopore) 20- 500 Vi mao quản (Micropore) M41S, SBA-15 Zeolit (ZSM5, Y)