Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF8 và một số ứng dụng (Luận án tiến sĩ0
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC MAI THỊ THANH NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ZIF-8 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HUẾ - NĂM 2017 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC MAI THỊ THANH NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ZIF-8 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đinh Quang Khiếu PGS.TS Nguyễn Phi Hùng HUẾ - NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận án trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Tác giả Mai Thị Thanh i LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Đinh Quang Khiếu, PGS.TS Nguyễn Phi Hùng, người Thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian làm luận án Tôi xin trân trọng cám ơn khoa Hóa học, Phòng đào tạo Sau Đại học, trường Đại học Khoa học, Ban Đào tạo - Đại học Huế, Ban Giám hiệu trường Đại học Quảng Nam tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cám ơn Khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, khoa Hóa học, khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm Hà Nội, Viện Khoa học Vật liệu Hà Nội, Phòng thí nghiệm hiển vi điện tử, Viện Vệ Sinh Dịch tể Trung Ương, Trung tâm ứng dụng thông tin khoa học công nghệ tỉnh Quảng Nam giúp đỡ tơi phân tích mẫu thí nghiệm luận án Tôi xin cảm ơn quý Thầy/ Cô Bộ môn Hóa lý, khoa Hóa Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế, người Thầy giúp đỡ động viên tơi suốt q trình làm luận án Cuối tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình, Thầy/ Cô, đồng nghiệp bạn bè gần xa động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Huế, tháng năm 2017 Tác giả Mai Thị Thanh ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU AAS Atomic Absorption Spectrophotometric (Phổ hấp thụ nguyên tử ) AIC Akaike’s Information Criterion (Chuẩn số thơng tin) ASV Anodic stripping voltammetry (Phương pháp volt-ampere hòa tan anode) BET Brunauer-Emmett-Teller BiF Bismuth Film (Màng Bismuth) CE Counter Electrode (Điện cực đối) DTA Differential Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai) DLS Dynamic Light Scattering (Phương pháp phân tích kích thước hạt) Eg Energy of band gap (Năng lượng vùng cấm) FT-IR Fourier Transform Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại) GCE Glassy carbon electrode (Điện cực than thủy tinh) Hmim 2- methyl imimdazole MOFs Metal Organic Frameworks (Vật liệu khung hữu kim loại) PVP Polyvinylpyrrolidone RDB Remazol Black B SBUs Secondary Building Units (Các đơn vị thứ cấp) SEM Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét) SPSS-21 Statistical Package for Social Science-21 SSE Sum of the Squared Errors (Tổng bình phương sai số) TEM Transmission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua) TG Thermogravimetry (Biến đổi trọng lượng theo nhiệt độ) UV-Vis Ultra Violet-Visible (Phổ tử ngoại-khả kiến) UV-Vis-DR UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến) XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy (Phổ quang điện tử tia X) XRD X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) ZIF-8 Zeolite imidazole Frameworks -8 i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU i MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu khung hữu kim loại (MOFs) 1.2 Vật liệu khung hữu kim loại ZIF-8 1.3 Phương pháp tổng hợp ZIF-8 1.4 Các hướng biến tính vật liệu ZIF-8 11 1.5 Ứng dụng vật liệu ZIF-8 làm điện cực 14 1.6 Ứng dụng vật liệu ZIF-8 làm chất hấp phụ khí 17 1.7 Hấp phụ chất dung dịch vật liệu ZIF-8 số vấn đề nghiên cứu trình hấp phụ 20 1.7.1 Sự ô nhiễm nguồn nước phẩm nhuộm 20 1.7.2 Nghiên cứu hấp phụ chất dung dịch vật liệu ZIF-8 22 1.8 Phản ứng xúc tác quang hóa 30 1.8.1 Ứng dụng vật liệu MOFs làm chất xúc tác quang 30 1.8.2 Bán dẫn loại p-n 32 Chương MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 39 NGHIÊN CỨU 39 2.1 Mục tiêu 39 2.2 Nội dung 39 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp ZIF-8 39 2.2.2 Nghiên cứu biến tính điện cực ZIF-8 để xác định Pb(II) phương pháp volt- ampere hòa tan 39 i 2.2.3 Nghiên cứu tổng hợp (Fe-ZIF-8) ứng dụng để hấp phụ khí CO2, CH4, hấp phụ phẩm nhuộm RDB xúc tác quang cho phản ứng phân hủy RDB ánh sáng mặt trời 39 2.2.4 Nghiên cứu biến tính ZIF-8 niken (Ni-ZIF-8) ứng dụng làm tiền chất tổng hợp nano lưỡng oxide p-NiO/n-ZnO có hoạt tính xúc tác quang cao 39 2.3 Các phương pháp đặc trưng vật liệu 39 2.3.1 Nhiễu xạ tia X 39 2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) truyền qua (TEM) 40 2.3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ 41 2.3.4 Phổ quang điện tử tia X 42 2.3.5 Phân tích nhiệt (TGA) 42 2.3.6 Phân tích trắc quang 43 2.3.7 Phổ khuếch tán tán xạ tử ngoại-khả kiến (DR-UV-Vis) 44 2.3.8 Phổ hấp thụ nguyên tử AAS 45 2.3.9 Volt-ampere hòa tan 45 2.3.10 Phân tích kích thước hạt (DLS) 47 2.3.11 Phân tích thành phần nguyên tố 47 2.3.12 Phương pháp đo từ 48 2.3.13 Hấp phụ khí CO2, CH4 48 2.4 Hóa chất thực nghiệm 49 2.4.1 Hóa chất 49 2.4.2 Thực nghiệm 50 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Tổng hợp ZIF-8 ứng dụng biến tính điện cực để xác định Pb(II) phương pháp volt-ampere hòa tan 57 3.1.1 Đặc trưng vật liệu ZIF-8 57 3.1.3 Độ bền vật liệu ZIF-8 60 3.2 Biến tính ZIF-8 Fe ứng dụng làm chất hấp phụ, xúc tác quang 72 3.2.1 Biến tính vật liệu ZIF-8 sắt 72 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ CO2 CH4 79 3.2.3 Hấp phụ phẩm nhuộm RDB 84 ii 3.2.4 Phân hủy màu phẩm nhuộm RDB xúc tác ZIF-8 Fe-ZIF-8 ánh sáng mặt trời 101 3.3 Tổng hợp Ni-ZIF-8 ứng dụng tổng hợp nano p-ZnO/n-NiO 109 3.3.1 Tổng hợp Ni-ZIF-8 109 3.3.2 Tổng hợp vật liệu nano lưỡng oxide loại p-NiO/n-ZnO 110 3.3.3 Khảo sát khả hấp phụ hoạt tính xúc tác quang hóa Ni-ZIF-8, p-NiO/nZnO, ZnO NiO 118 KẾT LUẬN 124 CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHỤ LỤC 150 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Ảnh SEM kích thước hạt ZIF-8 tổng hợp phương pháp khác Bảng 1.2 Kích thước hạt, diện tích bề mặt ZIF-8 với tỉ lệ mol Hmim/Zn(II) khác …………………………………………………………………………………………………9 Bảng 1.3 Đặc điểm cấu trúc ZIF-8 thời gian tổng hợp khác 10 Bảng 1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến lượng tự ∆G# trình hấp phụ Cu(II) TFS-CE 27 Bảng 2.1 Các mẫu ZIF-8 biến tính sắt với tỉ lệ mol Fe(II)/(Zn(II)+Fe(II)) khác 52 Bảng 2.2 Các mẫu ZIF-8 biến tính nikel với tỉ lệ mol Ni(II)/(Zn(II) +Ni(II)) khác 55 Bảng 2.3 Kí hiệu mẫu p-NiO/n-ZnO tổng hợp từ tiền chất Ni-ZIF-8 khác 56 Bảng 3.1 Kích thước hạt ZIF-8 đo phương pháp khác 58 Bảng 3.2 So sánh khoảng tuyến tính, giới hạn phát Pb(II) phương pháp voltampere hòa tan số điện cực 72 Bảng 3.3 Giá trị tham số tế bào a mẫu ZIF-8 Fe-ZIF-8 74 Bảng 3.4 Thành phần hóa học ZIF-8 Fe-ZIF-8 75 Bảng 3.5 Tính chất xốp ZIF-8 Fe-ZIF-8………………………………………………….77 Bảng 3.6 Năng lượng vùng cấm (Eg) ZIF-8 Fe-ZIF-8 79 Bảng 3.7 Dung lượng hấp phụ CO2 CH4 mẫu ZIF-8 Fe- ZIF-8 30 bar 298 K 80 Bảng 3.8 Hằng số tương tác Henry CO2 CH4 với mẫu ZIF-8 Fe-ZIF-8 81 Bảng 3.9 Tham số hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich hấp phụ CO2 CH4 mẫu ZIF-8 Fe-ZIF-8 83 Bảng 3.10 Dung lượng hấp phụ khí CO2, CH4 vật liệu ZIF-8 công bố 83 Bảng 3.11 So sánh AIC mơ hình hồi qui tuyến tính nhiều đoạn cho một, hai ba đoạn 87 Bảng 3.12 Kết hồi qui hai đoạn theo mơ hình Weber ZIF-8 Fe-ZIF-8 89 Bảng 3.13 Hằng số hấp phụ số tốc độ trình hấp phụ trình giải hấp phụ nồng độ RDB khác ZIF-8 Fe-ZIF-8 90 iv Bảng 3.14 Năng lượng hoạt hóa, số cân số hấp phụ, số tốc độ trình hấp phụ giải hấp phụ hấp phụ phẩm nhuộm RDB ZIF-8 Fe-ZIF-8 91 Bảng 3.15 Tham số hoạt động hấp phụ phẩm nhuộm RDB ZIF-8 Fe-ZIF-8 92 Bảng 3.16 Các tham số nhiệt động theo K0 trình hấp phụ RDB ZIF-8 FeZIF-8 93 93 Bảng 3.17 Các tham số nhiệt động trình hấp phụ RDB ZIF-8 Fe-ZIF-8 94 Bảng 3.18 Tham số mơ hình Langmuir mơ hình Freundlich 99 Bảng 3.19 Tốc độ đầu phản ứng nồng độ khác 106 Bảng 3.20 Bậc phản ứng số tốc độ 106 Bảng 3.21 Giá trị tham số tế bào a mẫu ZIF-8 biến tính với tỉ lệ Ni(II) /Zn2+ khác 110 Bảng 3.22 Hàm lượng nguyên tố mẫu Ni-ZIF-8 p-NiO/n- ZnO với tỉ lệ Ni(II)/ (Zn(II)+ Ni(II)) khác 112 Bảng 3.23 Năng lượng vùng cấm Ni-ZIF-8 p-NiO/n-ZnO với tỉ lệ Ni(II)/ (Zn(II)+ Ni(II)) khác 113 v ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC MAI THỊ THANH NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ZIF-8 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa... 11 1.5 Ứng dụng vật liệu ZIF-8 làm điện cực 14 1.6 Ứng dụng vật liệu ZIF-8 làm chất hấp phụ khí 17 1.7 Hấp phụ chất dung dịch vật liệu ZIF-8 số vấn đề nghiên cứu trình... rộng ứng dụng ZIF-8 hấp phụ phẩm nhuộm xúc tác quang có ý nghĩa lớn mặt khoa học, thực tiễn mang tính thời Căn vào lí điều kiện nghiên cứu Việt Nam chọn đề tài nghiên cứu Nghiên cứu biến tính vật