Nghiên cứu khả năng xúc tác quang phân hủy rhodamine b có mặt h2o2 bằng vật liệu ni mof

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY
RHODAMINE B CÓ MẶT H2O2 BẰNG VẬT LIỆU Ni-MOF

Lớp

: 19SHH

Chuyên ngành

: Sư phạm hóa học

Giáo viên hướng dẫn

: Vũ Thị Dun

Giáo viên phản biện

: Ngơ Thị Mỹ Bình

Sinh viên thực hiện

: Phạm Quốc Việt

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY
RHODAMINE B CÓ MẶT H2O2 BẰNG VẬT LIỆU Ni-MOF

Lớp

: 19SHH

Chuyên ngành

: Sư phạm hóa học

Giáo viên hướng dẫn

: Vũ Thị Dun

Giáo viên phản biện

: Ngơ Thị Mỹ Bình

Sinh viên thực hiện

: Phạm Quốc Việt

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023


LỜI CẢM ƠN
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban
giám hiệu trường Đại học Sư phạm-Đại học Đà Nẵng cùng tồn thể các thầy cơ giáo bộ
mơn và các thầy cơ giáo cơng tác tại phịng thí nghiệm khoa Hóa học đã tận tình truyền
đạt những kiến thức q báu, hỗ trợ cơ sở vật chất, dụng cụ thí nghiệm, giúp đỡ em
trong quá trình học tập và làm khóa luận.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Thị Duyên người đã bỏ thời gian và
công sức để hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành đề
tài “ Nghiên cứu khả năng xúc tác quang phân hủy Rhodamine B có mặt H2O2 của vật
liệu Ni-MOF”.
Mặc dù có nhiều cố gắng trong q trình làm đề tài nhưng bài khóa luận của em
sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Nên em mong nhận được ý kiến đóng góp và sự
chỉ dẫn của các thầy cơ để bài khóa luận của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Phạm Quốc Việt

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của tơi và nhóm nghiên
cứu dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Thị Duyên, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư
Phạm, Đại học Đà Nẵng. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực,
được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa được công bố trong bất kỳ một cơng
trình nào khác.

Tác giả

Phạm Quốc Việt

ii


DANH MỤC KÝ HIỆU- CHỮ VIẾT TẮT
XRD

X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

UV-Vis

Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến

Eg

Năng lượng vùng cấm

h+

Lỗ trống

VB

Vùng hóa trị

CB

Vùng dẫn

RhB

Rhodamine B

MOFs

Hợp chất khung hữu cơ kim loại

Ni-MOF

Hợp chất khung hữu cơ kim loại nickel

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Số hiệu hình

Tên hình vẽ

Trang

Cấu trúc tinh thể cơ bản của MOF-5. Hình cầu trong cấu

5

vẽ

Hình 1.1.

trúc minh họa cho khơng gian lớn nhất có trong lỗ xốp
mà không bị ảnh hưởng của các tương tác van der Waals
với khung cơ kim
Hình 1.2.

Đồ thị miêu tả diện tích bề mặt riêng của vật liệu

6

Hình 1.3.

Khả năng lưu trữ CO2 của MOF-177

7

Hình 1.4.

Sắc kí đồ tách các đồng phân xylen và ethylbenzene

8

Hình 1.5.

Các quá trình diễn ra trong hạt bán dẫn khi bị chiếu sáng

14

Hình 1.6.

Cơng thức cấu tạo Rhodamine B

18

Hình 1.7.

Bột Rhodamine B

19

Hình 2.1.

Quy trình tổng hợp Ni-MOF

22

Hình 2.2.

Hỗn hợp NiSO4 và 2-methylimidazole khuấy tan trong

22

35 mL methanol
Hình 2.3.

Ngâm miếng nickel trong HCl 2M

22

Hình 2.4.

Cho vào teflon – lined autoclave

23

Hình 2.5.

Cho vào lị nung 180oC trong vịng 8 giờ

23

Hình 2.6.

Sau khi ly tâm và rửa nhiều lần với methanol

23

Hình 2.7.

Cho vào tủ sấy 80oC trong vịng 12 giờ

23

Hình 2.8.

Vật liệu Ni-MOF sau khi sấy

23

Hình 2.9.

vật liệu Ni-MOF

24

Hình 2.10.

Sơ đồ khối tổng quát một thiết bị đo quang

25

Hình 3.1.

Phổ XRD của mẫu Ni-MOF

29

Hình 3.2.

Kết quả xây dựng đường chuẩn của Rhodamine B

30

Hình 3.3.

Sự thay đổi nồng độ Rhodamine B theo thời gian chiếu

31

sáng
Hình 3.4.

Hiệu suất quang phân hủy Rhodamine B sau 5 giờ chiếu

31

sáng
Hình 3.5.

Sự phụ thuộc ln(C0/C) vào thời gian chiếu sáng
iv

33


Số hiệu hình

Tên hình vẽ

Trang

Hằng số tốc độ phân hủy Rhodamine B theo mơ hình

33

vẽ
Hình 3.6.

Langmuir- Hinshelwood

Hình 3.7.

Ảnh hưởng của CH3OH đến sự thay đổi nồng độ

34

Rhodamine B theo thời gian
Hình 3.8.

Đồ thị phụ thuộc của hiệu suất quang phân hủy

34

Rhodamine B vào tỉ lệ H2O2 :CH3OH
Hình 3.9.

Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ quang phân hủy

35

Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào
tỉ lệ H2O2 :CH3OH
Hình 3.10.

Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến đồ thị phụ thuộc C/C0

36

vào thời gian của Rhodamine B
Hình 3.11.

Đồ thị phụ thuộc hiệu suất quang phân hủy Rhodamine

37

B sau 5 giờ chiếu sáng vào nồng độ H2O2
Hình 3.12.

Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ quang phân hủy

37

Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào
nồng độ H2O2
Hình 3.13.

Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến đồ thị phụ thuộc

38

C/C0 vào thời gian của Rhodamine B
Hình 3.14.

Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ quang phân hủy

39

Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào
nồng độ H2O2
Hình 3.15.

Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến đồ thị phụ thuộc C/C0

40

vào thời gian của Rhodamine B
Hình 3.16.

Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ quang phân hủy

41

Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào
nồng độ đầu Rhodamine B
Hình 3.17.

Ảnh hưởng của pH mơi trường đến đồ thị phụ thuộc C/C0
vào thời gian của Rhodamine B

v

42


Số hiệu hình

Tên hình vẽ

Trang

Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ quang phân hủy

42

vẽ
Hình 3.18.

Rhodamine B theo mơ hình Langmuir-Hinshelwood vào
pH mơi trường

vi


Mục lục
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii
DANH MỤC KÝ HIỆU- CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................................iv
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................1
2. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................2
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................2
2.2. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................. 2
3. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................2
3.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết ........................................................................2
3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm .................................................................2
4. Nội dung nghiên cứu..................................................................................................2
5. Ý nghĩa đề tài .............................................................................................................2
6. Bố cục luận văn ..........................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................4

1.1. Sơ lược về vật liệu khung hữu cơ kim loại MOF .................................................4
1.1.1. Vật liệu MOFs .................................................................................................4
1.1.2. Vật liệu Ni-MOF ........................................................................................... 10
1.2. Vật liệu quang xúc tác .........................................................................................12
1.2.1. Khái niệm xúc tác quang ..............................................................................12
1.2.2. Cơ chế xúc tác quang....................................................................................12
1.3. Tổng quan về thuốc nhuộm .................................................................................15
1.3.1. Khái niệm thuốc nhuộm ................................................................................15
1.3.2. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm ..............................................15
1.3.3. Phân loại thuốc nhuộm .................................................................................16
1.3.4. Cơng thức cấu tạo và tính chất hóa lý của Rhodamine B ............................ 18
1.3.5. Độc tính của thuốc nhuộm Rhodamine B .....................................................19
1.3.6. Ứng dụng và tình hình sử dụng của thuốc nhuộm Rhodamine B .................20
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM..................................................................................21
2.1. Hóa chất và dụng cụ ............................................................................................ 21
vii


2.1.1. Hóa chất ........................................................................................................21
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ........................................................................................21
2.2. Tổng hợp vật liệu Ni-MOF .................................................................................21
2.3. Xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu ................................................................ 24
2.4. Phương pháp xác định nồng độ chất màu hữu cơ 2.4.1. Phương pháp trắc
quang (UV-VIS) ..........................................................................................................24
2.4.2. Xây dựng đường chuẩn của Rhodamine B ...................................................25
2.5. Đánh giá khả năng xúc tác quang phân hủy RhB có mặt H2O2 của vật liệu NiMOF ........................................................................................................................... 25
2.5.1. Đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu .......................................................25
2.5.2. Xác định cơ chế quang phân hủy RhB có mặt H2O2.....................................27
2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang phân hủy RhB có mặt H2O2
xúc tác Ni-MOF .........................................................................................................27

2.6.1. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ......................................................................27
2.6.2. Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu............................................................... 27
2.6.3. Ảnh hưởng của nồng độ RhB ........................................................................27
2.6.4. Ảnh hưởng của pH môi trường .....................................................................27
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 29
3.1. Kết quả xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu.............................................29
3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn của Rhodamine B .............................................29
3.3. Kết quả thử khả năng xúc tác quang phân hủy RhB có mặt H2O2 của vật liệu ..30
3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến phản ứng phân hủy RhB xúc
tác Ni-MOF có mặt H2O2 ........................................................................................... 35
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ......................................................................35
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu............................................................... 38
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ RhB ........................................................................40
3.3.4. Ảnh hưởng của pH môi trường .....................................................................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................44
Kết luận ......................................................................................................................44
Kiến nghị ....................................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 45
viii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước như hiện nay thì việc mở
rộng sản xuất và phát triển các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, các ngành
nghề thủ cơng…ngày càng có quy mơ, đem lại sự thay đổi mạnh mẽ đời sống của người
dân với chất lượng cuộc sống ngày càng nâng cao. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích
mà kinh tế mang lại vẫn tồn tại những ảnh hưởng không tốt đến cuộc sống và xã hội loài
người cũng như động – thực vật. Những ảnh hưởng này đã và đang gây nên ơ nhiễm

khơng khí, ơ nhiễm nguồn nước… do các chất thải công nghiệp và lượng hóa chất tồn
dư sử dụng trong nơng nghiệp hay rác thải từ sinh hoạt [1].
Thành phần chủ yếu trong nước thải của các cơ sở công nghiệp như: dệt may, cao
su, giấy, mỹ phẩm,…là thuốc nhuộm màu. Rhodamine B (RhB) là chất nhuộm thuộc
nhóm thuốc nhuộm Xanthene và được sử dụng rộng rãi, phổ biến. RhB gây độc cấp và
mãn tính thơng qua tiếp xúc, đường hơ hấp và đường tiêu hóa, gây ra tình trạng dị ứng,
ngứa, ho, đau tức ngực. Nếu tích tụ dần trong cơ thể sẽ gây ra nhiều tác hại đối với gan,
thận, hệ thần kinh và gây ung thư [1].
Xúc tác quang hóa là một trong những hướng nghiên cứu có tiềm năng để xử lý
các chất gây ơ nhiễm. Việc tìm kiếm các chất xúc tác có hiệu suất lượng tử cao, có độ
bền xúc tác ngày được nhiều nhà khoa học quan tâm.
Những năm gần đây, vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs) nhận được sự quan
tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới [2]. Do có cấu trúc tinh thể, diện
tích bề mặt riêng lớn, độ xốp cao, kích thước lỗ xốp lớp, có khả năng biến đổi cấu trúc
nên vật liệu MOFs có nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như lưu
trữ khí; cảm biến từ, phân tán thuốc, y sinh học, phát quang, xúc tác…[3]. Ngoài ra, vật
liệu MOFs cũng rất dễ tổng hợp với các tiền chất giá rẻ và dồi dào. Trong số các vật liệu
MOF, Ni-MOF được đánh giá là một trong những vật liệu tiềm năng do có độ xốp cao
và cấu trúc chứa ion kim loại chuyển tiếp hoạt động. Tuy nhiên hiện nay các nghiên cứu
chủ yếu tập trung vào việc biến tính Ni-MOF để ứng dụng làm siêu tụ điện và cảm biến
điện hóa [4]. Để mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu, việc nghiên cứu các tính chất
khác của Ni-MOF như hoạt tính xúc tác quang xử lý chất màu hữu cơ là điều vô cùng
cần thiết.

1


Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng
xúc tác quang phân hủy Rhodamine B có mặt H2O2 của vật liệu Ni - MOF”.
2. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Vật liệu khung hữu cơ kim loại Ni-MOF.
- Chất màu Rhodamine B (RhB).
2.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng hợp được vật liệu Ni-MOF sử dụng phối tử 2-methylimidazole.
- Đánh giá được khả năng xúc tác quang phân hủy chất màu chất màu Rhodamine
B có mặt H2O2 của vật liệu Ni-MOF và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xúc tác quang.
3. Phương pháp nghiên cứu
3.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết
- Nghiên cứu trên mạng internet, tham khảo các cơng trình nghiên cứu trên thế
giới về các chất màu nhuộm, Rhodamine B, các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm,
phương pháp oxi hóa nâng cao, cơ chế xúc tác quang phân hủy chất màu…
- Tổng quan các tài liệu về tính chất, thành phần hố học, phương pháp tổng hợp,
ứng dụng của vật liệu nghiên cứu vật liệu khung hữu cơ kim loại Ni-MOF.
3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Phương pháp nhiệt dung môi (sử dụng dung môi methanol) để tổng hợp vật liệu.
- Các phương pháp phổ xác định cấu trúc của vật liệu: XRD.
- Phương pháp UV-Vis xác định nồng độ của Rhodamine B.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại Ni-MOF.
- Xác định cấu trúc vật liệu: đo phổ XRD.
- Thử khả năng xúc tác quang phân hủy Rhodamine B.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xúc tác quang phân hủy
Rhodamine B (nồng độ H2O2, hàm lượng vật liệu, nồng độ chất màu, pH môi trường).
5. Ý nghĩa đề tài
Kết quả của đề tài đóng góp thêm các thơng tin về ứng dụng của vật liệu khung
hữu cơ kim loại Ni-MOF trong xúc tác quang phân hủy chất màu.
6. Bố cục luận văn
Mở đầu
2

Chương 1: Tổng quan vật liệu
Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Sơ lược về vật liệu khung hữu cơ kim loại MOF
1.1.1. Vật liệu MOFs
1.1.1.1. Giới thiệu sơ về vật liệu MOFs
Kể từ khi khám phá ra vật liệu rây phân tử aluminophosphate (ALPO) năm 1982
[5], sau 30 năm, vật liệu xốp ngày càng phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc, với nhiều
phát minh và nghiên cứu được công bố như vật liệu ống nano cacbon [6], vật liệu silica
lỗ xốp trung bình (có đường kính lỗ xốp 2 - 50 nm) [7], vật liệu cacbon lỗ xốp trung
bình [8] và vật liệu khung cơ kim vi xốp và lỗ xốp trung bình (MOFs – metal organic
frameworks) [9]. So với các vật liệu xốp khác, vật liệu MOFs có những ưu điểm như:
kết hợp cả thành phần hữu cơ và vơ cơ, có cấu trúc dạng tinh thể trật tự ba chiều xác
định, có độ xốp cao và có khả năng biến đổi cấu trúc (trước hoặc sau khi tổng hợp). Nhờ
các thuận lợi đó, số lượng các cơng bố nghiên cứu về MOFs tăng nhanh theo cấp số
nhân, tăng khoảng gấp đôi mỗi
Với những tính chất của vật liệu vi xốp như diện tích bề mặt riêng lớn, kích thước
lỗ xốp phù hợp và có thể điều chỉnh, ngay từ khi mới được phát hiện, MOFs đã được
tập trung nghiên cứu ứng dụng trong hấp phụ, lưu trữ các khí như H2, CH4 [10] và CO2
[11]. MOFs cũng có khả năng sử dụng trong phân tách hóa học [12]. Gần đây, một
hướng nghiên cứu đang thu hút được sự chú ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới là

khả năng ứng dụng MOFs trong lĩnh vực xúc tác [13]. Ngoài những tiềm năng ứng dụng
thường thấy trong các vật liệu vi xốp truyền thống, MOFs cịn có thể được sử dụng làm
các cảm biến hóa học nhờ vào những tính chất đặc biệt, trong một số trường hợp là tính
chất độc nhất, như tính phát quang, khả năng truyền tín hiệu, truyền điện tích và có độ
bền nhiệt nhất định (bền hơn nhiều loại polyme hữu cơ) [14]. Ngồi ra, MOFs cịn được
nghiên cứu ứng dụng trong dẫn truyền thuốc và y sinh [15]. Hiện nay, một số loại MOFs
(như MOF-5, HKUST-1, ZIF-8, Al(BDC)) đã được tập đồn hóa chất hàng đầu thế giới
là BASF thương mại hóa trên quy mơ cơng nghiệp với các sản phẩm có tên gọi
Basolite™. Tuy nhiên, nhìn chung, MOFs cần được nghiên cứu cải thiện về độ bền nhiệt
và hoá học cũng như đơn giản hơn nữa quy trình tổng hợp để có thể thay thế các loại vật
liệu xốp truyền thống khác đang được sử dụng trong công nghiệp.
Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu về MOFs bắt đầu từ khoảng cuối năm 2008, chủ
yếu là nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu MOFs làm xúc tác dị thể [16].
4


1.1.1.2. Cấu trúc hoá học
Trong cấu trúc tinh thể của vật liệu MOFs, các nhóm chức cho điện tử (chứa các
nguyên tử còn cặp điện tử chưa liên kết như O, N, S, P) tạo các liên kết phối trí và cố
định các cation kim loại (hầu hết là các cation kim loại chuyển tiếp) trong các cụm
nguyên tử tạo thành đơn vị cấu trúc cơ bản nhất của MOFs, gọi là đơn vị cấu trúc thứ
cấp (secondary building unit, SBU) [17]. Các SBU lại được nối với nhau thông qua các
các cầu nối hữu cơ để hình thành cấu trúc ba chiều có trật tự nghiêm ngặt trong khơng
gian. Một ví dụ của loại cấu trúc này là cấu trúc của MOF-5 được minh họa ở Hình 1.1.
MOF-5 được tổng hợp từ terephthalic acid (H2BDC) và kẽm nitrate trong N,Ndiethylformamide (DEF). Trong MOF-5, mỗi SBU bát diện Zn4O(CO2)6 chứa bốn tứ
diện ZnO4 có chung đỉnh và sáu nguyên tử C carboxylate. Các SBU bát diện được nối
với nhau bởi các cầu nối benzene. Nhờ cấu trúc khung sườn mở rộng và khơng có vách
ngăn nên MOF-5 có độ xốp và bề mặt riêng lớn (khoảng 3500 m2 /g).

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể cơ bản của MOF-5. Hình cầu trong cấu trúc minh

họa cho khơng gian lớn nhất có trong lỗ xốp mà không bị ảnh hưởng của các
tương tác van der Waals với khung cơ kim [18]

5


1.1.1.3. Tính chất của vật liệu MOFs
Một trong những tính năng đáng chú ý nhất của MOFs là độ xốp rất cao của
chúng do có cấu trúc khung với vách ngăn ở dạng phân tử. Tùy thuộc vào kích thước
của các phối tử và các đơn vị xây dựng vô cơ cũng như kết nối khung, các kênh mở và
lỗ rỗng trong vật liệu có thể có kích thước khác nhau từ một vài angstrom tới vài nanomet
[19].
Một trong những đặc tính nổi bật khác của vật liệu xốp khi so sánh với các vật
liệu khác là diện tích bề mặt riêng rất lớn. Tính chất này của vật liệu là cực kỳ quan
trọng đối với nhiều ứng dụng liên quan đến xúc tác tách và lưu trữ khí. Các báo cáo về
diện tích bề mặt cao nhất của cấu trúc khơng trật tự như than hoạt tính là trên 2000 m2/g
đối với vật liệu vô cơ như zeolit là trên 900 m2/g. Tuy nhiên, với sự ra đời của vật liệu
khung cơ kim loại thì các giá trị bề mặt riêng của vật liệu đã có nhiều thay đổi, liên tục
các kỷ lục được thiết lập và phá vỡ theo sự ra đời của các cấu trúc MOF mới, với giá trị
có thể lên đến trên 6000 m2/g như đối với vật liệu MOF-210 [20].

Hình 1.2. Đồ thị miêu tả diện tích bề mặt riêng của vật liệu [30]
Ngồi ra, một đặc tính nổi bật khác của MOF là tính bền nhiệt. Cấu trúc của vật
liệu này bền ở nhiệt độ tương đối trong khoảng từ 300oC đến 400oC. So với các vật liệu
6


vơ cơ oxide kim loại…thì MOF là loại vật liệu bền vững ở nhiệt độ thấp hơn do sự khác
nhau về năng lượng liên kết hình thành vật liệu: Liên kết phối trí so với với các liên kết
ion, liên kết đồng hóa trị....Tuy nhiên với độ bền nhiệt này, vật liệu MOF đã hồn tồn

có thể sử dụng được trong nhiều lĩnh vực thông thường của đời sống với khoảng hoạt
động của nhiệt độ dưới 300oC.
Với các đặc tính nổi trội của vật liệu hấp phụ cấu trúc nano như trên MOF có
tiềm năng sử dụng rất lớn trong các lĩnh vực liên quan như: Xúc tác lưu trữ khí năng
lượng H2, CH4, phân tách làm sạch hỗn hợp khí…Ngồi ra do tính đa dạng của tổng hợp
hữu cơ người ta có thể lựa chọn các loại ligand khác nhau, kết hợp với các nút kim loại
khác nhau để chế tạo ra các cấu trúc MOF rất phong phú cho các mục đích ứng dụng
khác nhau. Ví dụ: để thay đổi kích thước lỗ rỗng người ta có thể thay đổi chiều dài mạch
phân tử ligand để tăng khả năng lưu trữ khí nhờ chế tạo ra các vật liệu với cấu trúc có
tâm kim loại hở (chưa bão hòa liên kết), hoặc để chế tạo vật liệu xúc tác người ta cũng
có thể đưa vào trong khung các tâm kim loại hoạt động như Cu Pt Ru…[19]
1.1.1.4. Ứng dụng
a) Khả năng hấp phụ và tách khí của MOFs
MOFs với diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp cao, cấu trúc khung có thể tùy biến
kích thước lỗ rỗng lớn đã cho phép chúng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Lưu trữ
khí trong vi xốp MOF đã được nghiên cứu từ vài thập kỷ qua: việc lưu trữ khí carbon
dioxide là nhằm giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính; đặc biệt với mục đích ứng
dụng làm bình chứa nhiên liệu cho động cơ sử dụng các khí đốt như H2 và CH4... Các
nghiên cứu của nhóm tác giả Yaghi về khả năng hấp thụ hydrogen bão hòa trong một số
loại MOF khác nhau đã cho thấy ứng dụng tiềm năng của MOF trong lĩnh vực năng
lượng xanh như MOF-177 có khả năng lưu trữ hydrogen với tỷ lệ 7.5% theo khối lượng,
các nghiên cứu khác cũng chứng minh khả năng của MOF trong lưu trữ methane [21].

Hình 1.3. Khả năng lưu trữ CO2 của MOF-177 [19]
Do đặc tính siêu hấp phụ MOF được dùng làm vật liệu tách lọc khí. Một hỗn hợp
các khí trơ có thể được tách lọc riêng biệt khi cho hấp phụ liên tục qua vật liệu MOF
7


tâm kim loại đồng CuBTC tổng hợp bằng phương pháp điện hóa. Một số vật liệu MOF

có tâm kim loại chưa bão hịa liên kết phối trí (MOF-74, MOF-199), và vật liệu chứa
nhóm chức amin (IRMOF-3) đã cho thấy khả năng hấp thụ rất hiệu quả phụ các chất
gây ô nhiễm bao gồm SO2, NH3, Cl2, C6H6 và CH2Cl2 [21]
Hiện nay các nghiên cứu nhằm ứng dụng MOF làm vật liệu chứa khí hydrogen,
methane…dùng làm nguồn năng lượng tái tạo, nghiên cứu ứng dụng MOF dùng làm vật
liệu bắt giữ khí thải, làm sạch mơi trường đang là hướng nghiên cứu chính dành được
nhiều sự quan tâm nhất đặc biệt là tại các phịng thí nghiệm tiên tiến trên thế giới.
b. Ứng dụng của MOFs trong phân tách hóa học
Với những ưu điểm như diện tích bề mặt riêng lớn, các lỗ xốp có cấu trúc trật tự
và kích thước có thể thay đổi trong khoảng rộng, nhóm chức hóa học đa dạng trên bề
mặt bên trong lỗ xốp và bên ngồi, có độ bền nhiệt chấp nhận được (cao hơn nhiệt độ
sử dụng trong sắc kí khí), MOFs có nhiều tiềm năng ứng dụng làm vật liệu trong phân
tách hóa học và trong hóa phân tích.
Năm 2006, từ nghiên cứu đầu tiên ứng dụng MOF-508, Zn-(BDC)(4,4’-Bipy)0.5,
làm pha tĩnh trong cột sắc kí khí bởi Chen và cộng sự [22], các vật liệu MOFs khác sau
đó cũng được nghiên cứu trong hướng ứng dụng này như MIL-47 [23], MOF-5 [24] và
ZIF-8 [25]. Một loại MOF khác là MIL-101, dạng màng mỏng, đã được phủ bên trong
cột mao quản sắc kí khí để tách các đồng phân xylene (o-xylene, m-xylene và p-xylene)
và ethylbenzene trong thời gian 1,6 phút không cần sử dụng chương trình nhiệt [26].
Các đồng phân trên rất khó tách do nhiệt độ sôi của chúng rất gần nhau. Tính chọn lọc
cao của MIL-101 (cao hơn cả các cột sắc kí mao quản trước đây) được cho là do sự khác
nhau trong tương tác giữa chất được hấp phụ với vật liệu hấp phụ, nhất là tương tác với
các tâm kim loại mở và do độ phân cực phù hợp của MIL-101.

Hình 1.4. Sắc kí đồ tách các đồng phân xylen và ethylbenzene [26]
Các vật liệu đồng cấu trúc IRMOF-1 và IRMOF-3 phủ trong cột sắc kí mao quản
có khả năng tách các hợp chất đa vòng chứa chlorine và bromine, vốn là những chất ô
8

nhiễm hữu cơ khó phân hủy, rất độc cho sức khỏe con người và có khả năng tích tụ sinh
học [27].
Yan và các cộng sự gần đây công bố khả năng tách dãy đồng đẳng các alkanes
(C8-C11) sử dụng ZIF-8 làm vật liệu phủ trong cột mao quản [28]. Với những tính chất
độc đáo như đường kính cửa sổ nhỏ (3,4 Å), đường kính lỗ xốp lớn (11,4 Å) và tính kỵ
nước của bề mặt lỗ xốp bên trong (giúp tăng tương tác van der Waals với các alkanes
mạch thẳng), ZIF-8 có khả năng tách tốt các alkanes mạch thẳng từ các alkanes mạch
nhánh. Kết quả nghiên cứu này cho thấy MOFs có tiềm năng ứng dụng trong cơng
nghiệp tinh chế dầu mỏ và nâng cao chỉ số octane của xăng dầu.
Ngoài ra, một số loại MOFs đã được nghiên cứu ứng dụng làm vật liệu pha tĩnh
trong sắc kí lỏng cao áp hiệu năng cao (HPLC) như [Zn2-(bdc)(L-lac)(dmf)]- DMF,
MIL-47, MOF-5, HKUST-1, MIL-101(Cr) và MIL-53(Al) [29].
c. Ứng dụng của MOFs trong kĩ thuật y sinh
Trong thời gian gần đây, số lượng nghiên cứu ứng dụng MOFs trong lĩnh vực y
sinh, nhất là trong dẫn truyền thuốc ngày càng tăng. Ngoài những đặc điểm như đa dạng
về thành phần hóa học (có thể dễ dàng thay đổi kim loại hoặc cầu nối hữu cơ) cũng như
về cấu trúc (nhiều dạng hình học khác nhau, đường kính lỗ xốp phân bố rộng, từ vi xốp
đến lỗ xốp trung bình), một số MOFs cịn có những tính chất phù hợp với y sinh như
khơng độc, có khả năng phân hủy sinh học. Tùy thuộc vào thành phần và cấu trúc, thời
gian phân hủy của MOFs có thể từ sau vài giờ như MIL-101(Fe) [30], Bio-MIL-1 [31]
đến vài tuần như M-CPO-27(M = Ni, Co) [32] và MIL-53(Fe) [33]. Với những tính chất
như ưa nước/kị nước, có các tâm kim loại mở, khả năng chứa thuốc lớn (so với các hệ
dẫn truyền khác như liposome, polymer, zeolite, …) và có thể giải phóng thuốc bằng tác
động vật lí, MOFs cũng là vật liệu tiềm năng trong dẫn truyền thuốc.
d. Ứng dụng của MOFs trong kĩ thuật xúc tác
Từ năm 2010 trở lại đây, hướng nghiên cứu ứng dụng các vật liệu MOFs trong
kĩ thuật xúc tác ngày càng thu hút sự chú ý của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới.
Tuy nhiên, các cơng trình nghiên cứu ứng dụng vật liệu MOFs làm xúc tác hoặc chất
mang xúc tác chỉ dừng lại ở mức độ thăm dị khảo sát hoạt tính của một số vật liệu MOFs
trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ và hóa dầu thơng dụng. Do vật liệu MOFs là những

vật liệu mới so với các loại vật liệu zeolite hay silica truyền thống, nên có thể nói đây là

9


một lĩnh vực đang cần thêm rất nhiều nghiên cứu để có thể xây dựng được một cơ sở dữ
liệu về hoạt tính xúc tác của loại vật liệu này.
1.1.2. Vật liệu Ni-MOF
Trong số các vật liệu MOFs, Ni-MOF được đánh giá là một trong những vật liệu
tiềm năng do có độ xốp cao và cấu trúc chứa ion kim loại chuyển tiếp hoạt động. Bằng
việc thay đổi các phối tử hữu cơ và điều kiện tổng hợp các vật liệu nickel khung hữu cơ
với cấu trúc và tính chất khác nhau đã được điều chế cũng như đánh giá khả năng ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực.
Năm 1996, từ muối nickel acetate và 1,3,5-benzenetricarboxylic acid bằng
phương pháp thủy luyện Yaghi và các cộng sự đã tổng hợp thành công vật liệu khung
hữu cơ kim loại Ni(H3BTC). Vật liệu này được chứng minh có cấu trúc 3D với độ xốp
cao và có khả năng lưu trữ tốt khí hydrogen [34]. Trong dung mơi DMF ở 100oC nhóm
tác giả Cunrong Zhang thu được vật liệu Ni(H3BTC) có cấu trúc 2D dạng vảy hình lục
giác. Nghiên cứu cho thấy loại vật liệu 2D này có điện trở chuyển điện tích thấp, điện
dung riêng cao (1668,7 F g-1 ở 2 A g-1) và khả năng duy trì điện dung là 90,3% sau 5000
chu kỳ ở 5 A g-1 [35]. Bằng phương pháp ngưng tụ hồi lưu vật liệu Ni(H3BTC) có dạng
hình que được nhóm tác giả Rakhee Bhosale đã tổng hợp thành công và ứng dụng là
siêu tụ điện. Nghiên cứu cho thấy vật liệu Ni-MOF này có diện tích bề mặt riêng lên tới
398,4 m2 g-1, có điện dung 1956,3 F g-1 ở mật độ dòng 5 mA/cm2. Sau 3000 chu kỳ làm
việc liên tục ở 35 mA/cm2 tụ điện vẫn giữ được điện dung bằng 81,13% so với ban đầu
[36].
Thay phối tử hữu cơ bằng 2,5-dihydroxybenzene-1,4-dicarboxylate (DBDC) Hui
Wu và các cộng sự thu được vật liệu tương tự kí hiệu là Ni-MOF-74 có khả năng lưu
trữ khí methane lên tới 160−174 cm3(STP)/cm3 [37]. Ni-MOF-74 cịn có khả năng xúc
tác chọn lọc cho q trình khử điện hóa CO2 và sản xuất khí hydrogen [38] hay hấp phụ

tốt các chất hữu cơ trong mơi trường nước [39].
Năm 2014, vật liệu Ni-MOF-24 có cấu trúc lớp được nhóm tác giả Jie Yang tổng
hợp thành công từ nickel chloride và p-benzodicarboxylic acid (PTA) và lần đầu tiên
được sử dụng làm vật liệu điện cực cho một siêu tụ điện. Nghiên cứu cho thấy, vật liệu
Ni-MOF-24 có điện dung rất lớn, lên đến 1127 F g−1 trong dung dịch KOH 6 M ở mật
độ 0,5 A g-1 [40]. Khung hữu cơ-kim loại hai chiều Ni-MOF-24 còn được ứng dụng làm

10


xúc tác điện hóa cho phản ứng oxy hóa urea (UOR) [41] hay chế tạo cảm biến điện hóa
trên cơ sở Ni-MOF-24 để phát hiện glucose với độ nhạy và độ chính xác cao [42].
Dennis Sheberla cùng các cộng sự năm 2014 đã tổng hợp thành công vật liệu NiMOF nhờ phản ứng của 2,3,6,7,10,11-hexaaminotriphenylene với ion Ni2+ trong dung
dịch NH3 trong mơi trường hiếm khí và đã chứng minh được Ni3(HITP)2 có độ dẫn điện
rất cao [43], có thể sử dụng để tạo ra siêu tụ điện mà không cần các chất phụ gia dẫn
điện hay các chất kết dính [65]. Thiết bị dựa trên Ni-MOF cho điện dung lớn hơn điện
dung của hầu hết các vật liệu dựa trên carbon và có khả năng duy trì cơng suất lớn hơn
90% trong 10000 chu kỳ, được đánh giá là phù hợp với các thiết bị thương mại [44].
Ni3(HITP)2 cũng thể hiện khả năng điện xúc tác tốt cho quá trình khử oxygen [45].
Trong nghiên cứu [46], Ni-MOF được tổng hợp bằng phương pháp chiếu xạ siêu
âm từ muối nickel nitrate và phối tử pyridine-2,6-dicarboxylic acid. Nano Ni-MOF sau
đó được cố định trong mạng polyme dạng sợi PVA bằng cách sử dụng phương pháp
quay điện và được sử dụng làm chất hấp phụ trong q trình hấp phụ khí CH4.
Khung hữu cơ kim loại nickel 2-methylimidazole được tổng hợp lần đầu tiên vào
năm 1968 bởi W. J. Eilbeck và các cộng sự [47]. Tuy nhiên ứng dụng của vật liệu này
cịn ít được quan tâm nghiên cứu. Năm 2019, bằng phương pháp vi sóng nhóm tác giả
K C Devarayapalli đã điều chế thành công nickel 2-methylimidazole dạng sợi và ứng
dụng xúc tác quang phân hủy chất màu. Nghiên cứu cho thấy vật liệu này cho hiệu quả
quang xúc tác cao trong quá trình phân hủy thuốc nhuộm crystal violet (CV) dưới ánh
sáng mặt trời mô phỏng [48]. Để làm tăng độ dẫn điện và khả năng ứng dụng làm siêu

tụ điện của nickel 2-methylimidazole dạng sợi, nhóm tác giả A.M. Kale trong nghiên
cứu [49] đã đề xuất phương pháp proton hóa vật liệu bằng dung dịch H2SO4. Kết quả
nghiên cứu cho thấy vật liệu Ni-MOF (pH = 2) có dung lượng riêng khá cao (Cs) là 467
C/g ở 1 A/g trong dung dịch KOH 6 M. Nhóm tác giả Zixia Wan phân tán vật liệu NiMOF có dạng hình bơng hoa trên nền thép không gỉ và ứng dụng xúc tác điện phân nước
thu khí oxygen. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc phân tán Ni-MOF trên nền thép không
gỉ giúp làm tăng độ dẫn điện và tăng vị trí hoạt động của điện cực, do vậy làm giảm quá
thế OER xuống 190 mV ở 10 mA/cm2, cùng với độ dốc Tafel 58,3 mV dec-1 và sự ổn
định [50].

11


Qua tìm hiểu cho thấy nghiên cứu tổng hợp vật liệu nickel 2- methylimidazole là
hướng nghiên cứu tiềm năng và có khả năng ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác quang
phân hủy chất màu hữu cơ.
1.2. Vật liệu quang xúc tác
1.2.1. Khái niệm xúc tác quang
Năm 1930, khái niệm xúc tác quang ra đời. Trong hố học nó dùng để nói đến
những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng, hay nói
cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra.
Việc sử dụng chất bán dẫn làm xúc tác quang hóa và áp dụng vào xử lý môi trường đã
và đang thu hút được sự quan tâm nhiều hơn so với các phương pháp thông thường khác.
Trong phương pháp này bản thân chất xúc tác khơng bị biến đổi trong suốt q trình và
không cần cung cấp năng lượng khác cho hệ phản ứng. Ngồi ra phương pháp này cịn
có các ưu điểm như: có thể thực hiện ở nhiệt độ và áp suất bình thường, có thể sử dụng
ánh sáng nhân tạo hoặc bức xạ tự nhiên của mặt trời, chất xúc tác rẻ tiền và không độc.
Vật liệu được sử dụng nhiều trong các phản ứng quang xúc tác là các chất bán dẫn
(Semiconductor) [51].
1.2.2. Cơ chế xúc tác quang
Quá trình xúc tác quang hóa bắt đầu khi các photon được hấp thụ bởi các chất

bán dẫn có năng lượng cao hơn hoặc bằng với năng lượng vùng cấm dẫn đến sự kích
thích các electron từ vùng hóa trị (VB) lên vùng dẫn (CB), tạo ra các cặp electron - lỗ
trống quang sinh. Các electron và lỗ trống quang sinh này có thể kết hợp lại trên bề mặt
vật liệu xúc tác bán dẫn hay trong khối các hạt dẫn kèm theo việc giải phóng năng lượng
dưới dạng nhiệt, hoặc di chuyển đến bề mặt nơi chúng có thể phản ứng với các phân tử
bị hấp phụ trên bề mặt của vật liệu bán dẫn. Các lỗ trống quang sinh có khả năng oxi
hố và các electron quang sinh có khả năng khử.
Xét về khả năng dẫn điện, các vật liệu rắn thường được chia thành chất dẫn điện,
bán dẫn và chất cách điện. Nguyên nhân của sự khác nhau về tính dẫn điện là do chúng
khác nhau về cấu trúc vùng năng lượng. Ở kim loại, các mức năng lượng liên tục, các
electron hóa trị dễ dàng bị kích thích thành các electron dẫn. Ở chất bán dẫn và chất
cách điện, vùng hóa trị và vùng dẫn được cách nhau vùng trống, khơng có mức năng
lượng nào. Vùng năng lượng trống này được gọi là vùng cấm. Khi bị kích thích với năng
lượng thích hợp, các electron trên vùng hóa trị có thể nhảy lên vùng dẫn và hình thành
12


một lỗ trống trên vùng hóa trị. Cặp electron dẫn trên vùng dẫn và lỗ trống trên vùng hóa
trị là hạt tải điện chính của chất bán dẫn.
Thời gian sống của cặp electron – lỗ trống là rất nhỏ, cỡ nano giây. Sau khi hình
thành, cặp electron – lỗ trống có thể trải qua một số q trình như: tái hợp sinh ra nhiệt;
di chuyển đến bề mặt và tương tác với các chất cho và chất nhận electron. Trong các
quá trình trên thì sự tái hợp làm cho hiệu suất của quá trình xúc tác quang giảm. Quá
trình cho nhận electron trên bề mặt chất bán dẫn sẽ hiệu quả hơn nếu tiểu phân vô cơ
hoặc hữu cơ được hấp phụ sẵn trên bề mặt. Xác suất và tốc độ của q trình oxi hóa và
khử của các electron và lỗ trống phụ thuộc vào vị trí bờ vùng dẫn, vùng hóa trị và thế
hóa khử của tiểu phân hấp phụ.
Q trình xúc tác quang dị thể có thể được tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng.
Cũng giống như các quá trình xúc tác dị khác, quá trình xúc tác quang dị thể được chia
thành các giai đoạn như sau [52]:

(1) Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt chất xúc
tác.
(2) Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác.
(3) Hấp thụ photon ánh sáng, sinh ra các cặp điện tử - lỗ trống trong chất xúc tác, và tán
đến bề mặt vật liệu.
(4) Phản ứng quang hóa, được chia làm hai giai đoạn nhỏ:
* Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử chất xúc tác bị kích thích (các phân
tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất hấp phụ lên bề mặt.
* Phản ứng quang hóa thứ cấp, cịn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt,
đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp.
(5) Nhả hấp phụ các sản phẩm.
(6) Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng.

13


Hình 1.5. Các quá trình diễn ra trong hạt bán dẫn khi bị chiếu sáng [52]
Một số phản ứng xảy ra khi có sự tạo thành electron quang sinh và lỗ trống quang
sinh khi có mặt nước và oxygen.
Photocatalyst + hv → h+ + eH2O + h+ → OH. + H+
2HO. + h+ → .𝑂2− + 2H+
2H+ + e → H2
.

𝑂2− + H+ → HO2.

2HO2. → O2 + H2O2
H2O2 + O2 → HO. + HO. + O2
Do gốc hydroxyl OH. có khả năng oxi hóa rất mạnh, tốc độ phản ứng oxi hóa rất
nhanh và khơng chọn lựa khi phản ứng với các hợp chất khác nhau, nhiều cơng trình

nghiên cứu trong nhiều năm qua là tìm kiếm cách tạo ra gốc OH. trên cơ sở các tác nhân
oxi hóa thơng thường như hydro peroxide thơng qua phản ứng hóa học (H2O2/Fe2+,
O3/H2O2, O3 tự xúc tác), hay nhờ năng lượng bức xạ tia UV âm, tia gamma, tia X, chùm
electron). Khả năng oxi hóa được thể hiện qua thế oxi hóa

14


Bảng 1.1. Số oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa thường gặp
Tác nhân oxi hố

Thế oxi hố, V

OH-

2,8

O3

2,07

H 2 O2

1,78

MnO4-

1,68

Acid HBr

1,59

𝐶𝑙𝑂2−

1,57

HClO

1,49

HIO

1,45

Cl2

1,36

Br2

1,09

I2

0,54

1.3. Tổng quan về thuốc nhuộm
1.3.1. Khái niệm thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp)

rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, hấp thụ mạnh một phần nhất định của
quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều
kiện quy định (tính gắn màu).
1.3.2. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay, con
người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc
nhuộm là độ bền màu và tính chất khó bị phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có được
là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang
màu và nhóm trợ màu. Theo quan điểm của Butlervo và Alektsev năm 1876 thì hợp chất
hữu cơ mang màu là do phân tử của chúng có những nhóm mang màu. Đó là những
nhóm nguyên tử chưa bão hịa hóa trị. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối
đôi liên hợp với hệ điện tử 𝜋 không cố định. Những nhóm mang màu quan trọng là:
>C=C< (nhóm ethylene); >C=N- (nhóm azomethyl); -N=N- (nhóm azo); -NO2 (nhóm
nitro compound); -N=O (nhóm nitroso); =C=O (nhóm carbonyl).
Ngồi những nhóm mang màu thì nhóm trợ màu giúp cho màu sắc sâu hơn. Nhóm
trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2-, COOH-,
15