Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành vật liệu zif 8 kích thước nano

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ
ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH
VẬT LIỆU ZIF-8 KÍCH THƯỚC NANO
Giảng viên hướng dẫn

: PGS.TS Tạ Ngọc Đôn
NCS.ThS Lê Văn Dương
Hà Nội 06/2015


NỘI DUNG
1

Phần 1:Đặt vấn đề

2

Phần 2:Tổng quan về vật liệu ZIF-8

3 Phần 3:Các phương pháp thực nghiệm

5 Phần 5:Kết luận


ĐẶT VẤN ĐỀ

 Trong những năm gần đây, các vật liệu mao quản được rất nhiều sự
quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học trên toàn thế giới, nhờ
tính chất xốp, bề mặt riêng lớn, kích thước mao quản đa dạng, đồng
đều. Chúng đã có được những ứng dụng rất đa dạng từ làm lưu trữ
khí, tách khí, xúc tác, chất phát quang, cảm biến… Một trong số đó là
vật liệu khung hữu cơ – kim loại ZIF (Zeolit Imidazolate
Flameworks).


TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZIF-8
 ZIF là một họ vật liệu có cấu trúc khung hữu cơ – kim loại (MOFs).
Đây là họ vật liệu mới có cấu trúc tinh thể mang đặc tính độc đáo của
cả hai dòng vật liệu zeolit và MOFs, với hệ thống vi mao quản đồng
nhất và có diện tích bề mặt rất cao, độ bền nhiệt khoảng 390oC.
 ZIF-8 là một trong số vật liệu ZIF được nghiên cứu nhiều nhất do
chúng có hệ thống vi mao quản có đường kính 11,6 Å được nối thông
với các cửa sổ nhỏ có đường kính 3,4 Å.


HÌNH ẢNH VỀ VẬT LIỆU ZIF-8

Cấu trúc tinh thể ZIF-8 (trái)
và cấu trúc mao quản vòng lục giác (phải)

Cấu trúc của ZIF-8


ỨNG DỤNG VÀ NHỮNG HƯỚNG ĐI
MỚI
 Với những tính chất ưu việt, vượt trội như vậy ZIF-8 hứa hẹn sẽ có

nhiều ứng dụng thiết thực hơn các thế hệ đàn anh đi trước như ZIF-7,
ZIF-22, ZIF-69 với ứng dụng nổi bật xử lý khí CO2 góp phần làm
giảm hiệu ứng nhà kính nguyên nhân gây nên sự ấm dần lên của khí
hậu Trái Đất. Ngoài ra ZIF-8 còn có một số ứng dụng khác:
 Khả năng hấp phụ H2 trong hỗn hợp.
 Khả năng tách propylene/propan.
 Sử dụng làm xúc tác cho phản ứng
alkyl hóa Friedel-crafts.


TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZIF-8
 Hiện nay ở Việt Nam, vật liệu ZIF chỉ có một nhóm nghiên cứu và
tổng hợp thành công là nhóm của GS.TS. Phan Thanh Sơn Nam
(Trưởng Khoa Hóa ĐH BK TP HCM).
 Để đóng góp một kết quả về hướng nghiên cứu, tổng hợp ZIF-8 ở Việt
Nam nên em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật
liệu ZIF-8 kích thước Nano”.


THỰC NGHIỆM
 Hòa tan 2,2 g (7,4 mmol)
Zn(NO3)2.6H2O trong 150 ml
metanol (dung dịch 1) và 2,43 g
(29,6
mmol)
2-metylimidazol
(Hmim) trong 150 ml metanol (dung
dịch 2).
 Khuấy trong 10 phút.
 Khuấy liên tục trong 24 giờ ở nhiệt

độ phòng.
 Ly tâm, tiếp tục rửa bằng 30 ml
metanol và ly tâm 3 lần.
 Sấy trong 6 giờ tại 80oC và sấy chân
không trong 12 giờ tại 120oC.

10 phút


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả tổng hợp vật liệu ZIF - 8
 Đường nền phẳng, thấp, ít pic lạ →
chỉ chứa một pha duy nhất tương tự
mẫu ZIF-8 chuẩn.
 Pic đặc trưng tại giá trị 2θ ≈ 7,46o có
cường độ mạnh, sắc nét, độ rộng
chân pic khá lớn → Chứng tỏ tinh
thể có kích thước nhỏ.


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hình 4.2. Ảnh SEM của mẫu ZIF-8 tổng hợp
(a) và ZIF-8 chuẩn (b)

 Ảnh SEM và TEM của
ZIF-8 tổng hợp và ZIF-8
chuẩn tương tự nhau.
 Không có pha lạ, mật độ
dày đặc.

 Các tinh thể của mẫu tổng
hợp được đồng đều, kích
thước khoảng 70 nm.
Hình 3. Ảnh TEM của mẫu ZIF-8 chuẩn
(a) và ZIF-8 tổng hợp (b).


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
 Hình dạng các đám phổ
xuất hiện hoàn toàn
giống nhau  cấu trúc
của 2 mẫu là tương đồng
nhau


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Nhận thấy hầu như không có
vòng trễ, không có hiện tượng
ngưng tụ mao quản và có hình
dạng của đường đẳng nhiệt của
vi mao quản.
Diện tích bề mặt riêng theo
BET bằng 1250 m2/g, theo
Langmuir bằng 1770 m2/g.


Ảnh hưởng của dung môi metanol

Lượng dung môi
thay đổi 150 (a) –

300 (b) – 450 ml
(c).
Sử dụng lượng
dung môi 300 ml là
thích hợp nhất.


Ảnh hưởng của hàm lượng Hmim
Lượng Hmim thay đổi 1,0
- 2,0 - 3,0 (tương ứng tỷ
lệ mol Muối/Hmim = 1/2
(a) - 1/4 (b) - 1/6 (c)).
Tỷ lệ Muối/Hmim = 1/4
là thích hợp nhất.


Ảnh hưởng của các loại muối Zn khác nhau

Muối tương ứng là ZnCl2,
Zn(NO3)2.6H2O,
Zn(CH3COO)2.2H2O.
Sử
dụng
muối
Zn(NO3)2.6H2O


KẾT LUẬN
1. Đã tổng hợp thành công vật liệu nano ZIF-8 trong dung môi metanol ở nhiệt độ và áp
suất thường. Bằng các phương pháp hóa lý hiện đại, đã chứng minh vật liệu tinh thể tạo

thành có cấu trúc đơn pha, tinh khiết, bề mặt riêng BET đạt 1250 m 2/g, kích thước tinh thể
khoảng 70 nm, bền nhiệt đến 350oC.
2. Tiến hành nghiên cứu một số yếu tố ảnh hướng tới quá trình tổng hợp ZIF-8 như: hàm
lượng dung môi metanol, hàm lượng muối Hmim và các loại muối khác nhau. Và đã tìm ra
được điều kiện thích hợp là:
- Khi tăng hàm lượng Metanol ứng với lượng 150 ml, 300 ml và 450 ml thì mẫu thu được
có dạng lập phương, tinh thể đồng đều, mẫu có ít pha vô định hình. Và lượng dung môi
Metanol phù hợp là 300 ml.


KẾT LUẬN
- Khi tăng lượng Hmim sử dụng với tỷ lệ Muối/Hmim = 1/2, 1/4, 1/6.
Các mẫu thu được có dạng lập phương, tinh thể đồng đều, mẫu có ít pha
vô định hình, tuy nhiên đẹp nhất ở tỷ lệ Muối/Hmim = 1/4.
- Khi khảo sát các loại muối Zn khác nhau là: ZnCl2, Zn(NO3)2.6H2O và
Zn(CH3COO)2.2H2O. Mẫu sử dụng muối Zn(NO3)2.6H2O tổng hợp tạo
thành có đường nền phẳng, chỉ chứa một pha duy nhất, tinh thể có kích
thước nhỏ. Vậy nên sử dụng muối Zn(NO3)2.6H2O là thích hợp nhất.
3. Đã áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại vào phân tích mẫu
như XRD, SEM, TEM, IR, TGA và BET và thu được kết quả phù hợp,
đáng tin cậy.


LOGO

CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN
ĐÃ LẮNG NGHE!