Vật liệu mao quản trung bình SBA 16

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

TIỂU LUẬN MÔN HỌC :

TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH
SBA-16

Gvhd: PGS.TS.PHẠM THANH HUYỀN
SVTH: Đoàn văn tú
cao trường an
nguyễn thị hoa


Nội dung
Giới thiệu chung

Cấu trúc và tính chất đặc trưng của vật liệu

Quá trình tổng hợp vật liệu

Các nghiên cứu đặc trưng

Ứng dụng của vật liệu

Kết luận


I. giới thiệu chung

•

Theo IUPAC (Internatonal Union of Pure and Applied Chemistry) vật liệu cấu trúc mao quản được chia thành 3 loại
dựa trên kích thước mao quản (dpore) của chúng.

Hình 1: Phân loại theo kích thước mao quản. [9]
(Nguyễn Hữu Phú, “Tổng hợp vật liệu mao quản trung bình Si-SBA-15: Ảnh hưởng của thời gian già hóa tới kích thước mao quản”, Các báo cáo khoa học Hội
nghị xúc tác và hấp phụ toàn quốc lần thứ III, Huế, 9 – 2005, trang 580 – 585.)


•

Đầu những năm 1992, các nhà nghiên cứu của hãng Mobil đã phát minh ra phương pháp tổng hợp họ vật liệu MQTB (ký hiệu là M41S) có
cấu trúc mao quản với độ trật tự rất cao và kích thước mao quản phân bố trong một khoảng hẹp 15 - 100Å và diện tích bề mặt lớn.[6]

Hình 2. Cấu trúc một số loại vật liệu mao quản trung bình
(SunilKumar, M.M.Malik, RajeshPurohit: “Synthesis Methods of Mesoporous Silica Materials”, Materialstoday Proceedings,Volume 4, Issue 2,Part A,2017,
Pages 350-357.)


Phân loại vật liệu mao quản trung bình

Theo cấu trúc:

Theo thành phần vật liệu:






Cấu trúc lục lăng (hexagonal): MCM-41, MSU-H,SBA-15,
…





Cấu trúc lập phương (cubic): MCM-48, SBA-16,…
Cấu trúc lớp mỏng (laminar): MCM-50,..
Cấu trúc không trật tự (disordered): KIT-1,..

Vật liệu MQTB trên cơ sở oxit silic ( M41S, SBA, MSU)
Vật liệu MQTB không chứa silic


II. Cấu trúc vật liệu sba-16



SBA-16 là vật liệu xốp, mao quản trung bình hình chai với các hốc mao quản
có kích thước 5-12 nm, trật tự, diện tích bề mặt rất cao từ 600-1000 m2/g, sắp
xếp theo dạng lập phương 3 chiều, hệ thống kênh lớn, có cấu trúc đối xứng
tâm thuộc nhóm không gian Im3m. Mỗi mao quản được kết nối với 8 mao quản

Hình ảnh cấu trúc mao quản 3D của SBA-16

bên cạnh.[2]

Bề mặt các mao quản của SBA-16

(Tae-Wan Kim, Ryong Ryoo, Michal Kruk, Kamil P. Gierszal,Mietek Jaroniec,Satoshi Kamiya, and OsamuTerasaki
(2004): “Tailoring the Pore Structure of SBA-16 Silica Molecular Sieve through the Use of Copolymer Blends and
Control of Synthesis Temperature and Time”, Journal of Physical Chemistry B, Vol. 108, Pages 11480-11489.)




Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật liệu



Các điều kiện tổng hợp như nhiệt độ, pH, nồng độ silica, chất hoạt động bề mặt, thời gian khuấy, nhiệt độ và
thời gian lão hóa ảnh hưởng đến hình thái của SBA-16.

•

Sự tăng nhiệt độ trong quá trình già hóa và thời gian già hóa gây ra sự tăng đường kính mao quản.

Hình 3. Mô hình tăng kích thước mao quản của SBA-16 khi tăng nhiệt độ già hóa [2]
(Tae-Wan Kim, Ryong Ryoo, Michal Kruk, Kamil P. Gierszal,Mietek Jaroniec,Satoshi Kamiya, and OsamuTerasaki (2004): “Tailoring the Pore Structure of SBA-16
Silica Molecular Sieve through the Use of Copolymer Blends and Control of Synthesis Temperature and Time”, Journal of Physical Chemistry B, Vol. 108, Pages
11480-11489.)


•

Sự thêm các chất phụ trợ ( ví dụ như D-glucozơ) cũng làm thay đổi tính chất của vật liệu : Sau khi thêm D-glucozơ, liên kết hydro
có thể hình thành bằng nhóm -OH của D-glucozơ và phần ưa nước PEO của copolime 3 khối. Do đó, khi tăng tỉ lệ khối lượng Dglucozơ/F127, phần ưa nước PEO bị co lại và độ dày thành mao quản do đó giảm đi.

Hình 4. Sự co chuỗi PEO khi tăng hàm lượng D-glucozơ. [3]

(Seo-Hee Cho and Sang-Eon Park (2007): “The effect of hydrophilic agent on pores and walls of SBA-16 type mesoporous silica”, Studies in Surface Science and Catalysis,
Volum170, Pages 641-647.)


•

Thể tích vi lỗ cũng phụ thuộc vào thành phần các chất ban
đầu. Khi tăng hàm lượng của silica từ 6-9.5% về khối lượng thì
thể tích vi lỗ tăng từ 44-67%. Điều này được giải thích là phần
ưa nước EO có thể tương tác với silica bị oligome hóa qua
tương tác tĩnh điện và liên kết hydro.

Hình 5. Sự tăng độ dày thành mao quản khi tăng hàm lượng TEOS
(Dp: Diameter pore – Đường kính mao quản, W : Wall thickness – Độ dày thành mao quản ) [4]
(Chi-Feng Cheng, Yi-Chun Lin, Hsu-Hsuan Cheng, Yu-Chuan Chen (2003): “The effect and model of silica concentrations on physical properties and particle sizes of
three-dimensional SBA-16 nanoporous materials”, Chemical Physics Letters, Volume 382,   Pages 496-501.)


•

Mẫu tổng hợp mà trong giai đoạn phản ứng có khuấy so với mẫu không khuấy với cùng nồng độ TEOS thì 2 mẫu ít có sự khác
nhau về kích thước mao quản nhưng mẫu khuấy có cấu trúc trật tự hơn rất nhiều.

Hình 6. Hình ảnh SEM của các vật liệu cấu tạo đã được tổng hợp với tổng hợp thời gian khuấy khác nhau
(a) S0 / M60, (b) S30 / M30 (c) S30 / M60, và (d) S30 / M120.[7]
(Young KyuHwang, Jong-SanChang, Young-UkKwon, Sang-EonPark:” Microwave synthesis of cubic mesoporous silica SBA-16”, Microporous and Mesoporous Materials, Volume 68, Issues
1-3, 8 March 2004,Pages 21–27.)


Iii. Quá trình tổng hợp vật liệu

Tổng hợp vật liệu SBA-16 từ nguồn silic vỏ trấu

Phương pháp thủy nhiệt tuyến solegel


Tổng hợp vật liệu SBA-16 từ nguồn silic vỏ trấu

•

TÁCH SIO2 TỪ VỎ TRẤU

(Đinh Quang Khiếu, Phạm Thị Kim Oanh, Trần Quốc Việt, Trần Thái Hòa
“ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu rây phân tử mao quản trung bình SBA-16”
Tạp Chí Khoa Học, Đại Học Huế, Số 50, 2009.) [8]


•

TổNG hợp vật liệu mao quản trung bình sba-16 từ vỏ trấu

(Đinh Quang Khiếu, Phạm Thị Kim Oanh, Trần Quốc Việt, Trần Thái Hòa
“ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu rây phân tử mao quản trung bình SBA-16”
Tạp Chí Khoa Học, Đại Học Huế, Số 50, 2009.) [8]


•

kết quả và Phân tích

Hình 7. Hình ảnh TEM (a) và hình ảnh nhiễu xạ tia X (b) của hạt silic có nguồn gốc từ vỏ
trấu có kích thước ~ 10nm.[10]
“
(N. K. Renuka , K. Anas , C. U. Aniz (2015): Synthesis, characterisation and activity of SBA-16 supported oxidation catalysts for CO conversion”, Chinese Journal of Catalysis
36, pages 1237–1241.)


iv. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng

Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng

Phương pháp đẳng nhiệt
Nghiên cứu quang phổ

Phương pháp kính hiển vi

Phương pháp kính hiển vi

Phương pháp nhiễu xạ tia

FTIR

điện tử truyền qua (TEM)

điện tử quét (SEM)

X (XRD)

hấp phụ N2
(BET)



Nghiên cứu quang phổ FTIR.

Fig.2 Phổ FTIR của SBA-16 trước và sau khi hấp phụ thuốc nhuộm.[5]
(Haribandhu Chaudhuri, Subhajit Dash, Soumitra Ghorai, Sagar Pal, Ashis Sarkar (2016): “ SBA-16: Application for the removal of neutral,
cationic, and anionic dyes from aqueous medium”, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 4, Pages 157-166.)




Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ N2 (BET)

Fig.3.Hình ảnh đường cong hấp thụ - giải hấp phụ Nitơ của SBA-16 (nung) trước và sau khi
hấp thụ thuốc nhuộm.[5]
(Haribandhu Chaudhuri, Subhajit Dash, Soumitra Ghorai, Sagar Pal, Ashis Sarkar (2016): “ SBA-16: Application for the removal of neutral, cationic, and anionic dyes from
aqueous medium”, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 4, Pages 157-166.)




Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

Fig.5. Các mẫu HR-XRD của SBA-16 trước và sau khi hấp phụ thuốc
nhuộm.[5]
(Haribandhu Chaudhuri, Subhajit Dash, Soumitra Ghorai, Sagar Pal, Ashis Sarkar (2016): “ SBA-16: Application for the removal of neutral, cationic, and anionic dyes from aqueous medium”,
Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 4, Pages 157-166.)



Phương pháp FE-SEM và HR-TEM

(Haribandhu Chaudhuri, Subhajit Dash, Soumitra Ghorai, Sagar Pal, Ashis
Sarkar (2016): “ SBA-16: Application for the removal of neutral, cationic,
and anionic dyes from aqueous medium”, Journal of Environmental
Chemical Engineering, Volume 4, Pages 157-166.)

Fig.6 Hình ảnh FE-SEM của SBA-16 trước và sau khi hấp phụ thuốc nhuộm.[5]


• Ti-SBA16 có tính ổn định nhiệt độ cao, thành dày, và diện tích bề mặt cao cho thấy hoạt tính cao trong quá trình khử lưu

Khử lưu huỳnh
Làm khuôn mẫu

huỳnh của oxy hóa DBT và nó không giảm thậm chí sau nhiều lần tái chế.

• SBA-16, được chế tạo trên thủy tinh oxit indo-thiếc (ITO) bằng phương pháp lót lớp phủ, đã được sử dụng làm khuôn mẫu để

Làm chất hấp phụ

tạo ra các tinh thể xốp sắt ba chiều bằng phương pháp tích điện hóa của kim loại sắt bởi sự oxy hóa.

Làm chất mang xúc tác

• SBA-16 với nhóm –SH là một chất hấp phụ Cu (II) từ các dung dịch nước ở nhiệt độ phòng.

• Al / SBA-16 là một chất xúc tác cho quá trình hydro hóa nguyên liệu FCC Diesel.
• Fe / SBA-16 là một chất xúc tác thích hợp cho hydroxyl hóa benzen với phenol sử dụng hydrogen peroxide là chất oxy hóa.

v. Ứng dụng


Vi.Kết luận
•

Ngày nay, việc nghiên cứu vật liệu mới, trong đó có vật liệu mao quản trung bình ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống
được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm và phát triển.

•

Các đặc tính của vật liệu SBA-16 như mao quản đồng đều và diện tích bề mặt cao nên nó được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xúc tác. Các
ống nano cacbon đơn thành có chất lượng cao (SWNTS) được tổng hợp trên màng silic mỏng SBA-16 giúp tăng thể tích giúp giữ các kim
loại xúc tác bên trong nó.


tài liệu tham khảo
1.

GS. TS Đào Văn Tường. Động học xúc tác. NXB Khoa học và Kỹ thuật (2006).

2.

Tae-Wan Kim, Ryong Ryoo, Michal Kruk, Kamil P. Gierszal,Mietek Jaroniec,Satoshi Kamiya, and OsamuTerasaki (2004): “Tailoring the Pore Structure
of SBA-16 Silica Molecular Sieve through the Use of Copolymer Blends and Control of Synthesis Temperature and Time”, Journal of Physical
Chemistry B, Vol. 108, Pages 11480-11489.

3.

Seo-Hee Cho and Sang-Eon Park (2007): “The effect of hydrophilic agent on pores and walls of SBA-16 type mesoporous silica”, Studies in Surface
Science and Catalysis, Volum170, Pages 641-647.

4.

Chi-Feng Cheng, Yi-Chun Lin, Hsu-Hsuan Cheng, Yu-Chuan Chen (2003): “The effect and model of silica concentrations on physical properties and
particle sizes of three-dimensional SBA-16 nanoporous materials”, Chemical Physics Letters, Volume 382,   Pages 496-501.

5.

Haribandhu Chaudhuri, Subhajit Dash, Soumitra Ghorai, Sagar Pal, Ashis Sarkar (2016): “ SBA-16: Application for the removal of neutral, cationic, and
anionic dyes from aqueous medium”, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 4, Pages 157-166.

6.

SunilKumar, M.M.Malik, RajeshPurohit: “Synthesis Methods of Mesoporous Silica Materials”, Materialstoday Proceedings,Volume 4, Issue 2,Part
A,2017, Pages 350-357.

7.

Young KyuHwang, Jong-SanChang, Young-UkKwon, Sang-EonPark:” Microwave synthesis of cubic mesoporous silica SBA-16”, Microporous and
Mesoporous Materials, Volume 68, Issues 1-3, 8 March 2004,Pages 21–27.

8.

Đinh Quang Khiếu, Phạm Thị Kim Oanh, Trần Quốc Việt, Trần Thái Hòa, “ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu rây phân tử mao quản trung bình SBA-16”, Tạp
Chí Khoa Học, Đại Học Huế, Số 50, 2009.

9.

Nguyễn Hữu Phú, “Tổng hợp vật liệu mao quản trung bình Si-SBA-15: Ảnh hưởng của thời gian già hóa tới kích thước mao quản”, Các báo cáo khoa
học Hội nghị xúc tác và hấp phụ toàn quốc lần thứ III, Huế, 9 – 2005, trang 580 – 585.

10. N. K. Renuka , K. Anas , C. U. Aniz (2015): “Synthesis, characterisation and activity of SBA-16 supported oxidation catalysts for CO conversion”,
Chinese Journal of Catalysis 36, pages 1237–1241.

11. Elangovan, SP; Inoue, K; Yokoi, T; Okubo, T; Kojima, A; Ogura (2008) : “M. Solid acid porous materials for the catalytic transformation of 1-adamantol”,
Catal. Today, Volume131, Pages 367–371.

12. Tsoncheva, T; Rosenholm, J; Teixeira, CV; Dimitrov, M; Linden, M; Minchev (2006): “ Preparation, characterization and catalytic behavior in methanol
decomposition of nanosized iron oxide particles within large pore ordered mesoporous silicas”. Microporous and Mesoporous Materials, Volume 89,
Pages 209-218.