Nghiên cứu tổng hợp chất xúc tác trên nền cacbon nitrua (tt)

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
----------

NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT XÚC TÁC
TRÊN NỀN CACBON NITRUA
Demo Version - Select.Pdf SDK
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 60.44.01.19

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. HOÀNG VĂN ĐỨC

Thừa Thiên Huế, Năm 2016
i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực,
đƣợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa đƣợc công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu Hƣơng

Demo Version - Select.Pdf SDK

ii


Lời Cảm Ơn
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng gửi
lời cảm ơn đến:
- Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Huế
- Phòng Đào tạo sau Đại học, Trường Đại học Sư Phạm
Huế, các thầy trường Đại Học Khoa Học.
- Đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS.Hoàng Văn Đức
Cô giáo ThS. Nguyễn Thị Anh Thư, người đã tận tình hướng
Demo Version - Select.Pdf SDK

dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong tổ hóa lý,
thầy Phạm Viết Tý đã tạo điều kiện cho em được tìm hiểu, đo mẫu
trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Và cuối cùng, em xin gửi cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã
luôn hết mình giúp đỡ và động viên em hoàn thành đề tài này.
Huế, tháng 09 năm 2016
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Thu Hương

iii
iii

MỤC LỤC
Trang phụ bìa ..........................................................................................................i
Lời cam đoan ......................................................................................................... ii
Lời cám ơn ........................................................................................................... iii
Mục lục ................................................................................................................... 1
Danh mục các k hiệu và các ch viết t t .............................................................. 4
Danh mục bảng....................................................................................................... 5
Danh mục hình ảnh ................................................................................................ 6
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 7
NỘI DUNG ............................................................................................................ 7
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU.......................................................... 9
1.1. V T LIỆU C3N4 .......................................................................................... 9
1.1.1. Gi i thiệu về vật liệu C3N4 ..................................................................... 9
1.1. . Các
phƣơng
pháp tổng
hợp vật liệuSDK
C3N4 ............................................ 11
Demo
Version
- Select.Pdf
1.1. . Ứng dụng của C3N4 .............................................................................. 15
1. . V T LIỆU CU C3N4 .................................................................................. 16
1. .1. Tổng hợp vật liệu Cu C3N4 .................................................................. 16
1. . . Ứng dụng của vật liệu Cu C3N4 ........................................................... 17
1. . TỔNG QUAN VỀ URE VÀ THIOURE ................................................... 18
1. .1. Gi i thiệu về Ure và thioure ................................................................. 18
1. . . Ứng dụng của Ure và thioure ............................................................... 20
1.4. XANH METYLEN .................................................................................... 21
1. .1. Cấu tr c xanh metylen ......................................................................... 21

1. . . L ch sử nghiên cứu ............................................................................... 21
1. . . Đ c t nh của xanh metylen ................................................................... 21
1.4. . Tác h i của thuốc nhuộm ..................................................................... 22
1. . . Một vài phƣơng pháp sử dụng đ xử l xanh metylen ......................... 23

1


1. . . Quá trình hấp phụ và x c tác................................................................ 25
CHƢƠNG . NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................28
.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ...................................................................... 28
. . NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................... 28
. . PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................. 28
2.3.1. Tổng hợp vật liệu ................................................................................. 28
. . . Đ c trƣng vật liệu ................................................................................. 28
. . THỰC NGHIỆM ........................................................................................ 34
. .1. Hóa chất, thiết b và dụng cụ ................................................................ 34
2.4.2. Tổng hợp vật liệu ................................................................................. 35
. . . Biến t nh C3N4 bằng kim lo i ho t động .............................................. 36
. . TH

HO T TÍNH CỦA V T LIỆU ........................................................ 37

. .1. Đánh giá ho t t nh x c tác của vật liệu đã tổng hợp ............................ 37
. . . Đánh giá ho t t nh hấp phụ của vật liệu đã tổng hợp ........................... 37
CHƢƠNG Demo
. KẾT QUẢ
VÀ THẢO
LU N .......................................................
39

Version
- Select.Pdf
SDK
.1.TỔNG HỢP V T LIỆU C3N4 .................................................................... 39
.1.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến cấu tr c của C3N4.......................... 39
.1. . Ảnh hƣởng của thời gian nhiệt phân đến cấu tr c của C3N4................ 41
. . TỔNG HỢP V T LIỆU Cu/C3N4 ............................................................. 44
. .1. Tổng hợp Cu C3N4 v i các chất khử khác nhau .................................. 44
. . . Tổng hợp Cu C3N4 v i hàm lƣợng Cu khác nhau................................ 47
. . . Tổng hợp Cu C3N4 v i các chất nền khác nhau. .................................. 49
. . ĐÁNH GIÁ HO T TÍNH X C TÁC CỦA CÁC V T LIỆU Cu/C3N4 .. 50
. .1. Ảnh hƣởng của chất khử ...................................................................... 51
3.3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng đồng .......................................................... 52
. . . Ảnh hƣởng của vật liệu biến t nh từ các chất nền khác nhau .............. 53
. . ĐÁNH GIÁ KHẢ N NG HẤP PHỤ, X C TÁC CỦA V T LIỆU
Cu/UCN3-GL .................................................................................................... 54

2


TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................57
PHỤ LỤC .............................................................................................................P1
Phụ lục 1: Phổ XRD UCN .................................................................................P2
Phục lục : Phổ XRD của TCN3..........................................................................P2
Phục lục : Phổ XRD Cu UCN ..........................................................................P3
Phụ lục : phổ XRD Cu TCN ............................................................................P3
Phụ lục : phổ FT – IR .........................................................................................P4

Demo Version - Select.Pdf SDK

3


DANH MỤC CÁC

HIỆU VÀ CÁC CH

VIẾT TẮT

BOD

: Biochemical Oxygen Demand

COD

: Chemical Oxygen Demand

ECL

: Electrochemiluminescence

EDX

: Energy Dispersive X – Ray Spectroscopy

GCE

: Glassy Carbon Electrode

HOMO

: Highest Occupied Molecular Orbital

LUMO

: Lowest Unoccupied Molecular Orbital

MB

: Methylthioninium Chlorid

PL

: Photoluminescence

SDAs

: Structure – Directing Agents

SNSs

: Silica Nano Spheres

TG

: Thermal Gravimetric
Select.Pdf
TLTKDemo Version
: Tài Liệu- Tham
Khảo SDK

UV – Vis

: Ultra Violet – Vissible

XRD

: X-Ray Diffration

XPS

: X-ray Photoelectron Spectroscopy

4


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các t nh chất vật l của xanh metylen ................................................. 21
Bảng 2.1. Danh mục hóa chất dùng trong đề tài.................................................. 34
Bảng 3.1. Hàm lƣợng Cu (% khối lƣợng) của các mẫu Cu UCN v i các
chất khử khác nhau. ........................................................................... 44
Bảng 3.2. Hàm lƣợng Cu (% khối lƣợng) của các mẫu Cu UCN v i các
hàm lƣợng Cu khác nhau................................................................... 48
Bảng 3.4. Hiệu suất chuy n hóa MB của các mẫu vật liệu Cu UCN
Cu1 UCN và Cu1 UCN ............................................................. 52
Bảng 3.5. Hiệu suất chuy n hóa MB của các mẫu vật liệu Cu UCNt
Cu/TCN3 ........................................................................................... 53
Bảng 3.6. Hiệu suất chuy n hóa MB của mẫu Cu UCN -gl ............................... 54

Demo Version - Select.Pdf SDK

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Triazin (trái) và mô hình kết nối trên nền tri -s- triazin (phải) của
nh ng d ng thù hình C3N4..................................................................... 9
Hình 1.2. M t ph ng Graphitic: (a) hexagonal (b) orthorhombic C3N4 ............ 10
Hình 1.3. Con đƣờng phản ứng hình thành C3N4 từ chất ban đầu là xianamit ... 12
Hình 1.4. Con đƣờng phản ứng hình thành C3N4 từ chất ban đầu là Ure và
thioure................................................................................................... 13
Hình 1.5. Mô hình hấp phụ thuốc nhuộm trong môi trƣờng nƣ c ...................... 26
Hình 2.1. Sự phản x tia X trên bề m t tinh th .................................................. 29
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên l của phƣơng pháp hấp phụ phân tử UV – Vis ............ 31
Hình 2.3. Mô hình phổ tán s c năng lƣợng tia X (EDX) .................................... 32
Hình 2.4. Sơ đồ máy đo XPS............................................................................... 34
Hình 3.1. Hình ảnh của các mẫu UCN -T ( T= 5000C; 5500C; 6000C) ............. 39
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu UCN-T ..................................................... 40
Hình 3.3. Giản đồ XRD của các mẫu UCN-t ...................................................... 41
Demo
- Select.Pdf
SDK (b) và TCN (a).................. 43
Hình 3.6. Phổ
hồngVersion
ngo i (FT–IR)
của mẫu UCN
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu UCN và Cu UCN ................................. 45
Hình 3.8. Phổ hồng ngo i (FT–IR) của mẫu UCN (b) Cu UCN -gl (c)........ 46
Hình 3.9. Phổ XPS của mẫu Cu UCN -gl .......................................................... 47
Hình 3.11. Hình ảnh của các mẫu Cu UCNt (t = 1, 2, 3, 4, 5). ...................... 49
Hình 3.12. Phổ nhiễu x tia X các mẫu Cu TCN và Cu UCN-t (t = 1; 2; 3) .... 50

Bảng 3.3: Hiệu suất chuy n hóa MB của các mẫu vật liệu Cu/UCN3-gl;
Cu/UCN3-na và Cu/UCN3-as. .......................................................... 51
Hình 3.13. Đồ th bi u diễn hiệu suất chuy n hóa MB của các mẫu .................. 51
Hình 3.14. Đồ th bi u th hiệu suất chuy n hóa MB của các mẫu vật liệu
Cu5/UCN3; Cu10/UCN3 và Cu15/UCN3. ......................................... 52
Hình 3.15. Đồ th bi u th hiệu suất chuy n hóa MB của các mẫu vật liệu
Cu/UCNt (t = 1; 2; 3) và Cu/TCN3. .................................................... 53
Hình 3.16. Đồ th bi u diễn hiệu suất chuy n hóa MB theo thời gian của
mẫu Cu UCN -gl ................................................................................ 55

6


MỞ ĐẦU
Trong nh ng năm gần đây, ô nhiễm môi trƣờng là vấn đề đƣợc đ t ra hàng
đầu cho toàn cầu. Ngoài tác h i của một số kim lo i n ng và các nguyên tố có t nh
độc bản chất trong môi trƣờng nƣ c nhƣ thủy ngân, asen, chì…thì phải k đến sự
có m t của các chất gây ô nhiễm h u cơ độc h i trong nƣ c nhƣ các hóa chất bảo
vệ thực vật, các hợp chất cơ clo, photpho, dầu mỡ, các hóa chất tổng hợp trong sản
xuất công nghiệp, các lo i hóa chất dệt nhuộm…Do đó việc phân t ch đánh giá
mức độ ô nhiễm nƣ c và xử l làm s ch các chất gây ô nhiễm trong nƣ c, đ c biệt
là chất thải độc h i luôn là nhiệm vụ hàng đầu của các quốc gia nói chung và khoa
học nói riêng. Đ xử l các chất độc h i đó, ngƣời ta kết hợp nhiều phƣơng pháp
khác nhau, tùy thuộc vào d ng tồn t i cụ th của chất gây ô nhiễm.
Hấp phụ là một trong nh ng phƣơng pháp hóa l phổ biến và hiệu quả đ
khử màu nhuộm. Các chất hấp phụ r n thƣờng dùng là: than ho t t nh, zeolit, tro

Demo
Version
than, chitin và

chitosan,
v.v... - Select.Pdf SDK
Trong nh ng năm gần đây, vật liệu C3N4 đang nhận đƣợc sự quan tâm của
nhiều nhà khoa học trên thế gi i. C3N4 có nhiều d ng thù hình khác nhau nhƣ αC3N4, β-C3N4, cubic-C3N4, g-C3N4, trong đó g-C3N4 là một d ng thù hình ổn
đ nh nhất của C3N4.
C3N4 có th

đƣợc tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp của xianamit,

dixyandiamit, melamin ho c từ Ure, thioure. Năm 18

, C3N4 đƣợc nghiên cứu

lần đầu tiên bởi Berzelius và nhóm Liebig, họ đã tổng hợp dẫn xuất polime bằng
cách trùng ngƣng và sản ph m đƣợc gọi là melon . C3N4 có nh ng ứng dụng
tiềm năng gây sự ch

do hàm lƣợng nitơ trong cấu tr c cao và bền về m t hóa

học, t nh bền nhiệt do có năng lƣợng vùng cấm rộng (xấp x

, eV). Tuy nhiên,

C3N4 l i có đi m bất lợi là sự tái tổ hợp một cách nhanh chóng của các electron
dẫn và lỗ trống quang sinh, làm giảm hiệu quả x c tác. Do vậy, sự phát tri n của
các vật liệu biến t nh C3N4 đã và đang đƣợc th c đ y.
7


Một trong nh ng hƣ ng biến t nh đƣợc quan tâm trong nh ng năm gần đây

là phân tán kim lo i ho c hợp chất của nó lên bề m t C3N4 đ t o thành các vật
liệu có ứng dụng phong ph nhƣ: x c tác, tách lo i các chất, hấp phụ các chất
h u cơ đ c biệt là các kim lo i n ng. M c dù C3N4 đã và đang nhận đƣợc sự
quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế gi i, nhƣng ở Việt Nam việc nghiên
cứu vật liệu C3N4 vẫn còn là vấn đề m i và chƣa đƣợc khai thác nhiều.
Xuất phát từ thực tế đó, tôi chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu tổng hợp
chất xúc tác trên nền cacbon nitrua” v i mong muốn tổng hợp đƣợc chất x c
tác và hấp phụ có ho t t nh cao.
Đề tài bao gồm các nội dung ch nh sau:
- Tổng hợp vật liệu C3N4 từ Ure và Thioure bằng phƣơng pháp nhiệt phân.
- Biến t nh vật liệu C3N4 bằng kim lo i ho t động (Cu).
- Đánh giá ho t t nh ho t t nh x c tác và hấp phụ của vật liệu tổng hợp.

Demo Version - Select.Pdf SDK

8