Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 bằng phương pháp sol gel (tt)

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

ĐỖ THỊ THANH THÚY

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
YFeO3
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL
Demo Version
- Select.Pdf
SDK
Chuyên
ngành: Hóa
vô cơ

Mã số: 8440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. VÕ VĂN TÂN

Thừa Thiên Huế, năm 2018


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

Đỗ Thị Thanh Thúy

Demo Version - Select.Pdf SDK


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới Thầy giáo PGS.TS. Võ Văn
Tân lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất. Thầy là người đã giao đề
tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên
cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Hóa Vô
cơ và quý Thầy Cô trong Khoa Hóa đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình tôi tiến hành thực nghiệm
tại Khoa Hóa
Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự động viên vật chất và tinh thần của
những người thân yêu trong gia đình, bạn bè để tôi hoàn thành luận
văn này.
Demo Version - Select.Pdf SDK

Huế, tháng 9 năm 2018
Học viên

Đỗ Thị Thanh Thúy


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

A

Độ hấp thụ quang

IR

Phổ hồng ngoại

MB

Xanh Metylen

PVA

Polivinylancol

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV-VIS

Phương pháp phổ hấp thụ electron

XRD

Nhiễu xạ tia X

Demo Version - Select.Pdf SDK

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT. ................................................ 2
1.1. Giới thiệu về vật liệu perovskite, tính chất và ứng dụng ................ 2
1.1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu perovskite ..................................................... 2
1.1.2. Các phương pháp hóa học điều chế perovskit ...................................... 3
1.1.3. Tính chất và ứng dụng vật liệu peroskite .............................................. 3
1.2. Vật liệu nano ............................................................................................. 5
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu nano .................................................................... 5
1.2.2. Một số ứng dụng của vật liệu nano ....................................................... 6
1.3. Phƣơng pháp sol-gel điều chế vật liệu ..................................................... 6
1.3.1. Giới thiệu về phương pháp sol-gel ....................................................... 6
1.3.2. Các quá trình xảy ra trong quá trình sol-gel. ....................................... 8
1.4. Giới thiệu về yttri....................................................................................... 9
1.4.1. Lịch sử ................................................................................................. 9
1.4.2. Đặc trưng ............................................................................................ 10

Demo
- Select.Pdf SDK
1.4.3. Ứng
dụngVersion
............................................................................................
10
1.5. Crom – Hợp chất của Crom và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng........................ 11
1.5.1. Tính chất lý hóa của Crom (Cr) .......................................................... 11

1.5.2 Ảnh hưởng của crom (VI) đối với sức khỏe và môi trường. ............... 12
1.5.3. Các nguồn sản sinh crom gây ô nhiễm .............................................. 12
1.5.4. Ứng dụng của crom............................................................................. 13
1.6. Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ xử lý môi trƣờng ............................. 13
1.6.1. Khái niệm chung ................................................................................. 13
1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.................................................... 14
1.7. Quá trình quang xúc tác ........................................................................ 14
1.7.1. Nguyên lý xúc tác quang hóa .............................................................. 14
1.7.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang dị thể ............................................... 14
1.7.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính xúc tác của vật liệu ........................... 15
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... 16
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................. 16
2.2. Hóa chất – Dụng cụ thí nghiệm .............................................................. 16

ii


2.2.1. Hóa chất .............................................................................................. 16
2.2.2. Dung dịch chuẩn độ muối Morh ........................................................ 17
2.2.3. Chất chỉ thị điphenylamin ................................................................... 17
2.2.4. Dụng cụ thí nghiệm............................................................................. 18
2.2.5. Pha chế các loại hóa chất .................................................................... 18
2.2.6. Thiết bị ................................................................................................ 19
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 20
2.3.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 ................................................. 20
2.3.2. Một số đặc trưng của vật liệu YFeO3 ................................................. 20
2.3.3. Ứng dụng của vật liệu YFeO3 đã tổng hợp được ................................ 20
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 21
2.4.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu YFeO3 ............................................... 21
2.4.2. Các phương pháp kiểm tra đánh giá mẫu ........................................... 23

Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................32
3.1. Phân tích nhiệt mẫu vật liệu YFeO3 ..................................................... 32
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành vật liệu YFeO 3 .... 33
3.1.2. Ảnh hưởng của PVA đến quá trình hình thành vật liệu YFeO 3 ......... 35
3.1.3. Ảnh
hưởng
của axit citric
đến quá trình
hình thành vật liệu YFeO 3 .. 37
Demo
Version
- Select.Pdf
SDK
3.2. Đặc trƣng của mẫu vật liệu YFeO3 đã đƣợc tổng hợp ....................... 40
3.2.1. Phổ hồng ngoại của vật liệu YFeO3 .................................................... 40
3.2.2. Hình thái của vật liệu YFeO3 .............................................................. 41
3.3. Ứng dụng của vật liệu YFeO3 ................................................................. 42
3.3.1. Khả năng hấp phụ dung dịch Cr (VI) bằng vật liệu YFeO 3................ 42
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB ................................... 43
3.3.3. Khả năng hấp phụ dung dịch MB bằng vật liệu YFeO3 theo thời gian44
3.3.4. Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB bằng vật
liệu YFeO3 theo thời gian ............................................................................. 45
3.3.5. So sánh khả năng quang xúc tác và khả năng hấp phụ MB của vật liệu
YFeO3. .......................................................................................................... 46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................48

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye - Scherrer của vật
liệu YFeO 3 ở các nhiệt độ nung ...................................................34
Bảng 3.2. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO 3 ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3++Fe3+) khác nhau. ......................35
Bảng 3.3. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO 3 ở các tỉ lệ mol axit citric/(Y3+ +Fe 3+) khác nhau .................38
Bảng 3.4. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB ...................43

Demo Version - Select.Pdf SDK

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Cấu trúc của tinh thể Perovskite lý tưởng ....................................... 2
Hình 1.2. Sơ đồ điều chế vật liệu bằng phương pháp sol – gel [15]. ............... 8
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng oxi hóa điphenylamin ..........................................17
Hình 2.2. Gel ướt vật liệu YFeO 3 ..............................................................22
Hình 2.3. Gel khô vật liệu YFeO 3................................................................22
Hình 2.4. Vật liệu YFeO 3 thu được sau nung ...............................................22
Hình 2.5. Sơ đồ chế tạo vật liệu YFeO3 bằng phương pháp sol – gel.............23
Hình 2.6. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên mạng tinh thể. .............................25
Hình 2.7.Phổ hấp thụ quang phụ thuộc bước sóng ........................................27
Hình 2.8. Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc A vào nồng độ C. ...............28
Hình 2.9. Tổng các độ hấp thụ quang thành phần .........................................28
Hình 2.10. Phân tử xanh metylen (MB) .......................................................29
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu YFeO 3 .......................................32
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu nung ở các nhiệt độ khác nhau ............33
Hình 3.3. Phổ UV –VIS của sản phẩm quang xúc tác phân hủy dung dịch MB

Demo
Version
- Select.Pdf SDK
bằng
YFeO
3 tổng hợp ở các nhiệt độ nung khác nhau. .................34
Hình 3.4. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3++Fe3+) khác nhau. ...... 36
Hình 3.5. Phổ UV –Vis của sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB với xúc
tác YFeO3 tổng hợp ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3++Fe3+) khác nhau ............ 37
Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol axit citric / (Y3++Fe3+)
khác nhau ...................................................................................38
Hình 3.7. Phổ UV –Vis sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB với xúc tác
YFeO3 tổng hợp ở các tỉ lệ mol axit citric/ (Y3++Fe3+) khác nhau........... 39
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu YFeO 3 ....................................40
Hình 3.9. Ảnh SEM của vật liệu YFeO3.......................................................41
Hình 3.10. Ảnh TEM của vật liệu YFeO 3 ....................................................41
Hình 3.11. Khối lượng K2Cr2O7 hấp phụ của vật liệu YFeO 3 theo thời gian. .42
Hình 3.12. Hiệu suất hấp phụ Cr (VI) của YFeO 3 theo thời gian. ..................43
Hình 3.13. Đường chuẩn xác định nồng độ MB ...........................................44
Hình 3.14. Hiệu suất hấp phụ dung dịch MB của YFeO 3 theo thời gian ........44

v


Hình 3.15. Hiệu suất quang xúc tác phân hủy dung dịch MB dưới ánh sáng
mặt trời của YFeO 3 theo thời gian ...............................................45
Hình 3.16. Hiệu suất hấp phụ và quang xúc tác phân hủy dung dịch xanh
metylen trong bóng tối và dưới ánh sáng mặt trời (ASMT) của
YFeO 3 theo thời gian. .................................................................46

Demo Version - Select.Pdf SDK

vi


MỞ ĐẦU
Vật liệu perovskite (ABO3 ) có nhiều tính chất hết sức lí thú như hoạt tính
oxi hóa – khử cao nên được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xử lý môi trường dựa
trên phản ứng oxi hóa – khử, để khử NOx, SOx; oxi hóa COx, CxHy…, và khả năng
hấp phụ tốt các kim loại nặng như asen, sắt, mangan để xử lý asen, amoni trong
nước sinh hoạt. Vật liệu mới này nhằm thay thế vật liệu TiO2 truyền thống với vùng
cấm cở 3,2eV[1], [37].
Sắt oxit, xeri oxit là những oxit phổ biến, chúng có những đặc tính rất tốt như
khả năng hấp phụ xử lý môi trường, khả năng xúc tác xử lý khí thải; hỗn hợp các
oxit: Sắt và xeri oxit, bitmut oxit [1-4] có các đặc tính đó tốt hơn so với đơn oxit và
được ứng dụng để làm chất xúc tác quang hóa xử lý nước. Trong đó các oxit hỗn
hợp dạng Perovskite ABO3 (A = La, Y; B = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) được đặc biệt chú
trọng, không những có thể thay thế cho các kim loại quý để làm xúc tác cho các
phản ứng hoá học, mà còn có khả năng hấp phụ rất tốt các ion kim loại nặng. Vì
vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu ABO3 ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác và hấp
phụ các hợpDemo
chất độc
hại là cần
thiết, có tínhSDK
khoa học và tính thực tiễn cao [31],
Version
- Select.Pdf
[37].
Ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng, các nguồn nước bị ô

nhiễm do nước thải của các nhà máy sản xuất vật liệu hóa chất, ngày càng tăng.
Riêng năm 2016 công ty Formosa Hà Tĩnh đã thải các chất độc ra sông, biển đã
làm cho nguồn nước bị ô nhiễm, gây hậu quả nặng nề cho sức khỏe và cuộc sống
con người. Đây là vấn đề cấp bách cần phải được giải quyết. Hiện nay, vật liệu
quang xúc tác với khả năng xử lí môi trường là lĩnh vực được các nhà khoa học trên
thế giới quan tâm và nghiên cứu. Đặc biệt vật liệu oxit perovskite này có khả năng
hấp phụ các kim loại nặng như: asen, sắt, mangan, amoni trong nước sinh hoạt rất
tốt mà không làm ô nhiễm môi trường, vì vật liệu này được tái chế để sử dụng
lại[2], [36].
Thấy được những ứng dụng to lớn của vật liệu oxit perovskite kể trên thông
qua việc tìm hiểu và tham khảo một số công trình nghiên cứu gần đây nên tôi đã
chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 bằng phƣơng pháp sol-gel”
làm đề tài luận văn tốt nghiệp.

1