Tải bản đầy đủ (.pdf) (57 trang)

tổng hợp biến tính và ứng dụng vật liệu khung hữu cơ kim loại zif67

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.83 MB, 57 trang )

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>ĐẠI HỌC HUẾ </b>


<b>TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC </b>


<b>NGUYỄN THỊ THANH TÚ </b>



<b>TỔNG HỢP, BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG VẬT </b>


<b>LIỆU KHUNG HỮU CƠ - KIM LOẠI ZIF-67 </b>



<b>Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý </b>
<b>Mã số: 9440119 </b>


<b>TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC </b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

Cơng trình được hồn thành tại Khoa Hóa học,


trường Đại học Khoa học, Đại học Huế.



<b>Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Đinh Quang Khiếu </b>



<b>2. TS. Trần Vĩnh Thiện </b>



Phản biện 1: ………..


Phản biện 2: ………..


Phản biện 3: ………..



Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng cấp:………


<b>vào lúc ... h ... ngày ... năm ………. </b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>MỞ ĐẦU </b>


ZIFs (Zeolite imidazole frameworks) là một nhóm vật liệu mới


của vật liệu khung hữu cơ mao quản, thuộc họ của vật liệu khung hữu


cơ kim loại MOFs. ZIFs được cấu tạo từ các kim loại hóa trị II (Zn2+


,


Co2+…) và các phối tử hữu cơ imidazole. Trong những năm gần đây,


nhóm vật liệu này đã thu hút nhiều sự quan tâm của nhiều nhà khoa
học bởi sự đa dạng và uyển chuyển về bộ khung. Ngồi ra, ZIFs cịn
có nhiều đặc tính nổi trội như độ bền nhiệt và ổn định hóa học, độ
xốp mao quản và diện tích bề mặt lớn. Trong số vật liệu ZIFs thì
ZIF-67 được nghiên cứu nhiều trong thời gian gần đây do có khung hữu
cơ kim loại xốp đặc biệt với hệ thống vi mao quản với đường kính
11,4 Å, nối thơng với các cửa sổ nhỏ có đường kính 3,4 Å. Ngồi ra,
ZIF-67 có chức năng có thể điều chỉnh bề mặt, diện tích bề mặt cao
và linh hoạt bề mặt cấu trúc. Với những tính chất như đã đề cập,
ZIF-67 được xem như chất hấp phụ tiềm năng để loại bỏ thuốc nhuộm
hay kim loại nặng trong dung dịch như hấp phụ loại bỏ rhodamine B
(RhB), anionic methyl orange (MO), cationic methylene blue (MB),
anionic dye acid blue, malachite green và Cr (IV). Ngồi ra, cịn có
một số ứng dụng hứa hẹn hấp phụ và tách chọn lọc lưu trữ khí các


khí như CO2, H2, sử dụng ZIF-67 như một chất xúc tác dị thể để


chuyển CO2 thành carbonate và tổng hợp quinazoline. Tuy nhiên,


</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Dựa vào những lý do trên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu


<i><b>“Tổng hợp, biến tính và ứng dụng vật liệu khung hữu cơ – kim loại </b></i>


<i><b>ZIF-67”. </b></i>


<b>Mục tiêu nghiên cứu: </b>


Tổng hợp và biến tính được vật liệu khung hữu cơ – kim loại
ZIF-67 có hoạt tính xúc tác, hấp phụ và cảm biến điện hóa.


<b>Những đóng góp mới của luận án: </b>


<b>1. ZIF-67 được tổng hợp bằng vi sóng cho hiệu suất cao và có </b>


tính chất bề mặt tốt. Có khả năng hấp phụ rất cao nhiều loại phẩm


nhuộm như congo đỏ (CGR),methylene blue (MB) và rhodamine B


(RB) so với nhiều vật liệu xốp đã công bố trước đây. Kết quả này đã
<i>công bố trên tạp chí Journal of Environmental Chemical </i>
<i>Engineering, 6(2), 2018, 2269–2280 (ESCI/Q1). </i>


<b>2. ZIF-67 được sử dụng như một chất biến tính điện cực để xác </b>


định dopamine và paracetamol bằng phương pháp DP-ASV. Điện
cực biến tính cho thấy triển vọng cho việc xác định dopamine và
paracetamol với nhiều đặc tính mong đợi như độ nhạy cao, giới hạn
phát hiện thấp và độ hiệu suất thu hồi cao. Kết quả này được công bố
<i>trong tạp chí Journal of Materials Science, 54(17), 2019, 11654–</i>
11670 (SCI/Q1).


<b>3. Vật liệu khung (Zn/Co)ZIFs bền trong nước trong khoảng pH </b>



từ 2 đến 12 và cho thấy khả năng phân hủy xúc tác quang hóa tốt
trong vùng ánh sáng khả kiến đối với phẩm nhuộm Congo đỏ. Kết
<i>quả này được đăng trong tạp chí Journal of Inclusion phenomena and </i>


<i>Macrocyclic </i> <i>chemistry </i> Doi.org/10.1007/s10847-019-00925-7.


</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU </b>


<b>1.1. Giới thiệu chung vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs) </b>
<b>1.2. Vật liệu khung hữu cơ kim loại ZIF-67 </b>


<b>1.3. Phương pháp tổng hợp ZIF-67 </b>


<b>1.4. Các hướng biến tính vật liệu ZIF-67 và các ứng dụng </b>
<b>1.4.1. Ứng dụng vật liệu ZIF-67 làm chất xúc tác điện hóa </b>


<b>1.4.2. Ứng dụng trong quang xúc tác phân hủy các chất ô nhiễm hữu </b>


cơ khó phân hủy


<b>1.4.3. Ứng dụng vật liệu ZIF-67 làm chất hấp phụ loại bỏ màu phẩm </b>


nhuộm trong dung dịch nước


<b>1.5. Một số vấn đề trong phân tích các thông số động học và đẳng </b>


nhiệt hấp phụ


<b>Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU </b>
<b>2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU </b>



– Nghiên cứu tổng hợp ZIF-67 bằng phương pháp vi sóng và
phương pháp dung mơi nhiệt;


– Nghiên cứu khả năng hấp phụ phẩm nhuộm congo red trong
nước bằng ZIF-67;


– Nghiên cứu biến tính điện cực GCE bằng ZIF-67 để xác định
dopamine và paracetamol bằng phương pháp volt-ampere hòa tan;


– Nghiên cứu tổng hợp (Zn/Co)ZIFs có hoạt tính xúc tác quang
hóa;


– Nghiên cứu khả năng quang xúc tác (Zn/Co)ZIFs phân hủy màu
thuốc nhuộm dưới điều kiện ánh sáng khả kiến.


<b>2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

X (XPS), hấp phụ-khử hấp phụ N2 (BET), hiển vi điện tử quét


(SEM), pháp phân tích nhiệt (TG-DTA).


Phân tích định tính, định lượng: UV-Vis, DP-ASV, HPLC, AAS
và sử dụng phương pháp thống kê để xử lý số liệu thực nghiệm.


<b>2.3. THỰC NGHIỆM </b>


<i>– Tổng hợp vật liệu: Tổng hợp vật liệu ZIF-67 và (Zn/Co)ZIFs. </i>
– Xác định điểm đẳng điện của vật liệu ZIF-67 và (Zn/Co)ZIFs.
– Kiểm tra độ bền của vật liệu ZIF-67 và (Zn/Co)ZIFs.



– Hấp phụ phẩm nhuộm bằng vật liệu ZIF-67: Nghiên cứu động
học hấp phụ, nghiên cứu cân bằng hấp phụ và nghiên cứu nhiệt động
học hấp phụ.


– Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên quá trình hấp phụ.
– Tái sử dụng chất hấp phụ.


– Biến tính điện cực than thủy tinh (GCE) bằng vật liệu ZIF-67 để
<i><b>xác định dopamine và paracetamol. </b></i>


<b>– Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy CGR trên vật liệu </b>


(Zn/Co)ZIFs.


<b>CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN </b>


<b>3.1. TỔNG HỢP ZIF-67 BẰNG PHƢƠNG PHÁP VI SÓNG VÀ </b>
<b>PHƢƠNG PHÁP DUNG MÔI NHIỆT </b>


<b>3.1.1. Đặc trƣng vật liệu ZIF-67 </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

5 10 15 20 25 30 35 40 45




ờng


độ



(abr


)


50000 c


ps


2(độ)


ZIF-67 mô phỏng chuẩn
20 phút


30 phút
40 phút
60 phút


(011)


(002)


(112)


(022) (013)


(222)


(114) (233) (134) (044) (244) (235)


a



<b>Hình 3.1. Giản đồ XRD của ZIF-67 được tổng hợp theo phương pháp vi </b>


sóng ở các thời gian khác nhau


Các peak nhiễu xạ được quan sát rõ và có sự đồng nhất cao với
mẫu mô phỏng chuẩn của ZIF-67 theo CCDC 671073. Cường độ
nhiễu xạ mạnh của các mặt (011), (002), (112), (013), (222), (114),
(233), (134), (044), (244) và (235). Điều này cho thấy tất cả các mẫu
thu được là ZIF-67 với pha tinh khiết và độ kết tinh cao.


Hình 3.2 trình bày ảnh SEM của các mẫu ZIF-67, xử lý với các
thời gian vi sóng khác nhau.


<b>Hình 3.2. Ảnh SEM của ZIF-67 tổng hợp bởi phương pháp vi sóng </b>


(a: 20 phút; b: 30 phút; c: 40 phút; d: 60 phút)


ZIF-67 tổng hợp ở nhiệt độ phòng cho hiệu suất rất thấp và cần
1µm


<b>a </b>


1µm


<b>b </b>


1µm


<b>c </b>



1µm


</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

thời gian dài, trong khi đó hiệu suất có thể được cải thiện khi tổng
hợp được thực hiện trong điều kiện dung nhiệt tại 100 °C. Tuy nhiên,
tổng hợp vi sóng trong 40 phút cho hiệu suất 95%, tương đương của
phương pháp dung nhiệt tại 100 °C trong 4 giờ.


Đặc tính xốp của ZIF-67 được nghiên cứu bằng đẳng nhiệt hấp
phụ và giải hấp khí nitrogen. ZIF-67 được tổng hợp bằng phương
pháp vi sóng có diện tích bề mặt riêng và thể tích vi xốp lớn (1935
m2/gvà 0,98 cm3/g).


Kết quả phân tích nhiệt cho thấy ZIF-67 bền đến nhiệt độ 500 °C.
Kết quả phổ XPS khảo sát tổng quát cho thấy mẫu ZIF-67 có các
nguyên tố C, O, N và Co. Phổ XPS phân giải cao của Co2p tương


ứng hai peak tại 779,72 eV và 794,72 eV tạo thành từ Co2p3/2 và


Co2p1/2 của Co


2+


trong ZIF-67 tương ứng.


<b>3.1.2. Độ bền của vật liệu ZIF-67 </b>


10 20 30 40 50 60


2(độ)



Mẫu ZIF-67 ban đầu
pH = 12
pH = 8
pH = 6
pH = 4
pH = 3
pH = 2


Cươ


øng


đ




(ab


r.


)


20000 cps


pH = 1


<b>Hình 3.3. Giản đồ XRD của các mẫu ZIF–67 ngâm trong nước </b>


tại các pH khác nhau



</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

<b>3.2. NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CONGO RED TRONG NƢỚC BẰNG </b>
<b>ZIF-67 </b>


<b>3.2.1. Nghiên cứu động học hấp phụ </b>


Động học hấp phụ của CGR trên vật liệu ZIF-67 với các nồng
độ ban đầu khác nhau được trình bày trên Hình 3.4. Kết quả cho thấy
dung lượng hấp phụ cân bằng tăng từ 300 mg/g đến 632 mg/g. Thời
gian để đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ giữa ZIF-67 và CGR tại
là khoảng 60 phút.


0 10 20 30 40 50 60 70 80
300


350
400
450
500
550
600
650


<i><b>q e</b></i>


<b>(</b>


<b>mg. </b>


<b>g</b>



<b>-1)</b>


<b>Thời gian (phút)</b>


30 mg L-1
50 mg L-1
70 mg L-1
80 mg L-1


<b>Hình 3.4. Động học hấp phụ của ZIF-67 ở các nồng độ ban đầu khác nhau </b>


<b>Bảng 3.1. Những thông số động học của mơ hình biểu kiến bậc 1 </b>


và mơ hình biểu kiến bậc 2


<b>Nồng độ </b>


(mg·L–1)


<b>Mơ hình biểu kiến bậc 1 </b> <b>Mơ hình biểu kiến bậc 2 </b>


<i><b>k</b></i><b>1 </b>


(min–1)


<i><b>q</b></i><b>e,cal </b>


(mg·g–1)



<i><b>q</b><b>e,exp </b></i>


(mg·g–1) <i><b>R</b></i>


<b>2 </b> <i><b>k</b></i><b>2 </b>


(mg–1·g
·min–1)


<i><b>q</b></i><b>e,cal </b>


(mg·g–1)


<i><b>q</b></i><b>e,exp </b>


(mg·g–1) <i><b>R</b></i>


<b>2 </b>


30 4,445 299,7 300,0 0,77 0,213 300,7 300,0 0,97
50 2,321 436,4 446,0 0,57 0,017 444,9 446,0 0,93
70 2,598 604,3 613,0 0,45 0,016 610,6 613,0 0,90
80 2,330 621,3 632,0 <b>0,44 </b> 0,013 628,4 632,0 <b>0,94 </b>
Các kết quả thực nghiệm phù hợp với mô hình hấp phụ biểu kiến


</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Phân tích các số liệu trên mơ hình Weber và Boyd cho thấy cả hai
kiểu khuếch tán bên trong hạt và khuếch tán màng đều tham gia trong
việc kiểm soát khuếch tán của những phân tử CGR trên vật liệu hấp
phụ ZIF-67.



<b>3.2.2. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ </b>


<b>Bảng 3.2. Các thơng số mơ hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich </b>


Nhiệt
độ


Mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Mơ hình đẳng nhiệt


Freundlich


<i>qmom </i> <i>KL </i> <i>R2 </i> <i>P </i> <i>KF </i> <i>n </i> <i>R2 </i> <i>p </i>


301 <b>714,3 </b> <b>0,272 </b> <b>0,95 </b> <b>0,003 </b> <b>272,6 </b> <b>3,7 </b> <b>0,99 </b> <b><0,001 </b>
311 <b>769,2 </b> <b>0,324 </b> <b>0,95 </b> <b>0,004 </b> <b>291,1 </b> <b>3,4 </b> <b>0,98 </b> <b><0,001 </b>
321 <b>833,3 </b> <b>0,353 </b> <b>0,98 </b> <b>0,001 </b> <b>313,8 </b> <b>3,2 </b> <b>0,97 </b> <b><0,001 </b>
331 <b>909,1 </b> <b>0,461 </b> <b>0,99 </b> <b><0,001 </b> <b>381,2 </b> <b>3,8 </b> <b>0,98 </b> <b><0,001 </b>


<i>K</i>L (L·mg–1<i>), K</i>F(L·g–1<i>), q</i>mom(mg·g–1), Nhiệt độ (K)


Các dữ liệu hấp phụ đẳng nhiệt thực nghiệm của thuốc nhuộm
CGR trên vật liệu ZIF-67 có sự tương thích với cả hai mơ hình đẳng
nhiệt Langmuir và Freundlich.


<b>3.2.3. Nghiên cứu nhiệt động học hấp phụ </b>


<i>Kết quả cho thấy rằng dung lượng hấp phụ cân bằng, q</i>e, tăng


cùng với nhiệt độ.



</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
550


600
650
700


<i><b>q t</b></i>


<b> (mg.</b>


<b>g-1</b>


<b>)</b>


<b>Thời gian (phút)</b>


301 K
311 K
321 K
331 K


<b>Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình hấp phụ thuốc nhuộm CGR </b>


trên vật liệu ZIF-67


<b>3.2.4. Ảnh hƣởng của pH và đề xuất cơ chế hấp phụ </b>


4 6 8 10 12



-2
0
2
4
6
8


<b>Del</b>


<b>ta pH</b>


<b>pH</b>


<b>pHPZC = 9</b>


a


2 4 6 8 10 12
350


400
450
500
550
600
650


<b>pH</b>
<i><b>q</b></i><b>e </b>



<b>( mg</b>


<b>.g</b>


<b>-1)</b>
b


<b>Hình 3.6. a) pH</b>ZPC xác định bằng phương pháp chuyển dịch pH;
b) Ảnh hưởng của pH lên dung lượng hấp phụ CGR


<b>Hình 3.7. Cơ chế hấp phụ đề xuất của CGR trên ZIF-67 </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

Sau ba lần giải hấp, chất hấp phụ được tái sinh cho 90% dung
lượng hấp phụ CGR so với vật liệu ban đầu. Giản đồ XRD của chất
hấp phụ sau lần thứ ba tái sinh dường như không thay đổi (Hình
3.8b).
0
100
200
300
400
500
600
<b> Lần 3</b>
<b> Laàn 2 </b>
<b>qe</b>
<b> (</b>
<b>mg g</b>
<b>-1)</b>
<b>Laàn 1</b>


<b>a</b>


10 20 30 40 50 60


2(độ)


<b>Tái sử dụng lần 3</b>
<b>Tái sử dụng lần 2 </b>
<b>Tái sử dụng lần 1</b>


Cườ


ng đo


ä (ar


b.


)


<b>Mẫu ZIF-67 ban đầu</b>


20000 c


ps <b>b</b>


<b>Hình 3.8. Dung lượng hấp phụ và giản đồ XRD sau ba lần tái sử dụng </b>


hấp phụ CGR của vật liệu ZIF-67



<b>3.3. NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH </b>


<b>PARACETAMOL </b> <b>(PRA) </b> <b>VÀ </b> <b>DOPAMINE </b> <b>(DPM) </b> <b>BẰNG </b>


<b>PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH </b>
<b>ZIF-67 </b>


<b>3.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của các loại điện cực khác nhau lên </b>
<b>đặc tính điện hóa đối với PRA và DPM </b>


<b>Hình 3.9. Các đường CVs của GCE và ZIF-67/GCE đối với DPM và PRA </b>


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Ip
/

A


E / V
Bare GCE



As-prepared ZIF-67/GCE
ZIF-67/GCE with pre-treament
in alkaline solution by CVs


</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Tín hiệu dòng trên ZIF-67/GCE được xử lý điện có cường độ


<i>của dòng đỉnh, I</i>P của DPM và PRA lần lượt gấp 4,0 và 1,8 lần so với


GCE ban đầu.


Diện tích hiệu dụng được tính toán đối với điện cực GCE và


ZIF-67/GCE lần lượt là 0,078 cm2 (diện tích hình học của GCE là


0,062 cm2) và 2,74 cm2.


<b>3.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của dung môi và lƣợng ZIF-67 </b>


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2


-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30


Ip
(

A
)


E ( V)


<b> MtOH</b>
WAT
EtOH
DMF
a
PRA
DPM


<b>Hình 3.10. Các đường CV của PRA và DPM với các dung môi </b>


<b>3.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của pH </b>


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-15
-10
-5
0
5
10
15
20



pH = 2.5


Ip


/




A


E / V
pH = 5.3


a


2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5


4
6
8
10
12
14
16
DPM
<b> PRA</b>
Ip
/

A


pH
b


</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Phương trình hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tương quan giữa


<i>E</i>p<i> và pH được biểu diễn như sau: </i>


<i>E</i>P,PRA<i> = 0,728 – 0,0479 pH; r = 0,992 </i> (3.1)


<i>E</i>P,DPM<i> = 0,579 – 0,0559 pH; r = 0,999 </i> (3.2)


Các giá trị 0,0599 V/pH đối với DPM và 0,0479 V/pH cho PRA
<b>là gần với hệ số góc Nernst 0,059 V/pH; do đó điều này cho thấy </b>


rằng số điện tử trao đổi và ion H+ tham gia vào phản ứng điện cực là


bằng nhau.


<b>3.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ quét thế (ν) </b>


Hình 3.12 cho thấy rõ thế đỉnh thay đổi nhẹ khi tăng tốc độ qt,
vì vậy điều này có thể suy ra rằng trao đổi điện tử trong quá trình oxi
hóa điện hóa DPM và PRA là bán thuận nghịch (quasi-reversible).


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-30


-20
-10
0


10
20
30
40
50
60


Ip


/




A


E / V
0.2


0.02


<b>a</b>


V s-1


0.1 0.2 0.3 0.4 0.5


0
5
10
15


20
25
30
35


DPM
PRA


Ip


/




A


<i>v</i>1/2
<b>b</b>


<i><b>Hình 3.12. (a) ảnh hưởng của tốc độ quét thế lên E</b></i>p<i> và I</i>p; (b) đồ thị tuyến
<i>tính của Ep với lnv </i>


Bên cạnh đó, phương trình Laviron được sử dụng để mô tả mối


<i>quan hệ giữa thế đỉnh (E</i>P) và lnν của tốc độ quét thế. Kết quả tính


</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

Cơ chế oxi hóa của DPM và PRA trên điện cực được biến tính
được trình bày trên Hình 3.13.


<b>Hình 3.13. Sơ đồ biểu diễn cơ chế oxi hóa của DPM và PRA trên điện cực </b>



GCE được biến tính bằng ZIF-67


<b>3.3.5. Độ lặp lại và giới hạn phát hiện </b>


Độ lặp lại của điện cực biến tính được ghi nhận bởi việc đo
tính hiệu DP-ASV bốn lần lặp lại tại các nồng độ DPM và PRA khác


<i>nhau (Hình 3.15). Những giá trị RSD của C</i>DPM = 6×10–4<i> M, C</i>PRA =


3×10–4<i> M, C</i>DPM = 4×10–5<i> M, C</i>PRA = 2×10–5<i> M, C</i>DPM = 2×10–4 M, và


<i>C</i>PRA = 10–4 M được tính tương ứng là 0,19; 0,66; 1,46; 4,36; 0,79 và


3,81% (tất cả các giá trị RSD đều nhỏ hơn 1/2RSDHorwitz predicted.


Giới hạn phát hiện (LOD) đối với DPM và PRA được tính


tốn tương ứng lần lượt là 2×10–6 <sub>M và 1×10</sub>–6<sub> M (trong khong </sub>


2,0ì106ữ44ì106).


Trong khong tuyn tớnh từ 2×10–6 đến 22×10–6, giá trị LOD


của DPM và PRA được xác định 1,3×10–6 và 1,4×10–6. Kết quả cho


</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

<b>3.3.6. Phân tích mẫu thực </b>


<b>Bảng 3.3. So sánh kết quả phân tích nồng độ DPM và PRA trong các mẫu </b>



thuốc sử dụng phương pháp DA-ASV với điện cực ZIF-67/GCE
và phương pháp HPLC


Viên/ống


Hàm
lượng
ghi trên


nhãn


Phương pháp trong nghiên
cứu này
Giá trị trung bình ± SDd<sub> </sub>


<i>(n = 3) </i>


Phương pháp HPLC
Giá trịnh trung bình ± SDd


<i>(n = 3) </i>


Giá trị
trung bình


± SD
<i>(n=3) </i>
DPM


(mg/mL)



PRA
(mg/tablet)


DPM
(mg/mL)


PRA
(mg/tablet)
Dopamine 40


1 mL 40


a <b><sub>39,0 ± 2,0 </sub></b> <sub>n/a </sub> <b><sub>38,7 ± 0,6 </sub></b> <sub>n/a </sub> <sub>101 ± 4 </sub>


Dopamine 40
1 mL 40


a


<b>38,4 ± 3,2 </b> <b>n/a </b> <b>39,6 ± 1,0 </b> <b>n/a </b> 97 ± 2
Dopamine 200


5 mL 200


b <b><sub>39,2 ± 2,9 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>39,1 ± 0,5 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <sub>98 ± 2 </sub>


<b>Panadol Extra </b> 500c n/a <b>496 ± 76 </b> n/a <b>490 ± 1 </b> 102 ± 2
<b>Hapacol Extra </b> 500c <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>498 ± 60 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>496,1 ± 0,9 </sub></b> <sub>96 ± 1 </sub>



Tatanol 500c <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>496 ± 49 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>492 ± 2 </sub></b> <sub>99 ± 3 </sub>


a<sub>mg/ống; </sub>b<sub>mg/ống; </sub>c<sub>mg/viên; </sub>d<sub>SD: Độ lệch chuẩn; n/a: không công bố </sub>


<i>Sử dụng phương pháp so sánh cặp t (pair sample t-test) để phân </i>


tích sự khác nhau giữa các kết quả phân tích. Với mức ý nghĩa
<i>α = 0,05, việc so sánh cặp t cho thấy rằng hàm lượng DPM (t (2) = </i>
<i>–0,567, p = 0,628 > 0,05) và PRA (t (2) = 3,351, p = 0,079 > 0,05) </i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

<b>3.4. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP (Zn/Co)ZIFs </b>


10 20 30 40




ờng


độ


(abr


)


2(độ)


2000 c


ps ZIF-67



(2Zn/8Co)ZIFs
(5Zn/5Co)ZIFs
(8Zn/2Co)ZIFs
ZIF-8


<b>Hình 3.14. Giản đồ XRD của ZIF-67, ZIF-8 và (Zn/Co)ZIFs </b>


với các tỉ lệ Zn/Co khác nhau


Hình 3.14 trình bày giản đồ XRD của (Co/Zn)ZIFs với các tỉ lệ
mol khác nhau. Cường độ nhiễu xạ của ZIF-67 giảm khi thành phần
<i>kẽm tăng lên. Những giá trị khoảng cách không gian d của các mặt </i>
(011), (002), (112), (022), (113), (222) và (114) là giống với những
giá trị thu được từ XRD của những hạt tinh thể ZIF-8 hay ZIF-67 như
báo cáo trước đây.


<b>Hình 3.15. Ảnh SEM của ZIF-67 (a), (2Zn/8Co)ZIFs (b), (5Zn/5Co)ZIFs </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

Quan sát ảnh SEM cho thấy mẫu với hàm lượng Coban lớn


(2Zn/8Co)ZIFs ít thay đổi hình thái ban đầu so với mẫu ZIF-67.
Tuy nhiên, kích thước và bề mặt của các hạt trở nên nhỏ hơn và gồ


ghề khi thêm Zn vào. Kích thước hạt giảm từ 800 nm đối với ZIF-67
xuống 100 nm đối với ZIF-8.


Diện tích bề mặt và những đặc tính xốp của những vật liệu được
khảo sát bằng cách đo đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ nitơ.


0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0


300
400
500
600
700
800
<b>Th</b>
<b>ể tíc</b>
<b>h h</b>
<b>ấp p</b>
<b>hu</b>
<b>ï</b>
(
<b>cm</b>
<b>3 ST</b>
<b>P.g</b>
<b>-1</b>)


Áp suất tương đối <b>(</b>P/P0<b>)</b>


ZIF-8
(5Zn/5Co)ZIFs
(2Zn/8Co)ZIFs
ZIF-67


(2Zn/8Co)ZIF


<b>Hình 3.16. Đẳng nhiệt hấp phụ / giải hấp phụ nitơ của ZIF-67, </b>


(8Co/2Zn)ZIFs, (5Co/5Zn)ZIFs, (2Co/8Zn)ZIFs và ZIF-8



Khi thêm Zn, diện tích bề mặt của ZIFs giảm: ZIF-67(1935
m2.g–1) > (2Zn/8Co)ZIFs (1637 m2.g–1) > (5Zn/5Co)ZIFs (1453 m2.
g–1) > (8Zn/2Co)ZIFs (1403 m2.g–1) > ZIF-8 (1279 m2.g–1).


0 200 400 600 800 1000


-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2


Độ hấp thụ


Bước sóng (nm)


ZIF-67
(2Zn/8Co)ZIF
(5Zn/Co)ZIF
(8Zn/2Co)ZIF
ZIF-8
<b>a</b>


1 2 3 4 5 6 7
0
50


100
150
200
250
300
(

h

)

h
ZIF-67
(2Zn/8Co)ZIF
(5Zn/5Co)ZIF
(8Zn/2Co)ZIF
ZIF-8
<b>b</b>


<b>Hình 3.17. (a) Phổ UV-Vis DR và (b) đồ thị Tauc của ZIF-67, </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

Năng lượng vùng cấm của ZIF-67, ZIF-8 and (Zn/Co) ZIFs
được nghiên cứu bằng cách đo phản xạ khuếch tán UV-Vis ở nhiệt độ
phịng (Hình 3.17).


<b>Bảng 3.4. Năng lượng vùng cấm của ZIF-67, (Zn/Co)ZIFs và ZIF-8 </b>


<b>Vật liệu </b> <i><b>E</b></i><b>1 (eV) </b> <i><b>E</b></i><b>2 (eV) </b> <i><b>E</b></i><b>g (eV) </b>


ZIF–67 1,6 2,3 3,8



(2Zn/8Co)ZIFs – 1,9 3,6


(5Zn/5Co)ZIF – 1,6 2,5


(8Zn/2Co)ZIF 2,5 2,9 2,9


ZIF–8 – – 5,2


<b>3.5. NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY CGR CỦA XÚC TÁC QUANG </b>
<b>(Zn/Co)ZIFs </b>


<b>3.5.1. Khử màu CGR trên các xúc tác khác nhau </b>


<b>0</b>
<b>20</b>
<b>40</b>
<b>60</b>
<b>80</b>
<b>100</b>


<b>ZI</b>
<b>F-8</b>
<b>(8Zn/2</b>


<b>Co)ZI</b>
<b>F</b>
<b>(5Zn/5</b>


<b>Co)ZI</b>


<b>F</b>
<b>(2Zn/8</b>


<b>Co)ZI</b>
<b>F</b>


<b>F (%)</b>


Phân hủy quang xúc tác
Hấp phụ


<b>ZI</b>
<b>F-67</b>


<b>Hình 3.18. Khử màu CGR trên các chất xúc tác khác nhau </b>


dưới điều kiện ánh sáng khả kiến


</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

kiến, ZIF-67 và ZIF-8 khơng thể hiện hoạt tính xúc tác. Hoạt tính xúc tác
của ZIF-67 và ZIF-8 chỉ tăng đáng kể khi thêm kẽm vào vật liệu (phần màu
đỏ trên Hình 3.18) và đạt cao nhất ở mẫu (8Co/2Zn) ZIFs.


<b>3.5.2. Ảnh hƣởng của pH và những chất bắt gốc tự do </b>


Kết quả cho thấy hiệu suất khử màu giảm đáng kể khi pH tăng


sau pHPZC. Tổng hiệu suất khử màu gồm hấp phụ và phân hủy xúc tác


quang hóa có khuynh hướng giảm khi pH tăng. Điều này có thể giải



thích là những ion hydroxyl (OH–) có thể cạnh tranh với những phân


tử CGR trong hấp phụ, trên bề mặt hấp phụ và xúc tác quang hóa khi
pH tăng.


3 4 5 6 7 8 9 10 11


50
60
70
80
90
100
110
120
pH


0 2 4 6 8 10 12
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
Delta
pH
pH



<b>pHZPC = 10</b>


F (


%)


Hấp phụ trong bóng tối
Phân hủy quang xúc tác


a


0 50 100 150 200 250 300


0
20
40
60
80
100


Phân hủy quang xúc tác


F ( %)


Thời gian (phút)


(2Zn/8Co)ZIF
KI
Isopropanol


Benzoquinone


Hấp thụ trong bóng tối
b


<b>Hình 3.19. a) Ảnh hưởng của pH lên việc khử màu CGR trên chất xúc tác </b>


(2Zn/8Co)ZIFs; b) Ảnh hưởng chất bắt gốc tự do


Kết quả cho thấy lỗ trống quang sinh (h+) và các gốc hydroxyls


(

·

OH)đóng vai trị quan trọng trong sự phân hủy CGR, trong khi đó


O2

·

– khơng phải là tác nhân hoạt động chính trong q trình phân hủy


</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

<b>3.5.3. Phân hủy quang hóa của CGR trên vật liệu (2Zn/8Co)ZIFs </b>
<b>dƣới điều kiện ánh sáng khả kiến </b>


200 300 400 500 600 700 800 900


0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Abs


Độ dài sóng (nm)
Nồng độ CGR ban đầu
Hấp phụ trong bóng tối 120 phút


60 phút chiếu đèn
120 phút chiếu đèn
180 phút chiếu đèn
240 phút chiếu đèn
300 phút chiếu đèn
a


0 60 120 180 240 300 360 420


0
5
10
15
20
25
30
35
40
45


Phân hủy quang xúc tác


Hấp thụ trong tối


b


Thời gian (phút)


COD



(mg.L


-1)


<b>Hình 3.20. a) Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào thời gian và </b>


b) COD của dung dịch CGR khi sử dụng (8Co/2Zn)ZIFs làm xúc tác quang
Kết quả cho thấy nhóm mang màu bị khống hóa hồn tồn
trong q trình chiếu sáng.


Khảo sát tính dị thể của xúc tác được trình bày trên Hình 3.21.
Khi chất xúc tác được lọc sau 150 phút phản ứng và sự mất màu dung
dịch dừng lại mặc dù đèn vẫn chiếu liên tục đến 260 phút.


0 50 100 150 200 250 300


0
20
40
60
80


Phân hủy quang xúc tác


C (mg.L


-1)


Thời gian (phút)



Không có xúc tác


Sau 120 hấp phụ trong bóng tối và xúc tác được lọc sau 150 phút
Hấp phụ trong bóng tối và phân hủy quang xúc tác


Hấp phụ trong bóng tối


Lọc xúc tác sau 150 phút


<i><b>Hình 3.21. Thí nghiệm xúc tác dị thể (điều kiện thí nghiệm: V</b></i>dd = 500 mL;
khối lượng chất xúc tác = 0,05 g; hấp phụ trong bóng tối 120 phút;


</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

Phản ứng xúc tác quang hóa có thể xảy ra như sau:


<i>(2Zn/8Co)ZIFs + hν → (2Zn/8Co)ZIFs (h</i>+/ e–)


(2Zn/8Co)ZIFs(h+) + H2<b>O → ˙OH + H</b>


+


+ (2Zn/8Co)ZIFs(h+)


<b>˙OH + CGR → sản phẩm phân hủy </b>


CGR + (2Zn/8Co)ZIFs(h+) → SP phân hủy + (2Zn/8Co)ZIFs


Khả năng chuyển hóa chất màu được nghiên cứu thơng qua mơ
hình Hinshelwood-Langmuir cho xúc tác dị thể ở các nồng độ khác
nhau.



( ) (3.3)


<i>trong đó k</i>r là hằng số tốc độ phân hủy (phút–1<i>), C</i>0<i>, C</i>t là nồng độ của


<i>CGR ban đầu và tại thời điểm t. </i>


0 50 100 150 200 250 300


0
50
100
150


C (mgL


-1)


Thời gian (phút)


150 mg.L-1


100 mg.L-1


90 mg.L-1


80 mg.L-1


70 mg.L-1


60 mg.L-1



50 mg.L-1


30 mg.L-1


Hấp phụ tron tối


Phân hủy quang xúc tác


a


<b>Hình 3.22. a) Động học hấp phụ và xúc tác phân hủy trên (2Zn/8Co)ZIFs </b>


<i>Kết quả trong Bảng 3.5 cho thấy hệ số tốc độ phân hủy (k</i>r)


phẩm nhuộm CGR trên vật liệu (2Zn/8Co)ZIF giảm dần từ 0,048 đến


<b>0,0054 phút</b>-1<b> khi nồng độ CGR tăng từ 70 đến 150 mg/L. Điều này </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

ánh sáng tương tác tới vật liệu xúc tác, dẫn đến hiệu quả quang xúc
tác giảm và làm giảm tốc độ phân hủy màu. Kết quả nghiên cứu của
chúng tơi cho thấy có sự tương đồng so với các kết quả nghiên cứu
trước đây. Để so sánh khả năng hoạt tính quang xúc tác của các vật
liệu nghiên cứu (2Zn/8Co)ZIF so với các vật liệu khác dùng phân
hủy màu CGR trong cùng điều kiện chiếu sáng dưới ánh sáng khả
kiến, chúng tôi dựa trên hằng số tốc độ phân hủy. Kết quả cho thấy


<i>hệ số tốc độ (k</i>r) phân hủy CGR trên vật liệu (2Zn/8Co)ZIF lớn hơn


rất nhiều so với trên các vật liệu khác đã công bố trước đây. Điều này


cho thấy vật liệu (2Zn/Co)ZIF có hoạt tính xúc tác quang hóa cao cho
phân hủy thuốc nhuộm CGR.


<b>Bảng 3.5. Hằng số tốc độ phân hủy CGR ở các nồng độ khác nhau </b>


Nồng độ
(mg/L)


Hằng số tốc độ


<i>Langmuir-Hinshewood, k</i>r (phút–1<i>) </i>


<i>R2</i> <i>p </i>


70 0,048 0,905 0,000


80 0,0197 0,979 0,000


90 0,012 0,995 0,000


100 0,0081 0,988 0,000


150 0,0054 0,919 0,000


<b>3.5.4. Khả năng tái sử dụng (2Zn/8Co)ZIFs </b>


95
91


87



0
20
40
60
80
100


Laàn 3
Laàn 2
Laàn 1


F (


%)


a


0 10 20 30 40 50 60


Cươ


øng


đ




(ab



r.


)


2(độ)


Tái sinh lần 3
Tái sinh lần 2
Tái sinh lần 1
Mẫu (2Zn/8Co)ZIFs ban đầu


5000 cps


<b>b</b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

Hiệu suất cho vật liệu tái sử dụng lần thứ nhất là 95% và lần thứ
ba là 87% so với ban đầu (Hình 3.23a). Giản đồ XRD của chất xúc
tác (2Zn/8Co)ZIFs được sử dụng lại sau ba lần dường như khơng bị
thay đổi như được thấy Hình 3.23b.


Ngoài ra, (2Zn/8Co)ZIFs cũng được sử dụng để làm xúc tác
quang hóa phân hủy methylene blue và methyl orange. Các kết quả
cho thấy (Hình 3.24) khả năng hấp phụ và phân hủy quang xúc tác
của (2Zn/8Co)ZIFs đối với CGR lớn hơn đối với MO và MB.


0 50 100 150 200 250 300


0
10
20


30
40
50


Phân hủy quang xúc tác


Hấp phụ trong tối


Thời gian (phút)
Ct


(mgL


-1)


MB
MO
CGR


<b>Hình 3.24. Động học hấp phụ và phân hủy quang xúc tác của MB, MO và </b>


CGR trên vật liệu (Zn/Co)ZIFs


<b>KẾT LUẬN </b>


<b>1. ZIF-67 đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp vi </b>


sóng và phương pháp dung mơi nhiệt; đã nghiên cứu được các điều
kiện tối ưu và các kết quả cho thấy phương pháp vi sóng có nhiều ưu
điểm vượt trội hơn nhiều so với các phương pháp cổ điển: rút ngắn


thời gian tổng hợp, hiệu suất tổng hợp cao, hình thái đồng nhất, độ


kết tinh cao, diện tích bề mặt riêng và thể tích vi xốp lớn(1935 m2/g


</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

<b>2. Các nghiên cứu động học, đẳng nhiệt và nhiệt động học cho </b>


sự hấp phụ thuốc nhuộm CGR trong dung dịch nước trên vật liệu
khung imidazolate zeolite-67 đã được nghiên cứu. Phương pháp hồi
quy tuyến tính đa đoạn, kết hợp với chuẩn số thông tin Akaike là một
cơng cụ thống kê hữu ích cho việc phân tích mơ hình đẳng nhiệt và
động học. Kết quả phân tích cho thấy rằng số liệu thực nghiệm hấp
phụ CGR trên vật liệu ZIF-67 phù hợp với mơ hình hấp phụ biểu kiến
bậc 2 và cả hai khuếch tán nội hạt và khuếch tán màng tham gia trong
việc kiểm soát khuếch tán của những phân tử CGR trên vật liệu hấp
phụ ZIF-67. Các số liệu hấp phụ đẳng nhiệt thực nghiệm của thuốc
nhuộm CGR trên vật liệu ZIF-67 có sự tương thích với cả hai mơ
hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich trong khoảng nhiệt độ 301–
331 K. Dung lượng hấp phụ congo đỏ của ZIF-67 là 714,3 mg/g.
Ngồi ra, ZIF-67 cũng có dung lượng hấp phụ cao với methylene
blue và rhodamine B. ZIF-67 bền trong dung dịch nước và cho thấy
khả năng siêu hấp phụ thuận lợi về nhiệt động học. Do đó, ZIF-67 có
thể xem như một trong những chất hấp phụ MOFs hứa hẹn để loại bỏ
thuốc nhuộm từ dung dịch nước.


<b>3. ZIF-67 được sử dụng biến tính điện cực để xác định dopamine </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

phương pháp thêm chuẩn kết hợp với kỹ thuật xung vi phân hòa tan
anốt để xác định DPM và PRA trong mẫu thuốc sử dụng. Kết quả thu
được có ý nghĩa thống kê.



<b>4. Vật liệu khung zeolite imidazole dựa trên (Zn/Co) với tỉ lệ </b>


mol Zn/Co từ 0/10 đến 10/0 được tổng hợp bằng phương pháp dung
nhiệt với sự hỗ trợ vi sóng. Mẫu (Zn/Co)ZIFs với tỉ lệ mol ban đầu
2/8 của bền trong nước trong khoảng pH từ 2 đến 12 và cho thấy khả
năng phân hủy xúc tác quang hóa tốt trong vùng ánh sáng khả kiến
đối với CGR. Sự phân hủy CGR trên vật liệu xúc tác xảy ra hoàn


toàn và tạo thành CO2. Chất xúc tác (2Zn/8Co)ZIFs cho thấy bền và


</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

<b>DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ KẾT QUẢ </b>
<b>NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN </b>


<b>I. Bài báo trong nƣớc </b>


<b>1. Nguyễn Thị Thanh Tú, Lương Văn Tri, Văn Thị Mỹ Liên </b>


(2018), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại ZIF-67
<i>bằng phương pháp vi sóng, Tạp chí Hóa học và ứng dụng, Số </i>
1(41)/2018.


<b>2. Nguyễn Thị Thanh Tú, Nguyễn Hải Phong, Dương Thị Kim </b>


Chung, Trần Vĩnh Thiện, Nguyễn Đức Anh Vũ (2018), Nghiên cứu
tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại ZIF-67 và ứng dụng biến
<i>tính điện cực than thủy tinh xác định Dopamine và Paracetamol, Tạp </i>
<i>chí khoa học tự nhiên, Đại học Huế. 127(1B). </i>


<b>3. Nguyễn Hải Phong, Nguyễn Thị Thanh Tú, Trần Văn Thanh, </b>



Đặng Thị Ngọc Hoa (2019), Phân hủy quang xúc tác một số phẩm màu
thuốc nhuộm trong dung dịch nước sử dụng chất xúc tác (Zn/Co)-Zeolite
<i>imidazole frameworks, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Trường Đại </i>
<i>học Khoa học, Đại học Huế. (Đã có giấy nhận đăng). </i>


<b>II. Bài báo quốc tế (Thuộc danh mục ISI) </b>


<b>1. Nguyen Thi Thanh Tu, Tran Vinh Thien, Pham Dinh Du, Vo </b>
Thi Thanh Chau, Tran Xuan Mau and Dinh Quang Khieu, Adsorptive
removal of Congo red from aqueous solution using Zeolitic
<i>Immidazolate framework-67, Journal of Environmental Chemical </i>
<i><b>Engineering, 6,(2), 2018, 2269-2280 (ESCI/Q1). </b></i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

electrochemical determination of dopamine and paracetamol using
<i>ZIF-67-modified electrode, Journal of Materials Science, 54, (17), </i>
<b>2019, 11654-11670 (IF = 2,99; SCI/Q1). </b>


<b>3. </b> <b>Nguyen Thi Thanh Tu, </b> Phung Chi Sy, Tran Thanh Minh,


Huynh Thi Minh Thanh, Tran Vinh Thien, Hoang Thai Long and


Dinh Quang Khieu, Synthesis of (Zn/Co) - based zeolite imidazole
frameworks and their applications in visible-driven photocatalytic
<i>degradation of Congo red, Journal of Inclusion phenomena and </i>
<i><b>Macrocyclic chemistry Doi.org/10.1007/s10847-019-00925-7 (IF = 1,3; </b></i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

<b>HUE UNIVERSITY </b>
<b>UNIVERSITY OF SCIENCES </b>


<b>NGUYEN THI THANH TU </b>




<b>SYNTHESIS, MODIFICATION, </b>


<b>AND APPLICATION OF METAL-ORGANIC </b>



<b>FRAMEWORK - ZIF-67 </b>



<b>Major: Theoretical Chemistry and Physical Chemistry </b>
<b>Code: 9440119 </b>


<b>DISERTATION ABSTRACT OF CHEMISTRY</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

The work was completed at the Department of Chemistry,


University of Sciences, Hue University.



<b>Scientific instructors: 1. Assoc. Prof. Dr. Dinh Quang Khieu </b>



<b> 2. Dr. Tran Vinh Thien </b>



Reviewer 1: ……… ..


Reviewer 2: ……… ..


Reviewer 3: ………



The disertation will be presented before the council:


……… ..



<b>at ... h ... on ... year ………. </b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

<b>INTRODUCTION </b>


ZIFs (Zeolite imidazole frameworks) is a new group of porous


organic-framework materials, belonging to the family of
metal-organic frameworks (MOFs) materials. ZIFs are made up of metal of


valence II (Zn2+, Co2+, etc.) and organic imidazole ligands. In recent


years, this group of materials has attracted the attention of many
scientists because of the diversity and flexibility of their framework.
In addition, ZIFs also have many outstanding features such as
thermal stability, chemical stability, high porosity, and large surface
area. Among the ZIFs materials, ZIF-67 has been studied a lot
recently because of a special porous metal-organic framework with a
micro-capillary system with a diameter of 11.4 Å, connected with
small windows of a diameter of 3.4 Å. In addition, ZIF-67 has an
adjustable surface, large surface area, and flexible surface structure.
With the mentioned properties, ZIF-67 is considered as a potential
adsorbent to remove dyes such as rhodamine B (RhB), anionic
methyl orange (MO) adsorption, cationic methylene blue (MB),
anionic dye acid blue, and malachite green, or heavy metals such as
Cr (IV) in solutions. There are also a number of promising


applications such as selective adsorption, storing gases such as CO2


and H2. ZIF-67 can be used as a heterogeneous catalyst to convert


CO2 into carbonate and synthesize quinazoline. However, many other


</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

On the basis of the above reasons, we chose the research topic
<b>"Synthesis, modification, and application of metal-organic </b>


<b>framework ZIF-67". </b>


<b>Study objectives: </b>


To synthesize and modify the metal-organic framework material
ZIF-67 with catalytic activity, adsorption, and electrochemical
sensing properties.


<b>New contributions of the thesis: </b>


<b>1. ZIF-67 synthesized, with the aid of microwave, provides high </b>


yields and good surface properties. It has a very high adsorption
capacity for many dyes, such as congo red (CGR), methylene blue
(MB), and rhodamine B (RB) compared with many previously
reported porous materials. This result was published in the Journal of
Environmental Chemical Engineering, 6(2), 2018, 2269–2280
(ESCI/Q1).


<b>2. ZIF-67 is used as an electrode modifier to identify dopamine </b>


and paracetamol with the DP-ASV method. The modified electrodes
are promising for dopamine and paracetamol determination with
many desirable properties, such as high sensitivity, low detection
limits, and high recovery efficiency. This result was published in
Journal of Materials Science, 54(17), 2019, 11654–11670 (SCI/Q1).


<b>3. Framework materials (Zn/Co)ZIFs are stable in water with pH </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

was published in Journal of Inclusion phenomena and Macrocyclic
chemistry Doi.org/10.1007/s10847-019-00925-7. (SCI/Q2).



<b>Chapter 1. LITERATURE REVIEW </b>


<b>1.1. General introduction of metal-organic framework materials </b>


(MOFs)


<b>1.2. Metal-organic framework materials ZIF-67 </b>
<b>1.3. Synthesis method for ZIF-67 </b>


<b>1.4. Directions for modification and applications of ZIF-67 material </b>
<b>1.4.1. Application of ZIF-67 material as an electrochemical catalyst </b>
<b>1.4.2. Application of ZIF-67 in photocatalytic catalysis to decompose </b>


persistent organic pollutants


<b>1.4.3. Application of ZIF-67 material as an adsorbent for dyes in </b>


aqueous solutions


<b>1.5. Some issues of the analysis of kinetic and adsorption isotherm </b>


parameters


<b>Chapter 2. RESEARCH CONTENT AND METHODS </b>
<b>2.1. Research content </b>


– Synthesis of ZIF-67 with the microwave method and the
solvo-thermal method;


– Study on the ability to adsorbing congo red dye in water by


ZIF-67;


– Study on the modification of GCE electrode with ZIF-67 to
determine dopamine and paracetamol using the differential pulse
anodic stripping voltammetry method;


</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

– Study on the photocatalytic capacity of (Zn/Co)ZIFs in


decomposing dyes under visible-light.

<b> </b>



<b>2.2. Research methods </b>


The methods used for determining structural characteristics in the
dissertation include X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron
spectroscopy (XPS), N2 adsorption-desorption isotherms (BET),
scanning electron microscopy element (SEM), and thermal analysis
(TG-DTA).


The methods for qualitative and quantitative analysis are UV-Vis,
DP-ASV, HPLC, AAS, and the statistical methods for experimental


data assessment.

<b> </b>



<b>2.3. Experimental </b>


- Synthesis of ZIF-67 and (Zn/Co)ZIFs.


- Determining isoelectric points of ZIF-67 and (Zn/Co)ZIFs.
- Testing the stability of ZIF-67 and (Zn/Co)ZIFs.



- Absorbing dyes with ZIF-67: Studying adsorption kinetics,
adsorption equilibrium, and adsorption thermodynamics.


- Studying the effect of pH on the adsorption process.
- Reuse adsorbents.


- Modifying glassy-carbon electrodes (GCE) with ZIF-67 to
determine dopamine and paracetamol.


</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

<b>CHAPTER 3. RESULTS AND DISCUSSION </b>


<b>3.1. SYNTHESIS OF ZIF-67 WITH MICROWAVE-ASSISTED </b>
<b>METHOD AND SOLVO-THERMAL METHOD </b>


<b>3.1.1. ZIF-67 material characterization </b>


Figure 3.1 shows the XRD diagram of the ZIF-67 samples
synthesized with the microwave-assisted method (MW-ZIF-67).


5 10 15 20 25 30 35 40 45




ờng


độ


(abr


)



50000 c


ps


2(độ)


ZIF-67 mô phỏng chuẩn
20 phút


30 phút
40 phút
60 phút


(011)


(002)


(112)


(022) (013)


(222)


(114) (233) (134) (044) (244) (235)


a


<b>Figure 3.1. XRD diagram of ZIF-67 synthesized with microwave </b>



method at different times


The diffraction peaks are clearly observed and consistent with
the standard simulation model of ZIF-67, according to CCDC
671073. Strong diffraction intensity appears at (011), (002), (002),
(013), (222), (114), (233), (134), (044), (244), and (235) surfaces.
This shows that all samples obtained are ZIF-67 with pure phase and
high crystallinity.


</div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

<b>Figure 3.2. SEM images of ZIF-67 synthesized with microwave method (a: 20 </b>


minutes; b: 30 minutes; c: 40 minutes; d: 60 minutes)


ZIF-67 synthesized at room temperature has a very low yield
and requires a long time, while the yield can be improved when the
synthesis is performed at 100 °C. However, the microwave-assisted
synthesis for 40 minutes yields 95%, equivalent to that of the thermal
method at 100 °C for 4 hours.


The porous properties of ZIF-67 were studied using adsorption
and desorption isotherms with nitrogen. ZIF-67 synthesized with the
microwave-assisted method has a large specific surface area and


porous volume (1935 m2/g and 0.98 cm3/g, respectively).


Thermal analysis results show that ZIF-67 is stable to 500 °C.
The result of XPS shows that ZIF-67 is composed of C, O, N,
and Co. The high-resolution XPS spectrum for Co2p has two peaks at


779.72 eV and 794.72 eV, made up of Co2p3/2 and Co2p1/2,



respectively, of Co2+ in ZIF-67.


1µm


<b>a </b>


1µm


<b>b </b>


1µm


<b>c </b>


1µm


</div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>

<b>3.1.2. Stability of ZIF-67 </b>


10 20 30 40 50 60


2(độ)


Mẫu ZIF-67 ban đầu
pH = 12
pH = 8
pH = 6
pH = 4
pH = 3
pH = 2



Cươ


øng


đ




(ab


r.


)


20000 cps


pH = 1


<b>Figure 3.3. XRD diagram of ZIF-67 samples soaked in water </b>


at different pH


Figure 3.3 shows that ZIF-67 is unstable in the environment of
pH = 1. Meanwhile, XRD samples at pH = 2÷12 remain unchanged
compared with the original sample without immersion.


<b>3.2. ADSORPTION OF CONGO RED IN WATER WITH ZIF-67 </b>


<b>3.2.1. Adsorption kinetics </b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(38)</span><div class='page_container' data-page=38>

0 10 20 30 40 50 60 70 80
300


350
400
450
500
550
600
650


<i><b>q e</b></i>


<b>(</b>


<b>mg. </b>


<b>g</b>


<b>-1)</b>


<b>Thời gian (phút)</b>


30 mg L-1
50 mg L-1
70 mg L-1
80 mg L-1


<b>Figure 3.4.</b> Adsorption kinetics of ZIF-67 at different initial concentrations



<b>Table 3.1.</b> Kinetic parameters of the first-order model and second-order model


<b>Concentration </b>


(mg·L–1)


<b>Apparent first-order model </b> <b>Apparent second-order model </b>


<i><b>k</b></i><b>1 </b>


(min–1)


<i><b>q</b></i><b>e,cal </b>


(mg·g–1)


<i><b>q</b><b>e,exp </b></i>


(mg·g–1) <i><b>R</b></i>


<b>2 </b> <i><b>k</b></i><b>2 </b>


(mg–1·g
·min–1)


<i><b>q</b></i><b>e,cal </b>


(mg·g–1)



<i><b>q</b></i><b>e,exp </b>


(mg·g–1) <i><b>R</b></i>


<b>2 </b>


30 4,445 299,7 300,0 0,77 0,213 300,7 300,0 0,97
50 2,321 436,4 446,0 0,57 0,017 444,9 446,0 0,93
70 2,598 604,3 613,0 0,45 0,016 610,6 613,0 0,90
80 2,330 621,3 632,0 <b>0,44 </b> 0,013 628,4 632,0 <b>0,94 </b>
The experimental results are consistent with the apparent
second-order adsorption model because of a high determination


<i>coefficient (R</i>2 = 0.90÷0.97).


</div>
<span class='text_page_counter'>(39)</span><div class='page_container' data-page=39>

<b>3.2.2. Adsorption equilibrium </b>


The experimental isotherm adsorption data for CGR dyes on
ZIF-67 are consistent with both Langmuir and Freundlich isotherm
models.


<b>Table 3.2.</b> Parameters of Langmuir and Freundlich isotherm models


T (K)


Langmuir isotherm model Freundlich isotherm model


<i>qmom </i> <i>KL </i> <i>R</i>


<i>2 </i>



<i>P </i> <i>KF </i> <i>n </i> <i>R</i>


<i>2 </i>


<i>p </i>


301 <b>714,3 </b> <b>0,272 </b> <b>0,95 </b> <b>0,003 </b> <b>272,6 </b> <b>3,7 </b> <b>0,99 </b> <b><0,001 </b>
311 <b>769,2 </b> <b>0,324 </b> <b>0,95 </b> <b>0,004 </b> <b>291,1 </b> <b>3,4 </b> <b>0,98 </b> <b><0,001 </b>
321 <b>833,3 </b> <b>0,353 </b> <b>0,98 </b> <b>0,001 </b> <b>313,8 </b> <b>3,2 </b> <b>0,97 </b> <b><0,001 </b>
331 <b>909,1 </b> <b>0,461 </b> <b>0,99 </b> <b><0,001 </b> <b>381,2 </b> <b>3,8 </b> <b>0,98 </b> <b><0,001 </b>


<i>K</i>L (L·mg


–1


<i>), K</i>F(L·g


–1


<i>), q</i>mom(mg·g


–1


), Temperature (K)


<b>3.2.3. Adsorption thermodynamics </b>


<i>The results show that the equilibrium adsorption capacity, q</i>e,



increases with temperature.


The adsorption thermodynamic parameters were determined and
<i>the results show that ΔG° < 0, ΔH°> 0 and ΔS°> 0. </i>


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90


550
600
650
700


<i><b>q t</b></i>


<b> (mg.</b>


<b>g-1</b>


<b>)</b>


<b>Thời gian (phút)</b>


301 K
311 K
321 K
331 K


<b>Figure 3.5. Effect of temperature on CGR dye adsorption </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(40)</span><div class='page_container' data-page=40>

<b>3.2.4. Effect of pH and proposed adsorption mechanism </b>



4 6 8 10 12


-2
0
2
4
6
8


<b>Del</b>


<b>ta pH</b>


<b>pH</b>


<b>pHPZC = 9</b>


a


2 4 6 8 10 12
350


400
450
500
550
600
650



<b>pH</b>
<i><b>q</b></i><b>e </b>


<b>( mg</b>


<b>.g</b>


<b>-1)</b>
b


<b>Figure 3.6. a) pH</b>ZPC determined with the pH shift method;
b) Effect of pH on CGR adsorption capacity


<b>Figure 3.7. Proposed adsorption mechanism of CGR on ZIF-67 </b>


<b>3.2.5. Recycling adsorbent ZIF-67 </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(41)</span><div class='page_container' data-page=41>

0
100
200
300
400
500
600
<b> Laàn 3</b>
<b> Laàn 2 </b>
<b>qe</b>
<b> (</b>
<b>mg g</b>
<b>-1)</b>


<b>Laàn 1</b>
<b>a</b>


10 20 30 40 50 60


2(độ)


<b>Tái sử dụng lần 3</b>
<b>Tái sử dụng lần 2 </b>
<b>Tái sử dụng lần 1</b>


Cườ


ng ño


ä (ar


b.


)


<b>Mẫu ZIF-67 ban đầu</b>


20000 c


ps <b>b</b>


<b>Figure 3.8. Adsorption capacity and XRD patterns after three </b>


recycles of ZIF-67



<b>3.3 DEVELOPING ANALYSIS METHOD FOR PARACETAMOL </b>
<b>(PRA) AND DOPAMINE (DPM) DETERMINATION WITH </b>
<b>ELECTROCHEMICAL METHOD USING MODIFIED ZIF-67 </b>


<b>3.3.1. Investigation of the effect of different types of electrodes on </b>
<b>electrochemical properties in PRA and DPM determination </b>


<b>Figure 3.9. CVs curves of GCE and ZIF-67/GCE for DPM and PRA </b>


The current signal on ZIF-67/GCE electrochemically treated has


<i>the intensity of peak current, I</i>P, of DPM and PRA 4.0 and 1.8 times,


respectively, compared with that on the original GCE.


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Ip
/

A



E / V
Bare GCE


As-prepared ZIF-67/GCE
ZIF-67/GCE with pre-treament
in alkaline solution by CVs


</div>
<span class='text_page_counter'>(42)</span><div class='page_container' data-page=42>

The effective area calculated for the GCE and ZIF-67/GCE


electrodes is 0.078 cm2 (the geometric area of GCE is 0.062 cm2) and


2.74 cm2.


<b>3.3.2. Influence of solvents and amount of ZIF-67 </b>


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2


-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Ip
(



A
)


E ( V)


<b> MtOH</b>
WAT
EtOH
DMF
a
PRA
DPM


<b>Figure 3.10. CV curves of PRA and DPM with solvents </b>


<b>3.3.3. Influence of pH </b>


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-15
-10
-5
0
5
10
15
20


pH = 2.5



Ip


/




A


E / V
pH = 5.3


a


2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5


4
6
8
10
12
14
16
DPM
<b> PRA</b>
Ip
/

A
pH
b



<b>Figure 3.11. CV curves and change of peak current at different pHs </b>


The linear regression equations representing the correlation


<i>between E</i>P and pH are as follows:


<i>E</i>P,PRA<i> = 0,728 – 0,0479 pH; r = 0,992 </i> (3.1)


</div>
<span class='text_page_counter'>(43)</span><div class='page_container' data-page=43>

The values of 0.0599 V/pH for DPM and 0.0479 V/pH for PRA
are close to the Nernst slope of 0.059 V/pH; this indicates that the


number of exchanged electrons and H+ ions involved in the electrode


reaction are equal.


<b>3.3.4. Influence of potential scan speed (ν) </b>


Figure 3.12 clearly shows that the peak potential changes
slightly as the scan speed increases, so this can be inferred that the
electron exchange during the electrochemical oxidation of DPM and
PRA is quasi-reversible.


-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-30


-20
-10
0
10


20
30
40
50
60


Ip


/




A


E / V
0.2


0.02


<b>a</b>


V s-1


0.1 0.2 0.3 0.4 0.5


0
5
10
15
20


25
30
35


DPM
PRA


Ip


/




A


<i>v</i>1/2
<b>b</b>


<i><b>Figure 3.12. (a) Influence of potential scan speed on E</b></i>P<i> and I</i>P;


<i>(b) Linear lines of E</i>P<i> with lnv </i>


Besides, the Laviron equation is used to describe the relationship


<i>between the peak potential (E</i>P<i>) and lnν of the scanning speed. The </i>


results show that the number of electrons involved in the oxidation
reactions of PRA and DPM on the electrode is 2.


</div>
<span class='text_page_counter'>(44)</span><div class='page_container' data-page=44>

<b>Figure 3.13. Proposed oxidation mechanism of DPM and PRA </b>



on GCE electrode modified with ZIF-67


<b>3.3.5. Repeatability and limit of detection </b>


The repeatability of the modified electrode was studied by
measuring the DP-ASV signal four times at different DPM and PRA


<i>concentrations (Figure 3.15). The RSD values of C</i>DPM = 6×10–4 M,


<i>C</i>PRA = 3×10–4<i> M, C</i>DPM = 4×10–5<i> M, C</i>PRA = 2×10–5<i> M, C</i>DPM = 2×10–4


<i>M, and C</i>PRA = 10–4 M are calculated as 0.19, 0.66, 1.46, 4.36, 0.79,


and 3.81% (all RSD values are less than 1/2RSDHorwitz predicted.)


The detection limits (LOD) for DPM and PRA are 2×10–6 M and


1×10–6 M, respectively (range 2.0ì106ữ44ì106) .


In the linear range from 2×10–6 to 22×10–6, the LOD values of


DPM and PRA are 1.3×10–6 and 1.4×10–6, respectively. The results


</div>
<span class='text_page_counter'>(45)</span><div class='page_container' data-page=45>

<b>3.3.6. Analysis of real samples </b>


<b>Table 3.3. Comparing results of DPM and PRA analysis in drug samples </b>


using DA-ASV method with ZIF-67/GCE electrode and HPLC method



Capsules/tubes Labeled
content


Method in this study
Average value ± SDd<sub> </sub>


<i>(n = 3) </i>


HPLC


Average value ± SDd <i><sub>(n = 3) </sub></i> Average value


± SD
<i>(n=3) </i>
DPM


(mg/mL)


PRA
(mg/tablet)


DPM
(mg/mL)


PRA
(mg/tablet)
Dopamine 40


1 mL 40



a <b><sub>39,0 ± 2,0 </sub></b> <sub>n/a </sub> <b><sub>38,7 ± 0,6 </sub></b> <sub>n/a </sub> <sub>101 ± 4 </sub>


Dopamine 40
1 mL 40


a <b><sub>38,4 ± 3,2 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>39,6 ± 1,0 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <sub>97 ± 2 </sub>


Dopamine 200
5 mL 200


b <b><sub>39,2 ± 2,9 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>39,1 ± 0,5 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <sub>98 ± 2 </sub>


<b>Panadol Extra </b> 500c <sub>n/a </sub> <b><sub>496 ± 76 </sub></b> <sub>n/a </sub> <b><sub>490 ± 1 </sub></b> <sub>102 ± 2 </sub>


<b>Hapacol Extra </b> 500c <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>498 ± 60 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>496,1 ± 0,9 </sub></b> <sub>96 ± 1 </sub>


Tatanol 500c <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>496 ± 49 </sub></b> <b><sub>n/a </sub></b> <b><sub>492 ± 2 </sub></b> <sub>99 ± 3 </sub>


a


mg/tube; bmg/tube; cmg/tablet; dSD: Standard deviation; n/a: Not applicable


<i>The pair sample t-test was used to analyze the differences </i>
between the analysis results. With significance level α = 0.05, the pairs
<i>show no statistical differences (DPM: t(2) = –0,567, p = 0.628 (>0.05) </i>
<i>and PRA: t(2) = 3,351, p = 0.079 (>0.05)) between the proposed </i>
method and the HPLC method with the six pharmaceutical samples.


<b>3.4. SYNTHESIS OF (Zn/Co)ZIFs </b>



10 20 30 40




ờng


độ


(abr


)


2(độ)


2000 c


ps ZIF-67


(2Zn/8Co)ZIFs
(5Zn/5Co)ZIFs
(8Zn/2Co)ZIFs
ZIF-8


<b>Figure 3.14. XRD patterns of ZIF-67, ZIF-8, </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(46)</span><div class='page_container' data-page=46>

Figure 3.14 presents the XRD patterns of (Co/Zn) ZIFs with
different Zn/Co molar ratios. The diffraction intensity of ZIF-67
decreases as the zinc content increases. The values of spatial distance
d of the sides (011), (002), (112), (022), (113), (222), and (114) are
similar to the values obtained from XRD patterns of the ZIF-8 or


ZIF-67 crystal beads as reported previously.


<b>Figure 3.15. SEM images of ZIF-67 (a), (2Zn/8Co)ZIFs (b), </b>


(5Zn/5Co)ZIFs (c), (8Zn/2Co)ZIFs (d) and ZIF-8 (e)


SEM images reveal that the samples with a large cobalt content
– (2Zn/8Co)ZIFs – slightly changes its initial morphology compared
with ZIF-67 samples. However, the size and surface of the particles
become smaller and rugged with the addition of Zn. The particle size
decreases from 800 nm for ZIF-67 to 100 nm for ZIF-8.


</div>
<span class='text_page_counter'>(47)</span><div class='page_container' data-page=47>

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
300
400
500
600
700
800
<b>Th</b>
<b>eå tíc</b>
<b>h h</b>
<b>ấp p</b>
<b>hu</b>
<b>ï</b>
(
<b>cm</b>
<b>3 ST</b>
<b>P.g</b>
<b>-1</b>)



Áp suất tương đối <b>(</b>P/P0<b>)</b>


ZIF-8
(5Zn/5Co)ZIFs
(2Zn/8Co)ZIFs
ZIF-67


(2Zn/8Co)ZIF


<b>Figure 3.16. Nitrogen adsorption and desorption isotherms of ZIF-67, </b>


(8Co/2Zn)ZIFs, (5Co/5Zn)ZIFs, (2Co/8Zn)ZIFs, and ZIF-8


When adding Zn, the surface area of ZIFs decreases: ZIF-67


(1935 m2.g–1) > (2Zn/8Co)ZIFs (1637 m2.g–1) > (5Zn/5Co)ZIFs


(1453 m2.g.–1) > (8Zn/2Co)ZIFs (1403 m2.g–1) > ZIF-8 (1279 m2.g–1).


0 200 400 600 800 1000


-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2



Độ hấp thụ


Bước sóng (nm)


ZIF-67
(2Zn/8Co)ZIF
(5Zn/Co)ZIF
(8Zn/2Co)ZIF
ZIF-8
<b>a</b>


1 2 3 4 5 6 7
0
50
100
150
200
250
300
(

h

)

h
ZIF-67
(2Zn/8Co)ZIF
(5Zn/5Co)ZIF


(8Zn/2Co)ZIF
ZIF-8
<b>b</b>


<b>Figure 3.17. (a) UV-Vis DR spectrum and (b) Tauc graph of ZIF-67, </b>


(Zn/Co)ZIFs, and ZIF-8


</div>
<span class='text_page_counter'>(48)</span><div class='page_container' data-page=48>

Table 3.4. Band-gap energy of ZIF-67, (Zn/Co)ZIFs, and ZIF-8


<b>Material </b> <i><b>E</b></i><b>1 (eV) </b> <i><b>E</b></i><b>2 (eV) </b> <i><b>E</b></i><b>g (eV) </b>


ZIF–67 1,6 2,3 3,8


(2Zn/8Co)ZIFs – 1,9 3,6


(5Zn/5Co)ZIF – 1,6 2,5


(8Zn/2Co)ZIF 2,5 2,9 2,9


ZIF–8 – – 5,2


<b>3.5. DECOMPOSITION OF CGR BY (Zn/Co)ZIFs </b>


<b>3.5.1. Decomposition of CGR by different catalysts </b>


<b>0</b>
<b>20</b>
<b>40</b>
<b>60</b>


<b>80</b>
<b>100</b>


<b>ZI</b>
<b>F-8</b>
<b>(8Zn/2</b>


<b>Co)ZI</b>
<b>F</b>
<b>(5Zn/5</b>


<b>Co)ZI</b>
<b>F</b>
<b>(2Zn/8</b>


<b>Co)ZI</b>
<b>F</b>


<b>F (%)</b>


Phân hủy quang xúc tác
Hấp phụ


<b>ZI</b>
<b>F-67</b>


<b>Figure 3.18. Decomposition of CGR by different catalysts </b>


under visible light



</div>
<span class='text_page_counter'>(49)</span><div class='page_container' data-page=49>

<b>3.5.2. Influence of pH and free radical scavengers </b>


The results show that the color reduction efficiency decreases


significantly when the pH increases after pHPZC. The total dye removal


efficiency by adsorption and photochemical reaction tends to decrease as the


pH increases. This might be because hydroxyl (OH–) ions can compete with


the adsorption of CGR molecules on adsorbent surfaces and photocatalytic
reaction when pH increases.


3 4 5 6 7 8 9 10 11


50
60
70
80
90
100
110
120
pH


0 2 4 6 8 10 12
-1
0
1
2


3
4
5
6
7
Delta
pH
pH


<b>pHZPC = 10</b>


F (


%)


Hấp phụ trong bóng tối
Phân hủy quang xúc tác


a


0 50 100 150 200 250 300


0
20
40
60
80
100


Phân hủy quang xúc tác



F ( %)


Thời gian (phút)


(2Zn/8Co)ZIF
KI
Isopropanol
Benzoquinone


Hấp thụ trong bóng tối
b


<b>Figure 3.19. a) Influence of pH on CGR decolorization on catalysts </b>


(2Zn/8Co)ZIFs; b) Influence of free radical scavengers


The results show that the photoluminescent holes (h+) and


hydroxyl radicals (

·

OH) play an important role in CGR


decomposition, while O2

·

– is not the main active agent in the


</div>
<span class='text_page_counter'>(50)</span><div class='page_container' data-page=50>

<b>3.5.3. Photochemical decomposition of CGR on (2Zn/8Co)ZIFs </b>
<b>under visible light </b>


200 300 400 500 600 700 800 900


0.0
0.5


1.0
1.5
2.0
Abs


Độ dài sóng (nm)
Nồng độ CGR ban đầu
Hấp phụ trong bóng tối 120 phút
60 phút chiếu đèn
120 phút chiếu đèn
180 phút chiếu đèn
240 phút chiếu đèn
300 phút chiếu đèn
a


0 60 120 180 240 300 360 420


0
5
10
15
20
25
30
35
40
45


Phân hủy quang xúc tác



Hấp thụ trong toái


b


Thời gian (phút)


COD


(mg.L


-1)


<b>Figure 3.20. a) Influence of exposure time on absorption and b) COD of </b>


CGR solution when using (8Co/2Zn) IFs as photocatalyst


The results show that the chromophores are completely
mineralized during the exposure process.


The catalytic heterogeneity is shown in Figure 3.21. When the
catalyst is filtered after 150 minutes of reaction, the discoloration of
the solution halts even though the exposure continues to 260 minutes.


0 50 100 150 200 250 300


0
20
40
60
80



Phân hủy quang xúc tác


C (mg.L


-1)


Thời gian (phút)


Không có xúc tác


Sau 120 hấp phụ trong bóng tối và xúc tác được lọc sau 150 phút
Hấp phụ trong bóng tối và phân hủy quang xúc tác


Hấp phụ trong bóng tối


Lọc xúc tác sau 150 phuùt


<i><b>Figure 3.21. Heterogeneity test (experimental conditions: V</b></i>Sol = 500 mL;
catalyst weight = 0.05 g; adsorption in the dark for 120 minutes; exposure


</div>
<span class='text_page_counter'>(51)</span><div class='page_container' data-page=51>

Photocatalytic reactions can occur as follows:


<i>(2Zn/8Co)ZIFs + hν → (2Zn/8Co)ZIFs (h</i>+/ e–)


(2Zn/8Co)ZIFs(h+) + H2<b>O → ˙OH + H</b>


+


+ (2Zn/8Co)ZIFs(h+)



<b>˙OH + CGR → Decomposition products </b>


CGR + (2Zn/8Co)ZIFs(h+) → Decomposition products +


(2Zn/8Co)ZIFs


The ability to convert dyes was studied through the
Hinshelwood-Langmuir model for heterogeneous catalysis at
different concentrations.


( ) (3.3)


<i>where k</i>r is the decay rate constant (min


–1


<i>); C</i>0<i> and Ct are the </i>


<i>concentrations of the original CGR and at time t </i>


0 50 100 150 200 250 300


0
50
100
150


C (mgL



-1)


Thời gian (phút)


150 mg.L-1


100 mg.L-1


90 mg.L-1


80 mg.L-1


70 mg.L-1


60 mg.L-1


50 mg.L-1


30 mg.L-1


Hấp phụ tron tối


Phân hủy quang xúc tác


a


<b>Figure 3.22. a) Adsorption kinetics and catalytic decomposition </b>


on (2Zn/8Co)ZIFs



<i>The results in Table 3.5 show that the decomposition rate (k</i>r) of


CGR on (2Zn/8Co)ZIF decreases from 0.048 to 0.0054 min–1 as the


</div>
<span class='text_page_counter'>(52)</span><div class='page_container' data-page=52>

explained by the fact that a greater concentration of CGR can
obstruct light from interacting with the catalyst, resulting in reduced
photocatalytic efficiency and reduced color decomposition rate. Our
results are consistent with those of previous research. To compare the
photocatalytic activity of (2Zn/8Co)ZIFs with that of other materials,
using CGR as a model dye under the same exposure conditions, we
use the decomposition rates. The results show that the rate constant


<i>(k</i>r) of CGR decomposition on (2Zn/8Co)ZIFs is much higher than


that on other previously published materials. This shows that the
(2Zn/Co)ZIFs has a high photocatalytic activity for the
decomposition of CGR.


<b>Table 3.5.</b> CGR decomposition rate at different concentrations
C


(mg/L)


Langmuir-Hinshewood rate
<i>constant, k</i>r (min–1<i>) </i>


<i>R2</i> <i>p </i>


70 0,048 0,905 0,000



80 0,0197 0,979 0,000


90 0,012 0,995 0,000


100 0,0081 0,988 0,000


150 0,0054 0,919 0,000


<b>3.5.4. Recycling (2Zn/8Co)ZIFs </b>


95
91


87


0
20
40
60
80
100


Laàn 3
Lần 2


Lần 1


F (


%)



a


0 10 20 30 40 50 60


Cươ


øng


ñ




(ab


r.


)


2(độ)


Tái sinh lần 3
Tái sinh lần 2
Tái sinh lần 1
Mẫu (2Zn/8Co)ZIFs ban đầu


5000 cps


<b>b</b>



</div>
<span class='text_page_counter'>(53)</span><div class='page_container' data-page=53>

The efficiency for the first recycling is 95%, and the third is
87% compared with the original use (Figure 3.23a). The XRD
patterns of the catalyst (2Zn/8Co)ZIFs recycled after three times do
not appear to be changed, as shown in Figure 3.23b.


In addition, (2Zn/8Co)ZIFs is also used to catalyze the
photochemical decomposition of methylene blue and methyl orange.
The results show that the capacity of adsorption and photocatalytic
decomposition of (2Zn/8Co)ZIFs for CGR is greater than that for
MO and MB (Figure 3.24).


0 50 100 150 200 250 300


0
10
20
30
40
50


Phân hủy quang xúc tác


Hấp phụ trong tối


Thời gian (phút)
Ct


(mgL


-1)



MB
MO
CGR


<b>Figure 3.24. Kinetics of adsorption and photocatalytic decomposition of </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(54)</span><div class='page_container' data-page=54>

<b>CONCLUSION </b>


<b>1. ZIF-67 has been successfully synthesized with the </b>


microwave-assisted and solvo-thermal method; the optimal
conditions have been studied, and the results show that the
microwave-assisted method has many advantages compared with the
classical methods, such as short time, high efficiency, homogeneous
morphology, high crystallinity, large specific surface area, and large


porous volume (1935 m2/g and 0.98 cm3/g).


<b>2. The kinetic, isotherms, and thermodynamic studies for Congo </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(55)</span><div class='page_container' data-page=55>

<b>3. ZIF-67 was used to modify glassy-carbon electrodes to </b>


determine dopamine and paracetamol by means of differential pulse
anodic stripping voltammetry. The electrochemical signals of DPM
and PRA on ZIF-67/GCE electrodes have been greatly enhanced,
which can contribute to high adsorption capacity and high electron
transfer efficiency. The modified electrodes are promising for the
determination of DPM and PRA with many characteristics, such as
high sensitivity, low detection limits, and high recovery efficiency.


The standard addition method, combined with the differential pulse
anodic stripping voltammetry method was used to determine DPM
and PRA in real pharmaceutical samples. The results obtained are
statistically significant.


<b>4. The imidazolate-based zeolite framework (Zn/Co) with a </b>


molar ratio of Zn/Co from 0/10 to 10/0 was synthesized using the
solvo-thermal microwave-assisted method. The sample (Zn/Co)ZIFs
with an initial 2/8 molar ratio is stable in water in the pH range of 2
to 12 and shows good photochemical catalytic decomposition
capacity under visible light for CGR. The decomposition of CGR on


the catalyst takes place completely and CO2 is formed. The ZIFs


</div>
<span class='text_page_counter'>(56)</span><div class='page_container' data-page=56>

<b>LIST OF PUBLISHED WORKS RELATING TO </b>
<b>DISSERTATION </b>


<b>I. Domestic papers </b>


<b>1. Nguyễn Thị Thanh Tú, Lương Văn Tri, Văn Thị Mỹ Liên </b>


(2018), Study on synthesis of ZIF-67 metal-organic framework using
the microwave-assisted method (Nghiên cứu tổng hợp vật liệu khung
<i>hữu cơ kim loại ZIF-67 bằng phương pháp vi sóng), Journal of </i>
<i>Chemistry and Application (Tạp chí Hóa học và ứng dụng), Số </i>
1(41)/2018.


<b>2. Nguyễn Thị Thanh Tú, Nguyễn Hải Phong, Dương Thị Kim </b>



Chung, Trần Vĩnh Thiện, Nguyễn Đức Anh Vũ (2018), Study on
synthesis of ZIF-67 metal-organic framework and application for
glassy-carbon electrode modification to determine dopamine and
paracetamol (Nghiên cứu tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại
ZIF-67 và ứng dụng biến tính điện cực than thủy tinh xác định
<i>Dopamine và Paracetamol), Hue University Journal of Science: </i>
<i>Natural Science (Tạp chí khoa học Đại học Huế: Khoa học tự nhiên), </i>
Vol. 127(1B).


<b>3. Nguyễn Hải Phong, Nguyễn Thị Thanh Tú, Trần Văn Thanh, </b>


</div>
<span class='text_page_counter'>(57)</span><div class='page_container' data-page=57>

<b>II. International papers (ISI) </b>


<b>1. Nguyen Thi Thanh Tu, Tran Vinh Thien, Pham Dinh Du, Vo </b>
Thi Thanh Chau, Tran Xuan Mau, and Dinh Quang Khieu,
Adsorptive removal of Congo red from aqueous solution using
<i>Zeolitic Immidazolate framework-67, Journal of Environmental </i>
<i><b>Chemical Engineering, 6,(2), 2018, 2269-2280 (ESCI/Q1). </b></i>


<b>2. Nguyen Thi Thanh Tu, Phung Chi Sy, Tran Vinh Thien, Tran </b>
Thanh Tam Toan, Nguyen Hai Phong, Hoang Thai Long, and Dinh
Quang Khieu, Microwave-assisted synthesis and simultaneous
electrochemical determination of dopamine and paracetamol using
<i>ZIF-67-modified electrode, Journal of Materials Science, 54, (17), </i>
<b>2019, 11654-11670 (SCI/Q1). </b>


<b>3. </b> <b>Nguyen Thi Thanh Tu, </b> Phung Chi Sy, Tran Thanh Minh,


Huynh Thi Minh Thanh, Tran Vinh Thien, Hoang Thai Long and



</div>

<!--links-->
Nghiên cứu tổng hợp, tính chất và khả năng ứng dụng vật liệu xúc tác bạc kim loại trên chất mang nhôm oxit - phần I
  • 26
  • 1
  • 17
  • ×