Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và một số ứng dụng của vật liệu chứa titan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO V ỆN KHOA HỌCVÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC ------------ NGUYỄN THẾ ANH NGUYỄN THẾ ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU CHỨA TITAN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số:62.44.31.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH TUYẾN 2. PGS. TS. LÊ THỊ HOÀI NAM HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả được đưa ra trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Thế Anh LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS. TS. Nguyễn Đình Tuyến, người đã hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Thị Hoài Nam đã tận tình chỉ dẫn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo và các nhà khoa học công tác tại Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện làm việc cũng góp ý trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của anh chị em trong phòng Xúc tác Ứng dụng Viện Hóa học trong suốt thời gian tôi làm việc tại đây. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình bạn bè, đồng nghiệp. Những người đã luôn ủng hộ, giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian thực hiện luận án này. Hà nội, ngày 26 tháng 11 năm 2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN .....................................................................................4 I.I. ZEOLIT VÀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH CHỨA TITAN...........7 I.I.1 Titanosilicat (TS-1)......................................................................................7 I.1.2. Vật liệu mao quản trung bình trật tự chứa Titan .....................................12 I.1.3. Vật liệu đa cấp mao quản chứa Ti ...........................................................15 I.2. VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ TITAN DIOXIT....................................................18 I.2.1. Khái niệm titan đioxit...............................................................................18 I.2.2. Tính chất của TiO2 ...................................................................................19 I.3. VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ – KIM LOẠI..................................................21 I.3.1. Vật liệu khung hữu cơ kim loại.................................................................22 I.3.2. MIL-101....................................................................................................22 I.3.3. Ứng dụng của vật liệu MOFs...................................................................23 I.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU CẤU TRÚC NANO CHỨA TITAN...................................................................................................................24 I.4.1. Phương pháp thủy nhiệt (Hydrothermal treatment).................................24 I.4.2. Phương pháp sol-gel (Sol-gel) .................................................................26 I.4.3. Phương pháp vi nhũ ( Micro-emulsion method)......................................27 I.4.4. Phương pháp biến tính sau tổng hợp (post-synthesis).............................29 I.4.5. Tổng hợp zeolit và vật liệu mao quản trung bình chứa titan ..................30 I.4.6. Tổng hợp vật liệu đa cấp mao quản chứa titan MTS-9............................32 I.4.7. Tổng hợp Titan dioxit và TiO2 biến tính...................................................33 I.4.8. Tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại (metal organic framworks -MOFs)................................................................................................................34 I.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU....................................35 I.5.1. Những cơ sở khoa học của việc phân tích định tính và định lượng vật liệu cấu trúc nano.....................................................................................................35 I.5.2. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................36 I.5.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)...........................................................37 I.5.4. Phương pháp phổ tán xạ Raman..............................................................41 I.5.5. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến ......................................43 112 I.5.6. Phương pháp hiển vi điện tử quét ( SEM)................................................44 I.5.7. Phương pháp kính hi n vi điện tử truyền qua (TEM)...............................44 I.5.8. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET)...............................45 I.6. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ 4-NITROPHENOL VÀ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY...........................................................................................47 I.6.1. p-nitrophenol và các dẫn xuất vòng thơm chứa nitro. .............................47 I.6.2. Độc tính của các hợp chất nitrophenol ....................................................47 I.6.3. Các phương pháp xử lý ............................................................................48 CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM ............................................................................51 II.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU.................................................................................51 II.1.1. Các vật liệu mao quản trung b nh trật tự chứa Titan .............................51 II.1.2. Vật liệu đa cấp mao quản chứa Titan.....................................................52 II.1.3. Vật liệu TiO2 doping Ceri và doping Nitơ ..............................................53 II.1.4. Vật liệu mao quản trung bình trật tự chứa Titan đioxit (TiO2/SBA-15, TiO2/MCM-41)...................................................................................................54 II.1.5. Vật liệu khung hữu cơ kim loại chứa Titan.............................................55 II.2. ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU...................................................................................55 II.2.1. Đặc trưng cấu trúc và hình thái mao quản trung bình trật tự cao .........55 II.2.2. Đặc trưng trạng thái Titan trong và ngoài mạng tinh thể ......................55 II.2.3. Phân tích hàm lượng Titan trong mẫu vật liệu.......................................56 II.3. XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH XÚC TÁC .....................................................................59 II.3.1. Hoạt tính oxi hóa chọn lọc hợp chất hữu cơ...........................................59 II.3.2. Hoạt tính quang xúc tác oxi hóa hoàn toàn hợp chất hữu cơ.................59 II.3.2.2. Phản ứng oxi hóa hoàn toàn 4-NP.......................................................63 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................64 III.1. ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU..................................................................................64 III.1.1. Vật liệu mao quản trung bình trật tự chứa Titan...................................64 III.1.2. Vật liệu đa cấp mao quản chứa Titan....................................................71 III.1.3. Vật liệu TiO2/SBA-15 và TiO2/MCM-41................................................78 III.1.4. Vật liệu TiO2 doping theo phương pháp sol-gel....................................83 III.1.5. Vật Liệu TiO2 doping nitơ......................................................................88 113 ... - tailieumienphi.vn