Luận Văn Ứng dụng MCM-41 để xử lí các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước

MỤC LỤC Trang

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

MỤC LỤC 1

Danh mục viết tắt 3

Danh mục các hình vẽ 4

Dang muc các bảng 5

MỞ ĐẦU 6

1. Tính cấp thiết của đề tài 6

2. Mục tiêu của đề tài 7

3. Nhiệm vụ nghiên cứu 7

4. Phương pháp nghiên cứu 7

5. Lịch sử nghiên cứu của đề tài 7

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 9

1.1. Vật liệu mao quản trung bình 9

1.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu MQTB 10

1.2.1. Chất định hướng cấu trúc 10

1.2.2. Cơ chế hình thành vật liệu MQTB 11

1.2.3. Sự thay thế đồng hình Si4+ bởi ion kim loại Men+ 15

1.2.4. Phương pháp thủy nhiệt 18

1.3. Một số phương pháp hóa lý đặc trưng vật liệu 19

1.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 19

1.3.2. Các phương pháp hiển vi điện tử 20

1.3.3. Phương pháp phổ kích thích electron

(Ultra Violet – Visible: UV-Vis 26

1.4. Vai trò xúc tác của MCM-41 27

1.4.1. Xúc tác axit 27

1.4.2. Xúc tác oxy hoá – khử 28

1.4.3. Chất mang – Chất hấp phụ 29

1.4.4. Ứng dụng trong sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) 30

1.4.5. Các lĩnh vực ứng dụng khác 30

1.5. Oxy hóa phenol trong môi trường nước 30

1.5.1. Sự ô nhiễm môi trường do phenol 30

1.5.2 Oxy hóa phenol trong môi trường nước 31

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 32

2.1. Hóa chất và dụng cụ 32

2.1.1. Hóa chất 32

2.1.2. Dụng cụ 33

2.2. Thực nghiệm 33

2.2.1. Nguyên tắc 33

2.2.2. Điều kiện phản ứng 33

2.2.3. Tiến hành thực nghiệm 34

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1. Kết quả xúc tác phân hủy phenol 36

3.2. Kết quả xúc tác phân hủy xanh metylen 48

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53



DANH MỤC VIẾT TẮT

BET Phương pháp đo đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ nitơ

CTAB Cetyl trimetyl amoni bromit

ĐHCT Định hướng cấu trúc

I Tiền chất vô cơ

IUPAC Quy định chung về danh pháp quốc tế của các chất hóa học

M41S Họ vật liệu MQTB bao gồm MCM-41, MCM-48, MCM-50

MCM-41 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng

MCM-48 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lập phương

MCM-50 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lớp

MQTB Mao quản trung bình

S Chất định hướng cấu trúc

SBA Santa Barbara Acid

SEM Scanning Electron Microscopy (hiển vi điện quét)

TEM Tranmission Electron Microscopy (hiển vi điện tử truyền qua)

TEOS Tetraethyl Orthosilicate

UV-VIS Ultraviolet – Visible (tử ngoại và khả kiến)

XRD X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ Rơnghen)




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB 10

Hình 1.2. Sơ đồ tổng quát hình thành vật liệu MQTB 11

Hình 1.3. Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng 12

Hình 1.4. Cơ chế sắp xếp silicat ống 13

Hình 1.5. Cơ chế phù hợp mật độ điện tích 14

Hình 1.6. Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc 15

Hình 1.7. Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể 19

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 22

Hình 1.9. Ảnh SEM của mẫu MCM-41 23

Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua 24

Hình 1.11. Ảnh TEM của mẫu MCM-41 25

Hình 1.12. Sơ đồ cho thấy sự phong phú về thông tin thu được từ tương tác

giữa chùm điện tử với mẫu trong nghiên cứu hiển vi điện tử 25

Hình 1.13. Bước chuyển của các electron trong phân tử 26

Hình 2. Dụng cụ thực nghiệm 35

Hình 3.1. Công thức cấu tạo của phenol 36

Hình 3.2. Phổ UV-Vis của phenol (mẫu 1g/l) ở thời điểm gốc, 10’, 30’, 60’ 37

Hình 3.3. Phổ UV-Vis của phenol (mẫu 1g/l) ở thời điểm gốc, 60’, 90’, 120’ 38

Hình 3.4. Sơ đồ oxi hóa phenol (tạo nhựa) của Devlin và Harris 39

Hình 3.5. Sơ đồ oxi hóa hoàn toàn phenol của Devlin và Harris 40

Hình 3.6. Phổ UV-Vis của phenol (mẫu 2 g/l) ở thời điểm gốc, 10’, 30’, 60’, 90’ 42

Hình 3.7. Phổ UV-Vis của phenol (mẫu 2 g/l) ở thời điểm gốc, 120’, 150’ 180’ 43

Hình 3.8. Phổ UV-Vis của phenol (mẫu 5 g/l) ở thời diểm gốc, 10’, 30’, 60’ 44

Hình 3.9. Phổ UV-Vis của phenol (mẫu 5 g/l) ở thời điểm gốc, 60’, 120’, 150’,180’ 45

Hình 3.10. Phổ UV-Vis của phenol (mẫu 5 g/l) không dùng xúc tác MCM – 41 46

Hình 3.11. Công thức cấu tạo của xanh metylen 47

Hình 3.12. Phổ UV-Vis của xanh metylen ở thời điểm gốc, 0’, 10’ 48

Hình 3.13. Phổ UV-Vis của xanh metylen ở thời điểm gốc, 20’, 30’ 49

Hình 3.14. Phổ UV-Vis của xanh metylen ở thời điểm gốc, 40’, 60’ 50


DANH MỤC CÁC BẢNG và BIỂU ĐỒ

Trang

Bảng 1. Một số dữ liệu về các ion thay thế đồng hình Si4+ trong vật liệu 15

Bảng 2. Nồng độ, thể tích và cách pha dung dịch phenol 32

Bảng 3.1. Độ hấp thụ của các dung dịch phenol phản ứng theo thời gian 47

Bảng 3.2. Độ hấp thụ của dung dịch xanh metylen

nồng độ ban đầu 2 ml/l theo thời gian 50

Đồ thị 3.1. Sự thay đổi độ hấp thụ của dung dịch phenol theo thời gian 47

Đồ thị 3.2. Sự thay đổi độ hấp thụ của xanh metylen theo thời gian 52


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong vài thập niên gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học, con người đã tận thu quá đáng mà làm khánh kiệt nguồn tài nguyên. Điều đó đã dẫn đến mất cân bằng sinh thái và làm biến đổi lớp vỏ bề mặt. Đặc biệt, với sự phát triển của nền văn minh công nghiệp đã làm giảm độ đa dạng của sinh giới. Vì thế môi trường bị đe dọa là điều không tránh khỏi, một trong số đó là môi trường nước bị ô nhiễm nghiêm trọng. Nước bị ô nhiễm là do sự phụ dưỡng xảy ra chủ yếu ở các khu vực nước ngọt và các vùng ven biển. Do lượng muối khoáng và hàm lượng các chất hữu cơ dư thừa, đặc biệt là những chất có vòng thơm như phenol, phenol đỏ, phẩm nhuộm làm cho các sinh vật trong nước không thể đồng hóa được và làm mất vẻ đẹp mĩ quan. Kết quả làm cho hàm lượng oxi trong nước giảm đột ngột, các khí CO2, CH4, H2S tăng lên. Ô nhiễm nước có nguyên nhân từ các chất thải và nước thải công nghiệp được thải ra lưu vực các con sông mà chưa qua xử lí đúng mức, các loại phân bón hóa học và thuốc trừ sâu ngấm vào nguồn nước ngầm và nước mặt, nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư ven sông

Vì thế việc sử dụng các chất hóa học thân thiện với môi trường để xử lí các chất độc hại trong môi trường nước đang là vấn đề cấp bách và thiết thực. Hiện nay, đang có nhiều hướng để xử lí môi trường nước, trong số đó là sự phát minh ra vật liệu mao quản trung bình (MQTB) họ M41S như: MCM-41, MCM-48, với những ưu điểm và tính năng vượt trội của nó đã giúp cho xúc tác dị thể mở ra hướng phát triển mới, và việc sử dụng vật liệu MQTB họ M41S để xử lí môi trường nước ngày càng có tiềm năng.

Xuất phát từ tình hình trên, chúng tôi chọn đề tài:

“Ứng dụng MCM-41 để xử lí các chất hữu cơ độc hại

trong môi trường nước”

2. Mục tiêu của đề tài

Sử dụng MCM-41 tổng hợp từ trấu để hấp phụ và phân hủy các chất hữu cơ độc hại, các chất màu trong môi trường nước như phenol, xanh metylen.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

Thực hiện quá trình phân hủy phenol, metylen xanh có mặt xúc tác MCM-41.

Đo phổ UV-Vis để xác định khả năng xúc tác cho quá trình phân hủy phenol, xanh metylen của MCM-41.

4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: thu thập và nghiên cứu và xử lí tài liệu, đưa ra các bước thực hiện khả thi.

- Phương pháp thực nghiệm: tiến hành phân hủy các chất hữu cơ độc hại như phenol, metylen xanh bằng xúc tác MCM-41.

- Phương pháp phân tích, đánh giá:

Phân tích các kết quả thu được bằng phương pháp phổ kích thích electron (UV-Vis).

Đánh giá hoạt tính hấp phụ và xúc tác của MCM-41.