Luận án tiến sĩ hóa học nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc chất mang ứng dụng

Header Page 1 of 146. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các giáo viên hướng dẫn và sự hỗ trợ của các đồng nghiệp. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Trần Quang Vinh Footer Page 1 of 146. 1 Header Page 2 of 146. LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Lê Thị Hoài Nam, TS.

Đặng Thanh Tùng là những người đã gợi mở cho tôi những ý tưởng khoa học, chắp cánh cho tôi thực hiện ước mơ khoa học, sáng tạo và ngày đêm trăn trở giúp tôi giải quyết những vấn đề khó khăn trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài nghiên cứu cơ bản “Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác mới trên cơ sở zeolit ZSM-5, vật liệu mao quản trung bình SBA-15 và đánh giá ảnh hưởng của cấu trúc, các dạng tâm hoạt động đến hoạt tính xúc tác của vật liệu trong phản ứng oxi hóa các hợp chất chứa vòng thơm”. Tôi xin chân thành cảm ơn GS. Michael Hunger, Viện Công nghệ Hóa học, trường Đại học Stuttgart (Đức) và TS.

Jӧrg Radnik, Viện Xúc tác Leibniz (LIKAT), trường Đại học Rostock (Đức) đã phối hợp và giúp đỡ tôi trong quá trình đặc trưng, đánh giá kết quả nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích hiện đại. Tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Giảng viên Khóa đào tạo Sau đại học của Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bồi dưỡng, vun đắp các kiến thức cần thiết giúp tôi cũng như các nghiên cứu sinh khác có được những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong học tập cũng như trong nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu phòng Hóa học Xanh và các cán bộ phòng Giáo dục Đào tạo thuộc phòng Quản lý Tổng hợp, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã luôn giúp đỡ, đồng hành và tạo mọi điều kiện tốt nhất có thể để giúp tôi thực hiện kế hoạch nghiên cứu và hoàn thành luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc gia đình, bạn bè, những người luôn bên cạnh hỗ trợ, khuyến khích và giúp tôi có được những nỗ lực quyết tâm hoàn thành luận án.

Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Trần Quang Vinh Footer Page 2 of 146. 2 Header Page 3 of 146. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. 7 DANH MỤC BẢNG.

9 DANH MỤC HÌNH. Tổng quan về nano bạc. Tính chất và ứng dụng của nano bạc. Nano bạc làm vật liệu diệt khuẩn.

Nano bạc làm xúc tác cho các phản ứng Hóa học. Các phương pháp tổng hợp nano bạc. Phương pháp Hóa học. Phương pháp Vật lý.

Tổng quan các phương pháp chế tạo vật liệu chứa nano bạc. Chế tạo vật liệu chứa nano bạc bằng phương pháp tẩm. Chế tạo vật liệu chứa nano bạc bằng phương pháp trao đổi. Tổng quan các vật liệu chứa nano bạc.

Vật liệu nano Ag/Than hoạt tính. Chất mang than hoạt tính. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính. Vật liệu nano Ag/Sứ xốp.

Chất mang sứ xốp. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano Ag/Sứ xốp. Vật liệu nano Ag/Zeolit ZSM-5. Chất mang zeolit ZSM-5.

Các phương pháp chế tạo vật liệu nano Ag/ZSM-5. Vật liệu nano Ag-ZSM-5/MCM-41 và nano Ag-ZSM-5/SBA-15. Chất mang ZSM-5/MCM-41 và ZSM-5/SBA-15. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano Ag-ZSM-5/SBA-15 và nano Ag-ZSM-5/MCM-41.

Các phương pháp khử ion bạc thành bạc kim loại. 52 Footer Page 3 of 146. 3 Header Page 4 of 146. Đánh giá khả năng làm việc của vật liệu chứa nano bạc qua các ứng dụng xử lý môi trường.

Đánh giá qua khả năng diệt khuẩn E.coli của vật liệu. Đánh giá qua khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn benzen. Tóm lược nội dung nghiên cứu tổng quan và nhiệm vụ nghiên cứu. Chế tạo các vật liệu chứa nano bạc.

Chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính. Tổng hợp dung dịch chứa nano bạc. Phương pháp chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính. Chế tạo vật liệu nano Ag/Sứ xốp.

Chế tạo vật liệu nano Ag/Zeolit ZSM-5 và nano Ag-ZSM-5/MCM-41 bằng phương pháp trao đổi ion. Chế tạo vật liệu nano Ag-ZSM-5/SBA-15. Tổng hợp chất mang ZSM-5/SBA-15. Chức năng hóa bề mặt vật liệu ZSM-5/SBA-15.

Chế tạo vật liệu nano Ag-ZSM-5/SBA-15. Các phương pháp đặc trưng vật liệu. Phương pháp hồng ngoại. Phương pháp nhiễu xạ tia X.

Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét. Phương pháp đo bề mặt riêng và phân bố mao quản. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai.

Phương pháp đo phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. Phương pháp phổ quang điện tử tia X. Phương pháp hấp phụ xung CO.

Phương pháp giải hấp theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3). Đánh giá hoạt tính của vật liệu nano bạc/chất mang. 71 Footer Page 4 of 146. 4 Header Page 5 of 146.

Đánh giá khả năng diệt khuẩn E.coli của các vật liệu nano bạc/chất mang. Khả năng diệt khuẩn E.coli theo hàm lượng bạc. Khả năng diệt khuẩn E.coli theo thời gian tiếp xúc. Phương pháp phân tích nồng độ khuẩn.

Đánh giá khả năng xúc tác của các vật liệu nano bạc/chất mang cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn benzen. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả chế tạo các vật liệu nano bạc/chất mang. Kết quả chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính.

Kết quả hoạt hóa than hoạt tính. Kết quả điều chế dung dịch chứa nano bạc. Kết quả đặc trưng vật liệu nano Ag/Than hoạt tính. Kết quả chế tạo vật liệu nano Ag/Sứ xốp.

Kết quả chế tạo vật liệu nano Ag-ZSM-5. Kết quả chế tạo vật liệu nano Ag-ZSM-5/MCM-41. Kết quả chế tạo các vật liệu nano Ag-ZSM-5/SBA-15. Kết quả tổng hợp chất mang ZSM-5/SBA-15.

Kết quả chức năng hóa vật liệu ZSM-5/SBA-15 bằng APTES. Kết quả đặc trưng các vật liệu nano Ag-ZSM-5/SBA-15 được chế tạo bằng các phương pháp khác nhau. Đánh giá khả năng diệt khuẩn E.coli của vật liệu nano bạc/chất mang. Khả năng diệt khuẩn E.coli của vật liệu nano bạc/chất mang theo hàm lượng bạc.

Đánh giá khả năng diệt khuẩn E.coli của các vật liệu theo thời gian tiếp xúc. Đánh giá khả năng xúc tác của các vật liệu nano bạc/chất mang cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn benzen. Đánh giá khả năng xúc tác oxi hóa của các vật liệu nano bạc/chất mang. Kết quả hoạt tính xúc tác của các mẫu vật liệu.

120 Footer Page 5 of 146. 5 Header Page 6 of 146. Khả năng khuếch tán nguyên liệu trong hệ MQTB. Vai trò của kích thước các hạt nano bạc.

Vai trò của chất mang bạc trong vật liệu xúc tác chứa nano bạc. Đánh giá ảnh hưởng của tốc độ không gian (WHSV), nhiệt độ đến hoạt tính xúc tác của vật liệu nano Ag-ZSM-5/SBA-15. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Ảnh hưởng của tốc độ không gian WHSV.

Đánh giá khả năng làm việc ổn định của xúc tác Ag-ZSM-5/SBA-15. 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ. 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 134 PHỤ LỤC………………………………………………………………………148 Footer Page 6 of 146.

6 Header Page 7 of 146. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AAS : Phổ hấp thụ nguyên tử Ag-Z5S15 : Ag-ZSM-5/SBA-15 Ag-Z5S15-BMQ : Mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 chế tạo bằng phương pháp bịt mao quản Ag-Z5S15-KBMQ : Mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 chế tạo theo phương pháp không bịt mao quản Ag-Z5S15-NH3 : Mẫu Ag-Z5S15 chế tạo bằng phương pháp sử dụng NH3 APTES : Aminopropyltriethoxysilan APTES-Z5S15 : Mẫu ZSM-5/SBA-15 đã được chức năng hóa AS : Aminosilan AS-Z5S15 : Vật liệu ZSM-5/SBA-15 được tổng hợp, chưa nung BET : Brunauer, Emmett và Teller Cfu : Colony-forming unit FID : Detector ion hóa ngọn lửa WHSV : Tốc độ không gian IR : Hồng ngoại MAS-NMR : Cộng hưởng từ hạt nhân rắn MQTB : Mao quản trung bình P123 : Pluronic PR-Z5S15 : Mẫu ZSM-5/SBA-15 đã loại bỏ CTCT PTK : Phân tử khối PVA : Polyvinylalcohol PVP : Polyvinylpyrolidon SEM : Hiển vi điện tử quét SSOS : Nguyên tử oxy gần bề mặt TCD : Detector dẫn nhiệt Footer Page 7 of 146. 7 Header Page 8 of 146. TEM : Hiển vi điện tử truyền qua DTA-TGA : Phân tích nhiệt vi sai TPABr : Tetrapropylamonibromua TPD-NH3 : Giải hấp theo chương trình nhiệt độ UV-vis : Phổ hấp thụ ánh sáng XPS : Phổ quang điện tử tia X XRD : Nhiễu xạ Rơnghen Footer Page 8 of 146.

8 Header Page 9 of 146. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Kết quả phân tích hàm lượng bạc trên các mẫu Ag/Than hoạt tính .2: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch APTES đến hàm lượng nano bạc 82 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nano bạc đến hàm lượng nano bạc trong mẫu sứ xốp .4: Ảnh hưởng của thời gian sấy mẫu sứ xốp đến hàm lượng nano bạc .5: Ký hiệu các mẫu Ag/ZSM-5 và hàm lượng bạc phân tích bằng phương pháp AAS .6: Kết quả phân tích hấp phụ xung CO của các mẫu Ag/ZSM-5 .7: Ký hiệu các mẫu Ag-ZSM-5/MCM-41 .8: Ký hiệu các mẫu ZSM-5/SBA-15 nghiên cứu tổng hợp theo sự thay đổi của các bước xử lý thủy nhiệt .9: Ký hiệu các mẫu ZSM-5/SBA-15 nghiên cứu theo sự thay đổi của phương pháp tổng hợp .10: Bảng thống kê độ sụt giảm khối lượng của mẫu .11: Tính chất của các mẫu Ag-ZSM-5/SBA-15 .12: Khả năng diệt khuẩn E.coli của mẫu Ag/Sứ xốp theo hàm lượng bạc .13: Khả năng diệt khuẩn E.coli của mẫu Ag/Than hoạt tính theo hàm lượng bạc .14: Khả năng diệt khuẩn E.coli của mẫu Ag-ZSM-5/MCM-41 theo hàm lượng bạc .15: Khả năng diệt khuẩn E.coli của mẫu Ag/ZSM-5 theo hàm lượng bạc .16: Khả năng diệt khuẩn theo thời gian tiếp xúc của các mẫu. 119 Footer Page 9 of 146. 9 Header Page 10 of 146.

DANH MỤC HÌNH Chương 1: Tổng quan Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của bạc .2: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn.3: Ion bạc liên kết với ADN .4: Mô hình phương pháp tẩm .5: Mô hình phương pháp trao đổi.6: Kích thước lỗ xốp và phân bố lỗ theo kích thước của than hoạt tính, silica gel, alumina hoạt tính, và zeolit 5A.7: Các dạng cấu trúc của sứ xốp.