Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật liệu nano compozit trên cơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Ngô Tiến Quyết NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU NANO – COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ OXIT SẮT VÀ GRAPHEN OXIT LÀM XÚC TÁC OXI HÓA PHENOL TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2018 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Ngô Tiến Quyết NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU NANO – COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ OXIT SẮT VÀ GRAPHEN OXIT LÀM XÚC TÁC OXI HÓA PHENOL TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 62440114 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. Vũ Anh Tuấn Hà Nội - 2018 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả là trung thực và không trùng lặp với bất kì công trình khoa học nào khác. Hà nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận án Ngô Tiến Quyết i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, sự cảm phục và kính trọng tới PGS.

Vũ Anh Tuấn là người Thầy đã tận tâm hướng dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu để luận án được hoàn thành, thầy đã động viên khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa Hữu cơ cùng Ban lãnh đạo khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ phòng Hóa học Bề mặt - Viện Hóa học đã luôn giúp đỡ, ủng hộ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cũng như những đóng góp về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Chi ủy, Ban Giám hiệu Trường THPT Chuyên KHTN,các đồng nghiệp trong bộ môn Hóa học – Trường THPT Chuyên KHTNđã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, khích lệ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này. Tác giả luận án Ngô Tiến Quyết ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỤC CHỮ VÀ KÍ HIỆU VIẾT TẮT.6 DANH MỤC HÌNH VẼ .7 DANH MỤC BẢNG BIỂU. Vật liệu graphen (rGO) và graphen oxit (GO). Cấu trúc của graphen.

Cấu trúc graphen oxit (GO). Phương pháp hóa học tổng hợp graphen oxit và graphen. Vật iệu compozit tr n cơ sở graphen graphen oxit. Các hạt nano kim loại trên nền graphen.

Các hạt oxit kim loại trên nền graphen. Chế tạo vật liệu nano [42,99]. Phương pháp tổng hợp vật liệu compozit trên nền graphen, GO. Phương pháp đồng kết tủa.

Phương pháp cấy nguyên tử. Xúc tác quang hóa compozit oxit kim oại tr n nền GO, graphen. Xúc tác oxit kim loại trên nền GO, graphen. Xúc tác quang hóa compozit ion kim loại/graphen có từ tính.

Xúc tác trên cơ sở vật liệu khung cơ kim chứa sắt với GO, rGO. Giới thiệu chung về các hợp chất phenol. Nguồn phát thải phenol .36 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Độc tính của các hợp chất phenol.

Các phương pháp xử lý phenol. Giới thiệu các quá trình oxi hóa tiến tiến AOPs. Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton. Quá trình Fenton đồng thể.

Quá trình Fenton dị thể. Quá trình Photo Fenton. Giới thiệu về gốc tự do hydroxyl (OH). Cơ chế hoạt động của gốc tự do hydroxyl OH.

Oxi hóa các hợp chất hữu cơ b ng gốc tự do hydroxyl. Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình Fenton và Photo Fenton. Ảnh hưởng của độ pH. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+/H2O2.

Tình hình nghi n cứu và áp dụng các quá trình oxi hóa ti n tiến hiện nay. Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu. Tổng hợp vật liệu Fe3O4/GO. Tổng hợp vật liệu Fe-Fe3O4/GO.

Tổng hợp Fe/GO và Cu-Fe/GO b ng phương pháp cấy nguyên tử. Phƣơng pháp nghi n cứu và đặc trƣng vật liệu. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-ray diffraction, XRD). Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR.

Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) .63 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET). Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu trong phản ứng phân hủy phenol. Phản ứng phân hủy phenol trên các hệ xúc tác tổng hợp được.

Phân tích sản phẩm phản ứng phân hủy phenol. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC. Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC/MS/MS). Phương pháp đo tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC).

Tính toán hiệu quả quá trình phân hủy phenol .71 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Đặc trƣng vật liệu Fe3O4/GO và Fe-Fe3O4/GO. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD). Kết quả phân tích ảnh TEM và HR-TEM.

Kết quả phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR). Kết quả phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX). Kết quả phân tích hấp phụ và khử hấp phụ Nitơ (BET). Kết quả phân tích phổ quang điện tử tia X (XPS).

Kết quả phân tích từ tính của vật liệu. Đặc trƣng vật liệu Fe/GO và Cu-Fe/GO. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD).Kết quả phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR). Kết quả phân tích ảnh SEM.

Kết quả phân tích ảnh TEM và HR-TEM .88 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.Kết quả phân tích phổ EDX. Kết quả phân tích đẳng nhiệt hấp phụ, giải hấp phụ N2. Kết quả phân tích quang phổ XPS .93 Quang phổ XPS của Fe/GO và Cu-Fe/GO được thể hiện trên Hình 3. Đặc trƣng vật liệu CuFe2O4/GO.

Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD).Kết quả phân tích phổ hồng ngoại FT-IR. Kết quả phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Kết quả phân tích ảnh TEM. Kết quả phân tích hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ (BET).

Kết quả phân tích phổ quang điện tử tia X (XPS). Kết quả phân tích từ tính .101 Kết quả phân tích từ tính của vật liệu được thể hiện trên Hình 3. Đánh giá hoạt tính của hệ vật liệu xúc tác Fe-Fe3O4/GO. Ảnh hưởng pH đến hiệu suất phân hủy phenol trong quá trình Photo Fenton.

Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất phân hủy phenol. Ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu đến hiệu suất phân hủy. Hoạt tính của vật liệu Fe-Fe3O4/GO trong quá trình phân hủy phenol. Đánh giá hoạt tính của hệ vật liệu xúc tác Fe3O4/GO và CuFe2O4/GO .1 Ảnh hưởng của pH đến quá trình phân hủy phenol.

Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến quá trình phân hủy phenol. Hoạt tính của vật liệu Fe3O4/GO và CuFe2O4/GO trong phản ứng Fenton và Photo Fenton phân hủy phenol.114 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Đánh giá hoạt tính của hệ xúc tác Fe/GO và Cu-Fe/GO. Ảnh hưởng pH đến quá trình phân hủy phenol.

Ảnh hưởng nồng độ phenol đến quá trình phân hủy. Đánh giá hoạt tính của xúc tác Fe/GO và Cu-Fe/GO trong phản ứng phân hủy phenol tại các điều kiện khác nhau. Đánh giá hoạt tính của xúc tác Cu-Fe/GO trong phản ứng Fenton và Photo Fenton phân hủy phenol. Đánh giá hoạt tính xúc tác độ bền của các hệ vật liệu nano compozit oxit kim loại tr n GO.

Vai trò của các tác nhân trong phản ứng Photo Fenton. Đánh giá hiệu quả quá trình phân hủy phenol của các xúc tác. Đánh giá độ bền xúc tác. Xác định sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy phenol.

So sánh hoạt tính xúc tác với các hệ xúc tác đã công bố.138 ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .140 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .141 TÀI LIỆU THAM KHẢO .142 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC CHỮ VÀ KÍ HIỆU VIẾT TẮT AOPs Phương pháp oxy hóa tiên tiến BET Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ Cu-Fe/GO Compozit oxit sắt, oxit đồng trên graphen oxit CuFe2O4/GO Compozit CuFe2O4 trên graphen oxit EDX Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X Fe3O4/GO Compozit Fe3O4 trên graphen oxit Fe-Fe3O4/GO Compozit Fe-Fe3O4 trên graphen oxit Fe-GO Compozit oxit sắt trên graphen oxit FE-SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét FT-IR Phương pháp phổ hồng ngoại GO Graphen oxit HPLC Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HR-TEM Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao LC/MS/MS Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao M-GO Vật liệu compozit có từ tính trên Graphen Oxit M-rGO Vật liệu compozit có từ tính trên graphen rGO Graphen oxit khử về graphen TEM Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TOC Phương pháp đo tổng lượng hữu cơ XPS Phương pháp phổ điện tử quang tia X GOVS Tấm graphit thu được b ng kỹ thuật vi sóng GOSA Tấm graphit thu được b ng kỹ thuật siêu âm 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Các liên kết của nguyên tử cacbon trong mạng lưới graphen Hình 1. Cấu trúc đề xuất của GO bởi các nhà nghiên cứu khác nhau Hình 1. Liên kết hydro giữa các lớp graphit oxit Hình 1.

Quá trình oxi hóa từ graphit thành graphen oxit và quá trình khử graphen oxit bằng hydrazine tạo thành graphen Hình 1. Cơ chế của quá trình tổng hợp graphen oxit và graphen từ graphit oxit Hình 1. Số công trình công bố liên quan đến vật liệu compozit graphen theo thống kê của PubMed Hình 1. Cơ chế tổng hợp oxit kim loại và kim loại trên nền GO (a), phổ XRD của một số vật liệu trên cơ sở graphen (b) Hình 1.

Ảnh TEM của Au/GO (A), Pt/Pd/GO (B), Au nanorod/GO (C) và Cd/rGO (D) Hình 1. Ảnh SEM (a, b, c, d, e, f trên) và TEM (a, b, c, d dưới) của một số kim loại và oxit kim loại trên nền graphen Hình 1. Sơ đồ tổng hợp nano compozit trên cơ sở GO và rGO theo phương pháp trực tiếp và gián tiếp Hình 1.