Đồ án tốt nghiệp Công nghệ Kỹ thuật Hóa học: Nghiên cứu vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ làm xúc tác khử 4-Nitrophenol

• Tác giả: Nguyễn Thái Học
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Điều chế và khảo sát tính chất của vật liệu Ca₃Co₂₋ₓMnₓO₆ (x=0,0.3) làm xúc tác cho phản ứng khử 4-Nitrophenol bằng NaBH₄
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6
• 1.1.1. Giới thiệu vật liệu
• 1.1.2. Các phương pháp tổng hợp
• 1.1.3. Một số xúc tác trên nền cobalt
• 1.2. Giới thiệu về 4 - Nitrophenol
• 1.2.1. Giới thiệu về 4 - Nitrophenol
• 1.2.2. Ứng dụng của 4 - Nitrophenol
• 1.2.3. Cấu trúc hoá học của 4 - Nitrophenol
• 1.3. Đặc trưng của nước thải công nghiệp bị ô nhiễm bởi hợp chất nitrophenol
• 1.4. Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp bị ô nhiễm bởi hợp chất nitrophenol
• 1.5. Tổng quan về hydro hoá xúc tác với NaBH4
• 1.5.1. Giới thiệu về NaBH4
• 1.5.2. Cơ chế và ứng dụng
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.3. Quy trình tổng hợp vật liệu Ca3Co2 - xMnxO6
• 2.4. Quy trình khảo sát hoạt tính xúc tác của CCO và CCMO
• 2.5. Quy trình tái sử dụng hoạt tính xúc tác của CCMO
• 2.6. Các phương pháp phân tích cấu trúc và tính chất của vật liệu
• 2.6.1. Quang phổ hấp thu tử ngoại khả kiến
• 2.6.2. Nhiễu xạ tia X
• 2.6.3. Kính hiển vi điện tử quét
• 2.6.4. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Đặc trưng của vật liệu CCO và CCMO
• 3.1.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT - IR)
• 3.1.2. Phổ nhiễu xạ tia X
• 3.2. Hình thái học của vật liệu
• 3.3. Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu CCMO
• 3.3.1. Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu CCMO
• 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 3.3.3. Khả năng tái sử dụng của vật liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào việc điều chế vật liệu và khảo sát vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ (x=0,0.3) làm xúc tác khử 4-Nitrophenol bằng NaBH₄. Nghiên cứu này nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả để xử lý chất thải công nghiệp độc hại, đặc biệt là 4-Nitrophenol, một hợp chất gây ô nhiễm nghiêm trọng. Vật liệu xúc tác Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và khảo sát tính chất hóa học, vật lý thông qua các phương pháp phân tích như XRD, SEM, FTIR, và UV-Vis.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đồ án tốt nghiệp là điều chế vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ và đánh giá hiệu quả của nó trong phản ứng khử 4-Nitrophenol. Nghiên cứu này cũng nhằm tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của vật liệu, bao gồm pH và khả năng tái sử dụng. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần phát triển các ứng dụng xúc tác mới trong xử lý môi trường.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chính được sử dụng trong đồ án tốt nghiệp là phương pháp điều chế sol-gel để tổng hợp vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, FTIR, và UV-Vis được áp dụng để khảo sát hóa học và đánh giá cấu trúc, hình thái, và hoạt tính xúc tác của vật liệu. Quy trình thực nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị vật liệu, thực hiện phản ứng khử, và phân tích kết quả.

II. Điều chế vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆

Điều chế vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ là bước quan trọng trong đồ án tốt nghiệp. Vật liệu này được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, một phương pháp hiệu quả để tạo ra các vật liệu có độ đồng nhất cao và kích thước hạt nhỏ. Quy trình điều chế bao gồm các bước hòa tan tiền chất, tạo gel, sấy khô, và nung ở nhiệt độ cao. Phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác thành phần và cấu trúc của vật liệu, đảm bảo tính chất xúc tác tối ưu.

2.1. Phương pháp sol gel

Phương pháp sol-gel được sử dụng để điều chế vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆. Quy trình bắt đầu với việc hòa tan các tiền chất kim loại trong dung môi, sau đó thêm chất gel hóa để tạo thành sol. Sol được sấy khô để tạo gel, và gel này được nung ở nhiệt độ cao để hình thành vật liệu oxit. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt thành phần và cấu trúc của vật liệu, đảm bảo tính chất xúc tác hiệu quả.

2.2. Phân tích cấu trúc vật liệu

Sau khi điều chế vật liệu, các phương pháp phân tích như XRD, SEM, và FTIR được sử dụng để khảo sát vật liệu. XRD được dùng để xác định cấu trúc tinh thể, SEM để phân tích hình thái bề mặt, và FTIR để xác định các nhóm chức và liên kết hóa học. Các kết quả phân tích này giúp đánh giá tính chất vật lý và hóa học của vật liệu, từ đó tối ưu hóa hiệu suất xúc tác.

III. Khảo sát vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆

Khảo sát vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của nó trong phản ứng khử 4-Nitrophenol. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, FTIR, và UV-Vis được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc, hình thái, và hoạt tính xúc tác của vật liệu. Kết quả khảo sát cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể ổn định và diện tích bề mặt lớn, đảm bảo hiệu suất xúc tác cao.

3.1. Phân tích hình thái học

Phân tích hình thái học của vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc đồng nhất với kích thước hạt nhỏ, điều này giúp tăng diện tích bề mặt và cải thiện hiệu suất xúc tác. Hình thái học của vật liệu cũng ảnh hưởng đến khả năng tái sử dụng và độ bền của xúc tác.

3.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác

Hoạt tính xúc tác của vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ được đánh giá thông qua phản ứng khử 4-Nitrophenol bằng NaBH₄. Kết quả cho thấy vật liệu có hiệu suất xúc tác cao, với khả năng khử hoàn toàn 4-Nitrophenol trong thời gian ngắn. Các yếu tố như pH và nhiệt độ cũng được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất xúc tác.

IV. Ứng dụng xúc tác trong xử lý môi trường

Ứng dụng xúc tác của vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ trong xử lý môi trường là một trong những mục tiêu chính của đồ án tốt nghiệp. Vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc xử lý các chất thải độc hại như 4-Nitrophenol, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống. Nghiên cứu này cũng mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực hóa học vật liệu và nghiên cứu khoa học.

4.1. Xử lý nước thải công nghiệp

Vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ có thể được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp chứa 4-Nitrophenol. Phản ứng khử bằng NaBH₄ giúp chuyển đổi 4-Nitrophenol thành các hợp chất ít độc hơn, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Hiệu suất cao và khả năng tái sử dụng của vật liệu làm cho nó trở thành một giải pháp hiệu quả trong xử lý nước thải.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp

Ngoài ứng dụng trong xử lý môi trường, vật liệu Ca₃Co₂ₓMnₓO₆ còn có tiềm năng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác như sản xuất hóa chất và năng lượng. Tính chất xúc tác độc đáo của vật liệu có thể được khai thác để phát triển các quy trình sản xuất sạch và bền vững hơn.