Luận án tiến sĩ: Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính xúc tác của hydrotalcite chứa Cu, Ni, Cr trong phản ứng oxy hóa styren

• Tác giả: Lê Thị Kim Huyền
• Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Tiến Thảo
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa dầu
• Đề tài: Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính xúc tác của hydrotalcite chứa Cu, Ni, Cr trong phản ứng oxy hóa styren
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ OXY HÓA STYREN
• 1.1. Giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về phản ứng oxy hóa styren
• 1.2. Tổng quan về hydrotalcite
• 1.2.1. Đặc điểm cấu trúc của hydrotalcite
• 1.2.2. Cấu trúc của hydroxide lớp kép
• 1.2.3. Tính chất của hydrotalcite
• 1.2.3.1. Tính chất trao đổi anion
• 1.2.3.2. Tính chất hấp phụ
• 1.2.4. Các phương pháp điều chế hydrotalcite
• 1.2.4.1. Phương pháp muối - bazơ
• 1.2.4.2. Phương pháp muối - oxide
• 1.2.4.3. Phương pháp Sol-gel
• 1.2.4.4. Phương pháp trao đổi anion
• 1.2.4.5. Phương pháp UTE
• 1.2.4.6. Phương pháp xử lý thuỷ nhiệt
• 1.2.5. Ảnh hưởng các yếu tố đến cấu trúc hydrotalcite trong quá trình điều chế
• 1.2.5.1. Ảnh hưởng của pH
• 1.2.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 1.2.6. Già hóa kết tủa
• 1.2.7. Một số ứng dụng của hydrotalcite
• 1.2.7.1. Ứng dụng làm xúc tác
• 1.2.7.2. Chất ức chế
• 1.2.7.3. Ứng dụng làm chất hấp phụ và trao đổi ion
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM, TỔNG HỢP XÚC TÁC HYDROTALCITE
• 2.1. Qui trình tổng hợp
• 2.2. Các mẫu xúc tác hydrotalcite Mg-(Ni, Cu)-Al-CO3 và xúc tác hydrotalcite Mg-Al-CTaz
• 2.3. Nghiên cứu đặc trưng xúc tác bằng các phương pháp vật lý
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.2. Phương pháp phổ Raman
• 2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.4. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDS)
• 2.3.5. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.3.6. Phương pháp hấp phụ - giải hấp phụ (BET)
• 2.3.7. Phương pháp phổ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Vis-DR)
• 2.3.8. Phương pháp quang phổ điện tử tia X (XPS)
• 2.4. Phản ứng oxy hóa pha lỏng styren: Tiến hành thực nghiệm và phân tích sản phẩm
• 2.4.1. Phân tích sản phẩm bằng phương pháp sắc ký
• 2.4.2. Điều kiện thực nghiệm, độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Dãy xúc tác hydrotalcite Mg-(Ni, Cu)-Al-CO3
• 3.1.1. Đặc trưng của dãy hydrotalcite Mg-(Ni, Cu)-Al-CO3
• 3.1.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.1.3. Phổ hồng ngoại IR và Raman
• 3.1.4. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)
• 3.1.5. Đặc trưng hình thái học hydrotalcite Mg-(Ni, Cu)-Al-CO3
• 3.1.6. Kết quả hấp phụ - giải hấp phụ nitơ
• 3.1.7. Kết quả phổ quang điện tử tia X (XPS)
• 3.1.8. Hoạt tính xúc tác dãy Mg-(Ni, Cu)-Al-CO3 trong phản ứng oxy hóa styren
• 3.1.8.1. Vai trò của tác nhân oxy hóa và tâm Cu2+ và Ni2+ trong xúc tác Mg-(Cu, Ni)-Al-CO3
• 3.1.8.2. Ảnh hưởng của hàm lượng ion Cu2+ trong hydrotalcite
• 3.1.8.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol styren/chất oxy hóa TBHP
• 3.1.8.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.1.8.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.1.8.6. Ảnh hưởng của dung môi phản ứng
• 3.1.8.7. Tái sử dụng xúc tác
• 3.1.8.8. Thảo luận kết quả phản ứng oxy hóa styren trên xúc tác Mg-Cu-Al-CO3
• 3.2. Dãy xúc tác hydrotalcite Mg-Cr-Al-CO3
• 3.2.1. Đặc trưng xúc tác dãy Mg-Cr-Al-CO3
• 3.2.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.2.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)
• 3.2.4. Phổ hồng ngoại FT-IR
• 3.2.5. Phổ quang điện tử tia X (XPS)
• 3.2.6. Ảnh SEM và TEM của các mẫu hydrotalcite Mg-Cr-Al
• 3.2.7. Kết quả hấp phụ - giải hấp phụ nitơ
• 3.2.8. Hoạt tính xúc tác Mg-Cr-Al-CO3 với phản ứng oxy hóa styren
• 3.2.8.1. Ảnh hưởng của hàm lượng ion chromi đến hoạt tính xúc tác Mg-Cr-Al-CO3 và Mg-Al-Cr2O3 trong phản ứng oxy hóa styren
• 3.2.8.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.2.8.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol của tác nhân oxy hóa H2O2/styren
• 3.2.8.4. Tái sử dụng xúc tác
• 3.2.8.5. Thảo luận kết quả phản ứng oxy hóa styren trên xúc tác Mg-Cr-Al-CO3
• 3.3. Đóng góp mới của luận án
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hydrotalcite

Hydrotalcite là một loại vật liệu có cấu trúc lớp kép hydroxide, được biết đến với khả năng trao đổi anion và tính chất hấp phụ. Trong luận án, hydrotalcite được tổng hợp và biến tính bằng các kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, và Cr để nghiên cứu hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxy hóa styren. Cấu trúc của hydrotalcite cho phép sự thay thế đồng hình các ion kim loại, tạo ra các tâm hoạt động xúc tác hiệu quả. Các phương pháp điều chế hydrotalcite như phương pháp muối-bazơ, muối-oxide, và phương pháp sol-gel được trình bày chi tiết, cùng với các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu.

1.1. Cấu trúc và tính chất của hydrotalcite

Hydrotalcite có cấu trúc lớp kép hydroxide, tương tự như brucite, với khả năng trao đổi anion giữa các lớp. Tính chất này làm cho hydrotalcite trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng xúc tác. Các ion kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, và Cr được đưa vào cấu trúc để tăng cường hoạt tính xúc tác. Các phương pháp điều chế như muối-bazơ và sol-gel được sử dụng để kiểm soát cấu trúc và tính chất của vật liệu.

1.2. Ứng dụng của hydrotalcite trong xúc tác

Hydrotalcite được ứng dụng rộng rãi trong các phản ứng xúc tác, đặc biệt là phản ứng oxy hóa. Với khả năng trao đổi anion và tính chất hấp phụ, hydrotalcite trở thành vật liệu xúc tác hiệu quả. Các kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, và Cr được đưa vào cấu trúc để tăng cường hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxy hóa styren.

II. Tổng hợp và đặc trưng xúc tác hydrotalcite chứa Cu Ni Cr

Quá trình tổng hợp hydrotalcite chứa Cu, Ni, và Cr được thực hiện bằng phương pháp đồng kết tủa. Các mẫu xúc tác được đặc trưng bằng các phương pháp vật lý như nhiễu xạ tia X (XRD), phổ Raman, hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS). Kết quả cho thấy các ion kim loại chuyển tiếp được phân bố đồng đều trong cấu trúc hydrotalcite, tạo ra các tâm hoạt động xúc tác hiệu quả. Các thông số như pH, nhiệt độ, và thời gian phản ứng được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất xúc tác cao nhất.

2.1. Phương pháp tổng hợp hydrotalcite

Phương pháp đồng kết tủa được sử dụng để tổng hợp hydrotalcite chứa Cu, Ni, và Cr. Các thông số như pH, nhiệt độ, và thời gian phản ứng được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo sự phân bố đồng đều của các ion kim loại trong cấu trúc vật liệu.

2.2. Đặc trưng vật lý của xúc tác

Các mẫu xúc tác được đặc trưng bằng các phương pháp vật lý như XRD, SEM, và EDS. Kết quả cho thấy các ion kim loại chuyển tiếp được phân bố đồng đều trong cấu trúc hydrotalcite, tạo ra các tâm hoạt động xúc tác hiệu quả.

III. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxy hóa styren

Hoạt tính xúc tác của hydrotalcite chứa Cu, Ni, và Cr được nghiên cứu trong phản ứng oxy hóa styren. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng như hàm lượng ion kim loại, tỷ lệ mol styren/chất oxy hóa, nhiệt độ, và thời gian phản ứng được khảo sát. Kết quả cho thấy hydrotalcite chứa Cu có hoạt tính xúc tác cao nhất, với độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm đạt mức tối ưu. Khả năng tái sử dụng của xúc tác cũng được đánh giá, cho thấy tính ổn định và bền vững của vật liệu.

3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố phản ứng

Các yếu tố như hàm lượng ion kim loại, tỷ lệ mol styren/chất oxy hóa, nhiệt độ, và thời gian phản ứng được khảo sát để tối ưu hóa hiệu suất phản ứng. Kết quả cho thấy hydrotalcite chứa Cu có hoạt tính xúc tác cao nhất.

3.2. Khả năng tái sử dụng của xúc tác

Khả năng tái sử dụng của hydrotalcite chứa Cu, Ni, và Cr được đánh giá qua nhiều chu kỳ phản ứng. Kết quả cho thấy vật liệu có tính ổn định và bền vững, duy trì hoạt tính xúc tác sau nhiều lần sử dụng.