I. Giới thiệu về luận văn thạc sĩ
Luận văn thạc sĩ với chủ đề 'Chế tạo keo nano đồng trong glycerol, khảo sát đặc trưng và hoạt tính xúc tác khử 4-nitrophenol' tập trung vào việc tổng hợp và nghiên cứu các tính chất của hạt nano đồng trong môi trường glycerol. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp polyol, một phương pháp thân thiện với môi trường, để tạo ra các hạt nano đồng có kích thước nhỏ và ổn định. Mục tiêu chính của luận văn là khảo sát đặc trưng keo nano và hoạt tính xúc tác của chúng trong phản ứng khử 4-nitrophenol, một hợp chất hữu cơ độc hại.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo keo nano đồng bằng phương pháp polyol, sử dụng glycerol làm dung môi và chất khử. Nghiên cứu cũng nhằm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp, bao gồm thời gian phản ứng, nhiệt độ, và tỷ lệ mol giữa các chất. Đồng thời, luận văn đánh giá hoạt tính xúc tác của nano đồng trong phản ứng khử 4-nitrophenol, một phản ứng quan trọng trong xử lý nước thải công nghiệp.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp polyol được lựa chọn do tính đơn giản và hiệu quả của nó. Glycerol đóng vai trò vừa là dung môi vừa là chất khử, trong khi polyvinylpyrrolidone (PVP) được sử dụng làm chất ổn định. Các đặc trưng của keo nano đồng được xác định bằng các phương pháp phân tích như quang phổ UV-Vis và kính hiển vi điện tử truyền qua (HR-TEM). Hoạt tính xúc tác được đánh giá thông qua phản ứng khử 4-nitrophenol với sự có mặt của NaBH4.
II. Chế tạo keo nano đồng
Quá trình chế tạo keo nano đồng được thực hiện bằng phương pháp polyol, sử dụng glycerol làm dung môi chính. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của các hạt nano đồng thông qua việc điều chỉnh các thông số phản ứng như nhiệt độ, thời gian, và tỷ lệ mol giữa các chất. Glycerol không chỉ đóng vai trò là dung môi mà còn là chất khử, giúp chuyển hóa ion đồng (Cu2+) thành nano đồng.
2.1. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp keo nano đồng bao gồm thời gian phản ứng, nhiệt độ, tỷ lệ mol giữa Cu2+/PVP, và Cu2+/NaOH. Nghiên cứu chỉ ra rằng, nhiệt độ cao và thời gian phản ứng dài hơn giúp tạo ra các hạt nano đồng có kích thước nhỏ hơn và độ ổn định cao hơn. Tỷ lệ mol giữa các chất cũng ảnh hưởng đáng kể đến hình thái và kích thước của hạt nano.
2.2. Đặc trưng của keo nano đồng
Các hạt nano đồng được tổng hợp có hình dạng cầu và kích thước trung bình khoảng 17.9 nm. Quang phổ UV-Vis cho thấy sự hấp thụ ánh sáng đặc trưng của nano đồng ở bước sóng 570 nm, trong khi HR-TEM xác nhận cấu trúc tinh thể và hình thái của các hạt nano. Hệ keo nano đồng duy trì độ ổn định trong ít nhất một tháng, đây là một kết quả quan trọng cho các ứng dụng thực tế.
III. Hoạt tính xúc tác khử 4 nitrophenol
Nghiên cứu đánh giá hoạt tính xúc tác của nano đồng trong phản ứng khử 4-nitrophenol thành 4-aminophenol, một phản ứng quan trọng trong xử lý nước thải. Kết quả cho thấy, nano đồng tổng hợp từ Cu(NO3)2 có hoạt tính xúc tác cao nhất, với hằng số tốc độ phản ứng đạt 0.1757 phút−1. Phản ứng tuân theo mô hình động học bậc nhất, cho thấy hiệu quả xúc tác của nano đồng.
3.1. Cơ chế phản ứng
Phản ứng khử 4-nitrophenol diễn ra với sự có mặt của NaBH4, trong đó nano đồng đóng vai trò là chất xúc tác. Cơ chế phản ứng bao gồm sự hấp phụ của 4-nitrophenol lên bề mặt nano đồng, sau đó là quá trình chuyển hóa thành 4-aminophenol. Nano đồng giúp tăng tốc độ phản ứng nhờ khả năng hấp thụ và chuyển hóa các phân tử 4-nitrophenol.
3.2. Ứng dụng thực tế
Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng của keo nano đồng trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại như 4-nitrophenol. Nano đồng không chỉ hiệu quả mà còn có chi phí thấp hơn so với các kim loại quý khác như vàng hay bạch kim, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực công nghệ nano.
