Nghiên cứu chế tạo nano kim loại chuyển tiếp phân tán trên zirconium dioxit và ứng dụng trong tổng hợp axit pentanoic

• Tác giả: Nguyễn Thị Cẩm Tú
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Huy Hoàng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Xúc Tác Nano Kim Loại Chuyển Tiếp Phân Tán Trên Zirconium Dioxit Ứng Dụng Tổng Hợp Pentanoic Axit Trong Pha Lỏng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Định nghĩa, thành phần và nguồn gốc
• 1.2. Ứng dụng chuyển hóa sinh khối thành các sản phẩm công nghiệp
• 1.3. Giới thiệu về axit levulinic
• 1.4. Điều chế axit levulinic từ các dẫn xuất biomass
• 1.5. Ứng dụng của axit levulinic
• 1.6. Giới thiệu về ɤ-valerolacton
• 1.7. Điều chế ɤ-valerolacton từ axit levulinic
• 1.8. Ứng dụng của ɤ-valerolacton
• 1.9. Giới thiệu về axit pentanoic
• 1.10. Điều chế axit pentanoic từ ɤ-valerolacton và axit levulinic
• 1.11. Tiềm năng ứng dụng của axit pentanoic
• 1.12. Tổng quan về chuyển hóa biomass thành PA
• 1.13. Xúc tác và dung môi trong tổng hợp PA
• 1.14. Nguồn chất khử
• 1.15. Định hướng nội dung của đề tài
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Dụng cụ - Thiết bị
• 2.2. Pha dung dịch
• 2.3. Quy trình tổng hợp xúc tác kim loại trên chất mang ZrO2 theo phương pháp đồng kết tủa
• 2.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của xúc tác
• 2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.4.2. Hiển vi điện tử truyền qua TEM
• 2.4.3. Hiển vi điện tử quét SEM
• 2.4.4. Phổ hồng ngoại IR
• 2.5. Quy trình thực hiện phản ứng xúc tác hiđro hóa LA và GVL
• 2.6. Định lượng các chất trong hỗn hợp phản ứng
• 2.7. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ GVL, LA và PA
• 2.8. Chuẩn bị dung dịch xây dựng đường chuẩn GVL, LA và PA
• 2.9. Xây dựng đường chuẩn GVL LA và PA
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu các đặc trưng của xúc tác
• 3.1.1. Phổ hồng ngoại (IR)
• 3.1.2. Xác định thành phần pha bằng nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.1.3. Kết quả đo TEM
• 3.1.4. Kết quả đo SEM
• 3.2. Hiđro hóa LA, GVL thành PA
• 3.2.1. Hiđro hóa LA thành PA
• 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác, điều kiện phản ứng tới phản ứng hiđro hóa LA tạo PA
• 3.2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
• 3.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nước
• 3.2.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ axit fomic và axit levunilic
• 3.2.2.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
• 3.2.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
• 3.2.3. Hiđro hóa GVL thành PA
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu chế tạo nano kim loại chuyển tiếp trên zirconium dioxit

Nghiên cứu chế tạo nano kim loại chuyển tiếp trên zirconium dioxit là một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn trong ngành hóa học. Việc phát triển các xúc tác hiệu quả cho quá trình tổng hợp axit pentanoic từ các nguồn sinh khối là một thách thức lớn. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất phản ứng mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến an toàn trong quá trình sản xuất.

1.1. Định nghĩa và vai trò của nano kim loại chuyển tiếp

Nano kim loại chuyển tiếp là các hạt kim loại có kích thước nanomet, thường được sử dụng làm xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học. Chúng có khả năng tăng cường hiệu suất phản ứng nhờ vào diện tích bề mặt lớn và tính chất hóa học đặc biệt.

1.2. Tại sao chọn zirconium dioxit làm chất mang

Zirconium dioxit (ZrO2) được chọn làm chất mang do tính ổn định nhiệt và hóa học cao. Nó cung cấp một môi trường lý tưởng cho việc phân tán các nano kim loại, giúp tối ưu hóa hoạt tính xúc tác trong quá trình tổng hợp axit pentanoic.

II. Thách thức trong việc tổng hợp axit pentanoic từ sinh khối

Việc tổng hợp axit pentanoic từ sinh khối gặp nhiều thách thức, bao gồm việc lựa chọn chất xúc tác phù hợp và điều kiện phản ứng tối ưu. Các vấn đề như hiệu suất thấp và sự hình thành sản phẩm phụ không mong muốn thường xảy ra trong quá trình này.

2.1. Các vấn đề liên quan đến hiệu suất phản ứng

Hiệu suất phản ứng thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như loại chất xúc tác, nhiệt độ, áp suất và thời gian phản ứng. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được sản phẩm mong muốn.

2.2. Sự hình thành sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp

Trong quá trình tổng hợp axit pentanoic, sự hình thành các sản phẩm phụ có thể làm giảm hiệu suất và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Việc kiểm soát các điều kiện phản ứng có thể giúp giảm thiểu vấn đề này.

III. Phương pháp chế tạo nano kim loại chuyển tiếp trên zirconium dioxit

Phương pháp chế tạo nano kim loại chuyển tiếp trên zirconium dioxit thường bao gồm các bước như đồng kết tủa, xử lý nhiệt và phân tán. Những phương pháp này giúp tạo ra các xúc tác có hoạt tính cao và ổn định.

3.1. Quy trình đồng kết tủa để chế tạo nano kim loại

Quy trình đồng kết tủa là một trong những phương pháp phổ biến để chế tạo nano kim loại. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của các hạt nano, từ đó tối ưu hóa hoạt tính xúc tác.

3.2. Xử lý nhiệt và ảnh hưởng đến tính chất xúc tác

Xử lý nhiệt là bước quan trọng trong quá trình chế tạo nano kim loại. Nhiệt độ và thời gian xử lý có thể ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất của xúc tác, từ đó quyết định hiệu suất phản ứng trong tổng hợp axit pentanoic.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nano kim loại trong tổng hợp axit pentanoic

Nano kim loại chuyển tiếp trên zirconium dioxit đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc tổng hợp axit pentanoic. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng xúc tác này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ chọn lọc của phản ứng.

4.1. Kết quả nghiên cứu về hiệu suất xúc tác

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các xúc tác nano kim loại chuyển tiếp có thể đạt được hiệu suất cao trong việc chuyển hóa axit levulinic và gamma-valerolacton thành axit pentanoic, với tỷ lệ chuyển hóa lên đến 90%.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất

Axit pentanoic có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất, bao gồm sản xuất hương liệu, dung môi và các sản phẩm hóa học khác. Việc sử dụng nano kim loại trong tổng hợp axit này có thể giúp giảm chi phí và tăng tính bền vững cho quy trình sản xuất.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo nano kim loại chuyển tiếp trên zirconium dioxit không chỉ mở ra hướng đi mới cho việc tổng hợp axit pentanoic mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững trong ngành hóa học. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn hơn nữa.

5.1. Tương lai của xúc tác nano trong hóa học

Xúc tác nano có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất và tính bền vững của các quy trình hóa học. Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các loại xúc tác mới với hoạt tính cao hơn.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong tổng hợp axit pentanoic

Các nghiên cứu tiếp theo có thể khám phá thêm về các nguồn nguyên liệu khác nhau và tối ưu hóa quy trình tổng hợp axit pentanoic, từ đó mở rộng ứng dụng của axit này trong nhiều lĩnh vực khác nhau.