Luận Văn Thạc Sỹ Hóa Học: Nghiên Cứu Điều Chế Crom Oxit Cr2O3 Ứng Dụng Trong Xúc Tác

**Mô tả SEO cho bài viết** Nghiên cứu điều chế crom oxit Cr2O3 trong xúc tác, luận văn thạc sĩ hóa học cung cấp kiến thức chuyên sâu và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Trương Thị Tuyết Nhung
• Người hướng dẫn: Tiến sĩ Huỳnh Thị Kiều Xuân
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên cứu điều chế Cr2O3 sử dụng trong xúc tác
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Cr2O3 và ứng dụng trong xúc tác

Cr2O3 là một hợp chất oxit kim loại quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ngoài ứng dụng làm bột màu xanh cao cấp trong kiến trúc, thủy tinh màu, đồ gốm, sơn chịu nhiệt, Cr2O3 còn được sử dụng làm chất xúc tác hoặc chất mang trong các phản ứng oxy hóa, hydro hóa, và tổng hợp các chất hữu cơ. Nghiên cứu điều chế Cr2O3 đã được thực hiện bằng nhiều phương pháp như thủy nhiệt, nhiệt phân laser, sol-gel, và điện hóa. Trong lĩnh vực xúc tác, Cr2O3 được nghiên cứu để tăng cường hoạt tính thông qua các hình thức biến tính khác nhau.

1.1. Tính chất vật lý và hóa học của Cr2O3

Cr2O3 có cấu trúc tinh thể tương tự α-Al2O3, với độ cứng cao và nhiệt độ nóng chảy lên đến 2265°C. Hợp chất này bền vững trong môi trường axit và kiềm, nhưng có thể hòa tan trong axit mạnh hoặc kiềm đậm đặc. Cr2O3 cũng thể hiện tính lưỡng tính, có thể phản ứng với cả axit và kiềm để tạo thành các hợp chất khác nhau.

1.2. Ứng dụng của Cr2O3 trong xúc tác

Cr2O3 được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng oxy hóa, hydro hóa, và dehydro hóa. Nó cũng được dùng làm chất mang trong các hệ xúc tác, giúp tăng cường hiệu suất phản ứng. Nghiên cứu gần đây tập trung vào việc biến tính Cr2O3 để cải thiện hoạt tính xúc tác, đặc biệt trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ và chuyển hóa khí than.

II. Phương pháp điều chế Cr2O3

Nghiên cứu điều chế Cr2O3 đã được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm thủy nhiệt, nhiệt phân laser, sol-gel, và điện hóa. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc vào hiệu quả kinh tế và phạm vi ứng dụng. Trong luận văn này, phương pháp sol-gel được lựa chọn để điều chế Cr2O3 và Cr2O3 trên chất mang diatomite.

2.1. Phương pháp sol gel

Phương pháp sol-gel được sử dụng để điều chế Cr2O3 từ dung dịch CrCl3, triethylamin, và ethanol. Quá trình này bao gồm các bước tạo gel, sấy khô, và nung ở nhiệt độ cao để thu được Cr2O3 tinh khiết. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước hạt và độ tinh khiết của sản phẩm.

2.2. Điều chế Cr2O3 trên chất mang diatomite

Cr2O3 được điều chế trên chất mang diatomite bằng phương pháp sol-gel với sự thay đổi hàm lượng Cr2O3, tỷ lệ thể tích ethanol, và thời gian nung. Kết quả XRD và SEM cho thấy Cr2O3 có cấu trúc α-Cr2O3, với các tinh thể phân tán đều trên bề mặt diatomite.

III. Khảo sát hoạt tính xúc tác của Cr2O3

Hoạt tính xúc tác của Cr2O3 và Cr2O3/diatomite được đánh giá thông qua phản ứng oxy hóa Congo đỏ bằng oxy không khí. Kết quả cho thấy Cr2O3/diatomite có hoạt tính xúc tác tốt hơn so với Cr2O3 riêng lẻ, đặc biệt khi hàm lượng Cr2O3 là 20% và thời gian nung là 1 giờ ở 500°C.

3.1. Ảnh hưởng của nồng độ CrCl3

Nồng độ CrCl3 ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính xúc tác của Cr2O3. Kết quả cho thấy nồng độ 0.25M là tối ưu để đạt được hoạt tính xúc tác cao nhất.

3.2. Ảnh hưởng của thời gian nung

Thời gian nung ảnh hưởng đến cấu trúc và hoạt tính xúc tác của Cr2O3. Nghiên cứu chỉ ra rằng thời gian nung 1 giờ ở 500°C là điều kiện tối ưu để đạt được hoạt tính xúc tác tốt nhất.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu điều chế Cr2O3 bằng phương pháp sol-gel và trên chất mang diatomite đã cho thấy hiệu quả cao trong việc cải thiện hoạt tính xúc tác. Cr2O3/diatomite có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các phản ứng xúc tác hóa học, đặc biệt là trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ và chuyển hóa khí than. Kết quả nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới cho việc sử dụng Cr2O3 trong công nghiệp hóa chất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN TRÖÔNG THÒ TUYEÁT NHUNG NGHIEÂN CÖÙU ÑIEÀU CHEÁ CROM OXID Cr2O3 SÖÛ DUÏNG TRONG XUÙC TAÙC LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ HOÙA HOÏC THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH – 2009 ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN TRÖÔNG THÒ TUYEÁT NHUNG NGHIEÂN CÖÙU ÑIEÀU CHEÁ CROM OXID Cr2O3 SÖÛ DUÏNG TRONG XUÙC TAÙC CHUYEÂN NGAØNH: HOÙA VOÂ CÔ MAÕ SOÁ: 1 04 01 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ HOÙA HOÏC NGÖÔØI HÖÔÙNG DAÃN KHOA HOÏC: Tieán só Huyønh Thò Kieàu Xuaân THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH – 2009 - 12 - Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc MÔÛ ÑAÀU Cr2O3 laø moät trong nhöõng oxid kim loaïi ñaõ thu huùt ñöôïc nhieàu söï quan taâm vaø chuù yù trong nhieàu lónh vöïc. Beân caïnh nhöõng öùng duïng roäng raõi trong cuoäc soáng nhö laø boät maøu xanh cao caáp duøng trong kieán truùc laøm ñaù granite, queùt töôøng nhaø, duøng trong thuûy tinh maøu, ñoà goám, sôn chòu nhieät, möïc in, thuoác veõ… Cr2O3 coøn ñöôïc duøng laøm chaát xuùc taùc hoaëc laøm chaát mang öùng duïng trong caùc phaûn öùng oxi hoùa, hidro hoùa, dehidro hoùa, toång hôïp caùc chaát höõu cô, chuyeån hoùa khí than, phaûn öùng trao ñoåi caùc nguyeân toá ñoàng vò… Cho ñeán nay ñaõ coù nhieàu coâng trình nghieân cöùu veà caùc phöông phaùp ñieàu cheá Cr2O3 ñöôïc coâng boá nhö: phöông phaùp thuûy nhieät, nhieät phaân baèng lase-caûm öùng, ngöng hôi, sol-gel, phöông phaùp cô hoïc, phaân huûy nhieät, phöông phaùp ñieän hoùa…Tuøy theo hieäu quaû kinh teá vaø phaïm vi öùng duïng maø chuùng ta löïa choïn moät phöông phaùp ñieàu cheá cho thích hôïp. Rieâng trong lónh vöïc xuùc taùc, xu höôùng hieän nay muoán taêng cao hôn nöõa hoaït tính cuûa Cr2O3 cho neân Cr2O3 coøn ñang ñöôïc nghieân cöùu baèng nhöõng hình thöùc bieán tính khaùc nhau hoaëc döôùi vai troø laø pha hoaït tính /chaát mang. Trong phaïm vi ñeà taøi naøy, chuùng toâi tieán haønh toång hôïp Cr2O3 baèng phöông phaùp sol-gel vaø Cr2O3 treân chaát mang Diatomite.

Beân caïnh ñoù chuùng toâi khaûo saùt hoaït tính xuùc taùc cuûa caùc saûn phaåm treân ñoái töôïng congo ñoû ñeå tìm ra phöông phaùp ñieàu cheá Cr2O3 coù hoaït tính xuùc taùc toát nhaát. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -3- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc LÔØI CAÛM ÔN Xin chaân thaønh caûm ôn coâ Huyønh Thò Kieàu Xuaân ñaõ taän tình höôùng daãn vaø giuùp ñôõ toâi raát nhieàu trong quaù trình thöïc hieän ñeà taøi naøy. Xin caûm ôn caùc thaày coâ trong boä moân Hoùa Voâ Cô ñaõ taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho toâi trong suoát quaù trình laøm vieäc taïi boä moân. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -1- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc TOÙM TAÉT Crom (III) oxid (Cr2O3) ñieàu cheá baèng phöông phaùp sol gel vôùi dung dòch CrCl3, triethylamin trong 1,1,1- tricloroethan vaø ethanol.

Cr2O3 treân chaát mang diatomite cuõng ñöôïc ñieàu cheá baèng phöông phaùp sol gel vôùi söï thay ñoåi haøm löôïng Cr2O3, tæ leä theå tích ethanol vaø thôøi gian nung. Keát quaû XRD vaø SEM cho thaáy crom (III) oxid coù caáu truùc α-Cr2O3, caùc tinh theå Cr2O3 phuû treân diatomite ôû traïng thaùi phaân taùn. Hoaït tính xuùc taùc cuûa caùc maãu ñöôïc ñaùnh giaù qua phaûn öùng oxy hoùa congo ñoû baèng oxygen khoâng khí. Caùc keát quaû khaûo saùt cho thaáy maãu Cr2O3 vaø Cr2O3/diatomite coù hoaït tính toát nhaát vôùi caùc ñieàu kieän sau: (1) Maãu Cr2O3: noàng ñoä mol cuûa dung dòch CrCl3 laø 0.25M, tæ leä theå tích ethanol : dung dòch khaûo saùt laø 1:10, xöû lyù nhieät ôû 500oC trong 1 giôø.

(2) Maãu Cr2O3/diatomite: khoái löôïng Cr2O3 20%, tæ leä theå tích ethanol : dung dòch khaûo saùt laø 1:10, xöû lyù nhieät ôû 500oC trong 1 giôø. Caùc keát quaû cho thaáy maãu Cr2O3 phuû treân diatomite coù hoaït tính toát hôn maãu Cr2O3. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -2- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc ABSTRACT Chromium oxide (Cr2O3) was prepared using the sol-gel method with chromic chloride, triethylamine, 1,1,1- tricloroethane and ethanol. Cr2O3 supported on diatomite were also prepared using the sol-gel method with various amounts of Cr2O3, volume of ethanol and calcined time.

The XRD and SEM results indicated that the chromium oxide crystals were α-Cr2O3 structure, Cr2O3 crystals covered on diatomite with the diffinatial particale size. The catalytic activity of the samples was evaluated by the oxydation reaction of red congo in water. The results showed that the Cr2O3 sample and the Cr2O3/diatomite sample had good activity in the following conditions: (1) The Cr2O3 sample: Molar concentration of the used chromic chloride in the solution was 0.25M, the volume ratio of ethanol and the solution was 1:10, thermally treating the Cr2O3 sample at 500oC for 1h. (2) The Cr2O3/diatomite sample : Mass of Cr2O3 was 20%, the volume ratio of ethanol and the solution was 1:10, thermally treating the Cr2O3/diatomite sample at 500oC for 1h.

Cr2O3 which supported on diatomite had the higher activity than Cr2O3. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -4- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC .4 DANH MUÏC CAÙC BAÛNG.8 DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ, ÑOÀ THÒ .13 TOÅNG QUAN. Caáu truùc, tính chaát vaät lyù vaø hoùa hoïc cuûa crom (III) oxid. Caáu truùc vaø tính chaát vaät lyù.

Tính chaát hoùa hoïc. ÖÙng duïng cuûa Cr2O3. Giôùi thieäu veà diatomite. Sô löôïc veà diatomite.

Caùc tính chaát cuûa diatomite. ÖÙng duïng cuûa diatomite. Caùc phöông phaùp xöû lyù diatomite. Moät soá heä xuùc taùc söû duïng diatomite.

Caùc phöông phaùp ñieàu cheá Cr2O3. Phöông phaùp thuûy nhieät. Phöông phaùp nhieät phaân laser caûm öùng. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -5- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc 1.

Phöông phaùp cô hoùa. Phöông phaùp sol- gel. Phöông phaùp toång hôïp ñoát chaùy dung dòch. Phöông phaùp ñieän hoùa.

Caùc phöông phaùp ñieàu cheá heä xuùc taùc vôùi Cr2O3 ñoùng vai troø pha hoaït tính hoaëc chaát mang. Töø nguyeân lieäu ñaàu laø CrO3. Töø nguyeân lieäu ñaàu laø muoái Cr(III). Sô löôïc veà chaát maøu congo ñoû söû duïng trong thöïc nghieäm.

Tính chaát vaät lyù. Phaûn öùng nhaän bieát. Quaù trình oxi hoùa congo ñoû baèng O2 khoâng khí.46 THÖÏC NGHIEÄM. Muïc tieâu vaø noäi dung nghieân cöùu .1 Muïc tieâu nghieân cöùu.

Noäi dung nghieân cöùu. Duïng cuï, thieát bò vaø hoùa chaát. Chuaån bò caùc dung dòch. Caùc phöông phaùp phaân tích.

Phöông phaùp nhieãu xaï tia X (XRD). Phöông phaùp chuïp aûnh kính hieån vi ñieän töû queùt (SEM). Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -6- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc 2. Phöông phaùp ño ñoä haáp thu khí (BET).

Caùc phöông phaùp taïo maãu. Ñieàu cheá Cr2O3 baèng phöông phaùp sol-gel. Ñieàu cheá heä xuùc taùc Cr2O3 treân chaát mang Diatomite baèng phöông phaùp sol-gel. Oxi hoùa congo ñoû baèng oxigen khoâng khí.

Phöông phaùp oxi hoùa congo ñoû baèng oxigen khoâng khí. Phöông phaùp khaûo saùt khaû naêng haáp phuï congo ñoû cuûa maãu xuùc taùc. Phöông phaùp xaùc ñònh noàng ñoä cuûa congo ñoû. Xaùc ñònh böôùc soùng cöïc ñaïi λmax cuûa congo ñoû.

Döïng ñöôøng chuaån cho dung dòch congo ñoû .58 KEÁT QUAÛ - BIEÄN LUAÄN. Khaûo saùt caáu truùc vaø hình thaùi tinh theå. Khaûo saùt caáu truùc tinh theå. Khaûo saùt hình thaùi tinh theå.

Khaûo saùt dieän tích beà maët rieâng. Khaûo saùt hoaït tính xuùc taùc cuûa Cr2O3 rieâng leû. Khaûo saùt khaû naêng oxy hoùa congo ñoû baèng oxygen khoâng khí khi khoâng coù xuùc taùc. AÛnh höôûng cuûa noàng ñoä dung dòch muoái Cr(III).

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä nung. AÛnh höôûng cuûa dung moâi höõu cô ethanol. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -7- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc 3. Khaûo saùt hoaït tính xuùc taùc cuûa Cr2O3/diatomite.

Khaûo saùt khaû naêng haáp phuï vaø hoaït tính xuùc taùc cuûa diatomite. AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng Cr2O3. AÛnh höôûng cuûa haøm löôïng ethanol. AÛnh höôûng cuûa thôøi gian nung maãu.

So saùnh hoaït tính xuùc taùc cuûa Cr2O3/diatomite vôùi Cr2O3 rieâng leû. So saùnh hoaït tính xuùc taùc cuûa Cr2O3/diatomite ñieàu cheá baèng phöông phaùp sol gel vôùi phöông phaùp nung phaân huûy .85 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -8- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc DANH MUÏC CAÙC BAÛNG 1 Baûng 1. Caùc hoãn hôïp khaûo saùt ñieàu cheá baèng phöông phaùp toång hôïp ñoát chaùy dung dòch 2 Baûng 1.

Tính naêng xuùc taùc cuûa caùc xuùc taùc Cr2O3 khaùc nhau thöïc hieän trong phaûn öùng dehidro hoùa ethyl benzene vôùi söï coù maët cuûa CO2 3 Baûng 2. Khoái löôïng muoái CrCl3.6H2O vaø theå tích dung dòch TEA 1:1 söû duïng 4 Baûng 2. Kí hieäu caùc maãu xuùc taùc 5 Baûng 2. Bieán thieân ñoä haáp thu A cuûa dung dòch congo ñoû theo noàng ñoä 6 Baûng 3.

Dieän tích beà maët rieâng cuûa maãu C-500-0. Dieän tích beà maët rieâng cuûa maãu CD2 8 Baûng 3. Hieäu suaát chuyeån hoùa congo ñoû sau 180 phuùt khi khoâng coù xuùc taùc 9 Baûng 3. Ñoä chuyeån hoùa congo ñoû cuûa caùc maãu coù noàng ñoä muoái khaùc nhau.

Ñoä haáp phuï congo ñoû treân caùc maãu coù noàng ñoä muoái khaùc nhau 11 Baûng 3. Khaû naêng xuùc taùc cuûa caùc maãu coù noàng ñoä muoái khaùc nhau 12 Baûng 3. Ñoä chuyeån hoùa congo ñoû cuûa caùc maãu coù nhieät ñoä nung khaùc nhau 13 Baûng 3. Ñoä chuyeån hoùa congo ñoû cuûa caùc maãu coù vaø khoâng coù ethanol Gvhd: Ts.

Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung -9- Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc 14 Baûng 3. Ñoä haáp phuï congo ñoû treân caùc maãu coù vaø khoâng coù ethanol 15 Baûng 3. Khaû naêng xuùc taùc cuûa caùc maãu coù vaø khoâng coù ethanol 16 Baûng 3. Ñoä chuyeån hoùa vaø khaû naêng haáp phuï congo ñoû cuûa diatomite 17 Baûng 3.

Ñoä chuyeån hoùa congo ñoû cuûa caùc maãu coù haøm löôïng Cr2O3/diatomite khaùc nhau 18 Baûng 3. Ñoä chuyeån hoùa congo ñoû cuûa caùc maãu coù theå tích ethanol khaùc nhau 19 Baûng 3. Ñoä chuyeån hoùa congo ñoû cuûa caùc maãu coù thôøi gian nung khaùc nhau 20 Baûng 3. Ñoä haáp phuï congo ñoû cöïc ñaïi treân maãu CD2 sau 240 phuùt 21 Baûng 3.

Khaû naêng xuùc taùc cuûa maãu Cr2O3/diatomite vaø Cr2O3 rieâng leû 22 Baûng 3. Khaû naêng xuùc taùc cuûa maãu sol gel vaø nung phaân huûy Gvhd: Ts. Huyønh Thò Kieàu Xuaân Chv: Tröông Thò Tuyeát Nhung - 10 - Nghieân cöùu ñieàu cheá Crom oxid Cr2O3 söû duïng trong xuùc taùc DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ, ÑOÀ THÒ 1 Hình 1. Beà maët Cr2O3 (0001/111) 2 Hình 1.

Diatomite trong töï nhieân 3 Hình 1. AÛnh SEM cuûa taäp hôïp caùc tinh theå Cr2O3 bao phuû leân ñieän cöïc aâm baèng Pt 4 Hình 1.