Nghiên cứu oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 kích thước nanomet và khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hóa

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Đặc điểm, cấu trúc, tính chất của CuO, CeO2 và oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2

1.1.1. Cấu trúc, tính chất của CuO

1.1.2. Cấu trúc, tính chất của CeO2

1.1.3. Đặc điểm, tính chất của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2

1.2. Một số phương pháp tổng hợp oxit hỗn hợp trên cơ sở CuO-CeO2

1.2.1. Phương pháp tẩm

1.2.2. Phương pháp đốt cháy

1.2.3. Phương pháp sol gel

1.2.4. Phương pháp đồng kết tủa

1.3. Một số ứng dụng của hệ xúc tác

1.3.1. Xử lý khí thải động cơ

1.3.2. Oxi hóa một số hợp chất hữu cơ và phenol

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Dụng cụ và hoá chất

2.1.1. Chuẩn bị dụng cụ

2.1.2. Chuẩn bị hoá chất

2.2. Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu

2.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt

2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X

2.2.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

2.2.4. Phương pháp phổ tán xạ Raman

2.2.5. Phương pháp khử theo chương trình nhiệt độ trong dòng khí hidro (Temperature programmed reduction H2-TPR)

2.3. Tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 bằng phương pháp tẩm

2.3.1. Qui trình tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CeO2

2.3.2. Tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2

2.4. Phương pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxi hóa phenol

2.4.1. Phản ứng oxi hóa phenol bằng H2O2 có mặt chất xúc tác là oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2

2.4.2. Phương pháp xác định COD

2.4.2.1. Quy trình xác định COD

2.4.2.2. Xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào COD

2.4.2.3. Xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc COD vào nồng độ phenol

2.4.3. Tính hiệu suất xử lý phenol

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến thành phần pha và hiệu suất xử lý phenol của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2

3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ mol Cu/(Cu + Ca + Ce) đến thành phần pha và hiệu suất xử lý phenol của sản phẩm

3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ mol Ca /(Cu + Ca + Ce) đến thành phần pha và hiệu suất xử lý phenol của sản phẩm

3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tẩm đến hiệu suất xử lý phenol của sản phẩm

3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến kích thước hạt và hiệu suất xử lý phenol của sản phẩm

3.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nung đến kích thước hạt và hiệu suất xử lý phenol của sản phẩm

3.1.6. So sánh khả năng xúc tác của các oxit đơn lẻ CuO, CeO2 với oxit hỗn hợp CaO-CeO2, CuO-CeO2 và CaO-CuO-CeO2 cho phản ứng oxi hóa phenol bằng H2O2

3.1.7. Nghiên cứu một số đặc trưng của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 được tổng hợp trong điều kiện tối ưu

3.1.7.1. Các dạng tồn tại của CuO trong oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2

3.1.7.2. Xác định dạng khuyết tật trong cấu trúc mạng lưới CeO2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về oxit hỗn hợp CaO CuO CeO2 và ứng dụng

Oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 là một trong những vật liệu nanomet có tiềm năng lớn trong lĩnh vực xúc tác. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, sự kết hợp giữa các oxit này không chỉ cải thiện khả năng xúc tác mà còn tăng cường hiệu suất trong các phản ứng oxi hóa. Việc nghiên cứu và phát triển các oxit hỗn hợp này có thể giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường từ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs).

1.1. Đặc điểm cấu trúc và tính chất của CaO CuO CeO2

CaO, CuO và CeO2 đều có cấu trúc tinh thể đặc trưng, ảnh hưởng đến tính chất xúc tác của chúng. CaO có cấu trúc canxi florua, trong khi CuO có cấu trúc đơn tà và CeO2 có cấu trúc lập phương. Những đặc điểm này quyết định khả năng tương tác và hoạt động của chúng trong các phản ứng hóa học.

1.2. Tại sao oxit hỗn hợp CaO CuO CeO2 lại quan trọng

Oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 có khả năng xúc tác cao trong các phản ứng oxi hóa, đặc biệt là trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại. Sự kết hợp này không chỉ tăng cường hoạt tính xúc tác mà còn cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của xúc tác.

II. Thách thức trong nghiên cứu oxit hỗn hợp CaO CuO CeO2

Mặc dù oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc tổng hợp và ứng dụng chúng. Các vấn đề như độ ổn định của xúc tác, khả năng tái sử dụng và hiệu suất trong các điều kiện thực tế cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Độ ổn định của oxit hỗn hợp trong môi trường thực tế

Độ ổn định của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 trong các điều kiện môi trường khác nhau là một yếu tố quan trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng, sự phân hủy hoặc biến đổi cấu trúc có thể xảy ra, ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác.

2.2. Khả năng tái sử dụng và hiệu suất xúc tác

Khả năng tái sử dụng của oxit hỗn hợp là một yếu tố quan trọng trong ứng dụng công nghiệp. Việc đánh giá hiệu suất xúc tác sau nhiều lần sử dụng sẽ giúp xác định tính khả thi của vật liệu này trong thực tế.

III. Phương pháp tổng hợp oxit hỗn hợp CaO CuO CeO2 hiệu quả

Có nhiều phương pháp tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến kích thước và tính chất của vật liệu nanomet.

3.1. Phương pháp tẩm trong tổng hợp oxit hỗn hợp

Phương pháp tẩm là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp oxit hỗn hợp. Phương pháp này cho phép phân tán đồng đều các cation kim loại lên bề mặt chất mang, từ đó cải thiện khả năng xúc tác.

3.2. Phương pháp sol gel và ưu điểm của nó

Phương pháp sol-gel cho phép kiểm soát tốt kích thước và hình dạng của các hạt oxit. Phương pháp này cũng giúp tạo ra các vật liệu có độ tinh khiết cao và cấu trúc đồng nhất, rất quan trọng cho khả năng xúc tác.

IV. Khả năng xúc tác của oxit hỗn hợp CaO CuO CeO2 trong phản ứng oxi hóa

Khả năng xúc tác của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu. Các phản ứng oxi hóa hợp chất hữu cơ như phenol cho thấy hiệu suất cao khi sử dụng vật liệu này.

4.1. Phản ứng oxi hóa phenol bằng oxit hỗn hợp

Nghiên cứu cho thấy oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 có khả năng xúc tác hiệu quả cho phản ứng oxi hóa phenol, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các hợp chất hữu cơ độc hại.

4.2. So sánh khả năng xúc tác với các oxit đơn lẻ

Khả năng xúc tác của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 vượt trội hơn so với các oxit đơn lẻ như CuO và CeO2. Sự tương tác giữa các pha trong oxit hỗn hợp tạo ra hiệu ứng synergetic, làm tăng hoạt tính xúc tác.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu oxit hỗn hợp CaO CuO CeO2

Nghiên cứu oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 mở ra nhiều triển vọng trong lĩnh vực xúc tác. Việc cải thiện khả năng xúc tác và độ ổn định của vật liệu này sẽ góp phần quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

5.1. Triển vọng ứng dụng trong công nghiệp

Oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 có thể được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là trong xử lý khí thải và các phản ứng hóa học cần xúc tác. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp và cải thiện khả năng tái sử dụng của oxit hỗn hợp. Các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế xúc tác cũng sẽ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của vật liệu này.

Nghiên cứu tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 kích thước nanomet và khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hóa hợp chất hữu cơ