Luận án tiến sĩ về quang oxy hóa p-xylene trong pha khí với xúc tác quang màng mỏng

• Tác giả: Nguyễn Thị Thùy Vân
• Người hướng dẫn: GS. Lưu Cẩm Lạc
• Trường học: Học Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Quang Oxy Hóa p-Xylene Trong Pha Khí Trên Các Xúc Tác Quang Màng Mỏng Có Năng Lượng Vùng Cảm Thấp
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ hóa học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ DẺ BAY HƠI VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
• 1.1. Tình trạng ô nhiễm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)
• 1.2. Một số phương pháp xử lý các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs)
• 1.3. Phản ứng quang oxy hóa
• 1.4. Vật liệu perovskite: Đặc điểm cấu trúc và phương pháp điều chế
• 1.4.1. Cấu trúc tinh thể của perovskite
• 1.4.2. Phương pháp điều chế perovskite
• 1.5. Quang oxy hóa trên xúc tác vật liệu khung có kim loại (MOFs)
• 1.6. Đánh giá phản ứng quang xúc tác trên vật liệu khác nhau
• 1.7. Cơ chế quang oxy hóa xúc tác trên cơ sở TiO2
• 1.8. Đánh giá quá trình oxy hóa quang xúc tác
• 1.9. Mục tiêu và nội dung của luận án
• 1.10. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
• 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Các hóa chất sử dụng
• 2.2. Điều chế xúc tác LaMO3 (M = Mn, Fe, Co) bằng phương pháp sol – gel
• 2.3. Điều chế xúc tác UiO-66 và UiO-66-NH2. Quy trình tạo màng xúc tác lên ống thủy tinh Pyrex
• 2.4. Nghiên cứu tính chất lý hóa của xúc tác
• 2.4.1. Thành phần pha và cấu trúc tinh thể (XRD)
• 2.4.2. Diện tích bề mặt riêng của xúc tác (BET)
• 2.4.3. Hình ảnh bề mặt vật liệu (SEM, TEM)
• 2.4.4. Phổ FT-IR
• 2.4.5. Xác định khả năng hấp thụ photon (UV – VIS) của xúc tác
• 2.4.6. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 2.4.7. Xác định độ dày của lớp màng màng bằng phương pháp Stylus
• 2.4.8. Phổ quang điện tử tia X (XPS)
• 2.5. Khảo sát hoạt tính quang của xúc tác
• 2.6. Đánh giá phản ứng oxy hóa p-xylene
• 2.7. Thí nghiệm xác định độ hấp phụ cân bằng và mẫu trắng đối chiếu
• 2.8. Điều kiện chuẩn xác định độ chuyển hóa
• 2.9. Ảnh hưởng áp suất riêng phản ban đầu p-xylene đến tốc độ phản ứng
• 2.10. Ảnh hưởng áp suất riêng phản của oxy đến tốc độ phản ứng
• 2.11. Ảnh hưởng áp suất riêng phản CO2 đến tốc độ phản ứng
• 2.12. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến tốc độ phản ứng
• 2.13. Phân tích hỗn hợp phản ứng
• 2.14. Xử lý số liệu thực nghiệm và đánh giá sai số
• 3. TÍNH CHẤT LÝ - HÓA VÀ HOẠT TÍNH CỦA XÚC TÁC MÀNG MÀNG TRONG PHẢN ỨNG QUANG OXY HÓA p-XYLENE
• 3.1. Vật liệu perovskite LaMO3
• 3.1.1. Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu LaMnO3
• 3.1.2. Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu perovskite LaFeO3
• 3.1.3. Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu perovskite LaCoO3
• 3.2. Vật liệu khung có kim loại (MOFs)
• 3.2.1. Tổng hợp và tính chất vật liệu UiO66 và UiO66-NH2
• 3.2.2. Hoạt tính quang oxy hóa của UiO66 và UiO66-NH2
• 3.3. Xúc tác quang trên cơ sở Zn-MOF-74
• 3.4. So sánh tính chất và hoạt tính của các xúc tác tốt nhất
• 4. ĐÁNH GIÁ CỦA PHẢN ỨNG QUANG OXY HÓA p-XYLENE TRÊN CÁC XÚC TÁC MÀNG MÀNG LaFeO3 VÀ UiO66-NH2
• 4.1. Ảnh hưởng các điều kiện phản ứng đến tốc độ phản ứng
• 4.2. Phương trình đánh giá
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu quang oxy hóa p-xylene trên xúc tác quang màng mỏng là một lĩnh vực quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. p-xylene là một trong những hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) gây ô nhiễm không khí. Việc sử dụng xúc tác quang để oxy hóa p-xylene không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra các sản phẩm có giá trị. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các loại xúc tác quang mới, đặc biệt là các màng xúc tác có khả năng hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng mặt trời. Quá trình quang oxy hóa này có thể được thực hiện thông qua các phản ứng hóa học, trong đó ánh sáng được sử dụng để kích thích các phản ứng hóa học, dẫn đến việc chuyển hóa p-xylene thành các sản phẩm ít độc hại hơn.

II. Tính chất và cấu trúc của xúc tác

Các loại xúc tác quang được nghiên cứu trong luận án này bao gồm vật liệu perovskite và MOFs (Metal-Organic Frameworks). Vật liệu perovskite như LaMO3 (M = Mn, Fe, Co) đã cho thấy khả năng xúc tác quang tốt trong các phản ứng oxy hóa. Cấu trúc của các vật liệu này cho phép điều chỉnh tính chất quang hóa và hóa học thông qua việc thay đổi thành phần nguyên tố. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của xúc tác có thể nâng cao hiệu suất của quá trình quang oxy hóa. Đặc biệt, các xúc tác này có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện ánh sáng yếu, giúp mở rộng khả năng ứng dụng trong thực tế.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc tổng hợp các loại xúc tác quang và đánh giá hiệu suất của chúng trong quá trình quang oxy hóa p-xylene. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện kiểm soát, với các biến số như áp suất, nhiệt độ và cường độ ánh sáng được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình phản ứng. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng, việc sử dụng xúc tác quang có thể làm tăng đáng kể tỷ lệ chuyển hóa p-xylene. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, và FT-IR được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất của xúc tác, từ đó đánh giá khả năng hoạt động của chúng trong các phản ứng hóa học.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, các xúc tác quang màng mỏng có khả năng oxy hóa p-xylene hiệu quả dưới ánh sáng UV và ánh sáng khả kiến. Hiệu suất chuyển hóa p-xylene đạt được là rất cao, cho thấy tiềm năng ứng dụng của các xúc tác này trong việc xử lý ô nhiễm không khí. Các yếu tố như áp suất riêng phần của oxy và p-xylene cũng ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về khả năng hoạt động của các xúc tác quang mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường hiệu quả hơn.

V. Kết luận

Nghiên cứu quang oxy hóa p-xylene trên xúc tác quang màng mỏng đã chỉ ra rằng, việc sử dụng các vật liệu mới như perovskite và MOFs có thể nâng cao hiệu suất xử lý ô nhiễm. Các kết quả thu được từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thực tiễn để phát triển các công nghệ xử lý khí thải hiệu quả hơn, góp phần bảo vệ môi trường. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các loại xúc tác quang mới sẽ là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong việc xử lý ô nhiễm không khí.