Tổng hợp và ứng dụng vật liệu mil 101cr pha tạp cufe để xác định hàm lượng co trong hỗn hợp coco2 và con2

Tài liệu nghiên cứu Tổng hợp và ứng dụng vật liệu mil 101cr pha tạp cufe để xác định hàm lượng co trong hỗn hợp coco2, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Đỗ Cao Hậu
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thế Kỳ
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu MIL-101(Cr) Pha Tạp CuFe Để Xác Định Hàm Lượng CO Trong Hỗn Hợp Khí
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu MOF Tiềm Năng Ứng Dụng Vượt Trội

Khung hữu cơ kim loại (MOFs) là vật liệu xốp được tạo thành từ các ion kim loại (Al3+, Cr3+, Cu2+, Zn2+,...) hoặc các cụm với các phối tử hữu cơ thông qua liên kết phối trí. Vật liệu MOF đã được nghiên cứu rộng rãi từ đầu những năm 1990 do độ xốp cao, diện tích bề mặt lớn, thể tích lỗ xốp bên trong tăng lên đáng kể và cấu trúc có thể điều chỉnh. MOFs nhanh chóng trở thành vật liệu phổ biến trong gần 20 năm qua. Các nhà khoa học tập trung vào việc thiết kế và tổng hợp MOFs với cấu trúc và chức năng mới, khám phá các ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như hấp phụ khí/tách khí, xúc tác, cảm biến, dẫn truyền thuốc, vật liệu từ tính và thiết bị quang học. Tuy nhiên, hiệu suất của vật liệu MOF đôi khi không được như mong đợi, cần phải nâng cao hiệu quả của vật liệu.

1.1. Cấu Trúc và Tính Chất Đặc Trưng Của Vật Liệu MOF

MOFs nổi bật với cấu trúc đa dạng, khả năng tùy biến cao, và diện tích bề mặt lớn, vượt trội so với các vật liệu truyền thống. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Cấu trúc của MOFs được hình thành từ các ion kim loại liên kết với các phối tử hữu cơ, tạo thành mạng lưới ba chiều xốp. Kích thước và hình dạng của lỗ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các ion kim loại và phối tử hữu cơ, cho phép tối ưu hóa vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.

1.2. Ứng Dụng Tiềm Năng Của Vật Liệu MOF Trong Thực Tế

MOFs có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm hấp phụ và tách khí, xúc tác, cảm biến, lưu trữ năng lượng, và y sinh học. Trong lĩnh vực hấp phụ khí, MOFs có thể được sử dụng để tách CO2 từ khí thải, thu hồi metan từ khí biogas, và lưu trữ hydro cho xe nhiên liệu. Trong lĩnh vực xúc tác, MOFs có thể được sử dụng làm chất xúc tác dị thể cho nhiều phản ứng hóa học quan trọng. Trong lĩnh vực cảm biến, MOFs có thể được sử dụng để phát hiện các chất ô nhiễm trong không khí và nước.

II. MIL 101 Cr Vật Liệu MOF Ưu Việt Cho Hấp Phụ CO

MIL-101(Cr) là một loại hợp chất khung hữu cơ kim loại (MOF) có cấu trúc ba chiều với các lỗ xốp lớn. Vật liệu này có diện tích bề mặt rất lớn và thể tích lỗ xốp cao, làm cho nó trở thành một chất hấp phụ tiềm năng cho nhiều ứng dụng khác nhau. MIL-101(Cr) được tổng hợp từ các ion Cr3+ và axit terephthalic (BDC). Cấu trúc của MIL-101(Cr) bao gồm các cụm Cr3+ liên kết với nhau thông qua các phân tử BDC, tạo thành một mạng lưới ba chiều với các lỗ xốp có kích thước khác nhau. Kích thước lỗ xốp lớn của MIL-101(Cr) cho phép các phân tử khí dễ dàng khuếch tán vào và ra khỏi vật liệu.

2.1. Cấu Trúc Đặc Biệt Của MIL 101 Cr và Khả Năng Hấp Phụ

Cấu trúc đặc biệt của MIL-101(Cr) với các lỗ xốp lớn và diện tích bề mặt cao tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ. Các phân tử khí có thể dễ dàng xâm nhập vào các lỗ xốp và tương tác với bề mặt của vật liệu. Khả năng hấp phụ của MIL-101(Cr) có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các ion kim loại và phối tử hữu cơ trong cấu trúc.

2.2. Ứng Dụng Của MIL 101 Cr Trong Hấp Phụ và Tách Khí

MIL-101(Cr) đã được chứng minh là một chất hấp phụ hiệu quả cho nhiều loại khí, bao gồm CO2, CH4, và H2. Vật liệu này cũng có thể được sử dụng để tách các hỗn hợp khí, chẳng hạn như tách CO2 từ khí thải. Ngoài ra, MIL-101(Cr) còn được nghiên cứu cho các ứng dụng khác, chẳng hạn như xúc tác và cảm biến.

2.3. Tổng Hợp MIL 101 Cr Các Phương Pháp Phổ Biến

Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp MIL-101(Cr), bao gồm phương pháp thủy nhiệt, phương pháp vi sóng, và phương pháp sol-gel. Phương pháp thủy nhiệt là phương pháp phổ biến nhất, trong đó các chất phản ứng được đun nóng trong dung môi ở nhiệt độ và áp suất cao. Phương pháp vi sóng sử dụng năng lượng vi sóng để tăng tốc quá trình phản ứng. Phương pháp sol-gel liên quan đến việc hình thành một gel từ các tiền chất, sau đó được sấy khô và nung để tạo thành MIL-101(Cr).

III. Pha Tạp CuFe Vào MIL 101 Cr Giải Pháp Tối Ưu Hấp Phụ CO

Việc pha tạp kim loại vào vật liệu MOF là một phương pháp hiệu quả để cải thiện khả năng hấp phụ và xúc tác của vật liệu. Trong trường hợp MIL-101(Cr), việc pha tạp CuFe có thể làm tăng khả năng hấp phụ CO. Đồng (Cu) có khả năng tạo phức với CO, trong khi sắt (Fe) có thể cải thiện độ bền của vật liệu. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và ứng dụng vật liệu MIL-101(Cr) pha tạp CuFe để xác định hàm lượng CO trong hỗn hợp khí.

3.1. Ảnh Hưởng Của CuFe Đến Tính Chất Hấp Phụ CO Của MIL 101 Cr

Việc pha tạp CuFe vào MIL-101(Cr) có thể làm tăng khả năng hấp phụ CO bằng cách tạo ra các trung tâm hấp phụ mới. Các ion Cu+ có khả năng tạo phức với CO, trong khi các ion Fe2+ có thể cải thiện độ bền của vật liệu và ngăn chặn quá trình oxy hóa của Cu+. Sự kết hợp của Cu và Fe có thể tạo ra một hiệu ứng hiệp đồng, làm tăng khả năng hấp phụ CO của vật liệu.

3.2. Phương Pháp Pha Tạp CuFe Vào Cấu Trúc MIL 101 Cr

Có nhiều phương pháp khác nhau để pha tạp CuFe vào cấu trúc MIL-101(Cr), bao gồm phương pháp tẩm ướt, phương pháp trao đổi ion, và phương pháp kết tủa. Phương pháp tẩm ướt là phương pháp đơn giản nhất, trong đó MIL-101(Cr) được ngâm trong dung dịch chứa muối Cu và Fe, sau đó được sấy khô và nung. Phương pháp trao đổi ion sử dụng các ion Cu và Fe để thay thế các ion Cr trong cấu trúc MIL-101(Cr). Phương pháp kết tủa liên quan đến việc kết tủa các hợp chất Cu và Fe trên bề mặt của MIL-101(Cr).

3.3. Đặc Trưng Hóa Vật Liệu CuFe MIL 101 Cr Bằng Các Phương Pháp Hiện Đại

Để xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu CuFe-MIL-101(Cr), cần sử dụng các phương pháp đặc trưng hóa hiện đại, chẳng hạn như nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại (FT-IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM), và phân tích hấp phụ-giải hấp N2 (BET). XRD có thể được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu. FT-IR có thể được sử dụng để xác định các nhóm chức có mặt trên bề mặt của vật liệu. SEM có thể được sử dụng để quan sát hình thái của vật liệu. BET có thể được sử dụng để xác định diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp của vật liệu.

IV. Nghiên Cứu Hấp Phụ CO Trên CuFe MIL 101 Cr Kết Quả Thảo Luận

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng hấp phụ CO của vật liệu CuFe-MIL-101(Cr). Các thí nghiệm hấp phụ CO được thực hiện ở các điều kiện khác nhau để xác định ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, và nồng độ CO đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Kết quả nghiên cứu cho thấy CuFe-MIL-101(Cr) có khả năng hấp phụ CO cao và có thể được sử dụng để loại bỏ CO khỏi hỗn hợp khí.

4.1. Đánh Giá Khả Năng Hấp Phụ CO Của Vật Liệu CuFe MIL 101 Cr

Khả năng hấp phụ CO của vật liệu CuFe-MIL-101(Cr) được đánh giá bằng cách đo lượng CO được hấp phụ trên vật liệu ở các điều kiện khác nhau. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ CO bao gồm nhiệt độ, áp suất, nồng độ CO, và thời gian tiếp xúc. Kết quả cho thấy CuFe-MIL-101(Cr) có khả năng hấp phụ CO cao hơn so với MIL-101(Cr) không pha tạp.

4.2. Cơ Chế Hấp Phụ CO Trên Bề Mặt Vật Liệu CuFe MIL 101 Cr

Cơ chế hấp phụ CO trên bề mặt vật liệu CuFe-MIL-101(Cr) có thể liên quan đến sự tương tác giữa CO và các ion Cu+ trên bề mặt của vật liệu. CO có thể tạo phức với Cu+, dẫn đến sự hấp phụ CO trên bề mặt của vật liệu. Ngoài ra, các ion Fe2+ có thể đóng vai trò trong việc cải thiện độ bền của vật liệu và ngăn chặn quá trình oxy hóa của Cu+.

4.3. So Sánh Hiệu Suất Hấp Phụ CO Giữa CuFe MIL 101 Cr và Vật Liệu Khác

Hiệu suất hấp phụ CO của CuFe-MIL-101(Cr) được so sánh với các vật liệu hấp phụ CO khác, chẳng hạn như than hoạt tính, zeolit, và các vật liệu MOF khác. Kết quả cho thấy CuFe-MIL-101(Cr) có hiệu suất hấp phụ CO cao hơn hoặc tương đương so với các vật liệu khác, đồng thời có ưu điểm về độ bền và khả năng tái sử dụng.

V. Ứng Dụng CuFe MIL 101 Cr Định Lượng CO Trong Hỗn Hợp Khí

Một trong những ứng dụng quan trọng của vật liệu CuFe-MIL-101(Cr) là định lượng CO trong hỗn hợp khí. Vật liệu này có thể được sử dụng để phát triển các cảm biến CO có độ nhạy cao và độ chọn lọc tốt. Cảm biến CO dựa trên CuFe-MIL-101(Cr) có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như giám sát chất lượng không khí, kiểm tra khí thải công nghiệp, và phát hiện rò rỉ khí CO.

5.1. Phát Triển Cảm Biến CO Dựa Trên Vật Liệu CuFe MIL 101 Cr

Cảm biến CO dựa trên vật liệu CuFe-MIL-101(Cr) có thể được phát triển bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau, chẳng hạn như phương pháp điện hóa, phương pháp quang học, và phương pháp khối lượng. Phương pháp điện hóa đo sự thay đổi điện trở của vật liệu khi tiếp xúc với CO. Phương pháp quang học đo sự thay đổi độ hấp thụ ánh sáng của vật liệu khi tiếp xúc với CO. Phương pháp khối lượng đo sự thay đổi khối lượng của vật liệu khi hấp phụ CO.

5.2. Đánh Giá Độ Nhạy và Độ Chọn Lọc Của Cảm Biến CO

Độ nhạy và độ chọn lọc là hai yếu tố quan trọng cần được đánh giá khi phát triển cảm biến CO. Độ nhạy là khả năng của cảm biến để phát hiện nồng độ CO thấp. Độ chọn lọc là khả năng của cảm biến để phân biệt CO với các khí khác. Kết quả cho thấy cảm biến CO dựa trên CuFe-MIL-101(Cr) có độ nhạy và độ chọn lọc tốt.

5.3. Ứng Dụng Thực Tế Của Cảm Biến CO Dựa Trên CuFe MIL 101 Cr

Cảm biến CO dựa trên CuFe-MIL-101(Cr) có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như giám sát chất lượng không khí trong nhà và ngoài trời, kiểm tra khí thải công nghiệp, phát hiện rò rỉ khí CO trong các thiết bị gia dụng, và giám sát nồng độ CO trong hầm mỏ.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Vật Liệu CuFe MIL 101 Cr

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của vật liệu CuFe-MIL-101(Cr) trong việc hấp phụ và định lượng CO. Vật liệu này có khả năng hấp phụ CO cao, độ chọn lọc tốt, và có thể được sử dụng để phát triển các cảm biến CO có độ nhạy cao. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của vật liệu, cũng như để khám phá các ứng dụng tiềm năng khác của CuFe-MIL-101(Cr).

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Về CuFe MIL 101 Cr

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp và đặc trưng hóa vật liệu CuFe-MIL-101(Cr). Kết quả cho thấy vật liệu này có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn, và khả năng hấp phụ CO cao. Vật liệu cũng có độ chọn lọc tốt đối với CO so với các khí khác, chẳng hạn như CO2 và N2.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Tối Ưu Hóa Vật Liệu

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và thành phần của vật liệu CuFe-MIL-101(Cr) để cải thiện khả năng hấp phụ CO và độ bền của vật liệu. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu để đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu và để khám phá các ứng dụng tiềm năng khác của CuFe-MIL-101(Cr).

6.3. Triển Vọng Ứng Dụng Của CuFe MIL 101 Cr Trong Tương Lai

Vật liệu CuFe-MIL-101(Cr) có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như xử lý khí thải công nghiệp, giám sát chất lượng không khí, và phát triển các thiết bị bảo vệ cá nhân. Vật liệu này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về vật liệu MOFs 1.1 Giới thiệu vật liệu MOFs Khung kim loại-hữu cơ (MOFs) là vật liệu xốp được hình thành từ các ion kim loại trung tâm (Al3+, Cr3+, Cu2+, Zn2+,…) hoặc các cụm với các phối tử hữu cơ gốc hoặc đa phân tử thông qua liên kết phối trí [13-15]. MOFs đã được nghiên cứu rộng rãi kể từ khi phát hiện ra vào đầu những năm 1990 do độ xốp và có trật tự cao, diện tích bề mặt lớn, thể tích lổ xốp bên trong tăng lên đáng kinh ngạc và các cấu trúc có thể điều chỉnh.1 Một số MOFs đặc trưng MOFs nhanh chóng trở thành vật liệu phổ biến trong gần 20 năm qua. Cho đến nay, những nỗ lực lớn của các nhà khoa học tập trung cho việc thiết kế và tổng hợp MOFs với cấu trúc và chức năng mới, cũng như khám phá các ứng dụng tiềm năng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau như hấp phụ khí/tách khí, xúc tác, cảm biến, dẫn truyền thuốc, vật liệu từ tính và thiết bị quang học [16]. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, 5 hiệu suất của vật liệu MOFs không được khả quan, vì vậy vẫn còn một chặng đường dài để nâng cao hiệu quả của vật liệu.

So với các vật liệu xốp truyền thống, thuận lợi của MOFs về mặt hình học và tính chất có thể điều chỉnh theo các ứng dụng xác định [17, 18]. Do tính đa dạng về cấu trúc và khả năng dễ điều chỉnh của chúng, MOFs trở thành các vật liệu nền để gắn các vật liệu chức năng, chẳng hạn như hạt nano (NP), chấm lượng tử, polyoxometalat, enzyme và polymer [19]… 1.2 Giới thiệu MIL-101(Cr) MIL-101(Cr) (Materials of Institute Lavoisier) với thành phần hóa học là {Cr3F(H2O)2O(BDC)3. MIL- 101(Cr) là một trong những đồng phân cấu trúc của MIL-101. Ba nguyên tử crom trong một hình bát diện được bao quanh bởi bốn oxy của 2 nhóm cacboxylat.

Một oxy ở μ3 - O và một nguyên tử oxy từ phân tử nước hoặc là nguyên tử Flo liên kết với nhau tạo nên cấu trúc tứ diện. Các trime bát diện crom có liên kết với nhau bằng liên kết μ3 - O để hình thành đơn vị cấu trúc.2 Cấu trúc MIL-101(Cr) 1.3 Tổng hợp MOFs 1.1 Điều kiện tổng hợp  Clinkers: Các ligand trong tổng hợp MOFs là các nhóm chức có khả năng cho electron-chưa tham gia liên kết như O, N, P, S tạo các liên kết phối trí và cố định 6 các cation kim loại [20]. Các ligand phổ biến được sử dụng rộng rãi như: các nhóm cacboxylate, nitrile,…  Ion kim loại: Hầu hết các MOFs được báo cáo cho đến nay đều dựa trên kim loại chuyển tiếp hoặc kim loại đất hiếm, trong số đó là ion kim loại hóa trị hai bao gồm: Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+, Pd2+, Ru2+, Zr2+, [21, 22].  Dung môi: Các muối kim loại và phối tử ở trạng thái rắn, cần được hòa tan trong dung môi.

Có nhiều dung môi có thể được sử dụng làm môi trường phản ứng, chẳng hạn như nước và dung môi hữu cơ bao gồm: metanol, etanol, axeton, N,N- dimetylformamit (DMF), N,N-dietylformamit (DEF), Dimetyl sulfoxit (DMSO), và N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP),. Trong quá trình hoạt hóa, nếu sử dụng dung môi có nhiệt độ sôi cao (DEF, DMF, NMP) trong bước phản ứng, thì dung môi được giữ trong các lỗ xốp phải được trao đổi với dung môi có điểm sôi thấp, chẳng hạn như metanol, cloroform và diclometan,.có thể dễ dàng loại bỏ hơn trong bước khử khí. Dung môi ảnh hưởng đến khả năng phối trí của ion kim loại thấy rõ qua khả năng liên kết và kích thước tinh thể [23, 24].3 Sự hình thành các trung tâm phối trí phụ thuộc vào dung môi dựa trên các ion kim loại magie và 3,5- pyrdinecarboxylate (PDC) [25] 7 1.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu MOFs Ưu điểm của MOFs là sự tổng hợp đa dạng thông qua các liên kết hữu cơ và các nút kim loại [26]. Các phương pháp tổng hợp khác nhau đã được báo cáo bao gồm: tổng hợp hơi dung môi, tổng hợp khuếch tán, tổng hợp nhiệt dung môi (bao gồm tổng hợp thủy nhiệt), dùng hỗ trợ vi sóng, tổng hợp có sự hỗ trợ siêu âm, tổng hợp cơ học (tổng hợp trạng thái rắn) và phương pháp chuyển đổi gel-khô.

Bên cạnh các phương pháp tổng hợp ở trên, sửa đổi sau tổng hợp (PSM) là một cách hữu ích khác để điều chỉnh các đặc tính lỗ của MOFs [27]. Theo nghiên cứu, hiện có 99 075 MOFs tổng hợp và các cấu trúc MOFs được gửi vào cơ sở dữ liệu cấu trúc của Cambridge (CSD) như trong Hình 1. Tuy nhiên, MIL-101(Cr) được tổng hợp theo một số phương pháp được trình bày trong Bảng 1.4 a) Số MOFs được báo cáo trong cơ sở dữ liệu cấu trúc của Cambridge (CSD). b) số lượng báo về MOFs đã được xuất bản [28].

 Phương pháp thuỷ nhiệt: Phương pháp thủy nhiệt được ứng dụng để tổng hợp các đơn tinh thể phụ thuộc vào độ hòa tan của các chất trong nước nóng dưới áp suất cao. Sự phát triển tinh thể được thực hiện trong một thiết bị bao gồm một bình chịu áp lực bằng thép được gọi là nồi hấp, trong đó chất phụ trợ được cung cấp cùng với nước với nhiệt độ từ 80 – 260oC. Nếu phản ứng xảy ra trong dung môi không phải nước, được gọi là phương phương pháp nhiệt dung môi [29]. 8 MIL-101(Cr) được điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt sử dụng muối crom và H2BDC với sự hỗ trợ một lượng nhỏ HF trong một bình autoclave dưới điều kiện áp suất cao.

Một số phương pháp cùng dung môi được tổng hợp qua Bảng 1.1 cho thấy sự đa dạng các cách tổng hợp vật liệu này [29].  Phương pháp có hỗ trợ vi sóng: Để khắc phục một số nhược điểm của kỹ thuật thuỷ nhiệt như tốn nhiều thời gian. Kỹ thuật có sự hỗ trợ của vi sóng được báo cáo với những ưu điểm để tổng hợp vật liệu nano xốp trong điều kiện thủy nhiệt:(1) kết tinh nhanh, (2) chọn lọc pha, (3) phân bố kích thước hạt hẹp và (4) điều chỉnh được kích thước hạt [29, 30]. MIL-101(Cr) tổng hợp bằng phương pháp vi sóng cho kích thước rất nhỏ, thời gian ngắn, sản phẩm thu được có kích thước cỡ nanomet (Hình 1.

Jhung và cộng sự đã đánh giá phương pháp tổng hợp vi sóng của MIL-101(Cr), quan sát thấy sự giảm đáng kể về kích thước tinh thể (40–90nm so với 250–600 nm) và thời gian tổng hợp so với đun nóng bằng điện thủy nhiệt với diện tích bề mặt BET và thể tích lỗ xốp lần lượt là 3900 m2. Vật liệu này cũng được tổng hợp bằng cách làm nóng vi sóng trong môi trường nước không có HF ở 473 K để tạo thành các hạt nano không tập hợp, kích thước 22 ± 5 nm, với diện tích bề mặt là 4200 m2.1 Một số phương pháp tổng hợp MIL-101(Cr) Điều kiện tổng hợp Tính chất Phương Thời Tài Nhiệt pháp Dung môi gian 2 SBET(m .5 Ảnh SEM và TEM của MIL-101(Cr) được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt và vi sóng: (a) và (b) lần lượt là ảnh SEM và TEM của MIL-101(Cr) tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt ở 220oC trong 8 giờ [35]; ảnh SEM của MIL- 101(Cr) tổng hợp bằng vi sóng với thời gian khác nhau [31] c)1 phút, d) 2 phút, e) 10 phút, f) 40 phút.  Phương pháp gel-khô Chuyển đổi gel khô (DGC) được áp dụng để tổng hợp vật liệu vô cơ, chẳng hạn như zeolit và thường có những ưu điểm: (1) giảm thiểu việc thải bỏ chất thải; (2) giảm thể tích phản ứng; và (3) chuyển đổi hoàn toàn gel thành sản phẩm có độ kết tinh đồng đều, hiệu suất cao [29]. Gần đây, Ahn và cộng sự đã báo cáo quá trình tổng hợp chuyển đổi gel khô của MIL-101(Cr) [41].

Ban đầu Cr(NO3)3.9H2O được nghiền nhỏ, sau đó trộn với H2BDC và nghiền lại trong 15 phút. Tiếp tục cho hỗn hợp thu được lên trên đĩa làm bằng thép không gỉ và đặt vào trong bình teflon, phía dưới đĩa có cho nước và HF. Gia nhiệt ở 493K trong vòng 12h. Tổng hợp DGC tạo ra MIL-101(Cr) với diện tích bề mặt cao (4164 m2.

Từ kết quả xác định tính chất của vật liệu bằng phương pháp SEM, nhiễu xạ tia X (XRD) và phân tích hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) cho phép kết luận rằng không có tinh thể H2BDC còn dư. Các tác giả cũng đã tiến hành tổng hợp một MIL-101(Cr) được chức năng hóa bằng cách sử dụng axit 2-nitroterephthalic như một phối tử hữu cơ và sự bao bọc của axit phosphotungstic (H3PW) thành MIL-101(Cr) trong điều kiện phản ứng DGC mà không sử dụng HF. 11 Phương pháp này có thể hữu ích cho quy mô lớn sản xuất MIL-101(Cr) để sử dụng trong công nghiệp do hiệu suất sản phẩm cao và quy trình tinh chế đơn giản.6 Tổng hợp MIL-101 bằng phương pháp gel-khô [41] 1.4 Ứng dụng của MIL-101(Cr) Bằng cách thay đổi cầu nối hữu cơ và tâm kim loại có thể tạo ra hàng nghìn loại MOFs, MIL-101(Cr) cũng có tính chất và ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực hấp phụ và xúc tác như lưu trữ, phân tách khí, dẫn truyền thuốc, xúc tác quang,… 1.1 Hấp phụ H2 Là một nguồn cung cấp năng lượng sạch và hiệu quả, lưu trữ H2 đã thu hút sự chú ý rất lớn. Một cách tiếp cận liên quan đến sự hấp phụ H2 trên bề mặt của chất rắn xốp [42].

Latroche và cộng sự đã báo cáo khả năng hấp phụ H2 trên MIL-101(Cr), thể hiện sự hấp phụ khoảng 6.1% trọng lượng H2 dưới 8 MPa và 77 K, với nhiệt hấp phụ 10 kJ. Lỗ xốp nhỏ trong MIL-101(Cr) được cho là đóng vai trò chính trong quá trình hấp phụ H2. Hấp phụ H2 bằng MIL-101(Cr) ở dạng viên cũng đã được báo cáo. Với diện tích bề mặt đặc biệt, thể tích vi hạt giảm khi tăng áp suất tạo viên và hấp phụ thể tích tối ưu với dung tích 40g.2 Hấp phụ CO2 Trước đây, các nghiên cứu dùng oxide, silicate, carbon, màng chuyên dụng để hấp phụ CO2 từ khí thải động cơ hay các nhà máy điện.

Tuy nhiên, để hấp phụ CO2 đạt 12 được hiệu quả và lâu dài cần phải kết hợp hai đặc trưng sau: Cấu trúc tuần hoàn nhằm đạt sự hấp phụ và phóng thích CO2 hoàn toàn thuận nghịch, cấu trúc khung mềm dẻo. Khung MOFs là vật liệu đạt những đặc tính thuận lợi này: cấu trúc trật tự, độ bền nhiệt cao, chức năng hóa học có thể điều chỉnh được, độ xốp cao,…Trong những năm gần đây, những nỗ lực tích cực đã được thực hiện để phát triển các quy trình công nghệ mới về lưu trữ và tách CO2.