BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC TP. HÒ CHÍ MINH Lê Thị Ngọc Thi KHOA LUAN TOT NGHIEP NGƯỜI HUONG DAN KHOA HỌC: ThS. TRAN PHUONG DUNG Thanh phố Hồ Chí Minh - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC DAIHOC a Sp TP. HO CHi MINH TONG HOP VAT LIEU MOF TREN CO SO BIEN TINH LINKER DE TANG CUONG KHẢ NANG HAP PHU Co?* TRONG NƯỚC KHOA LUAN TOT NGHIEP NGUOI HUONG DAN KHOA HOC: ThS.
TRAN PHUONG DUNG Thanh phố Hồ Chi Minh - 2024 LỜI CÁM ƠN Tôi muốn thé hiện lòng biết ơn sâu sắc tới Cô Tran Phương Dung, Thầy Nguyễn Văn My và các Thay, Cô giảng viên khoa Hoá học tại trường Đại học Sư phạm Thành pho Hồ Chí Minh. Sự hướng dan và giúp đỡ tận tâm từ phía các Thay, Cô đã giúp tôi tích luy được nhiều kiến thức quý báu và kỹ năng thực hành quan trọng dé hoàn thành dé tài này. Tôi muốn truyền đạt lời cảm ơn chân thành đến các Thay, Cô thuộc Bộ môn Hoá Lý, những người đã dành thời gian và công sức đẻ truyền đạt những kiến thức quan trọng trong quá trình học tập và thực hiện đề tài của tôi. Tôi cũng muốn bày tỏ lòng biết ơn đến các anh Dương Kiến Huy và bạn Lê Nguyễn Gia Thi những người đã đồng hành và hỗ trợ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Mặc dù tôi đã dành nhiều thời gian cho đề tai này, nhưng do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, việc thiểu sót không thê tránh khỏi. Tôi mong nhận được sự quan tâm và đóng góp ý kiến từ phía các Thay, Cô dé tôi có thé học hỏi và hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất. Cuỗi cùng, tôi xin gửi đến các Thay, Cô lời chúc sức khỏe. hạnh phúc và thành công.
Tôi chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Lê Thị Ngọc Thi DANH MỤC CÁC CHU VIET TAT VÀ KÝ HIỆU — Kí Chú giải tiêng anh N,N = dimethylformamide 1,4-benzenedicarboxylic acid MOF Metal — organic frameworks DUT | University of Oslo H2NDC 2,6-naphthalenedicarboxylic acid H:SNDC 4-sulfonaphthalene-2,6-dicarboxylic acid X-ray Photoclectron Spectrocopy Energy Dispersive X-ray Scanning Electron Microscopy Transmission Electron Microscopy Secondary Building Unit Atomic Absorption Spectrophotometric li DANH MỤC BANG, BIEU VÀ SƠ DO BlBE 2), aca ee ON acter create nner 21 Bang 2. Bảng thiết bị/đụng cụ. Thanh phan các nguyên tô từ gián đồ EDX. Các tham số của ba mô hình dang nhiệt hap phụ được sử dụng khảo sát quá trình hap phụ Co* của vật liệu DƯT-52- SOsH.
Các thông số của phương trình động học biểu kiến hap phụ Co* của vật liệu DƯT52- SÚT sisisssssssonssooscnssiaiisssasesoosssasanvosssuiaisiensssonssssnavasssssssiciarsoiossssssovasisinisinancsesesssnssseveuvsssoasrasioessseninis 40 Bảng 3. Dung lượng hap phụ Co** cực đại của một số vật liệu MOE.- 40 iv Danh mục hình ảnh Hình 1. Sự hình thành vật liệu MOF. MOF có độ xốp, điện tích bề mặt và độ dẫn điện.
s2 22222 14 C6 the ur f0 nốt. Mô tả phương pháp nhiệt dung môi. Phan ứng tông hợp linker H›SNDC. cua sneereoe 22 Hình 22.
Quy trình tông bợp iinker H:SNĐC. Quy trình tông hợp DUT-52- SOsH. Gian đồ PXRD của các mẫu DUT-52- SOsH (đỏ) so với cấu trúc mô phỏng €0niUTS32I6D). PAS FT-IR của DƯT-52: SOI H cuacccccannnngankkbioiadiiiiokidiboiiididiiskagighigb 31 Hình 3.
Phô EDX của DUT-52-SOsH đã hoạt hóa (a); phỏ EDX-mapping của vật liệu DUT:S2-SO;NH Gai Oat BGG (]qeeeaaennninnoeeeeooannoooooiŸaiaannnnenoooiiiiannnnnnnune 32 Hình 3. Đường cong TGA-DSC của vật liệu DƯT-52- SO:H. Anh SEM của vật liệu DUT-52- SO:H với độ phân giải (a) 1; (b) 2um. Ảnh TEM của vật liệu DUT-52- SO3H với độ phân giải (a) 50: (b) 200nm.
(a) Đồ thị biểu diễn dung lượng hap phụ ion Co?* của DUT-52-SOaH theo pH, (b) D6 thị biểu diễn dung lượng hap phụ ion Co** và hiệu suất hap phụ ion Co”*(H) của DUT-52-SOsH theo khối lượng.--csse 37 V DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Đường chuẩn Co* trong khoảng nông độ 2 — 20 mg L. 48 Phu lục 2: Đường hap phụ đăng nhiệt N> tại 77 k của vật liệu DUT-52- SO:H. 48 Phụ lạc 3: FHFT-IR của DUT-52 SOI su cccceooiiiiiiiiiiiiiiiianiiee 49 Phụ lục 4 : Dung lượng hap phụ ion Co(II) của DUT-52-SOsH theo pH dung dich.49 Phụ lục 5: Hiệu suất hap phụ Co(II) của DƯT-52-SO:H theo khối lượng. 50 Phu luc 6: Hiệu suất hap phụ Co(II) của DUT-52-SOsH theo thời gian.
50 Phụ lục 7: Dung lượng hap phụ Co(H) của DUT-52-SOsH theo nồng độ Co””. 51 Phụ lục 8: Dung lượng hap phụ Co(II) của DUT-52-SO:H theo thời BINLea===z 52 vị MỤC LỤC DLỜI CÁM ỐNG cceececccecceioibotiottiS2t0200260050006123018000300121116011300080060030308008000365 ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT VÀ KÝ HIỆU.--- iii DANH MUC BANG, BE U VÀ SỐ ĐỒ ssssesisssescssecsscssccsssssssasseavcaveeseesscesssocsesses iv ĐANHMIGEHINH IN ssa ssccscnecacesscesscsstesssassscssscssscassesssscssssssscssecsstssstecd Y DANH MU CAC PHU ĐI gagggỹ-anii-iỹannỷ-ỷ-aaarotdonordtotsrsee ví ME ——=————=—_--ẽ=--==-==-=- vii MỜ BAU bssssssssnssssssssasssnsssssisostinainsnienmnnannnianimmnnmnmmmme 9 CHƯƠNGI. ‘TONG QUAI ssssssssscsssssssasscatccarseasanssorivoni tani tssaseesanasseeavenanseavesive’ 11 1. Giới thiệu chung vẻ vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF).
Khái quát lịch sử ra đời của vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) 89145) Giới thiệu vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOE).Phương pháp nhiệt dung môi. Các ứng dụng cua vật liệu MÓE. 16 PAU SO 0) ee 16 1. Đặc điểm của vật liệu Zr-MOF.
Hướng nghiên cứu và tong hợp Zr-MOEF. Thực trang 6 nhiễm cobalt trong nước. Nguồn gốc của 6 nhiễm cobalt trong nước. Tác hại của cobalt đến sinh vật và con người .4 Ung dung phương pháp hap phụ dé xử lý 6 nhiễm cobalt trong nước.
Héa chat, dung cu va thiết TT 21 2 AACA CRN cisssscscsstcsencnanamaacaeenammnaaaneennane 21 DI PL TRV Bh aa UNAS ON cece acescasccscesssoscscscosscstesscessesnesatazecscassescassces 21 2D: Chay trình:tổng hợp WOt HOU sss cascsscesicesassosssescoscassasseassosasesosseaseosavsasseassusessees 22 vi 2. Tông hợp linker 4-sulfonaphthalene-26-dicarboxylic acid (SN lasssessscssssasssasasssssasasssaacsnasasasasssasasasassanasscssacasssasascsasasassisacssases 22 2. Tổng hợp vật liệu Zr-MOF có biên tính với nhóm sulfonic (DUT- TIẾP OED :á::n555:15:53535553055805985638188638356555856086953815881353585395548ã587598685i80588753555858E 24 2. Khảo sát kha năng hap phụ cobalt của vật liệu DUT-52- SO:H trong môi trường TƯ ỦỂ(¡04006104006101040041031030061030300640460610400610261264061066086063026036064064868 25 2.
Ảnh hưởng của pH. Ảnh hưởng của lượng chat hap phụ. Dang nhiệt hấp phụ .-sccsctc 2tr tt 25 2. Động học hap phụ .-s-©<stcs te Ext2Ex2Excrktrrrkerrseie 25 2.4 Xử lí số liệu.
Các phương pháp nghiên cứu hóa lí hiện đại. Tông hợp va đặc trưng cau trúc của vật liệu Zr-MOF có gắn nhóm chức sulfonic (DUT-S52-SO:H). HH 10112112 0 1H nh HH kg 29 3. Tính chat hap phụ Co?* của vật liệu.
Anh hưởng của pH và lượng chất hấp phy. Nghiên cứu các mô hình hap phụ dang nhiệt. 36 Did ds phiến cứu CONS OC nsssasanraanrsiirrooirirniniiitirtiiirosaona 38 3. So sanh kha nang hap phụ Co** của vật liệu Zr-MOE.
40 KÉT LUẬN VÀ KIDNNGHĨSGccereeeeeeeeeeeereeriooenoeoioirssgsnoacỏ41 TAT LIEU THAM KHẢ O Ga ggggaỹỹ-ỹ-.--anaaaa-aagtodirritottttqiittenenai42 PHU LUC 55.48 Vill MỞ ĐÀU Ngày nay các ngành công nghiệp có tác động tích cực tới mọi mặt của đời sống xã hội. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển là vẫn dé ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trưởng nước. Trong số tat cả các chat 6 nhiễm, kim loại nặng đặc biệt nhận được sự quan tâm hàng đầu từ các nhà môi trưởng học, hóa học và sinh học do bản chất cực kỳ nguy hiểm của chúng [1]. Hơn nữa, đo tính không phân hủy sinh học của kim loại nặng, các chat 6 nhiễm này gây mối de dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và sự sống của các sinh vật thủy sinh thông qua quá trình tích lũy và nông độ lên qua chuỗi thức ăn, ngay cả khi chúng có nồng độ rat thấp trong các nguồn nước [2].
Có rat nhiều phương pháp dé xử lí kim loại nặng trong nước chăng hạn như phương pháp trao đôi ion, kết tủa ion trong dung dich, màng lọc, hap phụ.Trong đó hap phụ đang là một hướng nghiên cứu day tiềm năng, vật liệu dùng cho phương pháp hap phụ rất đa dang như zeolite, nanosized metal oxides (NMO§), carbon-based materials, vật liệu khung kim loại hữu co (MOP). Tuy nhiên, các vật liệu ran xốp truyền thông (than hoạt tính, zeolite) còn nhiều nhược điểm như: điều kiện tông hợp lâu, tiêu tốn năng lượng nhiệt khi nung, sản phâm kém đa dạng khó đáp ứng được trong một vải ứng dụng thực tiễn [3-5]. Trong bai báo cáo nảy, tôi dé xuất quy trình tổng hợp một loại MOF, trong đó sử dung Zr làm tâm kim loại và cầu nối hữu cơ naphthalene-2,6-dicarboxylic acid được biến tính bởi các nhóm sulfonic, chúng có cấu trúc giống với vật liệu DUT-52 (DUT-52: Dresden University of Technology) [6]. Vật liệu nay có độ bền tương đối cao và bên trong nhiều dung môi như nước, acetone, benzene và DME.
Vật liệu Zr-MOE đã được tông hợp bằng phương pháp dung nhiệt với nhiệt độ phan ứng là 120°C. Đã có rat nhiều công trình nghiên cứu vẻ vật liệu MOF trên thé giới đã được công bó. Kết quả công bố cho thay, chúng là vật liệu xứ lí kim loại nặng có hiệu qua cao. Tuy nhiên, việc biến tính các nguyên liệu nay thành vật liệu đề hap phu kim loai nang con rat it được quan tâm, nghiên cứu.
Một số khu vực có nhiều khu công nghiệp, trừ lượng lớn tài nguyên khoáng sản, sau khai thác kim loại, van dé kiểm soát môi trường nước bị ô nhiễm nhằm giảm thiêu mức độ ô nhiễm cho cư dan khu vực khai thác mỏ vẫn là vấn dé cần được quan tâm, nghiên cứu và dau tư thích dang. Cobalt độc hại cấp tính với liều lượng lớn hơn, và tiếp xúc tích lũy, lâu đài ngay cả ở mức thấp, ví dy như phơi nhiễm nghề nghiệp. có thé làm phát sinh các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe liên quan đến các cơ quan và mô khác. Các tác dụng phụ có thẻ bao gồm tuyến giáp (ức chế coban của tyrosine iodinase, bướu cô vả hồn hop), phôi.
da (viêm da tiếp xúc dị ứng) va hệ thông miễn dich, và có thê bao gồm (xem bên dưới) khả năng gây ung thư. Vì vậy việc nghiên cứu xác định hàm lượng của ion cobalt trong nước là vấn dé can thiết đối với sức khoẻ cộng đồng [7]. Do đó, tôi chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp là “Tổng hợp vật liệu MOE trên cơ sở biến tinh linker để tăng cường kha năng hap phụ Co” trong nước”. Nếu đẻ tài hoàn thành sẽ giúp cải thiện môi trường nước sinh hoạt và nâng cao sức khỏe của cộng đồng tại các khu vực bị ô nhiễm.
Giới thiệu chung về vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) 1. Khái quát lịch sử ra đời của vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) Metal-Organic Frameworks (MOF) là một lớp vật liệu tiên tiền, được định nghĩa là các cấu trúc tinh thẻ kết hợp giữa các ion kim loại và các ligand hữu co, tạo nên một mạng lưới phức tạp với các lỗ hông và kênh rỗng [8]. Nghiên cứu về vật liệu này bắt đầu vào những năm 1990, khi các nhà khoa học bắt đầu khám phá ra những khả năng độc đáo của việc kết hợp các thành phần vô cơ và hữu cơ.