CHƯƠNG 1, TONG QUAN. WAT LIEU KHUNG XÓP.- 22-22 222E2EEE2EEE2EEEEEE2EE12 3122112212232 ce, 4 1. VAT LIEU KHUNG CƠ KIM LOẠI (MOBS). Guidi thiệu vật liệu khung hữu cơ- kim loại.
_ Lịch sử ra đời của vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFE§). 5 33 Chambre ve HDD.ŸŸỶŸŸnỶŸŸa na aỶaaaanaen 7 1. Các phương pháp tong hợp MOE. WAT LIEU Zr-MOFS (UiO-66).
Cau trúc và đặc điểm. Một số phương pháp tông hợp Zr-MOFS (UiO- 66). Ô NHIỄM KIM LOẠI NANG TRONG NƯỚC. Thực trang ô nhiễm chi trong nước.
Tác hại của chi đến sức khỏe con người. Phuong pháp xửlíchì biệu quả. 22-22-22 2200211022112211 1121112 2111012022ee 23 BD, HOAs CHAT) DUNG GU oo sissssssessscessscissossscsssssssssivessinsisssiscasssusonviansaaasoonscasss 23 QD. Hóa Chat ec eececcccesccsesseesseevessvessessvesssssssnrsesesssessesassestescesstssensessetseeeseteseesees 23 BD, THÍ.
ốc cố cố n0ốố 23 2. TONG HỢP VAT LIỆU. Tông hop linker 6-sulfonaphthalene-1,4-dicarboxylic acid (H:SNAA). Tổng hợp vật liệu Zr-MOFs có biến tính với nhóm chức sulfonic (UiO- GP NIÊN = S011} 212115221151712214321533197833483393203335133315371281283531481340312058254233325512831812133213223724 25 2.
Xây dựng đường chuẩn Pb* trong nước. Khảo sát khả năng hap phụ chì của vật liệu Zr-MOFS trong môi trường nước 27 DAM, Ảnhihởng chap soasosoaoan-annn-nnn-nnnnỳ-nnnnainngintidninitruinniaiania 27 2. __ Ảnh hưởng của lượng chat hấp phụ. Đăng nhiệt hấp phụ.
Đồn học Wap DNN. (Các phượng pháp nghiên cũu. Phố hồng ngoại biến đỗi Fourier (FT-IR). Phương pháp phân tích nhiệt(TGA).
_ Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Hiện vi điện tử quét (SEM) và hiên vi điện tử truyền qua (TEM). PhO tán xạ tia X (EDX). Phuong pháp quang phd hap thụ nguyên tử - AAS.
Nghiên cứu động học hap phụ. Nghiên cứu đăng nhiệt hấp phụ. KET QUA VÀ THẢO LUẬN. Tổng hợp và đặc trưng cấu trúc của vật liệu Zr-MOFs có gắn nhóm chức H00 1Š.
Tính chất hap phụ Pbể của vật liệu UiO-66-NDC-SO:H. Ảnh hưởng của lượng chất hap phụ. Nghiên cứu các mô hình hap phụ đăng nhiệt. Nghiêncứuđộng học.
_ So sánh khả năng hap phụ Pb** của vật liệu Zr- MOE&.- 47 Be WSN WA RIENING EN ccsisccaccanuanasanncnannamensmanemiammananeanemais 49 TÀI LIEU THAM KHẢO. 50 |1: 1ÚÚ ĐI ớ an Ca 56 iv DANH MỤC BANG Bang 1. Các kỹ thuật phân tích vật liệu. Dung lượng hap phụ cực đại Pb?* của một số vật liệu.
Danh mic hóa chất sử Gig. Danh mục các thiết bị sử dụng. Thành phan các nguyên t6 từ giản đồ EDX. Các tham số của ba mô hình đăng nhiệt hap phụ được sử dụng khảo sát quá trình hap phụ Pb** của vật liệu UiO-66-NDC-SO2H.
Các thông số của phương trình động học biéu kiến hap phụ Pb°* của vật liệu UMO=66=NDG=SOIH c:iccosoeooooeeoooioooooiooooroiiriiara-giidiioaina 47 Bang 3. Dung lượng hap phụ cực đại Pb?*. 25 cscccceiecseerrrercrvee 48 v DANH MỤC HÌNH Hình 1. Cấu trúc vật liệu nano Xốp.--22-©222222C22SC222222E22E22222EEecrrrrrrrres 4 Hình 1.
Sự hình thành vật liệu MOEFS. Cau trúc của MOF-2 được xây dung từ Znz(CO›):(H:O)› va H2BDC. Những đơn vị cầu tạo nên vật liệu MOES. Giới thiệu một số cau trúc vật liệu MOFs.
Một số các linker của vật liệu khung kim loại hữu cơ. Sự hình thành cấu trúc MOFs bằng phương pháp dung nhiét. Sự hình thành cấu trúc MOFs bằng phương pháp sóng siêu âm. Tong hợp MOFs bằng phương pháp điện hóa.
Tông hợp MOEs bằng phương pháp cơ học. Biểu đồ miêu tả điện tích bề mặt riêng của vật liệu. Phân bố ứng dụng của MOEs. Khả năng lưu trừ CO2 của MOP-177 o.
Phản ứng chuyên hoá methane thành acid acetic sử dụng MIL-47 và MOESGIlmXÚG ÍÁG:::. Cấu trúc của Ui0-66. Anh hưởng của số lượng nhóm SO:H đến dung lượng hap phụ MB của DUT-52, VNU-17 và VNU-23. Phan ứng tông hợp linker H3SNAA o.
Đường chuẩn PbỶ trong khoảng nông độ 2-20 mg L-Ì. Hiện tượng các tia X nhiều xạ trên các mặt tinh thẻ chat rắn. Giản đồ PXRD của vật liệu UiO-66-NDC-SO¿:H. Phd FT-IR UiO-66-NDC-SO:H (40).3 Pho EDX của UiO-66-NDC-SO3H đã hoạt hóa (a); Ph EDX-mapping của vật liệu ƯiO-66-NDC-SO:HH đã hoạt hóa (B).
cee cseeceeeceseeseeeaeeeteseeeenees 39 Hình 3. Đường cong TGA-DSC của vật liệu UiO-66-NDC-SO:H.5 Anh TEM của vật liệu UiO-66-NDC-SO:H với thang do tỉ lệ là 500 nm VA 200 1M 01.6 Anh SEM của vật liệu UiO-66-NDC-SO:H với thang đo tí lệ là 5.00 um VERO BATA a cscccssectasctscccsvsciectsecesacsiscsisssssuessseiissutncssancsissuissuseassaadivesivassssausaarssesveaiine 4] Hình 3. Anh hưởng pH đến kha năng hap phụ.10 (a) Đường động học hap phụ Pb?* của UiO-66-NDC-SO:H. Dữ liệu được đưa vào mô hình (b) động học biéu kiến bậc 1; (c) động học biểu kiến bậc 2 46 vũ DANH MỤC SƠ DO Sơ đô 1.
Quy trình tBng hop linker HSSNAA sscssisssssssssscosscssssaseasssssiassssssssccasscansaien 25 So đô 2. Quy trình tong hop UiO-66-NDC-SO3H.--22222222z S222 26 vill DANH MỤC TỪ VIET TAT AAS Atomic Absorption Spectrophotometric en emai _ acid a set sein ep ——- i |TemsimBmammMGmem ——_ a nan rg [on Organize ————— ix TOM TAT DE TÀI Bối cảnh nghiên cứu: Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư với sự hiện đại hóa và phát triển vượt bậc của các ngành công nghiệp trong nhiều lĩnh vực thì yêu cầu bảo vệ môi trường cũng trở nên cấp thiết hơn. Ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng là van dé đáng báo động hiện nay. Kim loại nặng gây anh hưởng không nhỏ đến chất lượng môi trường nước và đời sống các loài thủy sinh.
Đặc biệt, khi có mặt trong nước sẽ làm giảm hàm lượng oxygen hòa tan gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của các loài thực vật và là tác nhân gây ung thư, tác động trực tiếp đến DNA và các hệ lụy lâu dài cho sức khỏe con người. Chính vì vậy, nghiên cứu tập trung vào Zr-MOFs nhằm hấp phụ kim loại nặng, từ đó cải thiện được nguồn nước sinh hoạt và chất lượng cuộc sông người đân. Phương pháp: Vật liệu Zr-MOFs được tông hợp bằng phương pháp nhiệt dung môi. Sau đó vật liệu được phân tích cấu trúc, tính chất bắng các phương pháp phân tích hiện đại như phương pháp phô hong ngoại (FT-IR) dé xác định dao động của các nhóm chức bên trong vật liệu.
Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) dé xác định độ bên nhiệt của vật liệu. Phương pháp nhiều xạ tia X dang bột (XRD) dé xác định độ kết tỉnh của vật liệu. Phương pháp phân tích hình thái be mat (SEM, TEM) đẻ xác định kích thước hat và hình thái bề mặt của vật liệu. Phương pháp xác định diện tích bề mặt của vật liệu bang phân tích đăng nhiệt hap phụ N2 (BET).
Phương pháp tia X phân tán năng lượng (EDX) đẻ xác định thành phần hóa học trên bề mặt của vật liệu. Phương pháp phô hap thụ nguyên tử AAS dé xác định hàm lượng ion Pb** trong nước. Kết quả: Vật liệu Zr-MOFs được tông hợp có dạng khối đa điện với kích thước lỗ xốp trung bình từ 250-300 nm. Zr-MOFs với các nhóm -SOsH phân bố day đặc bên trong cau trúc thích hợp làm chat hap phụ Pb?* thông qua tương tác tĩnh điện, đặc biệt là tại pH = 5,50 với dung lượng hap phụ cực đại là 1348.8 mg g'!, cao hơn hắn các công trình nghiên cứu vật liệu MOFs khác.
Kết luận: Vật liệu Zr-MOFs trở thành ứng cử viên rất tiêm năng trong việc hấp phụ và xử lí kim loại nặng trong nước do có kích thước mao quản lớn và dễ đảng điều chỉnh giúp cho các ion khéch tan và di chuyên vào bên trong mao quản vật liệu tương đối dễ dang. Từ khóa: Vật liệu khung hữu cơ- kim loại. Zr- MOFs (UiO-66-NDC-SO3H), hap phụ Pb**, xử lí nước. XI MỞ DAU Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, thủ công mỹ nghệ trên thế giới và ở Việt Nam, chất lượng cuộc sông của người dân đã có những thay đổi to lớn.
Tuy nhiên, bên cạnh những hoạt động kinh tế tích cực còn có những tác động tiêu cực đến đời sống con người, xã hội và hệ động thực vật. Những tác động này gây 6 nhiễm nghiêm trọng đến không khí, nước.do lượng lớn hóa chất được sử dụng trong nông nghiệp từ chất thải công nghiệp và các sản phẩm như thuốc trừ sâu, phân bón và rác thải sinh hoạt. Ô nhiễm nguồn nước là một trong những vẫn đề nghiêm trọng. cấp bách không chỉ ở một số quốc gia mà còn trên toàn cầu.
ngày cảng de dọa cuộc song và sức khỏe của chúng ta khi hầu hết sông, suối, hồ, sông ở các đô thị đông dân đều bị ô nhiễm nghiêm trọng. Việc loại bỏ kim loại nặng khỏi nước là một vấn đề lớn trong xử lý môi trường vi chúng độc hại ngay cả ở nông độ thấp. Các chat gây 6 nhiễm này xuất hiện trong nước chủ yếu do quá trình sản xuất công nghiệp như khai thác, lọc dau và sản xuất dét may, son. Diéu dang chú ý là sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ độc hại và khó bị phân hủy, có khả năng tích tụ trong cơ thẻ sinh vật và gây ngộ độc cấp tính và mãn tính cho cơ thé con người.
Chì là một kim loại có độc tính rat cao và có khả nang gây ung thư, chì có thé được thải ra môi trường nước từ việc khai thác mỏ. hoặc từ những bình acquy cho các động cơ xe cộ, pin chì, các đường ống dẫn nước sinh hoạt.Chì sau khi đi vào cơ thê sẽ thâm nhập vào xương gây ra các bệnh về xương khớp như loãng xương, ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến hệ thần kinh, sự phát trién trí não. gây cao huyết áp. Trong những năm gan day, có rất nhiều cách dé loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước như lắng đọng, keo tụ- đông tụ, trao đi ion, thảm thấu ngược lọc nano, kết tủa và hấp phụ.
hap phụ là một trong những phương pháp hiệu quả so với các phương pháp khác đẻ xử lý các kim loại nặng độc hại trong nước [2-4], vì các vật liệu sử dụng làm chat hap phụ tương đối phong phú, dễ tông hợp. không đất tiền, thân thiện với môi trường. Đây là van dé dang và được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu. Do vậy, việc tìm kiếm và nghiên cứu chế tạo vật liệu hap phụ có khả năng xứ lí các ion kim loại gây ô nhiễm nước là rat cần thiết.
Gần day, vật liệu khung hữu cơ- kim loại (Metal-Organic Framework, MOFs) chứa các phôi tử hữu cơ và các ion kim loại/cụm kim loại thông qua các liên kết hóa học dé tạo thành mạng cấu trúc hai chiều hoặc ba chiều [5]. So với các vật liệu truyền thống, điểm nỗi bật của vật liệu này là cấu trúc với đường kính 16 xốp lớn, diện tích bề mặt cao, kích thước mao quản lớn và đồng đều, có khả năng gắn các nhóm chức năng hóa lên cầu nỗi hữu cơ, có thẻ điều chỉnh kích thước khi tổng hợp giúp các chất bị hap phụ dé đi vào va bị giữ lại, có độc tính thắp [6]. Sự có mặt của thành phần vô cơ và hữu cơ trong cầu trúc MOFs cho phép vật liệu có nhiều tính chất khác biệt và đa dang.