Nghiên cứu chế tạo và khả năng oxi hóa m-xylen của vật liệu xúc tác Bi2Zr2O7

Vật liệu Bi2Zr2O7 đã được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt - nung (Hydrothermal-calcination method). Ảnh hưởng của độ pH và nhiệt độ nung lên tính chất của vật liệu đã được khảo sát thông qua nhiễu xạ kế tia X (XRD), phân tích nhiệt vi trọng (DGT), quét nhiệt lượng (DSC), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán sắc năng lượng (EDS), xác định diện tích bề mặt riêng BET (Micromeritics Tristar 3000 V6.04).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo và khả năng oxi hóa m-xylen của vật liệu xúc tác Bi2Zr2O7JOURNAL OF SCIENCE OF HNUENatural Sci. 2017, Vol. 62, No. 3, pp. 10-16This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vnDOI: 10.18173/2354-1059.2017-0002NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢ NĂNG OXI HÓA m-XYLENCỦA VẬT LIỆU XÚC TÁC Bi2Zr2O7Nguyễn Thị Thanh Nga1, Nguyễn Văn Hải2, Nguyễn Đăng Phú1và Nguyễn Văn Hùng112Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà NộiKhoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà NộiTóm tắt. Vật liệu Bi2Zr2O7 đã được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt - nung(Hydrothermal-calcination method). Ảnh hưởng của độ pH và nhiệt độ nung lên tính chất củavật liệu đã được khảo sát thông qua nhiễu xạ kế tia X (XRD), phân tích nhiệt vi trọng (DGT),quét nhiệt lượng (DSC), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán sắc năng lượng (EDS), xác địnhdiện tích bề mặt riêng BET (Micromeritics Tristar 3000 V6.04). Kết quả chỉ ra rằng vật liệukết tinh tốt khi nung ở 600 C. Vật liệu Bi2Zr2O7 được dùng làm chất xúc tác để oxi hóam-xylen ở nhiệt độ 250 - 400 C. Thực nghiệm cho thấy độ chuyển hóa m-xylen đạt tới trên 90%.Kết quả đó chỉ ra rằng vật liệu Bi2Zr2O7 được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt - nung cókhả năng được sử dụng để chuyển hóa các chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại (VOCs) trongkhông khí.Từ khóa: Phương pháp thủy nhiệt - nung, vật liệu Bi2Zr2O7, oxi hóa m-xylen.1. Mở đầuVật liệu bán dẫn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xử lí ô nhiễm môi trường nước vàkhông khí bằng cách phân hủy các chất ô nhiễm và khử trùng [1, 2]. Đây được xem là phươngpháp hiệu quả và đầy hứa hẹn do sử dụng các chất xúc tác thân thiện với môi trường. Gần đây họvật liệu sắt điện Pyrochlore dựa trên nền bismuth đã được nghiên cứu và định hướng ứng dụngcho việc xử lý ô nhiễm môi trường nước như Bi2Sn2O7 [3-5], Bi2Ti2O7 [6, 7], Bi2 Zr2O7 [8, 9]. Hiệnnay, ở các thành phố và khu công nghiệp, không chỉ nguồn nước bị ô nhiễm mà bầu không khícũng đang bị ô nhiễm nặng nề do các chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile Organic Compounds:VOCs) phát sinh từ khí thải công nghiệp và các phương tiện giao thông. Trong số đó, m-xylen(1,3-đimetylbenzen) là chất khí thải độc hại có nồng độ lớn được phát tán từ dầu và xăng của cácđộng cơ. Con người bị nhiễm độc hơi xylen qua con đường hô hấp và ăn uống. Khi nhiễm độcxylen ở nồng độ cao sẽ làm suy giảm chức năng thị giác, chức năng phổi, có thể gây hỏng gan vàthận [10]. Do m-xylen là một chất hữu cơ bền dễ bay hơi, để xử lí m-xylen có thể sử dụng cácphương pháp hấp phụ, hóa sinh, hóa học để giảm thiểu xylen trong khí thải và chuyển hóa hoàntoàn xylen thành các chất không độc hại hoặc ít độc hại, phản ứng oxi hóa sử dụng xúc tác đượcxem là có hiệu quả cao. Một số chất xúc tác được dùng để oxi hóa m-xylen đã được nghiên cứunhư CuO/CeO2 [11, 12], Co3O4/Al2O3 [13, 14], CuO/SiO2 [15].Ngày nhận bài: 22/2/2017. Ngày nhận đăng: 23/3/2017.Tác giả liên hệ: Nguyễn Văn Hùng, e-mail: hung.nv@hnue.edu.vn10Nghiên cứu chế tạo và khả năng oxi hóa m-xylen của vật liệu xúc tác Bi2Zr2O7Trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của độ pH và nhiệt độ nung lên tính chấtvà khả năng oxi hóa của vật liệu Bi2Zr2 O7 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt - nung, khảo sátmột số tính chất của vật liệu qua các phép đo XRD, SEM, DGT, DSC, EDS. Vật liệu Bi2 Zr2O7được nghiên cứu làm chất xúc tác cho phản ứng oxi hóa m-xylen. Kết quả thực nghiệm cho thấy,sử dụng chất xúc tác Bi2Zr2O7 trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen đã chuyển hóa tới 90%.Tốc độ chuyển hóa m-xylen phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và thời gian phản ứng.2.Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm2.1.1. Chế tạo vật liệu Bi2Zr2O7Vật liệu nano Bi2Zr2O7 được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt - nung với các tiền chấtBi(NO3)2.5H2O và ZrO(NO3)2. Đầu tiên, 5 mmol Bi(NO3)2.5H2O hòa tan trong 20 mL HNO3 và 5 mmolZrO(NO3)2 trong 30 mL nước cất, dung dịch được pha trộn với nhau trên máy khuấy từ trong 60 phút.Độ pH của dung dịch tiền chất được điều chỉnh từ 8 đến 12 bằng dung dịch NH3-H2O. Dung dịchđồng nhất được đặt vào bình Teflon và tiến hành quá trình thủy nhiệt ở 200 oC trong 4 giờ. Saukhi để nguội đến nhiệt độ phòng, dung dịch được li tâm tốc độ quay 2500 vòng/phút để tách mẫura khỏi dung dịch và lọc rửa mẫu bằng nước cất. Quá trình tách và rửa sạch mẫu được tiến hành 4lần, sau đó mẫu được lọc rửa trong cồn và sấy khô ở nhiệt độ 80 oC trong 24 giờ. Cuối cùng, mẫubột nghiền mịn được ủ 4 giờ ở nhiệt độ từ 300 C đến 600 C.2.1.2. Các phương pháp nghiên cứu tính chất của vật liệu Bi2Zr2O7Cấu trúc tinh thể và quá trình tinh thể hóa của bột xúc tác Bi2Zr2O7 được khảo sát bằngphương pháp nhiễu xạ bột tia X (XRD) trên nhiễu xạ kế Siemens D5005. Hình thái của mẫu đượcquan sát bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường S4800-Hitachi (FE-SEM). Phương pháphấp thụ và giải hấp thụ đẳng nhiệt N2 được dùng để xác định diện tích bề mặt của mẫu sử dụngthiết bị Micromeritics Tristar 3000 V6.04. Quá trình oxy hóa ...