Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-Co

Một loạt các nguyên liệu gốc hydrotalcite có chứa các chế phẩm Mg-Al-Co được tổng hợp thông qua phương pháp đồng ngưng sử dụng các muối kim loại tương ứng làm tiền chất trong môi trường kiềm. Nhiều thông số chẳng hạn như tỷ lệ mol của tiền chất, nhiệt độ và thời gian đã được nghiên cứu để làm rõ ảnh hưởng của chúng lên phản ứng co ngưng tụ. Vật liệu tổng hợp thu được từ các thông số đã chọn được nung ở các mức khác nhau nhiệt độ như 200, 300, 400 và 500 oC để ước tính ổn định nhiệt của nó. Một số kỹ thuật đã được áp dụng bao gồm XRD và SEM để mô tả các vật liệu đã chuẩn bị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-CoTạp chí Hóa học, 55(1): 6-11, 2017DOI: 10.15625/0866-7144.2017-00408Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-CoNguyễn Khánh Diệu Hồng, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Trung Thành*Trường Đại học Bách khoa Hà NộiĐến Tòa soạn 25-01-2016; Chấp nhận đăng 6-02-2017AbstractA series of hydrotalcite based materials containing Mg-Al-Co compositions were synthesized throughco-condensation method using corresponding metallic salts as precursors in alkaline environment. Many parameterssuch as molar ratios of the precursors, temperature and time were investigated to clarify effects of them on theco-condensation reactions. The as-synthesized material obtained from the chosen parameters was calcined at differenttemperature such as 200, 300, 400 and 500 oC for estimating its thermal stability. Some techniques were appliedincluding XRD and SEM for characterizing the prepared materials.Keywords. Hydrotalcite, brucite, co-condensation, layer double hydroxides.1. MỞ ĐẦUđộng thực vật hoặc các axit béo tự do hiện đangđược quan tâm hơn cả, do hướng đến việc tổng hợpcác hydrocacbon có thể sử dụng làm nhiên liệu xanh.Phản ứng decacboxyl hóa dầu, mỡ động thực vật yêucầu tính bazơ cao, độ dị thể tốt và phải ổn định trongmôi trường phản ứng ở nhiệt độ cao, vì vậy các xúctác trên cơ sở hydrotalcite nhận được nhiều sự chú ý.Một số xúc tác điển hình trên cơ sở hydrotalciteđã có nhiều nghiên cứu trên thế giới bao gồm các hệxúc tác 2 kim loại Mg-Al, 3 kim loại Mg-Al-Ni,Ni/Mg-Al… [1, 2]. Tuy nhiên, việc đưa các kim loạichuyển tiếp khác ngoài Ni vào cấu trúc hydrotalcitđể ứng dụng cho quá trình decacboxyl hóa vẫn chưađược nghiên cứu, trong khi chúng rất quan trọngnhằm đánh giá hiệu quả của các kim loại chuyển tiếpkhác nhau đến hoạt tính của các xúc tác dạnghydrotalcite. Vì vậy, trong bài báo này, chúng tôiđưa ra quy trình chế tạo vật liệu dạng hydrotalcit 3kim loại, sử dụng Co2+ cho quá trình thay thế đồnghình các ion kim loại khác trong hydrotalcit. Xúc tácchế tạo được sẽ được ứng dụng vào chính quá trìnhdecacboxyl hóa trong một nghiên cứu khác, nghiêncứu này có mục đích tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởngcủa quá trình đồng ngưng tụ đến sự hình thành cấutrúc xúc tác.Vật liệu hydrotalcite thuộc loại khoáng tự nhiênvới cấu trúc lớp kép tương tự cấu trúc brucite củaMg(OH)2, trong đó một phần các ion Mg2+ đượcthay thế đồng hình bởi các ion Al3+, tạo nên một sựdư điện tích dương được bù trừ bằng các anion xengiữa các lớp kép [1]. Cấu trúc đặc biệt mang lại chohydrotalcite khả năng biến tính linh hoạt theo nhiềuphương pháp, đặc biệt là khả năng đưa thêm mộthoặc nhiều ion kim loại vào cấu trúc lớp kép cũngtheo phương pháp thay thế đồng hình. Nhờ những sựkhác biệt về mặt điện tích, độ điện âm và bán kínhcủa các ion kim loại đưa vào mà sẽ làm gia tănghoặc tiêu giảm tính chất axit – bazơ của vật liệu mới[2]. Mặt khác, cũng do sự phân bố của các ion kimloại trong mạng tinh thể lớp kép rất đồng đều, vậtliệu dạng hydrotalcite dù trước hay sau khi nung đềuchứa một hệ gọi là “oxit phức hợp” của các kim loại(ví dụ …-Mg-O-Al-O-Ni-…), nên các tính chất axit– bazơ đặc thù của hệ này rất ổn định bất kể độ bềnnhiệt của cấu trúc lớp kép cao hay thấp [1]. Ngoàinhững tính chất đặc biệt trên, vật liệu dạnghydrotalcite luôn có một bề mặt riêng tương đối caosau quá trình nung nhờ sự giải phóng một phần cácanion xen giữa, thể hiện tính khử khi chuyển các ionkim loại chuyển tiếp về dạng đơn chất… Do đó, đãcó nhiều nghiên cứu chế tạo các xúc tác trên cơ sởhydrotalcite, ứng dụng vào các phản ứng cần xúc táccó tính oxi hóa – khử [3-5] hoặc tính axit – bazơ[6, 7].Trong các phản ứng cần sử dụng xúc tác mangtính axit–bazơ, phản ứng decacboxyl hóa dầu, mỡ2. THỰC NGHIỆM2.1. Hóa chấtCác hóa chất sử dụng cho quá trình điều chế xúctác dạng hydrotalcit Mg-Al-Co bao gồm:Mg(NO3)2.6H2O,Al(NO3)3.9H2O,6TCHH, 55(1) 2017Nguyễn Trung Thành và cộng sựPhương pháp XRD được ghi trên máy D8Advance Bruker diffractometer sử dụng nguồn pháttia X là CuKα (λ = 0,15406). Ảnh SEM chụp trênmáy Field Emission Scaning Electron Microscope S– 4800.Co(CH3CO2)2.4H2O, Na2CO3, NaOH. Xuất xứ cáchóa chất: Merck - Đức.2.2. Chế tạo vật liệu dạng hydrotalcit Mg-Al-CoVật liệu dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-Cođược tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa giữacác muối chứa các kim loại tương ứng là Mg(NO3)2,Co(CH3CO2)2 và Al(NO3)3. Quá trình điều chế vậtliệu như sau: một lượng nhất định của ba muốiMg(NO3)2, Co(CH3CO2)2và Al(NO3)3 được hòa tanvào 200 ml nước cất theo tỷ lệ thích hợp củaMg/Al/Co. Hỗn hợp dung dịch tạo thành được nhỏtừ từ vào 200 ml dung dịch chứa Na2CO3 (1 molMg2+ tương ứng với 2 mol Na2CO3), kết hợp khuấytrộn ở nhiệt độ phòng và có độ pH không đổi (pH =9,5±0,5). Độ pH của hỗn hợp được điều chỉnh bằngdung dịch NaOH. Sau đó, hỗn hợp được đưa vàotrong bình cầu đặt trên bế ...