Nghiên cứu tổng hợp, tính chất và khả năng ứng dụng vật liệu xúc tác bạc kim loại trên chất mang nhôm oxit

Mở đầu Trong những năm gần đây, công nghệ nano là một bước đột phá trong các ngành khoa học kỹ thuật. Đối tượng của ngành công nghệ này là vật liệu nano, là vật liệu có kích thước rất nhỏ (từ 1-100 nm). Với kích thước nhỏ như vậy, các vật liệu nano thể hiện nhiều đặc tính thú vị khác thường mà trước đây chưa từng thấy xuất hiện ở các vật liệu thông thường khác. Đó là các tính chất khác thường về nhiệt độ nóng chảy, từ tính, điện dung, màu sắc .Vì vậy, vật liệu nano được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như: công nghệ điện tử, viễn thông, y tế và sức khoẻ, năng lượng, môi trường, quân sự . Người ta hi vọng có thể sử dụng vật liệu nano để tạo ra những máy móc, thiết bị và những sản phẩm mới ưu việt hơn. Trong số các vật liệu nano, các hạt nano của các kim loại quí, trong đó có bạc nano đóng vai trò vô cùng quan trọng. Vật liệu nano bạc là một loại vật liệu nhận được sự quan tâm chú ý của các nhà khoa học cũng như các nhà doanh nghiệp. Ngoài những đặc tính chung của vật liệu nano, hạt bạc kích thước nano còn có những tính quý khác như: tính quang, tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, khả năng chống oxi hoá, khả năng diệt khuẩn, tẩy trùng và là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các vi mạch điện tử. Vì nhu cầu về hạt bạc nano ngày càng cao nên nhiều nghiên cứu tập trung điều chế bạc nano với qui trình đơn giản, hiệu quả cao, kích thước hạt như mong muốn. Trong luận văn này, chúng tôi “Nghiên cứu tổng hợp, tính chất và khả năng ứng dụng vật liệu xúc tác bạc kim loại trên chất mang nhôm oxit”. Kết luận 1. Đã tổng hợp được vật liệu xúc tác bạc kim loại trên nền chất mang nhôm oxit (Ag/Al2O3) có kích thước nano bằng các phương pháp: Đồng kết tủa (10 mẫu), Sol-gel (6 mẫu) và phương pháp tẩm (4 mẫu). Kết quả nghiên cứu cho thấy sản phẩm thu được là Ag/Al2O3 tinh khiết. Nhiệt độ tốt nhất cho quá trình phân hủy Ag2CO3, Al(OH)3 và AgNO3 là 400oC. 2. Đã phân tích các đặc trưng của vật liệu bằng phương pháp XRD, chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM), chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), ghi phổ tán xạ năng lượng (EDS). Các kết quả phân tích cho thấy hạt Ag/Al2O3 có dạng hình cầu có độ đồng đều cao, kích thước trung bình từ 30 - 60 nm. Hàm lượng bạc trong mẫu gần bằng với hàm lượng của nó trong nguyên liệu đầu. 3. Đã tiến hành thử hoạt tính xúc tác của sản phẩm với phản ứng phân hủy H2O2. Kết quả cho thấy vật liệu Ag/Al2O3 có hoạt tính xúc tác mạnh hơn vật liệu Al2O3 tinh khiết. Khi hàm lượng bạc tăng khả năng xúc tác của vật liệu tăng. Vật liệu được điều chế bằng cách nung ở 400oC theo phương pháp đồng kết tủa có khả năng xúc tác tốt nhất. 4. Đã tiến hành thử hoạt tính xúc tác làm mất màu của phẩm nhuộm xanh methylen. Kết quả, cho thấy màu xanh của xanh methylen nhạt đi nhanh chóng. Hàm lượng bạc trong mẫu càng lớn thì khả năng mất màu của dung dịch xanh metylen càng nhanh. 5. Đã tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn với vi khuẩn Escherichia Coli (EC). Kết quả cho thấy vật liệu Ag/Al2O3 có hàm lượng Ag lớn thì khả năng kháng khuẩn lớn. Mẫu nung ở 400oC có khả năng kháng khuẩn tốt nhất.

doc33 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 19/08/2013 | Lượt xem: 2045 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu tổng hợp, tính chất và khả năng ứng dụng vật liệu xúc tác bạc kim loại trên chất mang nhôm oxit, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
chương III: Kết quả và Thảo luận 3.1. Kết quả tổng hợp xúc tác Ag/Al2O3 theo phương pháp đồng kết tủa. Từ sự thay đổi tỷ lệ Ag/Al và thay đổi nhiệt độ nung, chúng tôi tổng hợp 10 mẫu ký hiệu là: MD00, MD10, MD11, MD12, MD20, MD21, MD22, MD30, MD31, MD32. Các mẫu được đưa nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, kết quả thu được được chỉ ra trên các bảng 3.1 và hình 3.1, 3.2. Bảng 3.1: Kết quả tính kích thước trung bình (, nm), thành phần pha các mẫu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa. STT Kí hiệu mẫu Tỷ lệ khối lượng Ag/Al Nhiệt độ nung (OC) , nm Thành phần pha 1 MD00 0/25 400 Al2O3 2 MD10 3/25 300 33,3 Ag-Al2O3 3 MD11 3/25 400 32,3 Ag-Al2O3 4 MD12 3/25 500 32,5 Ag-Al2O3 5 MD20 4/25 300 33,5 Ag-Al2O3 6 MD21 4/25 400 32,7 Ag-Al2O3 7 MD22 4/25 500 32,9 Ag-Al2O3 8 MD30 5/25 300 33.6 Ag-Al2O3 9 MD31 5/25 400 32,6 Ag-Al2O3 10 MD32 5/25 500 33.1 Ag-Al2O3 Mau MD00-400oC Hình 3.1. Giản đồ XRD của mấu MT00, mẫu không có Ag. MD10-3%Ag-300oC (a) MD11-3%Ag-400oC (b) MD12-3%Ag-500oC (c) Mau MD20-4%Ag-300oC (d) Mau MD21-4%Ag-400oC (e) Mau MD22-4%-500oC (f) Mau MD30-5%Ag-300oC (g) Mau MD31-5%Ag-400oC (h) Mau MD32-5%Ag-500oC (i) Hình 3.2: Phổ XRD của mẫu MD10 (a), MD11 (b), MD12 (c), MD20 (d), MD21 (e), MD22 (f), MD30 (g), MD31 (h), MD32 (i). Trên giản đồ XRD của mẫu trắng MD00 xuất hiện một số pic đặc trưng của Al2O3 và không có lẫn các pha lạ, điều này chứng tỏ mẫu Al2O3 điều chế được là tinh khiết. ở nhiệt độ nung 400OC phản ứng phân hủy nhôm hidroxit đã xảy ra hoàn toàn. So sánh giản đồ XRD của các mẫu MD10, MD11, MD12, MD20, MD21, MD22, MD30, MD31, MD32 với giản đồ XRD của của mẫu trắng MD00 cho thấy chúng khác nhau nhiều, xuất hiện các pic đặc trưng của Ag. Điều này khẳng định mẫu tổng hợp được có Ag trên nền chất mang Al2O3. Giản đồ XRD của các mẫu MD10, MD11, MD12, MD20, MD21, MD22, MD30, MD31, MD32 đều có sự giống nhau về cấu trúc, chúng có các pic đặc trưng ở các góc 2 =38,2o, 44,3o và 64,5o rất rõ nét, có đường nền khá phẳng và đồng đều, ngoài ra còn có một số pic đặc trưng của Al2O3 ở các góc 2 =33,8o, 45,2o, mẫu tổng hợp được chỉ chứa Ag và Al2O3 không có một pha lạ nào khác. Điều đó chứng tỏ đã điều chế được Ag/Al2O3 tinh khiết có kích thước nano (hình 3.3, 3.4, 3.5). Để biết được hình thái bề mặt sản phẩm, chúng tôi chọn một số mẫu đi chụp ảnh SEM. Kết quả thu được được đưa ra trên các hình 3.3, 3.4, 3.5. a) b) Hình 3.3: ảnh SEM của mẫu MD11(a) và MD12(b) a) b) Hình 3.4: ảnh SEM của mẫu MD21(a) và MD22(b). a) b) Hình 3.5; ảnh SEM của mẫu MD31 (a) và MD32 (b). ảnh SEM cho thấy kích thước của các hạt tương đối đồng đều. Để biết chính xác sản phẩm thu được có hàm lượng bao nhiêu phần trăm bạc, chúng tôi tiến hành chụp phổ tán xạ năng lượng của mẫu có nhiều bạc nhất của phương pháp đồng kết tủa (mẫu MD31) để kiểm tra. MD31 Hình 3.6: Phổ tán xạ năng lượng của mẫu MD31. Kết quả chụp phổ tán xạ năng lượng (hình 3.6) cho thấy hàm lượng bạc trong mẫu chiếm khoảng 11.42%, Al chiếm 59.58% và O chiếm 29%. Phần trăm nguyên tử của các nguyên tố là Ag 1,70%, Al 48,30%, O 50,00%. So sánh với tỷ lệ nguyên liệu ban đầu Ag/Al2O3 (4/25) thì tỷ lệ hàm lượng Ag/Al có trong sản phẩm (11,42/59,58) có sự sai khác nhưng không đáng kể. 3.2. Kết quả tổng hợp xúc tác Ag/Al2O3 theo phương pháp sol-gel. Trong phần này chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ Ag/Al đến đặc trưng và khả năng xúc tác của sản phẩm. Các mẫu đều được nung ở 400oC và được ký hiệu: MS00, MS11, MS12, MS13, MS14, MS15. Kết quả thu được từ việc nghiên cứu các sản phẩm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X được chỉ ra trên bảng 3.2 và các hình 3.7, 3.8. Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu XRD các mẫu tổng hợp theo phương pháp sol-gel. STT Kí hiệu mẫu Tỷ lệ khối lượng Ag/Al Nhiệt độ nung (OC) Thành phần pha 1 MS00 0/25 400 Al2O3 2 MS11 3,0/25 400 Ag-Al2O3 3 MS12 3,5/25 400 Ag-Al2O3 4 MS13 4,0/25 400 Ag-Al2O3 5 MS14 4,5/25 400 Ag-Al2O3 6 MS15 5,0/25 400 Ag-Al2O3 Mau MS00-400C Hình 3.7: Giản đồ XRD của mẫu MS00, mẫu không có Ag. Mau MS11-400oC (a) Mau MS12-400oC (b) Mau MS13-400oC (c) Mau MS14-400oC (d) Mau MS15-400oC (e) Hình 3.8: Phổ XRD của các mẫu MS11 (a), MS12 (b), MS13 (c), MS14 (e). Trên giản đồ XRD của mẫu trắng MS00 (Al2O3) xuất hiện một số pic đặc trưng của Al2O3 và không thấy xuất hiện các pic lạ, điều này chứng tỏ mẫu Al2O3 điều chế được là tinh khiết. So sánh phổ XRD của các mẫu tổng hợp với phổ XRD của mẫu trắng MS00. Dễ dàng nhận thấy rằng có một số pic của Ag xuất hiện, không thấy xuất hiện các pic của các chất đầu Al(OH)3, Ag2O. Điều này khẳng định mẫu tổng hợp được là Ag trên nền chất mang Al2O3, hoàn toàn tinh khiết và ở dạng tinh thể. Điều đó cũng khẳng định phản ứng phân hủy nhiệt ở 400oC của các chất đã xảy ra hoàn toàn. Các mẫu tổng hợp được có thành phần pha khá giống nhau. Kết quả chụp ảnh SEM của các mẫu MS12, MS13, MS14, MS15 được trình bày trên các hình 3.9, 3.10 cho thấy có một lớp bạc bám đều lên bề mặt chất mang Al2O3. a) b) Hình 3.9: ảnh SEM của mẫu MS12 (a) và MS13 (b) a) b) Hình 3.10: ảnh SEM của mẫu MS14 (a) và MS15 (b) Để khẳng định mẫu tổng hợp được là chất xúc tác Ag trên nền chất mang Al2O3. Tiếp tục tiến hành chụp ảnh TEM của một số mẫu. Qua ảnh TEM của mẫu MS12 và MS14 trên hình 3.11 (a) và 3.11 (b) chứng tỏ rằng hạt Ag phủ lên bề mặt Al2O3 có dạng hình cầu, có kích thước dao động khoảng 30 - 60 nm. kết quả thu được phù hợp với kết quả phân tích. a) b) Hình 3.11: ảnh TEM của mẫu MS12 (a) và MS14 (b) 3.3. Kết quả tổng hợp xúc tác Ag/Al2O3 theo phương pháp tẩm. Trong phần này chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ Ag/Al đến đặc trưng và khả năng xúc tác của sản phẩm. Các mẫu đều được nung ở 400oC. Kết quả thu được từ việc nghiên cứu các sản phẩm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X được chỉ ra trên bảng 3.3 và các hình 3.12, 3.13. Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu XRD các mẫu tổng hợp theo phương pháp tẩm. STT Kí hiệu mẫu Tỷ lệ khối lượng Ag/Al Nhiệt độ nung (OC) Thành phần pha 1 MT00 0/25 400 Al2O3 2 MT11 3 /25 400 Ag-Al2O3 3 MT12 4/25 400 Ag-Al2O3 4 MT13 5/25 400 Ag-Al2O3 Mau MT00 Hình 3.12: Giản đồ XRD của mẫu chụp không có bạc, mẫu MT00 Mau MT12 (b) Mau MT11 (a) Mau MT13 (c) Hình 3.13: Giản đồ XRD của mẫu MT11 (a), MT12 (b), MT13 (c). Trên giản đồ XRD của mẫu MT00, mẫu không có bạc chỉ thấy xuất hiện một số pic đặc trưng của Al2O3, không thấy xuất hiện các pic lạ của các chất đầu nhôm tri-isopropilat. Điều này chứng tỏ mẫu Al2O3 tổng hợp được là tinh khiết. So sánh phổ XRD của các mẫu tổng hợp với phổ XRD của mẫu MT00. Dễ dàng nhận thấy rằng chúng có sự khác nhau nhiều, có một số pic của Ag xuất hiện. Điều này khẳng định mẫu tổng hợp được là Ag trên nền chất mang Al2O3 và ở dạng tinh thể. 3.4. Khảo sát hoạt tính xúc tác của sản phẩm đối với phản ứng phân hủy H2O2. Trong phần này, chúng tôi tiến hành khảo sát hoạt tính xúc tác của 2 dãy sản phẩm: - Sản phẩm điều chế được theo phương pháp đồng kết tủa. - Sản phẩm điều chế được theo phương pháp sol-gel. Phản ứng phân hủy H2O2 có xúc tác: H2O2 H2O + O2 là phản ứng bậc 1, hằng số tốc độ phản ứng được xác định bằng biểu thức: Trong đó : k: là hằng số tốc độ phản ứng (s-1) t: là thời gian phản ứng (s) C0: nồng độ H2O2 ban đầu. x: là nồng độ H2O2 đã phân hủy đến thời t. Nếu gọi V (ml) là thể tích O2 thoát ra khi toàn bộ H2O2 đã bị phân hủy, Vt (ml) là thể tích O2 thoát ra tại thời điểm t thì: ; do đó: Nếu giả thiết phản ứng bậc một là đúng thì đồ thị sẽ là đường thẳng. Kết quả khảo sát khả năng xúc tác của các sản phẩm điều chế được theo phương pháp đồng kết tủa được chỉ ra ở bảng 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 và các hình 3.14, 3.15, 3.16, 3.17, 3.18, 3.19. Bảng 3.4: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu không trắng MD00 (3ml 2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 1.1 0.0 600 2.3 1.2 0.0715 0.119 630 2.4 1.3 0.0777 0.123 660 2.5 1.4 0.0839 0.127 690 2.6 1.5 0.0902 0.131 720 2.7 1.6 0.0965 0.134 750 2.8 1.7 0.1028 0.137 780 2.9 1.8 0.1092 0.140 810 3.0 1.9 0.1156 0.143 840 3.1 2.0 0.1221 0.145 870 3.2 2.1 0.1286 0.148 900 3.3 2.2 0.1352 0.150 V 18.5 17.4 Ktb= 0.136 Hình 3.14: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MD00. Bảng 3.5: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MD10 nung ở 300oC (4% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 13.00 0.0  600 21.15 8.15 0.6752 1.125 630 21.45 8.45 0.7114 1.129 660 21.65 8.65 0.7362 1.116 690 21.85 8.85 0.7617 1.104 720 22.00 9.00 0.7813 1.085 750 22.20 9.20 0.8079 1.077 780 22.40 9.40 0.8353 1.071 810 22.65 9.65 0.8707 1.075 840 22.80 9.80 0.8925 1.062 870 23.00 10.00 0.9223 1.060 900 23.10 10.10 0.9376 1.042 V 29.6 16.60 Ktb= 1.086 Hình 3.15: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mau MD10. Bảng 3.6: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MD11 nung ở 400oC (4% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nớc trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 12.00 600 22.00 10.00 0.7472 1.245 630 22.50 10.50 0.8044 1.277 660 22.80 10.80 0.8403 1.273 690 23.20 11.20 0.8903 1.290 720 23.50 11.50 0.9295 1.291 750 23.90 11.90 0.9843 1.312 780 24.10 12.10 1.0129 1.299 810 24.30 12.30 1.0423 1.287 840 24.60 12.60 1.0881 1.295 870 24.90 12.90 1.1362 1.306 900 25.10 13.10 1.1695 1.299 V 31.00 19.00 ktb= 1.290 Hình 3.16: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MD11. Bảng 3.7: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MD12 nung ở 500oC (4% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 13.00 600 21.15 8.15 0.6029 1.005 630 21.45 8.45 0.6338 1.006 660 21.75 8.75 0.6657 1.009 690 22.00 9.00 0.6931 1.005 720 22.25 9.25 0.7213 1.002 750 22.50 9.50 0.7503 1.000 780 22.80 9.80 0.7862 1.008 810 23.20 10.20 0.8362 1.032 840 23.55 10.55 0.8822 1.050 870 23.85 10.85 0.9233 1.061 900 24.00 11.00 0.9445 1.049 V 31.00 18.00 ktb= 1.020  Hình 3.17: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MD12. Bảng 3.8: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MD31 nung ở 400oC (5% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 5.00 600 23.30 18.30 1.4376 2.396 630 23.55 18.55 1.4824 2.353 660 23.80 18.80 1.5294 2.317 690 24.00 19.00 1.5686 2.273 720 24.20 19.20 1.6094 2.235 750 24.40 19.40 1.6520 2.203 780 24.55 19.55 1.6851 2.160 810 24.70 19.70 1.7194 2.123 840 24.85 19.85 1.7549 2.089 870 25.00 20.00 1.7918 2.059 900 25.10 20.10 1.8171 2.019 V 29.00 24.00 ktb= 2.200   Hình 3.18: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MD31. Bảng 3.9: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MD32 nung ở 500oC (5% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 5 600 19.4 14.40 0.9163 1.527 630 19.7 14.70 0.9480 1.505 660 20.3 15.30 1.0147 1.537 690 20.8 15.80 1.0739 1.556 720 21.3 16.30 1.1368 1.579 750 21.7 16.70 1.1902 1.587 780 22 17.00 1.2321 1.580 810 22.3 17.30 1.2759 1.575 840 22.4 17.40 1.2910 1.537 870 22.5 17.50 1.3063 1.501 900 22.6 17.60 1.3218 1.469 V 29 24.00 ktb= 1.540   Hình 3.19: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MD32. Kết quả khảo sát sản phẩm điều chế được theo phương pháp sol-gel được chỉ ra ở bảng 3.10, 3.11, 3.12 và các hình 3.20, 3.21, 3.22. Bảng 3.10: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MS11 nung ở 400oC (3% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 5.00 0.0  600 15.50 10.50 0.6792 1.132 630 16.00 11.00 0.7266 1.153 660 16.30 11.30 0.7561 1.146 690 16.50 11.50 0.7763 1.125 720 16.90 11.90 0.8180 1.136 750 17.10 12.10 0.8395 1.119 780 17.30 12.30 0.8615 1.104 810 17.50 12.50 0.8840 1.091 840 17.80 12.80 0.9186 1.094 870 17.90 12.90 0.9305 1.070 900 18.20 13.20 0.9668 1.074 V 26.30 21.30 ktb= 1.110   Hình 3.20: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MS11. Bảng 3.11: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MS13 nung ở 400oC (4% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 5.00  0.0 600 17.50 12.50 0.8840 1.473 630 17.75 12.75 0.9128 1.449 660 17.90 12.90 0.9305 1.410 690 18.10 13.10 0.9546 1.383 720 18.30 13.30 0.9793 1.360 750 18.60 13.60 1.0175 1.357 780 18.80 13.80 1.0438 1.338 810 19.00 14.00 1.0708 1.322 840 19.20 14.20 1.0986 1.308 870 19.40 14.40 1.1272 1.296 900 19.50 14.50 1.1418 1.269 V 26.30 21.30  ktb= 1.360   Hình 3.21: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MS13. Bảng 3.12: Kết quả thử hoạt tính xúc tác đối với mẫu MS15 nung ở 400oC (5% Ag+, 3ml H2O2) Thời gian (s) Mực nước trong ống 2 Thể tích oxi thoát ra (ml) Hằng số tốc độ k [s-1]*103 0 5.00  0.0 600 19.40 14.40 0.9420 1.570 630 19.70 14.70 0.9752 1.548 660 20.10 15.10 1.0212 1.547 690 20.20 15.20 1.0330 1.497 720 20.50 15.50 1.0694 1.485 750 20.70 15.70 1.0944 1.459 780 20.90 15.90 1.1200 1.436 810 21.10 16.10 1.1463 1.415 840 21.30 16.30 1.1734 1.397 870 21.50 16.50 1.2012 1.381 900 21.60 16.60 1.2153 1.350 V 28.60 23.60 ktb= 1.460    Hình 3.22: Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của mẫu MS15. Bảng 3.13: Tổng hợp kết quả thử hoạt tính xúc tác của các mẫu vật liệu điều chế được theo phương pháp đồng kết tủa và theo phương pháp sol-gel. STT Mẫu thử xúc tác Tỷ lệ Ag/Al Nhiệt độ nung (oC) ktb*103 [s-1] 1 MD00 0/25 400 0.136 2 MD10 4/25 300 1.086 3 MD11 4/25 400 1.290 4 MD12 4/25 500 1.020 5 MD31 5/25 400  2.200   6 MD32 5/25 500 1.540   7 MS11 3/25 400 1.110   8 MS13 4/25 400 1.360   9 MS15 5/25 400 1.460    Từ các số liệu tổng hợp trên bảng 3.13, có thể thấy rằng: + Các mẫu MD31 và MD32 có khả năng xúc tác tốt nhất. Điều đó cho thấy, vật liệu được điều chế theo phương pháp đồng kết tủa có khả năng xúc tác tốt hơn vật liệu được điều chế theo phương pháp sol-gel. + Nếu các mẫu cùng có tỷ lệ Ag/Al nhưng có nhiệt độ nung khác nhau: MD10, MD11, MD12 (phương pháp đồng kết tủa) thì mẫu MD11 nung ở 400oC, có khả năng xúc tác tốt nhất. + Nếu so sánh các mẫu có cùng nhiệt độ nung 400oC nhưng có hàm lượng bạc khác nhau như: MD00, MD11, MD13 (phương pháp đồng kết tủa); MS11, MS13, MS15 (phương pháp sol-gel) thì mẫu có hàm lượng bạc càng lớn khả năng xúc tác càng tốt. Tóm lại: - Phương pháp đồng kết tủa cho vật liệu xúc tác có hoạt tính cao hơn phương pháp sol-gel. - Nhiệt độ nung tối ưu để điều chế vật liệu là 400oC. - Tỷ lệ Ag/Al trong mẫu càng lớn thì khả năng xúc tác càng cao. 3.5. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang làm mất màu của xanh methylen. 3.5.1. Giới thiệu vài nét về xanh methylen [26]. Xanh methylene là một hợp chất dị vòng thơm, khối lượng phân tử 319,85 g/mol. Có công thức phân tử C16H18N3SCl. Công thức cấu tạo: Là tinh thể màu xanh lục, có ánh kim, tan tốt trong nước, etanol, thường được dùng làm chất chỉ thị trong hóa phân tích, làm thuốc sát trùng, làm chất giải độc xianua, làm thuốc nhuộm, mực in ... Trên phổ UV-VIS của dung dịch (hình 3.23) cho thấy có thể chọn bước sóng ở 594 nm để xác định nồng độ của xanh methylen trong dung dịch. Hình 3.23: Phổ Abs của dung dịchxanh metylen 2,5.10-3g/l. 3.5.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu Ag/Al2O3. Kết quả khảo sát khả năng khử màu xanh methylen của một số mẫu Ag/Al2O3 điều chế theo phương pháp đồng kết tủa được chỉ ra trên các bảng 3.14, 3.15 và hình 3.24, 3.25. Bảng 3.14: Kết quả độ hấp thụ quang A và độ chuyển hóa C% của các mẫu MD11, MD21, MD31. Thời gian (Phút) Mẫu MD11 3%Ag, 400 oC Mẫu MD21 4%Ag, 400oC Mẫu MD31 5%Ag, 400oC A C (%) A C (%) A C (%) 10 0.048 18.64 0.046 22.03 0.044 25.42 20 0.040 32.20 0.036 38.98 0.030 49.15 30 0.034 42.37 0.030 49.15 0.025 57.63 40 0.030 49.15 0.026 55.93 0.021 64.41 50 0.028 52.54 0.023 61.02 0.018 69.49 60 0.026 55.93 0.022 62.71 0.017 71.19 70 0.025 57.63 0.020 66.10 0.014 76.27 80 0.024 59.32 0.020 66.10 0.013 77.97 90 0.024 59.32 0.019 67.80 0.012 79.66 Hình 3.24: Đồ thị biễu diễn sụ phụ thuộc độ hấp thụ quang A vào thời gian của các mẫu MD11, MD21, MD31. Bảng 3.15: Kết quả đo độ hấp thụ quang A và độ chuyển hóa C% của các mẫu mD12, mD22, MD32. Thời gian (Phút) Mẫu MD12 3%Ag, 500 oC Mẫu MD22 4%Ag, 500oC Mẫu MD32 5%Ag, 500oC A C (%) A C (%) A C (%) 10 0.054 8.47 0.050 15.25 0.046 22.03 20 0.050 15.25 0.044 25.42 0.040 32.20 30 0.045 23.73 0.041 30.51 0.035 40.68 40 0.042 28.81 0.038 35.59 0.032 45.76 50 0.040 32.20 0.034 42.37 0.027 54.24 60 0.038 35.59 0.032 45.76 0.023 61.02 70 0.037 37.29 0.031 47.46 0.020 66.10 80 0.037 37.29 0.030 49.15 0.020 66.10 90 0.036 38.98 0.030 49.15 0.019 67.80 Hình 3.25: Đồ thị biễu diễn sụ phụ thuộc độ hấp thụ quang A vào thời gian của các mẫu mD12, mD22, MD32. Qua đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào thời gian và độ chuyển hóa của chất màu xanh methylen, có thể kết luận rằng: - Vật liệu được nung ở 400oC có khả năng xúc tác tốt nhất. - Hàm lượng bạc càng lớn thì khả năng xúc tác quang càng lớn. 3.6. Thử hoạt tính kháng khuẩn. - Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của một số mẫu vật liệu Ag/Al2O3 được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa được trình bày trên bảng 3.16 và các hình 3.26, 3.27. Bảng 3.16: Kết quả thử tác dụng kháng khuẩn của vật liệu Ag/Al2O3 được điều chế theo phương pháp đồng kết tủa. Mẫu trắng MD00 (Al2O3) Mẫu MD11 3% Ag-400oC Mẫu MD21 4% Ag-400oC Mẫu MD31 5% Ag-400oC s s s s 68,00 2.8 9,00 1,58 5,00 1,58 3,00 1,22 Hình 3.26: ảnh chụp vi khuẩn mẫu đối chứng và mẫu trắng (không có Ag). MD11 MD21 MD31 Hình 3.27: ảnh chụp vi khuẩn các mẫu thử MD11, MD21, MD31. Qua kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của các mẫu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa, chúng tôi nhận thấy rằng với các mẫu tổng hợp được có nồng độ bạc cao hơn thì khả năng có tính kháng khuẩn lớn hơn. - Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của một số mẫu vật liệu Ag/Al2O3 được tổng hợp theo phương pháp sol-gel được trình bày trên bảng 3.17 và hình 3.28. Bảng 3.17: Kết quả thử tác dụng kháng khuẩn của xúc tác Ag/Al2O3 được điều chế theo phương pháp sol-gel. Mẫu trắng MS00 (Al2O3) Mẫu MS11 3% Ag-400oC Mẫu MS13 4% Ag-400oC Mẫu MS15 5% Ag-400oC s s s s 68,00 2,8 17 2,2 7,3 1,7 5,8 1,8 MS11 MS13 MS15 Hình 3.28: ảnh chụp vi khuẩn các mẫu thử MS11, MS13, MS15. Qua kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của các mẫu tổng hợp theo phương pháp sol-gel, với các mẫu tổng hợp được có nồng độ bạc cao hơn thì khả năng có tính kháng khuẩn càng lớn. - Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của một số mẫu vật liệu Ag/Al2O3 tổng hợp theo phương pháp tẩm trình bày trên bảng 3.18 và hình 3.29. Bảng 3.18. Kết quả thử tác dụng kháng khuẩn của xúc tác bạc điều chế theo phương pháp tẩm. Mẫu trắng MT00 (Al2O3) Mẫu MT11 3% Ag-400oC Mẫu MT12 4% Ag-400oC Mẫu MT13 5% Ag-400oC s s s s 68,00 2.8 17,5 2.0 7,00 1,8 6,00 1,9 MT11 MT12 MT13 Hình 3.29: ảnh chụp vi khuẩn các mẫu thử MT11, MT12, MT13. Qua kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của các mẫu tổng hợp theo phương pháp tẩm, chúng tôi kết luận rằng với các mẫu tổng hợp được có nồng độ bạc cao hơn thì khả năng có tính kháng khuẩn càng lớn. Bảng 3.19: Tổng hợp kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của các mẫu vật liệu điều chế được theo phương pháp đồng kết tủa, theo phương pháp sol-gel và theo phương pháp tẩm. STT Mẫu thử hoạt tính Tỷ lệ Ag/Al Nhiệt độ nung (oC) Số khuẩn lạc trung bình () 1 MD11 3/25 400 9,0 2 MD21 4/25 400 5,0 3 MD31 5/25 400 3,0 4 MS11 3/25 400 17.0 5 MS13 4/25 400 7,3 6 MS15 5/25 400 5,8 7 MT11 3/25 400 17,5 8 MT12 4/25 400 7,0 9 MT13 5/25 400 6,0 Từ các số liệu tổng hợp trên bảng 3.13, có thể thấy rằng: + Nếu các mẫu cùng có tỷ lệ Ag/Al (MD11, MS11, MT11; MD21, MS13, MT13; MD31, MS15, MT15) và có cùng nhiệt độ nung 400oC, thì các mẫu tổng hợp được theo phương pháp đồng kết tủa khả năng kháng khuẩn tốt nhất. + Nếu so sánh các mẫu có cùng nhiệt độ nung 400oC nhưng có hàm lượng bạc khác nhau như: MD11, MD21, MD31 (phương pháp đồng kết tủa); MS11, MS13, MS15 (phương pháp sol-gel); MT11, MT12, MT13 (phương pháp tẩm) thì mẫu có hàm lượng bạc càng lớn khả năng kháng khuẩn càng tốt. Tóm lại: - Phương pháp đồng kết tủa cho vật liệu xúc tác có hoạt tính kháng khuẩn cao hơn phương pháp sol-gel và phương pháp tẩm. - Tỷ lệ Ag/Al trong mẫu càng lớn thì khả năng kháng khuẩn càng lớn. Kết luận 1. Đã tổng hợp được vật liệu xúc tác bạc kim loại trên nền chất mang nhôm oxit (Ag/Al2O3) có kích thước nano bằng các phương pháp: Đồng kết tủa (10 mẫu), Sol-gel (6 mẫu) và phương pháp tẩm (4 mẫu). Kết quả nghiên cứu cho thấy sản phẩm thu được là Ag/Al2O3 tinh khiết. Nhiệt độ tốt nhất cho quá trình phân hủy Ag2CO3, Al(OH)3 và AgNO3 là 400oC. 2. Đã phân tích các đặc trưng của vật liệu bằng phương pháp XRD, chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM), chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), ghi phổ tán xạ năng lượng (EDS). Các kết quả phân tích cho thấy hạt Ag/Al2O3 có dạng hình cầu có độ đồng đều cao, kích thước trung bình từ 30 - 60 nm. Hàm lượng bạc trong mẫu gần bằng với hàm lượng của nó trong nguyên liệu đầu. 3. Đã tiến hành thử hoạt tính xúc tác của sản phẩm với phản ứng phân hủy H2O2. Kết quả cho thấy vật liệu Ag/Al2O3 có hoạt tính xúc tác mạnh hơn vật liệu Al2O3 tinh khiết. Khi hàm lượng bạc tăng khả năng xúc tác của vật liệu tăng. Vật liệu được điều chế bằng cách nung ở 400oC theo phương pháp đồng kết tủa có khả năng xúc tác tốt nhất. 4. Đã tiến hành thử hoạt tính xúc tác làm mất màu của phẩm nhuộm xanh methylen. Kết quả, cho thấy màu xanh của xanh methylen nhạt đi nhanh chóng. Hàm lượng bạc trong mẫu càng lớn thì khả năng mất màu của dung dịch xanh metylen càng nhanh. 5. Đã tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn với vi khuẩn Escherichia Coli (EC). Kết quả cho thấy vật liệu Ag/Al2O3 có hàm lượng Ag lớn thì khả năng kháng khuẩn lớn. Mẫu nung ở 400oC có khả năng kháng khuẩn tốt nhất.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docPhan III_ketqua_thaoluan.doc
  • docPhan II_Thucnghiem.doc
  • docTongquan1.doc
Luận văn liên quan