Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



3.1.1.2. Tổng hợp vật liệu nền MCM-41

Để điều chế vật liệu Me/MCM-41 thì trước hết phải tổng hợp vật liệu nền

MCM-41. Quy trình tổng hợp MCM-41 được trình bày ở mục 2.4.2.2.

Hình 3.3 là hình ảnh của mẫu MCM-41 tổng hợp được có dạng bột mịn màu

trắng, xốp, nhẹ.



Hình 3.17. Hình ảnh mẫu MCM-41 tổng hợp



3.1.2. Đặc trưng vật liệu

Để khảo sát cấu trúc của vật liệu nền MCM-41, chúng tôi tiến hành đặc trưng

mẫu bằng phổ XRD, kết quả được trình bày thơng qua Hình 3.4.



Hình 3.18. Giản đồ XRD của vật liệu MCM-41 tổng hợp

Giản đồ XRD ở Hình 3.4 cho thấy, vật liệu xuất hiện rõ một bộ bốn peak đặc

trưng và các peak chỉ xuất hiện ở góc 2θ nhỏ hơn 7°. Điều này hồn tồn phù hợp vì

các vật liệu xốp mao quản trung bình có khoảng cách giữa các mặt mạng lớn [15].

Peak nhọn có cường độ lớn ở góc 2θ ≈ 2,3°, tương ứng với mặt (100) (d 100 ≈

38,109 Å), đặc trưng cho vật liệu mao quản trung bình MCM-41. Ngồi ra còn xuất

GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



40



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



hiện ba peak ở góc 2θ ≈ 4° ứng với mặt (110) (d110 ≈ 22,068 Å), 2θ ≈ 4,5° ứng với

mặt (200) (d200 ≈ 19,584 Å) và 2θ ≈ 6° ứng với mặt (210), ba peak này đặc trưng

cho mức độ trật tự lục lăng của MCM-41. Các peak đặc trưng có cường độ lớn,

nhọn chứng tỏ vật liệu tổng hợp có độ tinh thể cao và rất trật tự.

Để xác định các dao động đặc trưng của các liên kết có trong vật liệu, mẫu

tổng hợp còn được phân tích bằng phổ hồng ngoại (FT-IR). Hình 3.5 là phổ IR của

mẫu MCM-41 tổng hợp.



Hình 3.19. Phổ FT-IR của vật liệu MCM-41

Kết quả phổ FT-IR cho thấy, mẫu MCM-41 tổng hợp xuất hiện các đám phổ

đặc trưng ứng với các số sóng 3450,65 cm −1, 1637,56 cm−1, 1234,44 cm−1, 1083,99

cm−1, 966,34 cm−1, 794,67 cm−1, 462,92 cm−1. Peak ứng với số sóng 3450,65 cm −1

tương ứng với dao động hóa trị của liên kết O−H bề mặt do sự hấp phụ nước lên

bề mặt vật liệu hoặc của nhóm silanol. Peak hấp thụ ở 1637,56 cm−1 là dao động

biến dạng của liên kết O−H do sự hấp phụ nước lên bề mặt của vật liệu. Peak tại số

sóng 1234,44 cm−1 và 1083,99 cm−1 tương ứng với dao động hóa trị của liên kết

Si−O−Si trong các nhóm siloxan. Peak tại 966,34 cm −1 đặc trưng cho dao động

hóa trị của liên kết Si−OH (silanol). Peak 794,67 cm −1 đại diện cho dao động hoá

trị của Si−O−Si trong cấu trúc tứ diện và peak 462,92 cm −1 tương ứng cho dao



GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



41



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



động biến dạng góc trong nhóm O−Si−O. Như vậy, bề mặt của vật liệu MCM-41

tổng hợp chứa các nhóm silanol và siloxan.

Như vậy, vật liệu MCM-41 đã được tổng hợp thành cơng với cấu trúc mao

quản trung bình trật tự và bề mặt chứa các nhóm silanol và siloxan.

3.2. Biến tính MCM-41 bằng các kim loại Fe, Mn

Để tăng hoạt tính của vật liệu MCM-41, chúng tơi đã tiến hành biến tính vật

liệu MCM-41 tổng hợp bằng các đơn kim loại Fe hoặc Mn và biến tính đồng thời cả

hai kim loại này.

3.2.1. Tổng hợp và đặc trưng mẫu Fe/MCM-41

3.2.1.1. Tổng hợp mẫu Fe/MCM-41

Q trình biến tính vật liệu nền MCM-41 bằng kim loại Fe được trình bày

trong mục 2.4.3.1, mẫu tổng hợp được ký hiệu là Fe/MCM-41.

Hình 3.6 là hình ảnh của vật liệu Fe/MCM-41. Mẫu Fe/MCM-41 là chất bột

mịn, xốp, nhẹ, có màu nâu đậm do có mặt của Fe2O3.



Hình 3.20. Hình ảnh mẫu Fe/MCM-41

3.2.1.2. Đặc trưng mẫu Fe/MCM-41

Mẫu Fe/MCM-41 sau khi tổng hợp được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu

xạ tia X. Giản đồ được chỉ ra ở Hình 3.7.



GVHD: PGS TS. Hồng Văn Đức



42



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Hình 3.21. Giản đồ XRD của mẫu Fe/MCM-41

Từ giản đồ XRD cho thấy mẫu Fe/MCM-41 chỉ có một peak ứng với mặt phản

xạ (100) đặc trưng cho vật liệu MQTB, peak này có cường độ nhỏ hơn cường độ

của chất nền MCM-41. Ba peak ứng với các mặt phản xạ (110), (200) và (210) đặc

trưng cho mức độ trật tự lục lăng của vật liệu không xuất hiện. Điều này có nghĩa là

đã có sự ảnh hưởng đến cấu trúc của vật liệu nền khi phân tán kim loại Fe lên bề

mặt vật liệu, giảm độ trật tự của vật liệu, hoặc có thể việc phân tán kim loại Fe lên

bề mặt vật liệu đã ảnh hưởng đến sự phản xạ ánh sáng, nên khơng thể thấy được các

peak còn lại.

Để có thêm thơng tin về các dao động đặc trưng, mẫu vật liệu được khảo sát

bằng phương pháp FT-IR và kết quả được chỉ ra ở Hình 3.8.



GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



43



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Hình 3.8. Phổ FT-IR của mẫu Fe/MCM-41

Phổ FT-IR của mẫu Fe/MCM-41 vẫn xuất hiện các peak đặc trưng giống như mẫu

MCM-41 nền, tức là mẫu này vẫn tồn tại các liên kết đặc trưng giống như mẫu nền.

Tuy nhiên, đối chiếu với phổ FT-IR của MCM-41 (Hình 3.5) ta thấy, mẫu

Fe/MCM-41 có sự dịch chuyển số sóng từ sang 3450,65 cm −1 sang 3452,58 cm−1, từ

1234,44 cm−1 sang 1230,58 cm−1, từ 1080,14 cm−1, từ 462,92 cm−1 sang 460,99 cm−1.

Đặc biệt, cường độ các peak ứng với số sóng 966,34 cm−1 giảm đi đáng kể, peak này

đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm silanol. Ngồi ra, cường độ ở peak 1637,56

cm−1 là dao động biến dạng của liên kết O–H cũng giảm. Như vậy có thể thấy rằng

đã có sự tác động của oxit sắt (III) lên bề mặt vật liệu nền.

3.2.2. Tổng hợp và đặc trưng mẫu Mn/MCM-41

3.2.2.1. Tổng hợp mẫu Mn/MCM-41

Quá trình biến tính vật liệu nền MCM-41 bằng kim loại Mn được trình bày

trong mục 2.4.3.2, mẫu tổng hợp được ký hiệu là Mn/MCM–41.

Mẫu thu được là chất bột mịn, xốp, nhẹ, có màu nâu đen của mangan oxit.

Hình 3.9 là hình ảnh của mẫu Mn/MCM-41.



GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



44



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Hình 3.9. Hình ảnh mẫu Mn/MCM-41

3.2.2.2. Đặc trưng mẫu Mn/MCM-41

Mẫu Mn/MCM-41 sau khi tổng hợp được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu

xạ tia X. Giản đồ được chỉ ra ở Hình 3.10.



Hình 3.10. Giản đồ XRD của mẫu Mn/MCM-41

Từ giản đồ XRD, ta thấy: Tương tự mẫu Fe/MCM-41, ở mẫu Mn/MCM-41

chỉ xuất hiện một peak ứng với mặt phản xạ (100) đặc trưng cho vật liệu MQTB.

Các peak ứng với các mặt phản xạ còn lại khơng xuất hiện. Rõ ràng quá trình tẩm

kim loại lên vật liệu nền đã làm giảm độ trật tự của vật liệu.

Kết quả đặc trưng vật liệu Mn/MCM-41 được trình bày ở Hình 3.11.



GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



45



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Hình 3.11. Phổ FT-IR của mẫu Mn/MCM-41

Phổ FT-IR của mẫu Mn/MCM-41 vẫn xuất hiện đầy đủ các peak đặc trưng

giống như mẫu MCM-41 nền, nghĩa là mẫu này vẫn tồn tại các liên kết đặc trưng

giống như mẫu nền. Sự dịch chuyển số sóng so với vật liệu nền MCM-41 là không

đáng kể. Tuy nhiên, cường độ hấp thụ có giảm ở số sóng 966,34 cm −1 đặc trưng cho

dao động hóa trị của liên kết Si–OH (silanol). Ngoài ra, cường độ ở peak 1637,56

cm−1 là dao động biến dạng của liên kết O–H cũng giảm. Tương tự mẫu Fe/MCM41, có thể thấy rằng, đã có sự tác động của oxit kim loại lên bề mặt vật liệu.

3.2.3. Tổng hợp và đặc trưng mẫu Fe-Mn/MCM-41

3.2.3.1. Tổng hợp mẫu Fe-Mn/MCM-41

Mẫu MCM-41 tổng hợp cũng được biến tính đồng thời bằng hai kim loại là Fe

và Mn. Qui trình được trình bày ở mục 2.4.3.3 và mẫu tổng hợp được kí hiệu là FeMn/MCM-41.

Mẫu thu được có tính xốp, màu nâu nhạt do có sự kết hợp giữa màu nâu đen

(của oxit mangan) và nâu đỏ (của oxit sắt (III)) như trình bày ở Hình 3.12.



GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



46



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Hình 3.12. Hình ảnh mẫu Fe-Mn/MCM-41

3.2.3.2. Đặc trưng mẫu Fe-Mn/MCM-41

Tương tự như đối với vật liệu Mn/MCM-4, Fe/MCM-41, vật liệu FeMn/MCM-41 cũng được xác định đặc trưng bằng phổ XRD.



Hình 3.13. Giản đồ XRD mẫu Fe-Mn/MCM-41

Sau khi tẩm Fe và Mn, trật tự cấu trúc của vật liệu Fe-Mn/MCM-41 cũng

giảm. Kết quả này được rút ra từ phổ nhiễu xạ tia X (Hình 3.13). Giản đồ X R D

H ì n h 3 . 1 3 c h o t h ấ y s ự xuất hiện các peak ứng với mặt phản xạ (100) và (110)

với cường độ giảm. Peak thứ ba và thứ tư ứng với các mặt phản xạ (200) và (210)

biến mất, chứng tỏ độ trật tự của vật liệu giảm, nhưng giảm ít hơn mẫu Fe/MCM-41

và Mn/MCM-41. Như vậy, sau khi tẩm Fe và Mn, vật liệu Fe-Mn/MCM-41 vẫn giữ

được cấu trúc mao quản trung bình nhưng ít trật tự hơn.

GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



47



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Tiếp tục khảo sát mẫu bằng phương pháp FT-IR thu được kết quả trên Hình 3.14.



Hình 3.14. Phổ FT-IR của Mẫu Fe-Mn/MCM-41

Phân tích phổ FT-IR của mẫu Fe-Mn/MCM-41, ta thấy vật liệu tồn tại các dao

động đặc trưng như vật liệu nền (Hình 3.14). Tuy nhiên, cũng tương tự các mẫu

biến tính đơn kim loại, ở đây, một số số sóng đặc trưng bị dịch chuyển. Đặc biệt

cường độ peak ở 968,27 cm −1 bị giảm đi nhiều chứng tỏ số lượng nhóm OH bề mặt

(nhóm silanol) bị giảm và cường độ peak 1637,6 cm −1 là dao động biến dạng của

liên kết O–H do sự hấp phụ của nước lên bề mặt vật liệu cũng giảm. Điều này

chứng tỏ đã có sự phân tán của các kim loại lên bề mặt vật liệu.

Từ các kết quả trên có thể thấy các mẫu biến tính bằng đơn kim loại hay lưỡng

kim loại đều không phá vỡ cấu trúc của vật liệu mao quản trung bình. Tuy vậy, độ

trật tự cấu trúc giảm.

3.3. Khảo sát hoạt tính hấp phụ của các vật liệu đã tổng hợp

Việc biến tính vật liệu MCM-41 làm thay đổi tính chất bề mặt cũng như độ trật

tự nên khả năng hấp phụ cũng sẽ thay đổi. Vì thế sau khi tổng hợp, các mẫu được

tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ.



3.3.1. Khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu khác nhau ở 30 ° C

Hoạt tính hấp phụ của các mẫu tổng hợp Fe/MCM-41, Mn/MCM-41, FeMn/MCM-41 được đánh giá thông qua sự hấp phụ MB từ dung dịch nước. Quá

trình thực hiện được trình bày ở mục 2.4.4. Kết quả được chỉ ra ở Bảng 3.1, 3.2, 3.3

và Hình 3.14.

GVHD: PGS TS. Hồng Văn Đức



48



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Bảng 3.1. Khả năng hấp phụ của Fe-Mn/MCM-41 ở 30 °C theo thời gian

Thời gian (phút)



30



60



120



150



180



Độ hấp phụ (mg/g)



40,4



41,84



45,56



45,27



45,85



Hiệu suất hấp phụ (%)



29,68



30,73



33,47



33,26



33,68



Bảng 3.2. Khả năng hấp phụ của Fe/MCM-41 ở 30 °C theo thời gian

Thời gian (phút)



30



60



120



180



Độ hấp phụ (mg/g)



22,06



25,5



30,09



29,8



Hiệu suất hấp phụ (%)



16,21



18,73



22,1



21,89



Bảng 3.3. Khả năng hấp phụ của Mn/MCM-41 ở 30 °C theo thời gian

Thời gian (phút)



30



60



90



120



180



Độ hấp phụ (mg/g)



35,53



36,68



37,82



41,55



41,83



Hiệu suất hấp phụ (%)



26.49



27,34



28,2



30,98



31,19



Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn độ hấp phụ MB của các mẫu biến tính ở 30 °C theo

thời gian

- Trong cả ba trường hợp, độ hấp phụ ở 180 phút hầu như không khác so với 120

phút. Điều này chứng tỏ quá trình hấp phụ gần như đã đạt cân bằng sau 120 phút.

- Độ hấp phụ ở các mẫu biến tính là rất tốt. Hoạt tính hấp phụ của các mẫu

biến tính tăng theo thứ tự: Fe/MCM-41 < Mn/MCM-41 < Fe-Mn/MCM-41. Điều

này khẳng định việc biến tính vật liệu nền bằng lưỡng kim loại Fe, Mn cho vật liệu

có hoạt tính hấp phụ cao hơn so với biến tính bằng Fe hoặc Mn.

3.3.2. Khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu khác nhau ở 70 ° C

Quá trình thực hiện được trình bày ở mục 2.4.4. Kết quả được chỉ ra ở Bảng

3.4, 3.5, 3.6 và Hình 3.16.



GVHD: PGS TS. Hồng Văn Đức



49



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Trường Đại học Sư phạm Huế



Khóa luận tốt nghiệp 2018



Bảng 3.4 Khả năng hấp phụ của Fe-Mn/MCM-41 ở 70 °C theo thời gian

Thời gian (phút)



30



60



90



150



180



240



Độ hấp phụ (mg/g)



21,3



22,92



23,5



23,78



23,21



23,78



Hiệu suất hấp phụ (%)



17,94



15,24



17,67



17,88



17,45



17,88



Bảng 3.5 Khả năng hấp phụ của Fe/MCM-41 ở 70 °C theo thời gian

Thời gian (phút)



60



90



150



180



210



240



Độ hấp phụ (mg/g)



11,46



11,17



12,03



12,32



12,61



12,32



Hiệu suất hấp phụ (%)



8,62



8,40



9,05



9,27



9,48



9,27



Bảng 3.6 Khả năng hấp phụ của Mn/MCM-41 ở 70 °C theo thời gian

Thời gian (phút)



30



60



120



150



180



240



Độ hấp phụ (mg/g)



10,03



10,6



11,17



11,46



11,17



11,46



Hiệu suất hấp phụ (%)



9,02



9,53



10,05



10,31



10,05



10,31



Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn độ hấp phụ MB của các mẫu biến tính ở 70 °C theo

thời gian

- Trong cả ba trường hợp, độ hấp phụ ở 180 phút hầu như không khác so

với 120 phút. Điều này chứng tỏ quá trình hấp phụ gần như đã đạt cân bằng sau

120 phút.

- Đối với mẫu Fe/MCM-41, độ hấp phụ ở 120 phút là 12,32 (mg/g), mẫu

Mn/MCM-41, độ hấp phụ sau 120 phút là 11,46 (mg/g), còn mẫu Fe-Mn/MCM-41

là 23,78 (mg/g), cao hơn 2 mẫu còn lại. Như vậy, khi biến tính vật liệu bằng lưỡng

kim loại Fe, Mn thì khả năng hấp phụ xanh metylen cao hơn so với biến tính bằng

kim loại Fe hoặc Mn.

3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ MB của các mẫu vật liệu

tổng hợp



GVHD: PGS TS. Hoàng Văn Đức



50



SVTH:Trần Thị Kim Phượng



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×