Tổng hợp và ứng dụng vật liệu MIL-101(Cr) pha tạp CuFe để xác định hàm lượng CO trong hỗn hợp CO/CO2 và CO/N2 :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Hóa phân tích

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỖ CAO HẬU

TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU MIL￾101(Cr) PHA TẠP CuFe ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM

LƯỢNG CO TRONG HỖN HỢP CO/CO2 VÀ

CO/N2

Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH

Mã chuyên ngành: 8440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Võ Thế Kỳ, PGS. TS. Nguyễn Văn Cường

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại

học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 05 tháng 03 năm 2022.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. GS.TS Nguyễn Cửu Khoa...............................- Chủ tịch Hội đồng

2. PGS.TS Nguyễn Ngọc Tuấn ...........................- Phản biện 1

3. PGS.TS Ngô Văn Tứ.......................................- Phản biện 2

4. TS. Nguyễn Quốc Thắng.................................- Ủy viên

5. TS. Lê Đình Vũ ...............................................- Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

GS.TS Nguyễn Cửu Khoa PGS. TS. Nguyễn Văn Cường

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐỖ CAO HẬU MSHV: 19630231

Ngày, tháng, năm sinh: 23/03/1996 Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Hoá phân tích Mã chuyên ngành: 8440118

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu MIL-101(Cr) pha tạp CuFe để xác định hàm lượng

CO trong hỗn hợp CO/CO2 và CO/N2.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Thu thập tài liệu và tổng quan về lĩnh vực đề tài nghiên cứu;

− Tổng hợp vật liệu CuFe@MIL-101(Cr);

− Phân tích cấu trúc vật liệu bằng phương pháp phân tích hiện đại: FT-IR, FE-SEM,

TEM, TGA, XRD, XPS, EDX và hấp phụ-giải hấp N2;

− Nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt hấp phụ CO, CO2 và N2;

− Tính toán các hệ số chọn lọc, nhiệt hấp phụ;

− Xác định hiệu suất thu hồi CO từ thí nghiệm breakthrough tách CO từ hỗn hợp

CO/CO2 và CO/N2;

− Đánh giá khả năng ổn định và tái sử dụng của vật liệu.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/06/2021

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2021

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Võ Thế Kỳ

PGS.TS. Nguyễn Văn Cường.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƯỜI

HƯỚNG DẪN 01

(Họ tên và chữ ký)

NGƯỜI

HƯỚNG DẪN 02

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành cảm ơn đến Ba mẹ, quý Thầy cô, bạn bè và các em

sinh siên đã luôn giúp đỡ, chia sẻ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực

hiện luận văn này. Luận văn được thực hiện trong thời gian cả nước chống dịch, đôi

lúc có những khoảng thời gian không được đến trường. Tuy nhiên nhà trường đã tạo

điều kiện tối đa, Thầy cô khoa Công Nghệ Hoá giúp đỡ tận tình, Tôi đã hoàn thành

nhiệm vụ được giao trong thời gian được giao làm luận văn thạc sỹ.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn: TS Võ Thế Kỳ và PGS.TS

Nguyễn Văn Cường - người giảng viên tận tụy đã trực tiếp hướng dẫn tôi hết sức chu

đáo, đã động viên, khuyến khích tôi rất nhiều để hoàn thành cuốn luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn!

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong nghiên cứu này, vật liệu MIL-101(Cr) pha tạp lưỡng kim loại Cu(I)Fe(II) được

phát triển và ứng dụng cho tách loại khí CO. Trước tiên, các tỉ lệ khác nhau của hỗn

hợp Cu(II)–Fe(II) được đưa vào mạng lưới khung cơ kim MIL-101(Cr) bằng phương

pháp dung môi kép: nước -hexane (Double solvent -DS). Kế tiếp, Cu(II) được khử

một cách chọn lọc thành Cu(I) bởi formal (HCOO−

) trong suốt quá trình hoạt hóa ở

250°C. Các kết quả thu được cho thấy rằng việc kết hợp đồng thời Fe(II) và phương

pháp DS đã làm tăng đáng kể sự phân tán Cu(I) vào bên trong vật liệu MIL-101(Cr).

Vật liệu hấp phụ 4CuFe@MIL-101(Cr)-1.0 (4 mmol.g-1

của CuCl và 1.0 mmol.g-1

FeCl2) thể hiện khả năng hấp phụ CO đạt 3.42 mmol.g-1

. Độ chọn lọc CO/N2 là 428

ở 25°C và 100 kPa, cao hơn so với độ chọn lọc của vật liệu được tổng hợp bằng

phương pháp tẩm ướt truyền thống (Wetness impregnation- IM). Thí nghiệm tách CO

trong hỗn hợp khí CO/CO2 và CO/N2 (breakthrough) cho thấy vật liệu có khả tách

CO một cách hiệu quả CO khỏi CO2 và N2 với các hiệu suất hấp phụ lần lượt ~75.9%

và ~85.7%. Ngoài ra, khả năng kháng oxy hóa của vật liệu Cu(I)Fe(II)@MIL-101(Cr)

được cải thiện đáng kể nhờ sự hiện diện của Fe(II). Khả năng hấp phụ CO trên

Cu(I)Fe(II)@MIL-101(Cr) được duy trì ở mức 90~65% sau khi tiếp xúc với độ ẩm

không khí trong 15~30 ngày. Những kết quả đạt được cho thấy vật liệu

Cu(I)Fe(II)@MIL-101(Cr) tổng hợp được có tiềm năng lớn ứng dụng trong tách loại

và xác định khí CO.

iii

ABSTRACT

In this study, a bimetallic CuFe-incorporated MIL-101(Cr) adsorbent was developed

with enhanced CO adsorption capacity and oxygen resistance. Different compositions

of bimetallic Cu(II)–Fe(II) were incorporated into the MIL-101(Cr) framework with

ultrahigh porosity by the double-solvent (DS) method, followed by facile reduction

at a low temperature of 250◦C. By employing formate (HCOO-

), Cu(II) was

selectively reduced to Cu(I) at 250◦C. Moreover, the presence of the reducing agent,

Fe(II), enhanced the reduction of Cu(II) in the adsorbent. The obtained results

indicated that the synergistic effect of utilizing Fe(II) and employing the DS method

significantly enhanced the formed Cu(I) dispersion in the support. The DS-assisted

CuFe (4 mmol.g

-1 of CuCl and 1.0 mmol.g

-1 FeCl2)-incorporated MIL-101(Cr)

adsorbent exhibited a high CO-adsorption capacity of ca. 3.42 mmol.g

-1

and CO/N2

selectivity of 428 at 25◦C and 100 kPa, which were superior to those of the

counterpart that was prepared by the wetness impregnation method. Breakthrough

experiments under dynamic flow conditions show that the material can effectively

separate CO from a mixture with CO2 and N2 with adsorption efficiencies of ~75.9%

and ~85.7%, respectively. Additionally, the CO-adsorption capacity of the prepared

CuFe-incorporated MIL-100(Fe) was still 90–65% after it was exposed to

atmospheric humidity for 15–30 days. The obtained results show that the synthesized

Cu(I)Fe(II)@MIL-101(Cr) material has great potential for application in the

separation and determination of CO.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên

cứu, các số liệu thực nghiệm, kết luận trong luận văn “Tổng hợp và ứng dụng vật

liệu MIL-101(Cr) pha tạp CuFe để xác định hàm lượng CO trong hỗn hợp

CO/CO2 và CO/N2” là trung thực, không sao chép dưới bất kỳ hình thức nào. Việc

tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài

liệu tham khảo đúng quy định.

Học viên

Đỗ Cao Hậu