ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐỖ THỊ NGỌC CẨM

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT XÚC TÁC
TRÊN NỀN VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 60.44.01.19

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. HOÀNG VĂN ĐỨC

Thừa Thiên Huế, 2016
i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả trong
luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công
trình nào khác. Nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Người thực hiện
Đỗ Thị Ngọc Cẩm

ii


Lời Cảm Ơn
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu

sắcđến Thầy giáo TS. Hoàng Văn Đức, đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để giúp em hoàn thành
luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến qúy Thầy,Cô giáo tổ
Hóa lí, Khoa Hóa- Trường ĐHSP Huế đã giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện cho em trong quá trình thực hiện đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phạm Việt Tý
đã giúp đỡ em trong quá trình thực nghiệm để hoàn thành đề tài này.
Cuối cùng, em xin tỏ lòng cảm ơn đến gia đình và bạn bè
đã luôn ủng hộ và động viên em trong suốt thời gian qua.

Huế, tháng 9 năm 2016
Học viên
Đỗ Thị Ngọc Cẩm

iii


MỤC LỤC
PHỤ BÌA ..................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
MỤC LỤC .................................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 5
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 8
1.1. VẬT LIỆU GRAPHIT ......................................................................................... 8
1.2. VẬT LIỆU GRAPHEN........................................................................................ 9

1.2.1. Lịch sử phát triển............................................................................................... 9
1.2.2. Cấu trúc của graphen ....................................................................................... 10
1.2.3. Tính chất của graphen ..................................................................................... 10
1.3. GRAPHEN OXIT .............................................................................................. 11
1.3.1. Cấu trúc của graphen oxit ............................................................................... 11
1.3.2. Tính chất của graphen oxit .............................................................................. 12
1.3.3. Các phương pháp tổng hợp GO ...................................................................... 12
1.3.4. Ứng dụng của GO ........................................................................................... 13
1.4. TỔNG QUAN VỀ Fe2O3/GO ............................................................................ 16
1.4.1. Tổng hợp Fe2O3/GO ........................................................................................ 16
1.4.2. Ứng dụng của vật liệu Fe/GO ......................................................................... 16
1.5. THUỐC NHUỘM .............................................................................................. 17
1.5.1. Sơ lược về thuốc nhuộm ................................................................................. 17
1.5.2. Thuốc nhuộm Xanh Metylen ..................................................................... 18
1.5.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm ........................... 19
1.6. HẤP PHỤ ........................................................................................................... 20
1.7. XÚC TÁC ......................................................................................................... 21
1.7.1. Định nghĩa, phân loại xúc tác .......................................................................... 21
1.7.2. Đặc điểm của hiện tượng xúc tác .................................................................... 22
1.7.3. Yêu cầu cơ bản khi điều chế xúc tác ............................................................... 22

1


CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ... 23
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 23
2.1.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-ray diffraction: XRD) ............................ 23
2.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (Fourier Transform Infrared Radiation: FT-IR) 24
2.1.3. Phương pháp phổ EDX ................................................................................. 24
2.1.4. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ nitơ (BET) ........................... 25

2.1.5. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy
XPS) .......................................................................................................................... 26
2.1.6. Phương pháp phổ tử ngoại-khả kiến (Utra Violet- Visible: UV-Vis) ............. 27
2.2. THỰC NGHIỆM ............................................................................................... 28
2.2.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ ........................................................................... 28
2.2.2. Tổng hợp vật liệu GO...................................................................................... 29
2.2.3. Tổng hợp vật liệu Fe2O3/GO ........................................................................... 30
2.2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ và xúc tác của vật liệu tổng hợp ......................... 31
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 33
3.1. TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG GRAPHEN OXIT .......................................... 33
3.1.1. Tổng hợp graphen oxit .................................................................................... 33
3.1.2. Đặc trưng vật liệu graphit và graphen oxit (GO) ........................................... 33
3.2. TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU Fe2O3/GO.................................... 36
3.2.1. Tổng hợp vật liệu Fe2O3/GO ........................................................................... 36
3.2.2. Đặc trưng vật liệu Fe2O3/GO .......................................................................... 36
3.2.3. Tổng hợp Fe2O3/GO với các hàm lượng Fe khác nhau ............................... 39
3.3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU
TỔNG HỢP .............................................................................................................. 49
3.3.1. Khả năng hấp phụ............................................................................................ 49
3.3.2. Khả năng xúc tác của vật liệu ......................................................................... 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 54

2


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BET


Brunaur- Emmett- Teller

EDX

Energy Dispersive X ray Spectrocopy

FT-IR

Fourier Transform Infrared Radiation

GO

Graphen oxit

HPHH

Hấp phụ hóa học

HPVL

Hấp phụ vật lý

MB

Methylene blue

UV-Vis

Ultra Violet – Visible (Phổ tử ngoại – khả kiến )


XRD

X-ray Difraction (Nhiễu xạ tia X)

XPS

X-ray Diffration (Phổ quang điện tử tia X)

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Mẫu graphit ................................................................................................. 8
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể graphit .............................................................................. 9
Hình 1.3. Mô hình cấu trúc Graphen oxit (GO) do Lerf-Klinowsk đề xuất ............. 11
Hình 1.4. Các phương pháp tổng hợp GO ................................................................ 13
Hình 1.5. Thuốc nhuộm Xanh metylen dạng khử (a) và dạng oxi hóa (b). .............. 19
Hình 2.1. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể ................................................... 23
Hình 2.2. Bước chuyển của các electron trong phân tử ............................................ 27
Hình 2.3. Hệ phản ứng oxi hóa xanh metylen .......................................................... 32
Hình 3.1. Mẫu graphen oxit tổng hợp ....................................................................... 33
Hình 3.2. Giản đồ XRD của graphit.......................................................................... 33
Hình 3.3. Giản đồ XRD của graphen oxit ................................................................. 34
Hình 3.4. Phổ FT-IR của mẫu graphit và graphen oxit ............................................. 35
Hình 3.5. Mẫu Fe2O3/GO .......................................................................................... 36
Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu GO và Fe10/GO1,92............................................ 36
Hình 3.7. Phổ FT-IR của mẫu Fe2O3/GO .................................................................. 37
Hình 3.8. Phổ XPS của Fe2O3/GO (a) và giản đồ XPS phân giải cao của mức năng
lượng Fe 2p (b) .......................................................................................................... 38
Hình 3.9. Đẳngnhiệt hấp phụ của các mẫu GO và Fe2O3/GO .................................. 39

Hình 3.10. Phổ EDX của Fe5/GO1,92 (a); Fe10/GO1,92 (b) và Fe15/GO1,92 (c) ......... 40
Hình 3.11. Giản đồ XRD của vật liệu với hàm lượng Fe khác nhau ở pH=1,92 ...... 41
Hình 3.12. Phổ EDX của Fe5/GO2,56 (a); Fe10/GO2,56 (b) và Fe15/GO2,56 (c) ......... 42
Hình 3.13. Giản đồ XRD của vật liệu với hàm lượng Fe khác nhau ở pH = 2,56 .... 43
Hình 3.14. Giản đồ XRD của các mẫu Fe5/GO1,92 và Fe5/GO2,56 .......................... 45
Hình 3.15. Giản đồ XRD của các mẫu Fe10/GO1,92 và Fe10/GO2,56 ...................... 46
Hình 3.16. Giản đồ XRD của các mẫu Fe15/GO1,92 và Fe15/GO2,56 ...................... 48
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn độ hấp phụ MB của các mẫu GO, Fe/GO .................... 50
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn hiệu suất chuyển hóa của các mẫu GO, Fe2O3/ GO. .... 51

4


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Các hóa chất được sử dụng trong khóa luận ............................................. 28
Bảng 3.1. Hàm lượng Fe (% khối lượng) trong các mẫu Fex/GO1,92 ( x: hàm lượng Fe) 40
Bảng 3.2. Hàm lượng Fe (% khối lượng) trong các mẫu Fex/GO1,92 (x: hàm
lượng Fe)................................................................................................................... 43
Bảng 3.3. Hàm lượng Fe (% khối lượng) trong các mẫu Fe5/GO1,92 và Fe5/GO2,56..... 44
Bảng 3.4. Hàm lượng Fe (% khối lượng) trong các mẫu Fe10/GO1,92 và Fe10/GO2,56 . 46
Bảng 3.5. Hàm lượng Fe (% khối lượng) trong các mẫu Fe15/GO1,92 và Fe15/GO2,56 . 47
Bảng 3.6. Các mẫu Fe/GO tổng hợp với hàm lượng Fe khác nhau ...................... 49
Bảng 3.7. Độ hấp phụ của các mẫu Fe/GO với hàm lượng Fe khác nhau ................ 49
Bảng 3.8. Hiệu suất chuyển hóa của các mẫu GO, Fe2O3/GO ở 500C sau 180 phút 51
Bảng 3.9. Hiệu suất chuyển hóa xúc tác của các mẫu GO/ Fe2O3 ở 500C ................ 52

5


MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang được hết sức quan tâm, đặc biệt
là ô nhiễm môi trường nước, nó ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và các sinh
vật trên Trái đất. Tại Việt Nam, nước ngầm được sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt
chính của nhiều cộng đồng dân cư. Sự ô nhiễm nguồn nước đã và đang gây ra
những nguy cơ cho sức khỏe con người. Ngoài tác hại của một số kim loại nặng như
thủy ngân, asen, chì…thì phải kể đến sự có mặt của các chất gây ô nhiễm hữu cơ
độc hại trong nước như các hóa chất bảo vệ thực vật, các hóa chất tổng hợp trong
sản xuất công nghiệp, các loại hóa chất dệt nhuộm. Do đó, việc giảm thiểu các chất
gây ô nhiễm này vào môi trường nước là rất cần thiết.
Trong những năm gần đây, vật liệu cacbon đã và đang thu hút sự quan tâm
của các nhà khoa học trong và ngoài nước bởi các tính chất đặc biệt với các tiềm
năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt là graphen, vật liệu
công nghệ sạch, thân thiện với môi trường, có nguồn gốc từ thiên nhiên có tính chất
vượt trội như: cấu trúc màn mỏng, diện tích bề mặt lớn, độ cứng cao,…nên được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: điện cực, cảm biến, tụ điện, xử lý môi
trường,… Trong đó, graphen oxit (GO) là sản phẩm trung gian khi chế tạo graphen
từ graphit cũng có nhiều tính chất tương tự graphen. Ngoài ra, trên bề mặt vật liệu
GO còn chứa nhiều nhóm chức phân cực như cacboxyl, hydroxyl, cacbonyl,
epoxi… giúp GO dễ phân tán trong nước, loại bỏ các ion, các chất dễ bị phân hủy.
Vì vậy, GO là vật liệu nền lí tưởng, thuận lợi cho việc gắn chặt, phân tán các kim
loại, oxit kim loại, các hợp chất hóa học khác tạo nên những tổ hợp có các tính chất
mới, tính linh động của electron trên bề mặt GO với độ bền cơ học, độ bền nhiệt
được cải thiện. Theo hướng này, đã có một số công bố về chế tạo chất xúc tác kim
loại/oxit kim loại kết hợp với vật liệu graphen oxit dạng huyền phù như: graphen
oxit (TiO2/GO) hay phân tán Au/GO, CuO/GO… đang rất được quan tâm, nhất là
trong lĩnh vực xử lí môi trường, hấp phụ các chất hữu cơ đặc biệt là các loại phẩm
nhuộm.

6



Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu tổng
hợp chất xúc tác trên nền vật liệu graphen oxit” với nguồn graphen oxit được tổng
hợp từ graphit.
Luận văn gồm các nội dung sau:
1. Tổng hợp graphen oxit (GO) từ graphit bằng phương pháp Hummer biến tính.
2. Nghiên cứu biến tính vật liệu GO bằng kim loại Fe.
 Khảo sát ảnh hưởng của pH
 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng kim loại
3. Đặc trưng các vật liệu tổng hợp.
4. Thử hoạt tính của vật liệu tổng hợp.

7


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. VẬT LIỆU GRAPHIT
Trong tự nhiên, than chì được tìm thấy ở một số khoáng vật như: thiên thạch,
thạch anh, mica...Than chì lần đầu tiên được con người sử dụng để làm bút chì, vào
khoảng những năm 1500-1560 và cái tên than chì (graphit) được đặt bởi Abraham
Gottlob Werner ( một nhà địa chất học người Đức) vào năm 1789, xuất phát từ tiếng
Hy Lạp với ý nghĩa “để vẽ” [5]

Hình 1.1. Mẫu graphit
Graphit tồn tại ở dạng tinh thể cấu tạo lớp, các lớp nằm song song với nhau,
mỗi lớp bao gồm các vòng sáu cạnh tương đối phẳng, một nguyên tử cacbon liên
kết với ba nguyên tử cacbon khác. Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon trong
cùng một lớp là khoảng 0,142 nm trong khi đó khoảng cách giữa các lớp với nhau là
khoảng 0,335 nm do vậy tương tác giữa các lớp yếu hơn tương tác giữa các nguyên

tử cùng lớp rất nhiều. Chính vì tương tác giữa các lớp với nhau tương đối yếu nên
các lớp này có thể trượt lên nhau, dẫn đến tính dẻo nhưng không đàn hồi của
graphit. Liên kết C-C trong graphit tương đối bền, do ngoài các liên kết với ba
nguyên tử cacbon xung quanh thì nguyên tử cacbon trung tâm còn có thể tạo  ra
một liên kết π không định vị với các nguyên tử xung quanh, chính vì vậy trong các
lớp mạng sẽ tạo ra một hệ thống liên hợp dạng (-C=C-C=C-C=C-) tạo ra vùng
không gian mà các electron π có thể chuyển động tương đối tự do (xem như một
giếng thế) dẫn đến hiện tượng ánh kim và khả năng dẫn điện của graphit. Bởi những

8


tính chất như vậy, graphit thường được sử dụng để làm điện cực trong các phương
pháp điện hóa học [17]

Ô mạng

Mô hình liên kết một lớp

Hình chiếu bên các lớp

Hình chiếu bằng các lớp
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể graphit
1.2. VẬT LIỆU GRAPHEN
1.2.1. Lịch sử phát triển
Graphen được quan tâm từ khá sớm khi người ta phát minh ra phương pháp
tinh thể học tia X (X-ray crystallography) và cũng được nghiên cứu về mặt lý thuyết
bởi P.R Wallace từ những năm 1947. Cho đến năm 2004, khi tạp chí Science công
bố kết quả tách graphen từ tinh thể graphit bằng phương pháp thủ công nhờ băng
keo trong suốt (Scotch tape) của Novoselov cùng với nhóm các nhà khoa học ở Đại

học Manchester (Anh) và Viện công nghệ vi điện tử Chernogolovka (Nga) đã gây
nên chấn động lớn trên khắp thế giới [13]. Kể từ đó đến nay số công trình khoa học
được công bố về graphen và vật liệu trên cơ sở graphen tăng lên một cách khác
thường. Theo số liệu trong bài báo, năm 1998 số lượng công trình công bố chỉ
khoảng 100 công trình, năm 2004 số công trình tăng lên gấp đôi, năm 2007 có
9


khoảng 800 công trình được công bố và đến năm 2010 số lượng công trình công bố
tăng lên rất nhiều, gần 3500 công trình. Tính đến năm 2014 đã lên đến 16000 công
bố cho thấy graphen đang là mối quan tâm hàng đầu trong các vật liệu cacbon [5].
1.2.2. Cấu trúc của graphen
Về mặt cấu trúc, màng graphen được tạo thành từ các nguyên tử cacbon sắp
xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng một mặt phẳng, hay còn gọi là cấu trúc tổ ong.
Do chỉ có sáu electron tạo thành lớp vỏ của nguyên tử cacbon nên chỉ có bốn
electron phân bố ở trạng thái 2s và 2p đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết
hóa học giữa các nguyên tử với nhau. Các trạng thái 2s và 2p của nguyên tử cacbon
lai hóa với nhau tạo thành ba trạng thái sp2, các trạng thái này định hướng theo ba
phương tạo với nhau một góc 1200. Mỗi trạng thái sp2 của nguyên tử cacbon này
xen phủ với một trạng thái sp2 của nguyên tử cacbon khác hình thành nên liên kết
cộng  bền vững.Chính các liên kết này quy định cấu trúc mạng tinh thể graphen ở
hình dạng tổ ong và lý giải tại sao graphen rất bền vững về mặt cơ học và trơ về mặt
hóa học trong mặt phẳng mạng. Ngoài các liên kết , giữa hai nguyên tử cacbon lân
cận còn tồn tại một liên kết  khác hình thành do sự xen phủ của các obitan pz
không bị lai hóa với các obitan s. Do liên kết  này yếu và có định hướng không
gian vuông góc với các obitan sp2 nên các electron tham gia liên kết này rất linh
động và quy định tính chất điện và quang của graphen [4].
1.2.3. Tính chất của graphen
Tính trong suốt quang học của graphen: graphen hầu như trong suốt, nó hấp
phụ chỉ 2,3% cường độ ánh sáng, độc lập với bước sóng trong vùng quang học. Như

vậy miếng graphen lơ lửng không có màu sắc [8].
Sức bền của graphen: graphen có sức bền 42 N/m2; với một màng thép giả
thuyết có cùng bề dày như graphen (có thể lấy bằng 3,35Å = 3,35.10-10 m, tức là bề
dày lớp trong graphit), giá trị này sẽ tương ứng với sức bền 2D 0,084-0,40 N/m2.
Như vậy, graphen bền hơn thép 100 lần.
Khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt của graphen: graphen có tính dẫn điện và dẫn
nhiệt tốt. Ở dạng tinh khiết, graphen dẫn điện nhanh hơn bất cứ chất nào, graphen
có thể truyền tải điện năng tốt hơn đồng gấp một triệu lần. Hơn nữa, các electron đi

10


qua graphen hầu như không gặp điện trở nên ít sinh nhiệt. Bản thân graphen cũng là
chất dẫn nhiệt, cho phép nhiệt đi qua và phát tán rất nhanh.
Khả năng hấp phụ của graphen: graphen có diện tích bề mặt lớn (2630 m2/g),
cao hơn diện tích bề mặt của than hoạt tính ( 800-1000 m2/g) và của ống nano
cacbon ( 2240 m2/g). Do đó, khả năng hấp phụ của graphen là rất lớn.
Graphen là một chất kín khí: graphen có kích cỡ của một nguyên tử nên không
cho phân tử khí lọt qua. Do có tính kín khí nên graphen dùng làm các màng che phủ
và ứng dụng trong hóa dầu.
1.3. GRAPHEN OXIT
1.3.1. Cấu trúc của graphen oxit
Graphen oxit (GO) là một sản phẩm trung gian của quá trình chế tạo graphen
bằng phương pháp hóa học, thu được từ quá trình oxi hóa graphit bởi các chất oxi
hóa và axit mạnh. Quá trình oxi hóa graphit thành graphen oxit nhằm mục đích tạo
nên các nhóm chức có chứa oxi trên bề mặt của các lớp graphit, để dễ dàng phân
tán chúng trong các dung môi phân cực tạo thành các đơn lớp graphen oxit. Sau đó
các đơn lớp graphen oxit này sẽ được chuyển hóa thành các đơn lớp graphen bằng
cách khử bỏ các nhóm chức này. Đặc điểm cấu trúc quan trọng nhất của sản phẩm
này là luôn có mặt các nhóm chức chứa oxi hoạt động. Các nhóm chức chứa oxi

phổ biến nhất trên GO là nhóm hydroxyl (-OH), cacboxyl (-COOH), cacbonyl (C=O), epoxyl (C-O-C) , xeton (C=O) và các hợp chất chứa C-O và C=O khác như:
lactol, peroxit, anhiđrit... [4]. Tuy nhiên, cấu trúc của GO phụ thuộc nhiều vào
phương pháp tổng hợp và được đưa ra bởi nhiều nhà nghiên cứu khác nhau nhưng
trong đó mô hình của Lerf-Klinowski phổ biến hơn cả [27].

Hình 1.3. Mô hình cấu trúc Graphen oxit (GO) do Lerf-Klinowsk đề xuất

11


1.3.2. Tính chất của graphen oxit
Graphen oxit có khả năng phân tán tốt trong nước và các dung môi hữu cơ
khác do sự có mặt của các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt như hydroxyl, epoxy,
cacboxyl... Các nhóm chức này có khả năng tạo liên kết hydro với các phân tử nước
vì vậy mà graphen oxit có khả năng phân tán tốt trong nước và các dung môi hữu cơ
phân cực khác [10].
Graphen oxit là chất cách điện, điều này là do quá trình biến đổi hóa học
hình thành các nhóm chức trên bề mặt của graphen oxit làm phá vỡ các mạng
lưới liên kết sp 2 giữa các nguyên tử C-C khiến việc truyền điện tử trở nên yếu
hơn hoặc gián đoạn.
Graphen oxit có diện tích bề mặt riêng lớn và có khả năng phân tán tốt trong dung
môi phân cực nên được sử dụng làm chất nền để tổng hợp một số vật liệu mới [10].
1.3.3. Các phương pháp tổng hợp GO
Graphen oxit là một hợp chất của cacbon, oxi, hidro và là sản phẩm của quá trình
oxi hóa graphit. Nghiên cứu đầu tiên về GO được tiến hành cách đây hơn 150 năm, cho
thấy có thể sản xuất vật liệu này trên cơ sở graphit với giá thành tương đối thấp.
GO được tổng hợp bằng ba phương pháp chính đó là Brodie (1859),
Staudenmaier (1898) và Hummers và Offeman (1958) [27]. Phương pháp Brodie và
Staudenmaier sử dụng kết hợp cả KClO3 và HNO3 để oxy hóa graphit. Trong khi
đó, phương pháp Hummers sử dụng cách xử lý graphit với KMnO4 và H2SO4 (Hình

1.4). Với phương pháp Brodie bằng cách sử dụng phương pháp phân tích nguyên tố,
phân tử của sản phẩm cuối có công thức C11H4O5. Sản phẩm này có tính axit nhẹ và
có khả năng phân tán trong môi trường kiềm, song lại có cấu trúc không hoàn hảo.
Với phương pháp Staudenmaier đã có sự thay đổi so với phương pháp Brodie khi sử
dụng tác nhân oxy hóa KClO3 để tăng mức độ oxy hóa của GO. Tuy nhiên phương
pháp này rất nguy hiểm vì KClO3 là chất dễ gây kích nổ và sản phẩm khí ClO2 được
tạo thành có nguy cơ cháy nổ cao [25].

12


1. Hummers: H2SO4/KMnO4/NaNO3

GO

GRAPHIT TỰ NHIÊN
(2-15 micron)

2. Staudemaier: H2SO4/HNO3/KClO3
3. Brodie: HNO3/NaClO3
Hình 1.4. Các phương pháp tổng hợp GO

Phương pháp Hummers sử dụng hỗn hợp H2SO4, NaNO3 và KMnO4 giúp cho
sản phẩm GO có mức độ oxy hóa cao hơn các sản phẩm được tổng hợp bằng các
phương pháp trước đó [15]. Mặc dù KMnO4 là một chất oxy hóa được sử dụng,
nhưng thực tế thì tác nhân Mn2O7 mới là tác nhân chính tham gia quá trình oxy hóa
graphit thành GO theo phản ứng sau:
KMnO4 + 3H2SO4 →K+ +MnO3+ +H3O+ +3HSO4MnO3+ + MnO4- →Mn2O7
Mn2O7 là chất oxy hóa hoạt động, tuy nhiên Mn2O7 bị kích nổ khi đun nóng
đến nhiệt độ trên 55oC hoặc khi tiếp xúc với hợp chất hữu cơ. Do đó, việc kiểm soát

nhiệt độ trong phản ứng là rất quan trọng, đặc biệt là ở quy mô công nghiệp.
Trong ba phương pháp trên thì phương pháp Hummers là phổ biến hơn cả.
Tuy nhiên, những năm gần đây phương pháp này đã được cải tiến nhiều nhằm loại
bỏ việc sử dụng NaNO3 do đó ngăn ngừa tạo ra khí độc hại trong quá trình tổng
hợp, các phương pháp này được gọi là phương pháp Hummers cải tiến (Modified
Hummers). Đây là phương pháp được lựa chọn để tổng hợp trong đề tài này.
1.3.4. Ứng dụng của GO
Trong bảo vệ môi trường, graphen oxit có khả năng hấp phụ cao đối với các
loại khí độc hại, ion kim loại nặng, chất ô nhiễm hữu cơ.
GO có chứa nhiều nhóm chức như : -O-, -OH và –COOH có thể tạo phức với
các kim loại như chì (Pb2+); cadimi (Cd2+); crom (Cr3+; Cr6+), thủy ngân (Hg2+);
đồng (Cu2+) và thạch tín ( As3+, As5+) nên được sử dụng để loại bỏ các ion kim loại

13


nặng. Wu và cộng sự đã thử nghiệm khả năng hấp phụ của GO để loại bỏ Cu2+ từ
dung dịch nước [28].
Các điều kiện tối ưu cho việc loại bỏ Cu2+ bằng GO là pH 5,3; nồng độ Cu2+
là 1 mg/mL và thời gian tiếp xúc cân bằng là 150 phút.
GO có cấu trúc xốp nên hấp phụ tốt chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, đặc
biệt là đối với các loại dầu, các dung môi hữu cơ, thuốc nhuộm, hợp chất phenol và
thuốc trừ sâu. Zhang và cộng sự đã báo cáo khả năng hấp phụ xanh methylene của
GO đạt tối đa là 1939 mg/g [31]. Nó có thể tái sử dụng hơn 10 lần sau khi loại bỏ
các chất hấp phụ qua xử lý nhiệt.
Trong năng lượng, màng graphen oxit cho phép hơi nước đi qua, nhưng không
thấm chất lỏng khác và các loại khí. Hiện tượng này đã được sử dụng để chưng cất
rượu vodka với nồng độ cồn cao hơn [31]. Trong ngành công nghiệp dầu khí,
graphen oxit do có cấu trúc đơn lớp có mạng tinh thể dạng tổ ong gồm các nguyên
tử cacbon chứa các nhóm định chức chứa oxy nằm ngoài vòng như hydroxyl,

epoxyl, cacboxyl...Cấu trúc này giúp cho GO phân tán tốt trong môi trường phân
cực, đặc biệt là môi trường nước, đồng thời cho phép mở rộng ứng dụng của vật
liệu này làm phụ gia giảm thải nước và ổn định nhiệt cho dung dịch khoan khi sử
dụng ở nhiệt độ cao lên đến 1500C [10].
Graphen oxit kết hợp với các oxit kim loại như Fe3O4 , Fe2O3, MnO2, Al2O3,
CuO, TiO2, ZnO đã thu hút được sự quan tâm lớn trong việc giảm và loại bỏ ion
kim loại nặng. Một vài ứng dụng của việc kết hợp các oxit kim loại, kim loại trên
chất nền là GO như sau:
 Vật liệu CuO/GO [19], [20]
Vật liệu CuO/GO được nghiên cứu để sử dụng làm vật liệu anot trong pin ion
Li+ và kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu có khả năng hồi phục cao 500 mA.h/g
sau 500 chu kỳ.
Tính chất cảm ứng sinh học nonenzymatic của CuO/GO được nghiên cứu dựa
trên các điện cực cacbon thủy tinh: Vật liệu CuO/GO cho thấy sự ổn định vượt trội
về lâu dài, khả năng xúc tác tốt, chọn lọc tuyệt vời và đo lường chính xác trong mẫu

14


huyết thanh thực. Người ta tin rằng hợp chất CuO/GO hứa hẹn tốt hơn nữa cho ứng
dụng về cảm biến sinh học glucozơ nonenzymatic.
 Vật liệu ZnO/GO [31]
Năm 2013, Ya-Lichen và cộng sự đã tổng hợp trực tiếp vật liệu ZnO/GO
thành công nhờ phương pháp hai bước cải tiến và vật liệu thu đượccó ứng dụng xúc
tác quang trong phản ứng phân hủy metyl da cam với hiệu suất phân hủy là 100%
trong thời gian 120 phút.
 Vật liệu TiO2/GO [32]
Lee và Yang đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệtcủa composit
TiO2/GO tới việc loại bỏ các cation Zn2+, Cd2+, Pb2+. Thời gian xử lý thủy nhiệt từ 6
giờ tới 12 giờ, diện tích bề mặt của các vật liệu tổng hợp cũng tăng cường tương

ứng từ 88,97 -132,74 m2/g và hiệu suấthấp phụ từ 44,8
mg/g cho Zn2+; 65,1
65,6

4,4 mg/g đến 72,8

3,4 mg/g đến 88,9

3,3

1mg/g cho Cd2+ và 45 3,8 mg/g đến

2,7 mg/g cho Pb2+.
 Vật liệu MnO2/GO [25]
Vật liệu MnO2/GO có tiềm năng lớn trong ứng dụng phát hiện hydrazin và cho

thấy khả năng điện xúc tác tốt trong việc phát hiện hydrazin tại hiệu điện thế là 0,6
V. Các cảm biến cho thấy sự phụ thuộc tuyến tính của hydrazine trong khoảng 3 ×
10-6 đến 1,12 × 10-3 với độ nhạy là 1007 μA mM-1 cm-2.
MnO2/Fe3O4/GO với diện tíchbề mặt riêng 165 m2/g cho dung lượng hấp phụ
cực đại Cr(IV) đạt 174,5 mg/g
 Vật liệu Ag/rGO nanocomposit: Vật liệu Ag/rGO nanocomposit tổng hợp
được có khả năng nhạy với khí NH3. Các kết quả đã chứng tỏ rằng, các vật liệu
nano Ag đóng vai trò là các cầu nối giữa các mảng graphen, làm tăng cường độ dẫn
cũng như khả năng nhạy khí của các tổ hợp này. Khi chiều dài sợi nano Ag càng
tăng thì khả năng bắt cầu của chúng sẽ tốt hơn, làm cho độ dẫn, độ nhạy khí NH 3 và
khả năng giải hấp khí của các tổ hợp sẽ được cải tiến vào việc dò khí NH3.

15



1.4. TỔNG QUAN VỀ Fe2O3/GO
1.4.1. Tổng hợp Fe2O3/GO
Các phương pháp tổng hợp Fe 2 O 3 / GO thường được sử dụng như: tẩm
ở nhiệt độ thấp, thủy nhiệt... trong đó GO là một tiền chất trong quá trình
phản ứng.
1.4.1.1. Phương pháp tẩm ở nhiệt độ thấp
Các tác giả [25], đã tổng hợp thành công vật liệu Fe2O3/GO bằng phương pháp
tẩm ở nhiệt độ thấp (600C). Hỗn hợp gồm graphen oxit (GO) và Fe(NO3)3 được
khuấy và duy trì ở 600C cho đến khi thu được dạng kết tủa lơ lửng, tách kết tủa, sấy
khô kết tủa trong không khí ở nhiệt độ phòng.
1.4.1.2. Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt là phương pháp sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao
để tổng hợp vật liệu. Hỗn hợp gồm FeCl3 và GO được thủy nhiệt trong bình Teflon,
sự phát triển tinh thể được thực hiện trong bình. Thủy nhiệt Fe2O3/GO cũng được
chia thành hai loại phụ thuộc vào thành phần dung dịch: loại thứ nhất là
Hydrothermal, loại thứ hai là Solvothermal. Hai loại này khác nhau trong thành
phần dung môi để phân tán các chất tham gia phản ứng. Hydrothermal sử dụng
dung môi là nước, Solvothermal sử dụng dung môi hữu cơ như etylen glycol (EG),
đietylen glycol (DEG). Đây cũng là phương pháp được sử dụng để tổng hợp vật liệu
trong đề tài luận văn [21].
1.4.2. Ứng dụng của vật liệu Fe/GO
Năm 2009, Yang và các cộng sự đã chế tạo thành công vật liệu Fe 3O4/GO,
đồng thời nghiên cứu khả năng kiểm soát thuốc của vật liệu này khi kết hợp với
thuốc chống ung thư hydrochloride doxorubicin (DXR). Vật liệu Fe3O4/GO chứa
18,6% Fe3O4 theo khối lượng được kết hợp với DXR. Cả hai vật liệu Fe3O4/ GO
trước và sau khi đưa DXR đều được phân tán tốt trong dung dịch nước. Vật liệu lai
này tương thích trong điều kiện môi trường có tính axit và di chuyển dưới tác dụng
của nam châm bên ngoài. Vật liệu này dự kiến sẽ có nhiều ứng dụng thực tiễn trong
phân tách vật liệu sinh học và chuẩn đoán trong y sinh.


16


Nhóm tác giả V. Chandra và cộng sự đã tổ hợp thành công vật liệu tổ hợp của
Fe3O4 và rGO bằng cách đồng kết tủa Fe2+/Fe3+ trong dung dịch chứa GO với sự có
mặt của chất khử hydrazin. Nhóm tác giả này tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của
kích thước hạt, tính chất từ của vật liệu khi thay đổi khối lượng hai muối sắt nhưng
giữ nguyên khối lượng GO cho vào ban đầu. Kết quả cho thấy, với khối lượng muối
sắt cho và nhỏ hơn, kích thước hạt Fe3O4 cỡ 11nm, lực kháng từ Hc = 18 Oe, độ từ
hóa bão hòa Ms = 27,4 emu/g. Tuy nhiên, khi cho vào lượng muối sắt lớn hơn với
kích thước hạt 12 nm, lực kháng từ và độ từ hóa bão hòa tăng lên tương ứng Hc =
60 Oe, Ms = 69,0 emu/g. Vật liệu này được ứng dụng trong nghiên cứu xử lý asen
cho hiệu quả loại bỏ 99,9% asen trong phạm vi 1ppb. Năm 2011, bằng phương pháp
đồng kết tủa, nhóm tác giả Yunjin Yao đã tạo ra vật liệu Fe3O4/GO. Vật liệu này đã
xử lý chất màu MB và CR với khả năng hấp phụ cực đại lần lượt là 45,27 và 33,66
mg/g [31]. Gần đây nhất, vào năm 2014 nhóm tác giả N.Namvari và H.Namazi đã
tiến hành tổng hợp vật liệu Fe3O4/GO với độ từ hóa bão hòa đạt 44,3 emu/g và khả
năng hấp phụ đối với MB và CR lần lượt là 109,5 và 98,8 mg/g. Nhóm tác giả
Chunjiao Zhou đã ứng dụng vật liệu Fe3O4/GO trong xử lý MB. Các dữ liệu hấp
phụ phù hợp mô hình hấp phụ Langmuir với khả năng hấp phụ tối đa 246 mg/g và
hằng số cân bằng hấp phụ Langmuir là 8,926 mL/mg [14],[31].
Ngoài ra, vật liệu Fe2O3/GO cũng đã được tổng hợp trực tiếp và có ứng dụng
xúc tác trong phản ứng phân hủy thuốc nhuộm hữu cơ gây ô nhiễm môi trường như:
Rhodamine B and 4-nitrophenol. Kết quả cho thấy rằng chất xúc tác Fe2O3/GO có
hiệu quả xúc tác tuyệt vời cho sự phân hủy của Rhodamine B and 4-nitrophenol
trong dung dịch nước có sự hiện diện của H2O2 ở một phạm vi pH rộng từ 2,09 đến
10,09 và hoạt tính xúc tác ổn định sau 7 chu kì phản ứng [25].
1.5. THUỐC NHUỘM
1.5.1. Sơ lược về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất
định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt
trong những điều kiện nhất định (tính gắn màu).

17


Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con
người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại
thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc
nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những
nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử

không cố định như: =C=C=;

=C=N-; -N=N-; -NO2...[1]
Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2, - COOH,
-SO3H, -OH... đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch
chuyển năng lượng của hệ điện tử.
1.5.2. Thuốc nhuộm Xanh Metylen
Xanh metylen là một hợp chất thơm dị vòng, được tổng hợp cách đây hơn 120
năm, công thức hóa học là C16H18N3SCl. Một số tên gọi khác như là
tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioninium
chloride. Tinh thể MB có màu xanh lá cây thẫm có ánh đồng đỏ hoặc bột nhỏ màu
xanh lá cây thẫm. Khó tan trong nước lạnh và rượu etylic, khi đun nóng thì tan dễ
hơn. Ở nhiệt độ phòng, nó tồn tại ở dạng rắn không mùi, màu xanh đen, khi hòa tan
vào nước hình thành dung dịch màu xanh lam. Trong môi trường nước tồn tại ở
dạng cation, hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (700-550 nm), cực đại hấp thụ
tại bước sóng 660 nm. Dạng dung dịch 1% có pH từ 3-4,5. Xanh metylen đối kháng
với các loại hóa chất mang tính oxi hóa và khử, kiềm, đicromat, các hợp chất của

iot. Khi phân hủy sẽ sinh ra các khí độc như: Cl2, NO, CO, SO2, CO2, H2S. Xanh
metylen nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể.Xanh metylen có thể bị oxy hóa
hoặc bị khử và mỗi phân tử của xanh metylen bị oxy hóa và bị khử khoảng 100
lần/giây.

18


(a)

(b)
Hình 1.5. Thuốc nhuộm Xanh metylen dạng khử (a) và dạng oxi hóa (b).
Tùy thuộc mỗi sinh vật có một nồng độ an toàn khác nhau, ví dụ: nồng độ an
toàn của xanh methylen trên cá da trơn Herteropneustes fossilis là 50,48 ppm, nồng
độ gây chết 50% (LC50) là 188,5; 181,5; 172 và 165,5 ppm trong 24, 48, 72 và 96
giờ tương ứng, nồng độ gây chết mãn tính là 100 mg/L [1]. Vì vậy, việc kiểm soát
nồng độ xanh metylen trong nước là rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến môi trường,
sinh vật cũng như con người.
1.5.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và được sử dụng rộng rãi trong các ngành
như: dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công
nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm
của chúng đã gây ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới con người và môi trường.
 Đối với môi trường và các sinh vật [6]
Nhu cầu oxi hóa học (COD) và nhu cầu oxi sinh học (BOD): trong nước thải
công nghiệp dệt nhuộm có nhiều hợp chất hữu cơ bền sinh học. Mức độ ô nhiễm hữu
cơ trong trường hợp này được tính thông qua các chỉ số COD và BOD. Trong những
năm gần đây do nhu cầu sử dụng sợi vải tổng hợp tăng lên nên khối lượng các chất
nhuộm vải và các chất sinh học khó hoặc không thể phân giải cũng tăng lên. Do vậy
nước thải thường có COD và BOD cao, gây ra độc tính cho thủy sinh.


19


- Giá trị nồng độ pH: nước thải của các nhà máy dệt nhuộm thường có pH dao
động từ 8,5 đến 12 gây độc cho vi sinh vật và cá.
- Màu sắc: nước thải thường có màu đen gây cản trở việc hấp thu, phân giải
oxi trong nước.
- Trị số kim loại: một lượng nhỏ các ion kim loại nặng như: đồng, crom, kẽm,
coban…được bổ sung vào thuốc nhuộm để tăng cường hiệu quả nhuộm nếu không
được xử lí sẽ gây nguy hại đến môi trường.
 Đối với con người: Có thể gây ra các bệnh về da liễu, đường hô hấp. Ngoài
ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của chúng rất độc hại gây ung thư và
nhiều bệnh nguy hiểm khác.
1.6. HẤP PHỤ [9]
Hiện tượng hấp phụ là sự tăng nồng độ của khí (hơi hoặc lỏng) trên bề mặt
phân cách pha (rắn - khí hoặc rắn - lỏng).
Trong hấp phụ, các phân tử (nguyên tử hoặc ion) của chất bị hấp phụ liên
kết với bề mặt chất hấp phụ bằng các lực tương tác khác nhau. Tùy thuộc vào
kiểu lực hấp phụ, người ta chia thành 2 dạng hấp phụ sau: hấp phụ vật lý và hấp
phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý (HPVL): do các lực Van Der Walls tương tác giữa các phân tử
(hoặc các nhóm phân tử) , lực này yếu dần và giảm rất nhanh theo khoảng cách giữa
các phân tử. Thường thì năng lượng tương tác Ea giữa chất hấp phụ (chất rắn) và chất
bị hấp phụ (các khí) chỉ cao hơn một ít hoặc xấp xỉ với năng lượng hóa lỏng El của
khí đó.
HPVL là không đặc trưng và đôi khi tương tự như quá trình ngưng tụ. Các
lực hấp dẫn các phân tử chất lỏng, khí (hơi) đến bề mặt là tương đối yếu và nhiệt
tỏa ra trong quá trình hấp phụ có độ lớn tương đương với nhiệt tỏa ra trong quá
trình ngưng tụ, khoảng chừng 0,5-5 kcal/mol . Cân bằng giữa bề mặt chất hấp phụ

và chất bị hấp phụ thường nhanh chóng đạt được và thuận nghịch, bởi vì năng
lượng đòi hỏi cho quá trình này là nhỏ. Năng lượng hoạt hóa đối với quá trình
HPVL thường không lớn hơn 1kcal/mol do các lực liên quan đến quá trình HPVL
là yếu (chủ yếu là lực Van Der Walls).

20


HPVL không những phụ thuộc nhiều vào tính dị thường của bề mặt mà còn phụ
thuộc vào diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ. Tuy vậy, phạm vi hấp phụ không bị
giới hạn đến lớp hấp phụ đơn phân tử trên bề mặt, đặc biệt lân cận nhiệt độ ngưng tụ.
Khi các lớp phân tử hấp phụ lên bề mặt vật rắn, quá trình này tiến triển và trở nên
giống như quá trình ngưng tụ.Nghiên cứu quá trình HPVL có ý nghĩa trong việc nghiên
cứu tính chất vật lý của vật liệu. Các vấn đề về diện tích bề mặt, phân bố kích thước lỗ,
tính chất xốp của vật liệu đều có thể tính toán được bằng cách đo HPVL.
Hấp phụ hóa học (HPHH): rất đặc trưng và liên quan đến các lực tương tác
mạnh hoạt động, tốc độ biến đổi theo nhiệt độ với năng lượng hoạt hóa tuân theo
phương trình Arrhenius. Tuy nhiên trong một vài hệ, hấp phụ hóa học xảy ra vô cùng
nhanh, nên giả thiết rằng năng lượng hoạt hóa bằng zero, trường hợp này gọi là
HPHH không hoạt động. Loại hấp phụ này thường được tìm thấy trong quá trình hấp
phụ pha khí và rắn ở giai đoạn đầu của quá trình, trong khi đó giai đoạn sau thì chậm
và phụ thuộc vào nhiệt độ (HPHH hoạt động)
Trong pha lỏng, người ta thường gặp các trường hợp hấp phụ sau:
- Hấp phụ các chất tan trên bề mặt phân cách pha lỏng - khí; lỏng - lỏng.
- Hấp phụ các chất tan trên bề mặt chất rắn tiếp xúc với pha lỏng.
Sự hấp phụ xảy ra trên bề mặt pha rắn trong dung dịch phức tạp hơn nhiều so
với trong pha khí. Bởi vì, các phân tử dung môi có thể hấp phụ cạnh tranh với các
phân tử chất tan: chất tan gồm các phân tử trung hòa điện tích hoặc các tiểu phân
mang điện (chất điện ly).
Tóm lại, quá trình hấp phụ chất khí (hơi), lỏng trên bề mặt là HPVL hay HPHH

phụ thuộc vào bản chất chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, vào nhiệt độ của quá trình
hấp phụ.
1.7. XÚC TÁC
1.7.1. Định nghĩa, phân loại xúc tác [9]
Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhờ sự tương tác với chất phản
ứng nhưng sau phản ứng vẫn được bảo toàn về lượng và bản chất hóa học.
Dựa theo pha của chất xúc tác và chất phản ứng, chia làm 2 loại: xúc tác đồng
thể và xúc tác dị thể.
Dựa theo cơ chế phản ứng, chia làm 2 loại: xúc tác đồng li và xúc tác dị li.

21


1.7.2. Đặc điểm của hiện tượng xúc tác [12]
Hiện tượng xúc tác có những tính chất đặc trưng sau:
- Tính chọn lọc: Mỗi chất xúc tác chỉ có tác dụng xúc tác cho một quá trình ở
điều kiện xác định.
- Không làm chuyển dịch trạng thái cân bằng của phản ứng, chỉ thúc đẩy quá
trình nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng.
- Chất xúc tác không gây ra phản ứng hóa học.
1.7.3. Yêu cầu cơ bản khi điều chế xúc tác [12]
Hai tiêu chuẩn quan trọng nhất của xúc tác là hoạt tính và tuổi thọ.
Trước hết, chất xúc tác phải làm tăng tốc độ phản ứng mong muốn trong
những điều kiện nhất định. Ngày nay, công nghiệp hóa học có thể đạt đến trình độ
thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao đến 1600K và dưới áp suất 350 atm (35 MPa) để
có thể được một hiệu suất sản phẩm như mong muốn theo như tính toán nhiệt động
học. Song, người ta luôn luôn tìm kiếm các xúc tác làm việc ở điều kiện “mềm”
hơn, nghĩa là trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp hơn để hạ giá thành sản phẩm.
Mặt khác, xúc tác phải có tác dụng làm giảm thiểu các phản ứng phụ, nhất là các
phản ứng phụ gây ngộ độc xúc tác hoặc tạo ra lớp phủ cacbon.

Thứ hai, chất xúc tác phải có khả năng làm việc lâu dài.Trong một số quá
trình, người ta đã chế tạo các chất xúc tác tuổi thọ đến một vài năm.Thời gian xúc
tác làm việc càng lâu thì giá thành xúc tác càng giảm.
Những nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ xúc tác là:
- Ngộ độc thuận nghịch vì các tạp chất trong phản ứng hoặc do phản ứng phụ.
- Biến đổi bất thuận nghịch trạng thái vật lý như: giảm bề mặt riêng do kết
dính hoặc do độ bền cơ học.
- Xúc tác bị ngộ độc thuận nghịch có thể được phục hồi bằng cách xử lý
thích hợp: oxy hóa, rửa, sấy... Trong khi điều chế, người ta luôn quan tâm đến độ
bền xúc tác để hạn chế tối đa sự tổn thất xúc tác do nguyên nhân vật lý, cơ học.

22