ĐẶng thị quỳnh lan nghiên cứu tổng hợp và Ứng dụng của một số VẬt liệu khung kim loại-hữu cơ. Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý



tải về 8.99 Mb.
trang4/51
Chuyển đổi dữ liệu08.06.2018
Kích8.99 Mb.
#39698
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   51
Hình 1. 3. Ví dụ về các SBU của vật liệu MOFs từ cacboxylat. Đa diện kim loại: màu xanh; O: đỏ; C: màu đen. Các đa giác hoặc đa diện được xác định bởi các nguyên tử carbon của nhóm cacboxylat (điểm mở rộng có màu đỏ) [102], [107].

Nhiều công trình nghiên cứu chức năng hóa bề mặt vật liệu MOFs bằng cách thêm các nhóm amino, axit cacboxylic hay hiđroxyl trong quá trình tổng hợp vật liệu nhằm thay đổi các tính chất khác nhau của chất nối hữu cơ, đã tạo ra các loại MOFs cấu trúc mới, kích thước mao quản và thể tích tế bào đơn vị khác nhau [59] [76], [78].

MOFs là vật liệu vi mao quản và mao quản trung bình. Chúng có nhiều tính chất đặc trưng do diện tích bề mặt và kích thước lỗ xốp lớn. MOFs có thể được tổng hợp với hàng loạt các cấu trúc khác nhau tùy theo các tâm kim loại và các cầu nối hữu cơ, mặt khác số lượng các kiểu tổ hợp của các cầu nối hữu cơ với các tâm kim loại là rất lớn, vì vậy trong những năm trở lại đây rất nhiều vật liệu MOFs với cấu trúc khác nhau được tìm ra cùng với các những khả năng ứng dụng vô cùng đa dạng của chúng [63], [74]. Hình 1.4 chỉ ra số lượng bài báo nghiên cứu về MOFs trong mười hai năm qua.


Hình 1. 4. Số lượng các công trình công bố về MOFs trong 12 năm gần đây

(SciFinder- tính đến ngày 15 tháng 1 năm 2014) [65]

Do MOFs có bề mặt riêng lớn nên được nhiều nhà khoa học nghiên cứu làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học có ứng dụng sản xuất vật liệu và dược phẩm. Vật liệu MOFs chứa Zn là chất xúc tác đạt hiệu quả nhất do sự hoạt hóa của nhóm ankoxi và cacbon đioxit tạo thành các polypropylen cacbonat [61]. Một triển vọng ứng dụng to lớn trong chế tạo xúc tác của vật liệu MOFs là do các tâm kim loại trong khung mạng dễ dàng bị thay thế đồng hình. Ngoài ra, diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tán các tâm xúc tác trên vật liệu MOFs [85]. Tuỳ thuộc vào bản chất của kim loại hoặc các nano kim loại oxit liên kết trên khung mạng của MOFs người ta sẽ thu được vật liệu xúc tác cho các phản ứng khác nhau [90]. Khi đưa vào khung mạng các oxit kim loại hay các kim loại như Ti, Ag, Au, Zr, Cu, Cr, Fe… sẽ tạo thành các xúc tác redox hoặc tạo thành xúc tác dị thể, xúc tác quang hóa…[9], [13], [25], [39], [92]. Vì vậy trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thế đồng hình Fe và khung mạng Cr-MIL-101 để thực hiện phản ứng xúc tác Fenton và quang hóa Fenton.

Mới đây, một trong những hướng nghiên cứu ứng dụng của vật liệu MOFs rất được quan tâm là sử dụng chúng làm chất hấp phụ chọn lọc, hiệu quả cao trong xử lý môi trường. Thật vậy, những công bố gần đây đã chứng minh chất hấp phụ MOFs ứng dụng trong xử lý môi trường vượt trội hơn hẳn vật liệu vô cơ để xử lý các chất hữu cơ độc hại dễ bay hơi (VOCs). Ngoài ra, khả năng loại bỏ hiệu quả cao asen, kim loại nặng, chất màu, dư lượng thuốc kháng sinh, chất bảo vệ thực vật cũng được công bố. Bang-Jing Zhu và đồng nghiệp đã đưa Fe vào khung mạng (Fe-BTC), và thành công trong việc chứng minh khả năng hấp phụ hiệu quả cao đối với asen của vật liệu MOFs [20], [95].

Loại bỏ chất màu (xanh metyl, metyl da cam) bằng cách sử dụng vật liệu MOFs chức năng hóa (PED-MIL-101) làm chất hấp phụ. MIL-101 được chức năng hóa với etyl diamin tạo điện tích dương trên bề mặt. Xanh metyl có chứa nhóm SO3- mang điện âm, trong quá trình bị hấp phụ trên vật liệu MOFs (MIL-101 chức năng hóa) có sự tương tác tĩnh điện dẫn đến tăng dung lượng hấp phụ xanh metyl gấp 10 lần so với dung lượng hấp phụ trên than hoạt tính [37]. Tính chất axit-bazơ của vật liệu MOFs đóng vai trò quan trọng trong hấp phụ các chất ô nhiễm. Sự hình thành phức π, tương tác tĩnh điện giữa vật liệu MOFs và chất bị hấp phụ cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ những chất này [66]. Ngoài ra, sự hình thành liên kết hydro giữa vật liệu MOFs và chất bị hấp phụ cũng rất quan trọng trong quá trình loại bỏ hiệu quả các chất độc hại [82]. Dưới đây là một số cơ chế hấp phụ các chất độc hại trên vật liệu MOFs dựa trên cơ sở hấp phụ vật lý-hóa học, tương tác axit-bazơ, tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, hình thành phức π và hiệu ứng thở (breathing effect):



Hình 1. 5. Cơ chế hấp phụ các chất độc hại trên vật liệu MOFs [82]



Ở Việt nam, việc nghiên cứu vật liệu khung cơ kim chưa được nhiều. Một số nhà khoa học ở trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tiến hành tổng hợp vật liệu MOFs, nghiên cứu khả năng tách chất (H2/CH4, CH4/CO2,..) và tính chất xúc tác của MOFs trong các phản ứng Friedel-Crafts Acylation, Knoevenagel, Aza-Michael và Paal–Knorr. Một số nhà khoa học tại Phòng Xúc tác Ứng dụng Viện hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam đã tổng hợp thành công các vật liệu MOF-5, ZIF-4, ZIF-10, MILL-101, MILL-125 và chế tạo thành công xúc tác quang hóa trên cơ sở MILL-101 bằng phương pháp tẩm ướt ankoxit titan và cấy ghép nguyên tử titan trong pha hơi. Đặc biệt, một Hội nghị quốc tế về vật liệu khung hữu cơ kim loại MOFs đầu tiên được tổ chức tại thành phố Hồ Chí Minh 3-2011 với sự tham gia của các nhà khoa học nổi tiếng thế giới về MOFs như giáo sư Yaghi, người phát hiện MIL-101 năm 2005 và các nhà khoa học trong nước. Điều đó chứng tỏ vấn đề nghiên cứu vật liệu MOFs có tính thời sự, nhận được sự quan tâm rất lớn trong cộng đồng các nhà khoa học, đặc biệt là các nhà hóa học.


  1. tải về 8.99 Mb.

    Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   51




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương