Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu mesoporous zeolite

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP. HCM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA NGUYӈ175ѬѪ1**,$+¬2 NGHIÊN CӬU TӘNG HӦP VÀ ӬNG DӨNG VҰT LIӊU MESOPOROUS ZEOLITE STUDY ON SYNTHESIS AND APPLICATION OF MESOPOROUS ZEOLITE MATERIAL Chuyên ngành: Kӻ thuұt hóa hӑc Mã sӕ : 8520301 LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ TP. HӖ CHÍ MINH, tháng 02 QăP21 Công trình ÿѭӧc hoàn thành tҥi: 7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa ± Ĉ+4*-HCM Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc : .................................................................. (Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ và chӳ ký) Cán bӝ chҩm nhұn xét 1 : ........................................................................ (Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ và chӳ ký) Cán bӝ chҩm nhұn xét 2 : ........................................................................ (Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ và chӳ ký) LuұQYăQWKҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥL7UѭӡQJĈҥi hӑF%iFK.KRDĈ+4*7SHCM QJj\WKiQJQăP Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm: 1. ............................................................ 2. ............................................................ 3. ............................................................ 4. ............................................................ 5. ............................................................ Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿã ÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có). CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG 75ѬӢNG KHOA«««« ĈҥL+ӑF4XӕF*LD7S+&0&Ӝ1*+Ñ$;­+Ӝ,&+Ӫ1*+Ƭ$9,ӊ71$0 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA -------------------- Ĉӝc lұp ± Tӵ Do ± Hҥnh Phúc -------------------- NHIӊM VӨ LUҰ19Ă1THҤ&6Ƭ Hӑ tên hӑc viên: NguyӉn 7UѭѫQJ*LD+jR 1Jj\WKiQJQăPVLQK15/10/1995 Chuyên ngành: Kӻ thuұt hóa hӑc MSHV: 1870533 1ѫLVLQKTP Hӗ Chí Minh Mã sӕ: 8520301 I. 7Ç1Ĉӄ TÀI: Nghiên cӭu tәng hӧp và ӭng dөng vұt liӋu mesoporous zeolite bҵQJSKѭѫQJ pháp top ± down và bottom ± up. II. NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG x Nghiên cӭu và tәng hӧp vұt liӋu Mesoporous Zeolite X bҵQJSKѭѫQJSKiSWRS ± down sӱ dөng nguӗn nguyên liӋu tro trҩu. x Nghiên cӭu và tәng hӧp vұt liӋu Mesoporous Zeolite X bҵQJ SKѭѫQJ SKiS bottom ± up sӱ dөng nguӗn nguyên liӋu tro trҩu. x ĈiQKJLiFҩu trúc tinh thӇ, diӋn tich bӅ mһt cӫa vұt liӋu. Khҧo sát ӭng dөng ban ÿҫu cӫa vұt liӋXQKѭK~Wҭm khi so sánh vӟi silica. III. NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 06/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 02/2021 V. CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN: PGS. TS. NguyӉn Quang Long Tp. H͛ Chí Minh, ngày tháng QăP CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN CHӪ NHIӊM BӜ 0Ð1Ĉ¬27ҤO PGS.TS. NguyӉn Quang Long PGS.TS. NguyӉn Quang Long 75ѬӢNG KHOA KӺ THUҰT HÓA HӐC *6763KDQ7KDQK6ѫQNam i LӠI CҦ0Ѫ1 Ĉҫu tiên, em xin gӱi lӡi cҧPѫQVkXVҳFÿӃn PGS. TS. NguyӉQ4XDQJ/RQJQJѭӡi ÿmGjQKUҩt nhiӅu công sӭc, tâm huyӃWÿӇ truyӅQÿҥt nhӳng kiӃn thӭc, kinh nghiӋm quý báu cho em trong suӕt quá trình hӑc tұp và thӵc hiӋn LuұQYăQWҥL7UѭӡQJĈҥi Hӑc Bách Khoa Tp HCM. Xin cҧPѫQ4Xê7Kҫy, Cô bӝ môn Kӻ thuұt Hóa Lý ± Khoa Kӻ thuұt Hóa Hӑc, 7UѭӡQJĈҥi HӑF%iFK.KRD7S+&0ÿmWUX\ӅQÿҥt nhӳng kiӃn thӭc quý báu cho em trong quá trình hӑc tұp tҥLWUѭӡng. Xin cҧPѫQTXê7Kҫy, Cô trong hӝLÿӗng phҧn biӋQÿmGjQK thӡLJLDQÿӑFYjÿѭDUDQKӳng nhұn xét quý báu giúp em có thӇ hoàn thiӋQKѫQOXұQYăQ FNJQJQKѭNLӃn thӭc cӫa mình. Xin cҧPѫQFiFDQKFKӏ và các bҥn cùng làm trong Phòng thí nghiӋm Hóa lý Xúc WiFÿmKӛ trӧ HPÿӇ em có thӇ làm tӕWEiRFiRYjKRjQWKjQKÿӅ tài nghiên cӭu này. Sau cùng em muӕQÿѭӧc gӱi lӡi cҧPѫQFKkQWKjQKÿӃQJLDÿuQKYjEҥn bè, nhӳng QJѭӡLOX{QÿӝQJYLrQYjJL~Sÿӥ em trong suӕt thӡi gian qua. 7URQJTXiWUuQKKRjQWKjQKÿӅ tài nghiên cӭu, bài luұn này không thӇ tránh khӓi nhӳng thiӃu sót, em rҩt mong nhұQÿѭӧc sӵ thông cҧPFNJQJQKѭQKӳQJÿyQJJySWӯ phía các Thҫy, Cô, các thành viên trong hӝLÿӗng và các bҥn cùng làm nghiên cӭu. Xin chân thành cҧPѫQ Tp. Hӗ &Kt0LQKQJj\WKiQJQăP ii TÓM TҲT Trong nghiên cӭu này, các kӃt quҧ thӵc nghiӋm vӅ tәng hӧp mesoporous zeolite vӟi nguӗn nguyên liӋXEDQÿҫu tӯ chҩt thҧi rҳn là tro trҩu nông nghiӋp bҵQJSKѭѫQJSKiStop ± down và bottom ± up. Tro trҩu là nguӗn chҩt thҧi rҳn dӗi dào ӣ ViӋt Nam, có giá trӏ kinh tӃ thҩSQKѭQJ KjPOѭӧng SiO2 cao. Vì vұy, nó có tiӅPQăQJOӟQQKѭPӝt nguӗn cung cҩp silica trong sҧn xuҩt zeolite. Các biӋn pháp xӱ lý zeolite bҵng axit và kiӅm vӟi sӵ có mһt cӫa chҩt hoҥt ÿӝng bӅ mһWFDWLRQ&7$%ÿmWҥo thành công mesopore trong zeolite. Mesoporous zeolite WKXÿѭӧc sӣ hӳu NtFKWKѭӟc meso khoҧng 3-4 nm. KӃt quҧ là, sau khi mӣ rӝng lӛ xӕp, thӇ tích lӛ xӕp cӫa mesoporous zeolite ÿmWăQJOrQÿiQJNӇ khi so sánh vӟi microporous zeolite. DiӋn tích bӅ mһt lӛ NtFK WKѭӟc meso cӫa mesoporous zeolite FDR KѫQ  Oҫn so vӟi microporous zeolite. &iFÿһFWUѭQJ[~FWiFÿѭӧF[iFÿӏnh bao gӗm NhiӉu xҥ tia X (XRD), diӋn tích bӅ mһt riêng (SEM),. ĈӅ WjLÿm khҧo sát ӭng dөQJEDQÿҫu cӫa vұt liӋu là hút ҭm khi so sánh vӟi vұt liӋu silica và kӃt quҧ WKXÿѭӧc là khҧ quan khi khҧ QăQJKҩp phө cӫa vұt liӋXÿѭӧc tәng hӧp bҵQJSKѭѫQJSKiSWRS-down (TMZ-5+$FDRKѫQ 9% so vӟi vұt liӋu silica, và cӫa vұt liӋu ÿѭӧc tәng hӧp bҵQJSKѭѫQJSKiSERWWRP-up vӟi tӍ lӋ CTAB là 0,9g/100 mL dung dӏch gel aluminosilicat (BMZ-0,9-5+$FDRKѫQVRYӟi vұt liӋu silica. TӕFÿӝ giҧi hҩp cӫa vұt liӋu TMZ-RHA ӣ nhiӋWÿӝ 150oC, 110oC, 90o&FDRKѫQYұt liӋu silica lҫQOѭӧt là 18,6%, 11,46%, 4,5% và BMZ-0,9-RHA ӣ nhiӋWÿӝ 150oC, 110oC, 90o&FDRKѫQYұt liӋu silica lҫn Oѭӧt là 19,88%, 9,39%, 4,2%. iii ABSTRACT In this study, experimental results on mesoporous zeolite preparation from a common solid waste, the rice husk ash by a Top-Down and Bottom-Up approach were reported. The rice husk ash is an abundant source of solid waste in Vietnam which is low in economic value but high in SiO2 content. Thus, it has great potential as a source of silica in the production of zeolite. The consecutive treatments of zeolite by acid and alkaline in the presence of a cationic surfactant (CTAB) successfully generated mesopore in the zeolite. The obtained mesoporous zeolite possessed mesopore with a size of around 3-4 nm. As a result, after the top-down pore expansion, the pore volume of the mesoporous zeolite was significantly increased ZKHQFRPSDULQJWRWKH³SDUHQW´ULFH-husk-ash derived zeolite. Significantly, the mesopore surface area of the mesoporous zeolite was 2.4 times higher than that of the parent zeolite. The physicochemical properties of catalyst have been determined by various method including XRD, BET surface area,.. The thesis investigated the initial application of the material as hygroscopic when compared with silica and the results obtained are satisfactory when the adsorption capacity of the material is synthesized by the top-down method (TMZ- RHA) 9% higher than that of silica, and that of the material synthesized by bottom-up method with a CTAB ratio of 0.9g / 100 mL of aluminosilicate gel solution (BMZ-0.9-RHA) is high 7% more than the silica material. The desorption rate of TMZ-RHA material at 150oC, 110oC, 90oC is 18.6%, 11.46%, 4.5%, and BMZ-0.9-RHA's higher temperature than silica, respectively. degrees 150oC, 110oC, 90oC higher than the silica material is 19.88%, 9.39%, 4.2% respectively. iv LӠ,&$0Ĉ2$1&ӪA TÁC GIҦ LUҰ19Ă1 7{L[LQFDPÿRDQQKӭng kӃt quҧ ÿѭӧc trình bày trong LuұQYăQ7KҥFVƭQj\OjGR chính tôi thӵc hiӋn tӯ kiӃn thӭc cӫa chính mình. Tôi không nӝp luұn án này cho bҩt cӭ 7Uѭӡng, ViӋQQjRÿӇ ÿѭӧc cҩp bҵng. Tp. Hӗ Chí Minh, ngày tháng QăP TÁC GIҦ LUҰN 9Ă1 NguyӉn TrѭѫQJ*LD+jR v 0Ө&/ӨC LӠI CҦ0Ѫ1.................................................................................................................................ii TÓM TҲT......................................................................................................................................iii ABSTRACT...................................................................................................................................iv LӠ,&$0Ĉ2$1&ӪA TÁC GIҦ LUҰ19Ă1 .........................................................................v &+ѬѪ1*0Ӣ ĈҪU ................................................................................................................ 1 1.1. Lý do chӑQÿӅ tài ................................................................................................................ 1 1.2. MөFÿtFKFӫa nghiên cӭu................................................................................................. 12 ĈӕLWѭӧng và phҥm vi cӫa nghiên cӭu............................................................................ 13 ĈӕLWѭӧng nghiên cӭu ................................................................................................ 13 1.3.2. Phҥm vi cӫa nghiên cӭu ............................................................................................ 13 éQJKƭDNKRDKӑc và thӵc tiӉn cӫDÿӅ tài nghiên cӭu ................................................... 13 &+ѬѪ1*,,7ӘNG QUAN...................................................................................................... 14 2.1. GiӟLWKLӋXYӅWUҩXYjWUR.................................................................................................. 14 &ҩXWҥRFӫDWUҩX........................................................................................................ 14 +LӋQWUҥQJWUҩXWҥL9LӋW1DP................................................................................... 19 *LӟLWKLӋXYӅWURWUҩX ................................................................................................ 21 2.2. Zeolite ............................................................................................................................... 23 2.2.1. Giӟi thiӋu vӅ zeolite ................................................................................................... 23 2.2.2. Tính chҩWFѫEҧn cӫa zeolite ..................................................................................... 24 2.3. Ӭng dөng cӫa zeolite ........................................................................................................ 29 =HROLWHWURQJKҩSWKөYjWiFK.................................................................................... 29 6ӱGөQJ]HROLWHOjP[~FWiFWURQJFiFTX\WUuQKF{QJQJKLӋS ............................... 30 7UDRÿәLLRQ ................................................................................................................ 31 2.4. Vұt liӋu zeolite cҩu trúc phân cҩp dùng làm xúc tác .................................................... 32 2.5. Zeolite NaX ....................................................................................................................... 33 &+ѬѪ1*7+ӴC NGHIӊM ................................................................................................. 35 3.1. Nӝi dung nghiên cӭu ........................................................................................................ 35 3.1.1. Tәng hӧp Natrisilica và Natri Aluminate tӯ nguӗn nguyên liӋXÿҫu vào trong Qѭӟc....................................................................................................................................... 35 vi 3.1.2. Tәng hӧp vұt liӋu mesoporous zeolite bҵQJSKѭѫQJSKiSWRS- down ................. 36 3.1.3. Tәng hӧp vұt liӋu mesoporous zeolite bҵQJSKѭѫQJSKiSERWWRP- up ............... 37 3.2. Phân WtFKYjÿiQKJLiFiFÿһFWUѭQJYұt liӋu ................................................................ 38 3KѭѫQJSKiSQKLӉu xҥ tia X (XRD) ......................................................................... 39 3.2.2 WŚӇҿŶŐƉŚĄƉdžĄĐĜҷnh diҵn tích bҲ mҭt riêng bҪng hҤp phӅ N2 (BET) ..................... 41 3.2.3. WŚӇҿŶŐƉŚĄƉŬşŶŚŚŝҳŶǀŝĜŝҵn tӊ quét (SEM) ..................................................... 41 &+ѬѪ1*.ӂT QUҦ VÀ BÀN LUҰN ................................................................................ 43 4.1. TMZ-RHA tәng hӧp bҵQJSKѭѫQJSKiSWRS± down ................................................... 43 4.1.1. KӃt quҧ phân tích cҩu trúc vұt liӋu XRD ................................................................ 43 4.1.2. KӃt quҧ hҩp phө - giҧi hҩp N2 .................................................................................. 44 4.1.3. Phân bӕ NtFKWKѭӟc lӛ xӕp ........................................................................................ 45 4.1.4. KӃt quҧ phân tích SEM ............................................................................................. 46 4.1.5. Ӭng dөng hҩp phө và giҧi hҩp ҭm cӫa vұt liӋu TMZ-RHA .................................. 48 4.2. MZ-RHA tәng hӧp bҵQJSKѭѫQJSKiSERWWRP± up .................................................... 49 4.2.1. KӃt quҧ phân tích cҩu trúc XRD .............................................................................. 49 4.2.2. KӃt quҧ hҩp phө - giҧi hҩp N2 .................................................................................. 50 4.2.3. Phân bӕ NtFKWKѭӟc lӛ xӕp ........................................................................................ 53 4.2.4. KӃt quҧ phân tích SEM ............................................................................................. 55 4.2.5. Ӭng dөng hҩp phө và giҧi hҩp ҭm cӫa vұt liӋu BMZ-x-RHA ............................... 56 KӂT LUҰN VÀ KIӂN NGHӎ .................................................................................................... 58 DANH MӨC CÔNG TRÌNH CÔNG BӔ CӪA TÁC GIҦ...................................................... 59 TÀI LIӊU THAM KHҦO .......................................................................................................... 60 vii DANH MӨC HÌNH ҦNH Hình 1. Vұt liӋXNtFKWKѭӟc lӛ xӕp phân cҩp [4] ................................................................. 1 Hình 2. Ҧnh SEM cӫa hҥW7Lÿѭӧc nung ӣ 350oC (i, ii, iii) và 500oC (iv) [5] .................... 2 Hình 3. Các vұt liӋu xӕp cho xúc tác quang và xúc tác ....................................................... 5 Hình 4. Cҩu tҥo hҥt lúa. ..................................................................................................... 14 Hình 5. Cҩu trúc lignocellulose. [35] ................................................................................ 14 Hình 6. Cҩu tҥo cӫa cellulose. [37] ................................................................................... 15 +uQK&iFÿѫQYӏ ÿѭӡng chính cӫa hemicellulose. [38] ................................................. 16 Hình 8. Các monolignols phә biӃQWURQJOLJQLQ+Uѭӧu p-FRXPDU\O*Uѭӧu coniferyl. 6Uѭӧu sinapyl. .................................................................................................................. 17 Hình 9. Ví dө vӅ cҩu trúc cӫa lignin. [40] ......................................................................... 19 Hình 10. TrҩXÿә ra bӡ sông. ................................................................................................. Hình 11. ҦQKKѭӣng cӫa thӡi gian và nhiӋWÿӝ ÿӃn thành phҫn tro trҩu. [41] .................. 21 Hình 12. Chӑn lӑc hình dҥng chҩt tham gia phҧn ӭng ...................................................... 27 Hình 13. Chӑn lӑc hình dҥng sҧn phҭm phҧn ӭng ............................................................ 27 Hình 14. Sӵ chӑn lӑc hình dҥng trҥng thái chuyӇn tiӃp. ................................................... 28 Hình 15. /ѭӧng tiêu thө ]HROLWHOjP[~FWiFKjQJQăP. [42] ............................................ 31 +uQK+DLSKѭѫQJWKӭFÿӇ tәng hӧp zeolite có cҩu trúc phân cҩp [17]........................ 32 viii Hình 17. Khung cҩu trúc cӫa FAU [62] ............................................................................ 34 Hình 18. HӋ thӕng mao quҧn cӫa FAU [62] ..................................................................... 34 +uQK6ѫÿӗ khӕi quy trình tәng hӧp Z-RHA và TMZ-5+$WKHRSKѭѫQJSKiSWRSdown .................................................................................................................................. 37 +uQK6ѫÿӗ khӕi quy trình tәng hӧp Z-RHA và BMZ-x-5+$WKHRSKѭѫQJSKiS bottom - up......................................................................................................................... 38 Hình 21. Sӵ phҧn xҥ chӑn lӑc trên mӝt hӋ mһt phҷng (hkl) .............................................. 40 Hình 22. Các mүu XRD cӫa tro trҩu, Z-RHA và TMZ-RHA ........................................... 43 +uQKĈѭӡQJÿҷng nhiӋt hҩp phө - giái hҩp cho Z-RHA và TMZ-RHA ..................... 44 Hình 24. Sӵ phân bӕ NtFKWKѭӟc lӛ xӕp cӫa Z-RHA và TMZ-RHA ................................. 45 Hình 25. Hình SEM cӫa tro trҩu (RHA)............................................................................ 47 Hình 26. Hình SEM cӫa Z-RHA ....................................................................................... 47 Hình 27. Hình SEM cӫa TMZ-RHA ................................................................................. 48 Hình 28. TӕFÿӝ hҩp phө ҭm cӫa vұt liӋu TMZ-RHA khi so sánh vӟi vұt liӋu silica ....... 48 Hình 29. TӕFÿӝ giҧi hҩp cӫa vұt liӋu silica và TMZ-RHA ӣ nhiӋWÿӝ 150oC, 110oC, 90oC ........................................................................................................................................... 49 Hình 30. Các mүu XRD cӫa tro trҩu, Z-RHA và BMZ-RHA ........................................... 50 +uQKĈѭӡQJÿҷng nhiӋt hҩp phө - giái hҩp cho Z-RHA và BMZ-0,3-RHA............... 51 +uQKĈѭӡQJÿҷng nhiӋt hҩp phө - giái hҩp cho Z-RHA và BMZ-0,9-RHA............... 51 ix +uQKĈѭӡQJÿҷng nhiӋt hҩp phө - giái hҩp cho Z-RHA và BMZ-1,5-RHA............... 52 Hình 34. Sӵ phân bӕ NtFKWKѭӟc lӛ xӕp cӫa Z-RHA và BMZ-x-RHA ............................. 53 Hình 35. Hình SEM cӫa BMZ-0,9-RHA........................................................................... 55 Hình 36. TӕFÿӝ hҩp phө ҭm cӫa vұt liӋu BMZ-x-RHA khi so sánh vӟi vұt liӋu silica ... 56 Hình 37. TӕFÿӝ giҧi hҩp ҭm cӫa vұt liӋu silica và BMZ-x-RHA ӣ 150oC, 110oC, 90oC. 56 x DANH MӨC BҦNG Bҧng 1. Ӭng dөng cӫa vұt liӋu cҩu trúc lӛ xӕp trong chuyӇQKyDYjOѭXWUӳ QăQJOѭӧng, xúc tác quang, hҩp phө, phân tách, cҧm biӃn và y sinh [5] ........................................................ 3 Bҧng 2. Các thông sӕ cҩu trúc và hiӋu suҩt cӫa các vұt liӋu xӕp phân cҩp khác nhau cho các ӭng dөng xúc tác và quang xúc tác. [61]....................................................................... 7 Bҧng 3. Thành phҫn lignin trong gӛ cӭng và gӛ mӅm. ..................................................... 18 Bҧng 4. Thành phҫn hóa hӑc cӫa tro trҩu. [45] ................................................................. 21 Bҧng 5'XQJOѭӧng hҩp thө cӫa mӝt sӕ loҥi zeolite [16] ................................................. 25 Bҧng 6. DiӋn tích bӅ mһt riêng và tính chҩt xӕp cӫa Z-RHA và MZ-RHA ...................... 46 Bҧng 7. DiӋn tích bӅ mһt riêng và tính chҩt xӕp cӫa Z-RHA và MZ-RHA ...................... 54 xi DANH MӨC TӮ VIӂT TҲT SEM (scanning electron microscopy): Kính hiӇQYLÿLӋn tӱ quét XRD (X-ray dissraction): NhiӉu xҥ tia X RHA (rice husk ask): Tro trҩu TMZ (mesoporous zeolite by top-down method): Vұt liӋu zeolite X cҩu trúc kích WKѭӟFPHVRÿѭӧc tәng hӧp bҵQJSKѭѫQJSKiSWRS± down BMZ (mesoporous zeolite by bottom - up method): Vұt liӋu zeolite X cҩu trúc kích WKѭӟFPHVRÿѭӧc tәng hӧp bҵQJSKѭѫQJSKiSERWWRP ± up. xii &+ѬѪ1*0Ӣ ĈҪU 1.1 Lý do chӑQÿӅ tài Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp là vұt liӋu chӭa nhiӅu mӭFÿӝ lӛ xӕSFNJQJQKѭNӃt cҩX.tFKWKѭӟc lӛ xӕp có thӇ có nhiӅu cҩSÿӝ vӟLWKDQJÿRWӯ micro (<2nm), meso (2-50 nm) và macro (>50nm). TӯQJNtFKWKѭӟc lӛ có thӇ ÿѭӧc kӃt hӧp vӟi nhau tҥo thành hӋ 2 NtFKWKѭӟFQKѭPLFUR-meso, meso-macro và micro macro, hay thұm chí là hӋ NtFKWKѭӟc micro-meso-macro và meso-meso-macro [1]. Dӵa vào sӵ ÿDGҥng và hiӋXQăQJYұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩSÿmÿѭӧFÿiQKJLiFDRWURQJQKyPYұt liӋu chӭFQăQJWKӡi gian gҫn ÿk\>@1KtQFKXQJYұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp sӣ hӳu diӋn tích bӅ mһt cao, không gian lӛ xӕp lӟn, khӕLOѭӧng riêng thҩp, thành phҫn hóa hӑFÿDGҥng và sӵ liên kӃt giӳa các lӛ xӕSYyLNtFKWKѭӟc khác nhau rҩt thuұn tiên cho sӵ chӑn lӑc light harvesting, sӵ truyӅn electron và ion, truyӅn khӕi và khuӃch tán, mang lҥi tҫm quan trӑng vӅ công nghӋ trong viӋFOѭXWUӳ và chuyӇQÿәLQăQJOѭӧng, xúc tác, quang xúc tác, hҩp phө, tách, cҧm biӃn khí và y sinh [4,5]. +uQK9ұWOLӋXNtFKWKѭӟFOӛ[ӕSSKkQFҩS>@ 1 +uQKҦQK6(0FӫDKҥW7LÿѭӧFQXQJӣR&LLLLLLYjR&LY >@ Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp hiӋQQD\ÿѭӧc úng dөng rӝng rãi trong nhiӅXOƭQK vӵc. Các ӭng dөng cӫa vұt liӋu này ÿѭӧc sӱ dөQJQKѭÿӇ chuyӇQÿәLYjOѭXWUӳ QăQJOѭӧng, xúc tác, quang xúc tác, hҩp phө, tách và cҧm biӃQÿӃn y sinh, và mӝt sӕ ӭng dөng tiӅm QăQJ ÿѭӧF ÿӅ xuҩt. Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩS ÿҥt hiӋu suҩt cao trong các công nghӋ chuyӇQÿәLQăQJOѭӧQJQKѭSLQPһt trӡi vӟi thuӕc nhuӝm (DSSC), pin nhiên liӋu (FC) và sҧn xuҩt quang xúc tác H2 và trong các công nghӋ OѭXWUӳ QăQJOѭӧQJQKѭSLQLRQ Li, pin ion Na, pin ion Mg, pin Li-S, các loҥi pin Li-không khí,.. 2 %ҧQJӬQJGөQJFӫDYұWOLӋXFҩXWU~FOӛ[ӕSWURQJFKX\ӇQKyDYjOѭXWUӳ QăQJOѭӧQJ[~FWiFTXDQJKҩSSKөSKkQWiFKFҧP ELӃQYj\VLQK>@ Ӭng dөng Loҥi Tính chҩt cӫa cҩu trúc ChuyӇn hóa DSSCs (i) Cҩu trúc phân QăQJOѭӧng cҩp xӕp Pin nhiên liӋu (ii) DiӋn tích bӅ mһt cao; Xúc tác quang (iii) ChiӅu dài sҧn xuҩt H2 khuӃch tán ngҳn ChuyӇn hóa QăQJ Oѭӧng Yj OѭX trӳ /ѭX WUӳ Siêu tө ÿLӋn QăQJOѭӧng Pin ion Li Pin Li-S Pin Li-không khí Pin ion Na Pin ion Mg Chҩt Xúc tác xúc tác quang và xúc Chҩt xúc tác tác truyӅn quang thӕng (i) Cҩu trúc phân cҩp xӕp (ii) DiӋn tích bӅ mһt cao; LLL .tFK WKѭӟc lӛ có thӇ ÿLӅu chӍnh. (iv) ThӇ tích lӛ trӕng lӟn. 3 ҦQKKѭӣng tích cӵc trong ӭng dөng (i)Light harvesting hiӋu quҧ ÿһc biӋt trong vұt liӋu sinh hӑc hay vұt liӋu composite. (ii) Sӵ tách loҥi nhanh và khӕL Oѭӧng riêng cao; (iii) Thҭm thҩX KѫL cao; (iv) MұW ÿӝ OѭX WUӳ cao; (v) TruyӅn electron và ion nhanh; (vi) Trӣ lӵc thҩp (i) Phân tӱ lӟn có khҧ QăQJWKkPQKұp. (ii) MұWÿӝ khuӃch tán cao cӫa tác chҩt và sҧn phҭm. LLL 7Kѭӡng là dӏ thӇ cӫa zeolite hay các hҥt nano. Hҩp phө và phân tách Cҧm biӃn Y sinh Hҩp phө Phân tách (i) Dòng chҧ\ÿӗng (i) Thҭm thҩu cao thӇ ÿL TXD Fҩu trúc LL7ѭӡng sӱ dөng cӝt lӛ xӕp. nguyên khӕi. LL ĈLӋn tích bӅ mһt cao. (iii) Cҩu trúc lӛ xӕp và tính chҩt bӅ mһt ÿѭӧc kiӇm soát. Cҧm biӃn ZnO Cҧm biӃn oxit kim loҥLOѭӥng kim Cҧm biӃn graphene .ƭ WKXұt mô [ѭѫQJ (i) Cҩu trúc phân cҩp xӕp (ii) DiӋn tích bӅ mһt cao; (iii) ChiӅu dài khuӃch tán ngҳn (i) Cҩu trúc phân cҩp xӕp (ii) DiӋn tích bӅ mһt cao; (iii) ChiӅu dài khuӃch tán ngҳn (i) DiӋn tích bӅ mһt hҩp phө và vӏ trí phҧn ӭng lӟn. (ii) KhuӃch tán khí và truyӅn khӕi. (i) Cҧi thiӋn hoҥWÿӝng sinh hӑc và dӉ dàng thâm nhұp tӃ bào, xâm nhұp mô. LL 7ăQJ Fѭӡng khuӃFK WiQ WKѭӟc, tҧi Oѭӧng và xҧ. (iii) TҧLOѭӧng enzyme cao và tӕFÿӝ cӕ ÿӏnh enzyme nhanh Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp tӯ micro-, meso-, macro- ÿDQJÿѭӧc chú ý mӝt cách mҥnh mӁ dӵa vào ӭng dөng thiӃt thӵc cӫa nó. Sӵ kӃt hӧp cӫDFiFNtFKWKѭӟc vӟi nhau QKѭPLFUR± PHVRSRURXVFyNtFKWKѭӟFÿӫ ÿӇ mang tính chӑn lӑc và hoҥt tính xúc tác vӟi các phân tӱ FyNtFKWKѭӟc và hình dҥQJNKiFQKDXWURQJNKLFyNtFKWKѭӟc macro có thӇ làm giҧm thiӇu tӕLÿDUjRFҧn sӵ khuӃFKWiQGyÿyQkQJFDRVӵ truyӅn khӕi. Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc lӛ xӕSÿѭӧFÿiQKJLiFDRYӅ khҧ QăQJWKXQKұn ánh sáng (light harvesting) do sӵ hiӋn diӋn cӫa kênh macro cho phép ánh sáng truyӅn sâu và kích thích hiӋu ӭng tán xҥ ánh 4 sáng dүQÿӃQÿѭӡQJÿLFӫDiQKViQJGjLKѫQFKRKLӋu quҧ sӱ dөQJFDRKѫQ>6@'RÿyYұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩSÿѭӧc áp dөng cho các phҧn ӭng xúc tác và xúc tác quang liên TXDQÿӃn các phân tӱ lӟn hoһc cho các hӋ thӕng có tính nhӟt. Nhìn chung, vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp có thӇ ÿѭӧc sӱ dөQJQKѭFKҩt xúc tác (quang) hoһc chҩt hӛ trӧ [~FWiFTXDQJWURQJOƭQKYӵc quang xúc tác và xúc tác hӳXFѫ Trong phҫn này chӫ yӃu tұp trung vào các ӭng dөng cӫa nó trong phҧn ӭng quang xúc tác và xúc tác. Bҧng 1 tóm tҳt các thuӝc tính cҩu trúc cӫa vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp khác nhau cho quang xúc tác và ӭng dөng xúc tác. Dӵa trên nhӳng nghiên cӭu hiӋn nay có thӇ chia ra nhӳng vұt liӋu phù hӧp cho ӭng dөng xúc tác quang và xúc tác truyӅn thӕng. Hình 3 sӁ cho ta cái nhìn tәng quan vӅ nhӳng ӭng dөng này. &ҩXWU~F[ӕS SKkQFҩS Xúc tác quang TiO2 Oxit kim ORҥL Polymer Xúc tác Kim ORҥL Silicone Oxit kim ORҥL Kim trên FKҩW mang là các oxit NLPORҥL Zeolite .LPORҥL ÿѭӧFJҳQ YjRFҩX trúc [ӕS KӛWUӧ OjPFKҩW xúc tác +uQK&iFYұWOLӋX[ӕSFKR[~FWiFTXDQJYj[~FWiF Các vҩQÿӅ ô nhiӉPP{LWUѭӡng phát sinh tӯ chҩt thҧi nguy hҥLQѭӟc ngҫm bӏ ô nhiӉm và các chҩt gây ô nhiӉPNK{QJNKtÿӝc hҥi ngày càng nghiêm trӑQJKѫQYӟi sӵ phát triӇn liên tөc cӫa xã hӝi, ҧQKKѭӣng lӟQÿӃn sӭc khӓHFRQQJѭӡLĈӇ giҧi quyӃt vҩQÿӅ nan giҧi nghiêm trӑQJQj\TXDQJ[~FWiFNK{QJÿӗng nhҩWÿѭӧc chӭng minh là mӝWSKѭѫQJ 5 pháp kiӇPVRiWP{LWUѭӡng hiӋu quҧ. Dӵa trên nhӳng nghiên cӭu mӟi nhҩt, nhӳng vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp phú hӧp có thӇ ÿѭӧc sӫ dөQJWURQJ[~FWiFTXDQJQKѭVDX - Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp dӵa trên TiO2. - Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp dӵa trên các oxit kim loҥi khác. - Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp dӵa trên chҩt bán dүn polymer. - Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp dӵa trên chҩt bán dүn silicone. Trong sӕ các oxit bán dүQNKiFQKDXWLWDQLDGѭӡQJQKѭOjFKҩt xúc tác quang có triӇn vӑng nhҩt cho viӋc khҳc phөFP{LWUѭӡng và chuyӇQÿәLQăQJOѭӧng do nhiӅXÿһc tính mong muӕn cӫDQyQKѭWtQKәQÿӏnh hóa hӑc và nhiӋt cao, chi phí thҩp và lành tính môi WUѭӡng. Tuy nhiên, do khoҧQJFiFKGmLQăQJOѭӧng nӝLQăQJFDRH9QrQYұt liӋu này chӍ hҩp phө phҫn tӱ ngoҥi cӫa bӭc xҥ mһt trӡL'RÿyPӝWNƭWKXұWÿѭӧc nghiên cӭu tәng hӧp vұt liӋu TiO2 có cҩu trúc xӕp phân cҩp, vì vұt liӋXQj\ÿmFҧi thiӋQÿѭӧc sӵ hiӋu quҧ vӅ xúc tác quang khi có thêm cҩu trúc xӕp. Các tinh thӇ keo (colloidai crystal) hay cao su polystyrene và chҩW+Ĉ%0PҥFKGjLKD\FiFPLFHOOHÿӗQJSRO\PHUÿѭӧc dӫQJÿӇ tҥo thành lӛ xӕSNtFKWKѭӟc macro, meso cho vұt liӋu. [46-48] Nhӳng oxit kim loҥi khác ngoài TiO2 QKѭ&H22, =Q2YjFiFR[LW)HFNJQJÿѭӧc sӱ dөng rӝQJUmLQKѭOjFKҩW[~FWiFTXDQJÿӇ kiӇm soát ô nhiӉPP{LWUѭӡng mӝt cách hiӋu quҧ. Ví dө, các tҩm nano CeO2 cҩu trúc xӕp phân cҩSÿѭӧc tәng hӧp bҵng cách sӱ dөng SKѭѫQJ SKiS JLҧi nhiӋt bӅ mһt (facile solvothermal) ӣ 180oC sӱ dөng cerium nitrate Ce3(NO3)4 và ethylene glycol. Các chҩt bán dүQSRO\PHUQKѭQLWUDWFDUERQJUDSKLWKS-g-&1FNJQJFKRWKҩy sӵ hҩp phө giӕQJQKѭFKҩt bán dүn bên trong vùng màu xanh cӫa quang phә khҧ kiӃn [49]. Hp-gCN có nguӕn gӕc tӯ cҩu trúc polymer cӫa melanie thông qua quá trình nhiӋt phân vӟi khí Argon. [49,50] Vұt liӋu xӕp có cҩu trúc phân cҩp dӵa trên chҩt bán dүQVLOLFRQHÿѭӧFÿiQKJLiQKѭ mӝt sӵ thay thӃ tuyӋt vӡi cho nhӳng vұt liӋu vӯa kӇ trên. Vұt liӋu silicone có kӃt cҩu macro- 6