Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ceo2-fe2o3 và hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí co.doc

Viết thuê đề tài giá rẻ trọn gói - KB Zalo/Tele : 0973.287.149
Luanvanmaster.com – Cần Kham Thảo - Kết bạn Zalo/Tele : 0973.287.149
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT
NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Nguyễn Văn Vinh
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO
CeO2-Fe2O3 VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC PHẢN
ỨNG Ô XI HÓA KHÍ CO
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 8 44 01 13
LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS ĐÀO NGỌC NHIỆM
Hà Nội -

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự
hƣớng dẫn của PGS. TS Đào Ngọc Nhiệm. Các số liệu trích dẫn đều có
nguồn gốc, các kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 22 tháng 11 năm 2019
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Vinh

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc
đến thầy PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm - Ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình
chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bài luận văn
này.
Trong 2 năm đƣợc học tập tại khoa Hóa - Học Viện Khoa học và Công
nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tôi đã tiếp thu đƣợc
rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm bổ ích để trang bị cho con đƣờng tƣơng
lai phía trƣớc của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong và
ngoài khoa, những ngƣời luôn ân cần, nhiệt huyết chỉ bảo và hỗ trợ tôi rất
nhiều trong quá trình học tập.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn
bên cạnh, ủng hộ và động viên trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực
hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2019
Học Viên
Nguyễn Văn Vinh

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................................... 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ............................................................................. 3
1.1.1. Không khí và đặc tính của nó......................................................................................................... 3
1.1.2. Vai trò của không khí ........................................................................................................................ 4
1.1.3. Ô nhiễm không khí.............................................................................................................................. 4
1.1.4. Nguồn gây ô nhiễm không khí....................................................................................................... 5
1.1.5. Thực trạng ô nhiễm không khí trên thế giới ............................................................................ 8
1.1.6. Thực trạng ô nhiễm không khí trong nƣớc.............................................................................. 9
1.2. TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO............................................................................................................... 11
1.2.1. Khái niệm............................................................................................................................................... 11
1.2.2. Đặc điểm lý hóa của khí cacbon monoxit................................................................................ 11
1.2.3. Ảnh hƣởng của khí CO đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời................................. 12
1.2.4. Nguồn gốc của khí CO..................................................................................................................... 13
1.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU XỬ LÝ KHÍ CO......................................................... 14
1.4. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU............................................................................... 21
1.4.1. Phƣơng pháp đồng tạo phức.......................................................................................................... 21
1.4.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa ............................................................................................................. 22
1.4.3. Phƣơng pháp thủy nhiệt.................................................................................................................. 22

1.4.4. Phƣơng pháp sol-gel......................................................................................................................... 23
1.4.5. Phƣơng pháp tổng hợp đốt cháy gel.......................................................................................... 24
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM............................... 27
2.1. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU............................................................................... 27
2.1.1. Hóa chất.................................................................................................................................................. 27
2.1.2. Thiết bị .................................................................................................................................................... 27
2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU ..................................................................................................................... 27
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU........................ 29
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA)............................................................................ 29
2.3.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................................................................... 30
2.3.3. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử............................................................................................... 32
2.3.4. Phƣơng pháp đo điện tích bề mặt riêng.................................................................................... 36
2.3.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) ............................................................................ 38
2.3.6. Phƣơng pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác ............................................................................ 39
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................... 42
3.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU HỆ NANO OXIT CeO2-Fe2O3 BẰNG PHƢƠNG 42
PHÁP ĐỐT CHÁY GEL VỚI CHẤT TẠO GEL AXIT TARTARIC ....................
3.1.1. Lựa chọn nhiệt độ nung ................................................................................................................... 42
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ mol kim loại............................................................................. 47
3.1.3. Xác định hình thái học và diện tích bề mặt của CeO2-Fe2O3......................................... 49
3.2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CO.................................................................................. 51

3.2.1. Nghiên cứu khả năng xử lý CO của Ôxít hỗn hợp xêri sắt CF11.................................. 51
3.2.2. Nghiên cứu khả năng xử lý CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt với các các tỷ lệ 54
mol kim loại khác nhau .............................................................................................
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................... 57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động giao thông 6
Hình 1.2 Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động sản xuất công nghiệp 7
Hình 1.3 Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động dân sinh 7
Hình 1.4 Mô tả cơ chế xúc tác của hỗn hợp CeO2-Fe2O3 20
Hình 2.1 Mô tả thí nghiệm 28
Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu bằng phƣơng pháp đốt cháy gel 28
Hình 2.3 Thiết bị phân tích nhiệt Labsys Evo 1600 30
Hình 2.4 Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể chất rắn 31
Hình 2.5 Máy đo nhiễu xạ tia X Siemens D5000 32
Hình 2.6 Kính hiển vi điện tử quét S-4800 33
Hình 2.7 Sơ đồ phƣơng pháp SEM 35
Hình 2.8 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/[V(Po – P)] theo P/Po 37
Hình 2.9 Sơ đồ hệ phản ứng TPSR 40
Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu gel (Ce+Fe)/axit tartaric 42
Hình 3.2 Hình ảnh mẫu oxit hỗn hợp CeO2 - Fe2O3 trƣớc khi phân tích 43
nhiệt
Hình 3.3 Giản đồ XRD của mẫu nung gel (Ce+Fe)/Axit tartaric ở nhiệt 44
độ nung khác nhau
Hình 3.4 Giản đồ XRD của mẫu nung gel (Ce+Fe)/Axit tartaric ở nhiệt 45
độ 650 o
C
Hình 3.5 Hình ảnh mẫu tổng hợp oxit hỗn hợp CeO2-Fe2O3 nung ở 450 45
o
C, 550 o
C, 650 o
C, 750 o
C, 850 o
C và 950 o
C

Hình 3.6 Phổ FTIR của mẫu gel (Ce+Fe)/Axit tartaric nung theo nhiệt 46
độ
Hình 3.7 Giản đồ XRD của mẫu CeO2 - Fe2O3 đƣợc chế tạo ở tỷ lệ mol 47
Ce/Fe khác nhau
Hình 3.8 Mẫu CeO2 - Fe2O3 đƣợc chế tạo ở tỷ lệ mol Ce/Fe khác nhau 48
Hình 3.9 Ảnh SEM của mẫu CeO2-Fe2O3 đƣợc chế tạo ở điều kiện tối ƣu 49
Hình 3.10 Ảnh SEM của mẫu CFT và CF 50
Hình 3.11 Kết quả phân tích diện tích bề mặt riêng (BET) 51
Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn độ chuyển hóa CO theo nhiệt độ 53
Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt 54
có tỷ lệ kim loại khác nhau
Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt 55
đƣợc nung ở các nhiệt độ khác nhau

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1 Thành phần các chất trong không khí khô chƣa bị ô nhiễm 3
Bảng 1.2 Đặc điểm lý hóa của khí cacbon monoxit 11
Bảng 1.3 Triệu chứng nhiễm độc của ngƣời khi tiếp xúc với CO ở các 12
nồng độ khác nhau
Bảng 1.4 Lƣợng phát thải CO từ tự nhiên và nhân tạo 13
Bảng 1.5 Lƣợng khí thải do ôtô thải ra trên 1km đƣờng 13
Bảng 1.6 Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO trên perovskit LaNi1-xCoxO3 16
Bảng 1.7 Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO trên oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy 16
Bảng 1.8 Nhiệt độ chuyển hóa 50% CO của các hệ xúc tác 17
Bảng 1.9 Hoạt tính xúc tác của hệ sắt ôxít đối với CO 19
Bảng 3.1 Kết quả xử lý CO của mẫu CF11 52
Bảng 3.2 Ôxít hỗn hợp xêri sắt với các các tỷ lệ mol kim loại khác nhau 54
Bảng 3.3 Nhiệt độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt có tỷ lệ mol 54
kim loại khác nhau
Bảng 3.4 Nhiệt độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt đƣợc nung ở 55
các nhiệt độ khác nhau

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DTA Differential Thermal Analysis (Phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai)
TGA Thermo Gravimetric Analysis (Phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng)
BET Brunauer-Emmett-Teller
IUPAC Internationnal Union of Pure and Applied Chemistry
SEM Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét)
SBET Diện tích bề mặt riêng tính theo phƣơng trình BET
TEM Transmission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua)
XRD X-ray diffraction (Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X)
CO Các bon monoxit
CF 45 Mẫu nung ở 450o
C trong 2 giờ
C trong 2 giờ
C trong 2 giờ
C trong 2 giờ
C trong 2 giờ
C trong 2 giờ
CF11 Tỷ lệ Ce/Fe là 1/1
T50 Hiệu suất chuyển hóa 50% CO của vật liệu tại nhiệt độ T
T100 Hiệu suất chuyển hóa 100% CO của vật liệu tại nhiệt độ T

1
MỞ ĐẦU
Môi trƣờng không khí có vai trò rất quan trọng góp phần tạo nên sự
sống trên trái đất, cung cấp O2 cho quá trình hô hấp của sự sống hay CO2 cho
quá trình quang hợp của các loại sinh vật trên Trái Đất, đây là hai quá trình
quan trọng cho sự tồn tại và phát triển của con ngƣời. Do đó chất lƣợng môi
trƣờng không khí là vấn đề quan trọng cần đƣợc quan tâm hàng đầu. Với sự
phát triển kinh tế nhƣ hiện nay, bảo vệ môi trƣờng không khí không chỉ là
của riêng một quốc gia mà còn là vấn đề của tất cả các tập thể cá nhân, mọi
vùng, mọi khu vực ở khắp nơi trên Trái Đất.
Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới
trong thời gian qua đã có những tác động lớn đến môi trƣờng, làm cho môi
trƣờng sống của con ngƣời bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi tệ hơn.
Những năm gần đây nhân loại đã phải quan tâm nhiều đến vấn đề ô nhiễm
môi trƣờng không khí đó là: sự biến đổi của khí hậu - nóng lên toàn cầu, sự
suy giảm tầng ôzôn và mƣa axít. Việc bảo vệ các thành phần của môi trƣờng
đang là vấn đề cấp bách đối với toàn thể nhân loại.
Trong những năm gần đây quá trình công nghiệp hóa, hiện đạị hóa đất
nƣớc ta diễn ra mạnh mẽ và đã thu đƣợc nhiều thành công đáng khích lệ. Đặc
biệt Việt Nam là một trong những nƣớc sớm vƣợt qua khủng hoảng kinh tế và
đang vững bƣớc trên con đƣờng phát triển của mình. Bên cạnh những thành tựu
đó, hoạt động phát triển kinh tế cũng gây rất nhiều tác động tiêu cực không nhỏ
tới môi trƣờng nhƣ ô nhiễm, suy thoái môi trƣờng nƣớc, không khí và môi
trƣờng đất. Tốc độ công nghiệp hoá - đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số
gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên trong vùng lãnh thổ. Môi
trƣờng không khí ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô
nhiễm bởi nƣớc thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ
sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trƣờng không khí do không có
công trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô nhiễm không khí do sản xuất công nghiệp
là rất nặng. Để phục vụ cho nhu cầu phát triển, chúng ta đã tiến hành hàng loạt
các hoạt động ảnh hƣởng trực tiếp đến môi trƣờng nhƣ: xây dựng các công
trình, nhà cửa, nhà máy, các khu công nghiệp; khai thác tài

2
nguyên làm nguyên liệu phục vụ cho sản xuất. Những hoạt động này đã gây ra
những tác động tiêu cực cho môi trƣờng nói chung và không khí nói riêng.
Đặc biệt ở thủ đô Hà Nội đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trƣờng
không khí rất nặng nề. Ở các khu công nghiệp, các trục đƣờng giao thông lớn
đều bị ô nhiễm ở các cấp độ khác nhau, Sự phát thải của các phƣơng tiện cơ
giới đƣờng bộ phụ thuộc rất nhiều vào chất lƣợng phƣơng tiện, nhiên liệu,
tốc độ, ngƣời lái, tắc nghẽn và đƣờng xá... Xe ô tô, xe máy ở Việt Nam bao
gồm nhiều chủng loại, có nhiều xe qua nhiều năm sử dụng và không thƣờng
xuyên bảo dƣỡng, hiệu quả sử dụng nhiên liệu thấp, nồng độ chất độc hại và
bụi trong khí thải cao. Xe máy hiện vẫn là nguồn đóng góp chính các loại khí
ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thải nhƣ CO và VOC.
Hàng năm, hàng trăm triệu tấn khí cacbon monoxide (CO) thải vào môi
trƣờng gây nhiều hậu quả nghiêm trọng đến sức khỏe con ngƣời [18]. Để đáp
ứng các yêu cầu tiêu chuẩn về khí thải, nhiều phƣơng pháp xử lý đã đƣợc
nghiên cứu và một số đã đƣợc thƣơng mại hóa [19]. Một trong những biện
pháp xử lý hiệu quả CO là oxi hóa thành CO2 với sự có mặt của chất xúc tác
[2]. Để giảm thiểu sự phát thải của khí CO ra môi trƣờng, có nhiều biện pháp
công nghệ đƣợc áp dụng nhƣ: hấp phụ, hấp thụ, đốt cháy,.... Trong đó, đốt
cháy nhiệt là biện pháp đƣợc ứng dụng khá rộng rãi do tính đơn giản về mặt
công nghệ. Tuy nhiên, phƣơng pháp này tiến hành ở nhiệt độ cao và tiêu tốn
khá nhiều năng lƣợng. Trong vài năm gần đây, hệ xúc tác có chứa CeO2 thu
hút đƣợc sự quan tâm đặc biệt do CeO2 là một vật liệu đa chức năng có khả
năng thúc đẩy phản ứng ở nhiệt độ thấp, làm bền xúc tác ở nhiệt độ cao và có
khả năng điều tiết O2 tốt nhờ vào chu trình ôxi hóa khử Ce4+
/Ce3+
dễ dàng.
Hoạt tính xúc tác của xeri oxit sẽ tăng lên đáng kể khi đƣợc kết hợp với một
số oxit kim loại khác.
Nhận thấy tình hình cấp thiết của vấn đề, nên tôi đã lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano CeO2-Fe2O3 và hoạt tính xúc tác
phản ứng ô xi hóa khí CO” nhằm mục đích xử lý khí thải CO độc hại ra môi
trƣờng.

3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
1.1.1. Không khí và đặc tính của nó
Không khí là một môi trƣờng mà con ngƣời suốt cuộc đời sống, làm
việc và nghỉ ngơi trong đó. Sức khỏe, tuổi thọ và cảm giác nhiệt của con
ngƣời phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp của không khí, độ trong sạch và đặc
tính lý hóa của nó.
Không khí là hỗn hợp của nhiều chất khí mà chủ yếu là khí Nitơ, Oxy
và một ít hơi nƣớc. Ngoài ra trong không khí còn chứa một lƣợng nhỏ các
chất khí khác nhƣ cacbonic, các chất khí trơ: Argon, Neon, Heli, Ozon… bụi,
hơi nƣớc và các vi trùng.
Không khí chứa hơi nƣớc gọi là không khí ẩm. Ngƣợc lại là không khí
khô. Thành phần hóa học của không khí khô tính theo phần trăm (%) thể tích
và trọng lƣợng nhƣ trong bảng 1.1
Bảng 1.1: Thành phần các chất trong không khí khô chƣa bị ô nhiễm [1]
Tên chất Công thức phân tử Tỷ lệ theo thể tích
Nitơ N2 78,09
Ôxy O2 20,91
Argon Ar 0,93
Cacrbon dioxit CO2 0,032
Neon Ne 18ppm
Heli He 5,2ppm
Metan CH4 1,3ppm
Kripton Kr 1,0ppm
Hyđro H2 0,5ppm
Cacbon monoxit CO 0,10ppm
Ôzon O3 0,02ppm
Sulfur dioxit SO2 0,001ppm
Nitơ dioxit NO2 0,001ppm

4
Thành phần hơi nƣớc trong không khí ẩm thay đổi theo thời tiết, theo
vùng địa lý và theo thời gian trong ngày, trong năm.
Trên đây là thành phần tự nhiên của không khí sạch. Trong thực tế do
hoạt động sinh hoạt, hoạt động công nghiệp và hoạt động giao thông vận tải
của con ngƣời cũng nhƣ do tự nhiên mà không khí còn có nhiều chất khí độc:
SO2, NO2, NH3, H2S, CH4… làm ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe con ngƣời và
sinh vật nói chung.
1.1.2. Vai trò của không khí
Không khí có vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu đƣợc đối
với sự sống của con ngƣời và các hệ sinh thái khác. Con ngƣời có thể nhịn
ăn, nhịn uống trong vài ngày nhƣng không thể nhịn thở trong 5 phút.
Sức khỏe và cảm ứng của con ngƣời, sự sinh trƣởng và phát triển của
tất cả các loài động thực vật phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hỗn hợp của
không khí, độ trong sạch và đặc tính lý hóa của nó.
Không khí là lớp áo giáp bảo vệ mọi sinh vật trên trái đất khỏi bị các tia
bức xạ nguy hiểm và các thiên thạch từ vũ trụ.
Không khí với các thành phần nhƣ khí O2, CO2, NO2 cần cho hô hấp
của con ngƣời và động vật cũng nhƣ quá trình quang hợp của thực vật, là
nguồn gốc của sự sống.
Không khí giúp duy trì sự cháy và có vai trò quan trọng trong các lĩnh
vực sản xuất, y tế và trong công nghiệp.
Ngày nay do sự phát triển nhanh chóng kinh tế xã hội, đặc biệt là sự
phát triển của ngành giao thông vận tải đƣờng bộ đã làm phát sinh nhiều khói
TSP và khí thải độc hại vào môi trƣờng không khí, làm cho không khí bị ô
nhiễm trầm trọng. Ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sống của con ngƣời.
1.1.3. Ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần của không khí,
chủ yếu do khói, bụi, hơi hoặc các khí lạ đƣợc đƣa vào không khí, có sự tỏa
mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con ngƣời và

5
cũng có thể gây hại cho các sinh vật khác nhƣ động vật và cây lƣơng thực, và
có thể làm hỏng môi trƣờng tự nhiên hoặc xây dựng.
1.1.4. Nguồn gây ô nhiễm không khí
Việt Nam là nƣớc đang phát triển với nhiều hoạt động mang lại hiệu
quả tăng trƣởng kinh tế. Tuy nhiên, song song với việc phát triển kinh tế, các
hoạt động phát triển cũng là nguồn phát thải gây ô nhiễm môi trƣờng nói
chung và môi trƣờng không khí nói riêng. Trong đó, các nguồn chính gây ô
nhiễm môi trƣờng không khí gồm: giao thông vận tải; sản xuất công nghiệp;
xây dựng và dân sinh; nông nghiệp và làng nghề; chôn lấp và xử lý chất thải.
Có hai nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng không khí đó là
yếu tố tự nhiên và tác động của con ngƣời. Cụ thể nhƣ sau:
Ô nhiễm không khí tự nhiên:
+ Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa: Núi lửa phun ra một lƣợng khổng lồ các
chất ô nhiễm nhƣ tro bụi, sunfua đioxit SO2, hyđro sunfua H2S và metan CH4,
tác động môi trƣờng của các đợt phun trào núi lửa là rất nặng nề và lâu dài.
+ Ô nhiễm do cháy rừng: Cháy rừng xảy ra do các nguyên nhân tự nhiên nhƣ
hạn hán kéo dài, khí hậu khô và nóng khắc nghiệt. Khi rừng bị cháy nhiều
chất độc hại bốc lên và lan tỏa nhƣ khói, tro bụi, các hyđrocacbon không
cháy, khí SO2, CO, NOx.
+ Ô nhiễm do các chất phóng xạ: Trong lòng đất có một số khoáng sản và
quặng kim loại có khả năng phóng xạ. Cƣờng độ phóng xạ càng mạnh, càng
gây nguy hiểm cho cuộc sống con ngƣời khi những vật chất phóng xạ ấy có
mặt trong môi trƣờng không khí xung quanh.
+ Ô nhiễm do thực vật, vi khuẩn – vi sinh vật: Các quá trình phân huỷ, thối
rữa xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng
hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí amoniac, mùn, sunfua,
nitrit, metan các loại muối v.v... Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không
khí.

6
Ô nhiễm không khí nhân tạo:
Khói, bụi từ các nhà máy: Chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các nguyên nhân
gây ra tình trạng ô nhiễm không những không khí mà còn cả nguồn nƣớc,
thức ăn. Trong khói bụi từ các nhà máy có một lƣợng lớn các khí CO2, CO,
SO2, NOx, các chất hữu cơ chƣa cháy hết: muội than, bụi… với nồng độ cực
cao. Nếu trong quá trình xử lý khí thải không tốt sẽ ảnh hƣởng rất xấu đến
sức khỏe của ngƣời dân sống trong khu vực đó. Thậm chí đây còn là nguyên
nhân chính gây ra hiện tƣợng mƣa axit gây ra rất nhiều thiệt hại cho con
ngƣời cũng nhƣ mùa màng.
Giao thông vận tải: Hoạt động giao thông vận tải đƣợc xem là một
trong những nguồn gây ô nhiễm lớn đối với môi trƣờng không khí, đặc biệt ở
các khu đô thị và khu vực đông dân cƣ. Cùng với sự phát triển của hệ thống
cơ sở hạ tầng giao thông, tăng trƣởng các phƣơng tiện cơ giới và khối lƣợng
vận tải hàng hóa, hành khách là sự phát thải các chất gây ô nhiễm môi trƣờng
không khí.
Hình 1.1: Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động giao thông
(Nguồn ảnh: Thông tấn xã Việt Nam)

7
Hoạt động sản xuất công nghiệp: Hoạt động sản xuất công nghiệp với
nhiều loại hình khác nhau đƣợc đánh giá là một trong những nguồn gây ô
nhiễm môi trƣờng không khí đáng kể tại Việt Nam. Các tác nhân gây ô nhiễm
chủ yếu phát sinh từ quá trình khai thác và cung ứng nguyên vật liệu đầu vào,
khí thải từ các công đoạn sản xuất nhƣ đốt nhiên liệu hóa thạch, khí thải lò
hơi, hóa chất bay hơi…
Hình 1.2: Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động sản xuất công nghiệp
(Nguồn ảnh: Báo môi trường và đô thị)
Hoạt động xây dựng và dân sinh: Trong những năm gần đây, hoạt động
xây dựng các khu chung cƣ, khu đô thị mới, cầu đƣờng, sửa chữa nhà, vận
chuyển vật liệu và phế thải xây dựng,… diễn ra ở khắp nơi, đặc biệt là các đô
thị lớn. Các hoạt động nhƣ đào lấp đất, đập phá công trình cũ, vật liệu xây
dựng bị rơi vãi trong quá trình vận chuyển thƣờng gây ô nhiễm bụi đối với
môi trƣờng xung quanh.
Hình 1.3: Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động dân sinh
(Nguồn ảnh: Báo môi trường và đô thị)

8
1.1.5. Thực trạng ô nhiễm không khí trên thế giới
Ô nhiễm không khí hiện đang là mối quan tâm chung của xã hội toàn cầu.
Bởi nó đƣợc xem là tác nhân hàng đầu gây nên những ảnh hƣởng nghiêm trọng
đến môi trƣờng và sức khỏe cộng đồng. Tính đến năm 2014, có đến 92% dân số
thế giới sống trong các vùng không khí có mức độ ô nhiễm vƣợt quá giới hạn
của cơ thể và gây tổn hại đến sức khỏe. AirVisual hợp tác với Greenpeace công
bố báo cáo chất lƣợng không khí toàn cầu 2018 và bảng xếp hạng các thành phố
ô nhiễm nhất thế giới. kết quả báo cho thấy trong số hơn
3.000 thành phố đƣợc thống kê, 64% vƣợt quá mức khuyến cáo phơi nhiễm
hàng năm của WHO (10μg / m3
) đối với bụi mịn, còn đƣợc gọi là bụi PM2,5.
Các thành phố đƣợc theo dõi ở Trung Đông và châu Phi đều vƣợt quá mức
khuyến cáo này, trong khi 99% các thành phố ở Nam Á, 95% các thành phố ở
Đông Nam Á và 89% các thành phố ở Đông Á cũng vƣợt quá mức này.
Nam Á: trong số 20 thành phố ô nhiễm nhất thế giới, có 18 thành phố ở Ấn
Độ, Pakistan và Bangladesh.
Đông Nam Á: Jakarta và Hà Nội là hai thành phố ô nhiễm nhất Đông Nam Á.
Khi chất lƣợng không khí của Bắc Kinh đang ngày càng tốt hơn, Jakarta có
nguy cơ sớm vƣợt qua thủ đô vốn nổi tiếng về ô nhiễm của Trung Quốc.
Trung Quốc: nồng độ bụi trung bình tại các thành phố ở Trung Quốc đã giảm
12% từ năm 2017 đến 2018. Bắc Kinh hiện xếp hạng là thành phố ô nhiễm
thứ 122 trên thế giới năm 2018.
Tây Balkan: 10 thành phố ở Tây Balkan - Bosnia Herzegovina, Macedonia
và Kosovo - và bốn thành phố ở Thổ Nhĩ Kỳ có nồng độ PM2.5 ở mức lớn
hơn gấp 3 lần so với hƣớng dẫn của WHO. 8 thành phố ở Balkan nằm trong
số 10% thành phố ô nhiễm nhất thế giới, trong số tất cả các thành phố có dữ
liệu.
Hoa Kỳ và Canada: Mặc dù chất lƣợng không khí trung bình rất tốt khi so
sánh toàn cầu, tuy nhiên các vụ cháy rừng lịch sử đã tác động mạnh mẽ đến
chất lƣợng không khí vào tháng 8 và tháng 11 với 5 trên 10 thành phố ô
nhiễm nhất thế giới trong tháng 8 đƣợc ghi nhận ở Bắc Mỹ.

9
1.1.6. Thực trạng ô nhiễm không khí trong nƣớc
Ô nhiễm môi trƣờng không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi
trƣờng đô thị, công nghiệp và các làng nghề ở nƣớc ta hiện nay. Công nghiệp
hoá càng mạnh, đô thị hoá càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi
trƣờng không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lƣợng không khí theo
chiều hƣớng xấu càng lớn, yêu cầu bảo vệ môi trƣờng không khí càng quan
trọng.
Việt Nam là 1 trong 10 quốc gia có không khí bị ô nhiễm nhất thế giới.
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm thƣờng gặp trong các đô thị lớn thƣờng là khí TSP,
hoặc các chất độc hại đƣợc thải trực tiếp không thông qua xử lý chiếm tỉ lệ
cao. Ô nhiễm môi trƣờng không khí có tác động tiêu cực đến sức khỏe con
ngƣời, đẩy nhanh quá trình lão hóa, suy giảm chức năng hô hấp, gây các bệnh
nhƣ: ho, viêm mũi, viêm họng, viêm phế quản, viêm phổi, thậm chí gây ung
thƣ phổi; suy nhƣợc thần kinh, tim mạch và làm giảm tuổi thọ con ngƣời.
Công nghiệp cũ (đƣợc xây dựng trƣớc năm 1975) đều là công nghiệp
vừa và nhỏ, công nghệ sản xuất lạc hậu, một số cơ sở sản xuất có thiết bị lọc
bụi, hầu nhƣ chƣa có thiết bị xử lý khí thải độc hại. Nói chung, công nghiệp
cũ không đạt tiêu chuẩn về chất lƣợng môi trƣờng. Công nghiệp cũ lại rất
phân tán, do quá trình đô thị hoá, phạm vi thành phố ngày càng mở rộng nên
hiện nay phần lớn công nghiệp cũ này nằm trong nội thành của nhiều thành
phố. Ví dụ ở thành phố Hồ Chí Minh, không kể các cơ sở thủ công nghiệp, có
khoảng 500 xí nghiệp trong tổng số hơn 700 cơ sở công nghiệp nằm trong nội
thành, ở thành phố Hà Nội có khoảng 200 xí nghiệp trong tổng số khoảng 300
cơ sở công nghiệp nằm trong nội thành. Trong các năm gần đây nguồn ô
nhiễm từ hoạt động công nghiệp nằm trong nội thành có phần giảm bớt do các
tỉnh, thành đã tích cực thực hiện chỉ thị xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm
nghiêm trọng nằm xen kẽ trong các khu dân cƣ.
Ô nhiễm môi trƣờng không khí ở nhiều làng nghề đã tới mức báo động,
một số bài báo đã đánh giá một cách đáng lo ngại là "sống giàu, nhƣng chết
mòn" đối với làng tái chế nilông Minh Khai (Nhƣ Quỳnh, Hƣng Yên); "hít
khói ăn tiền" ở xã Chỉ Đạo (Văn Lâm, Hƣng Yên) - tái chế chì, hay là "những

10
làn khói độc" ở làng gốm Bát Tràng (Gia Lâm, Hà Nội). Ở rất nhiều làng
nghề, đặc biệt là các làng nghề ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ, đang kêu cứu về ô
nhiễm môi trƣờng không khí.
Công nghiệp mới: Phần lớn các cơ sở công nghiệp mới đƣợc đầu tƣ tập
trung vào 82 khu công nghiệp. Trƣớc khi xây dựng dự án đều đã tiến hành
"Đánh giá tác động môi trƣờng", nếu dự án thực hiện đầy đủ các giải pháp
bảo vệ môi trƣờng đã đƣợc trình bày trong báo cáo đánh giá tác động môi
trƣờng thì sẽ đảm bảo đạt tiêu chuẩn chất lƣợng môi trƣờng. Tuy vậy, còn
nhiều xí nghiệp mới, đặc biệt là các nhà máy nhiệt điện đốt than, chƣa xử lý
triệt để các khí thải độc hại (SO2, NO2, CO), nên đã gây ra ô nhiễm môi
trƣờng không khí xung quanh.
Cùng với quá trình công nghiệp hoá và đô thị hoá, phƣơng tiện giao
thông cơ giới ở nƣớc ta tăng lên rất nhanh, đặc biệt là ở các đô thị. Trƣớc
năm 1980 khoảng 80 - 90% dân đô thị đi lại bằng xe đạp, ngày nay, ngƣợc lại
khoảng 80% dân đô thị đi lại bằng xe máy, xe ôtô con. Nguồn thải từ giao
thông vận tải đã trở thành một nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trƣờng
không khí ở đô thị, nhất là ở các đô thị lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí
Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng. Theo đánh giá của chuyên gia môi trƣờng, ô
nhiễm không khí ở đô thị do giao thông vận tải gây ra chiếm tỷ lệ khoảng
70%.
Ở các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng,
Hải Phòng, nồng độ khí CO trung bình ngày dao động từ 2 - 5 mg/m3
, nồng
độ khí NO2 trung bình ngày dao động từ 0,04 - 0,09mg/m3
, ở một số nút giao
thông lớn trong đô thị nồng độ khí CO và khí NO2 đã vƣợt trị số tiêu chuẩn
cho phép, nhƣ ở ngã tƣ Đinh Tiên Hoàng - Điện Biên Phủ (thành phố Hồ Chí
Minh) trị số trung bình ngày của năm 2001: 0,19, gấp 1,9 lần trị số tiêu chuẩn
cho phép, nồng độ CO năm 2001: 15,48 gấp 3,1 lần trị số tiêu chuẩn cho
phép; tƣơng tự, năm 2002 nồng độ khí NO2 = 0,191mg/m3
và khí CO =
12,67mg/m3
.

11
1.2. TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO
1.2.1. Khái niệm
Khí CO (tên gọi hóa học cacbon monoxit), có công thức hóa học là CO,
là một chất khí không màu, không mùi, bắt cháy và có độc tính cao. Nó là sản
phẩm cháy chính trong việc đốt cháy không hoàn toàn, hoặc trong điều kiện
thiếu Oxi của cacbon và các hợp chất chứa cacbon. Có nhiều nguồn sinh ra
khí CO. Trong đó có khí thải của động cơ đốt trong của xe máy, xe ôtô,… Nó
đƣợc tạo ra bằng cách đốt cháy các nguyên liệu có nguồn gốc Cacbon, đặc
biệt với nồng độ cao khi nhiệt độ quá thấp để có thể oxi hóa trọn vẹn các
hydrocacbon trong nguyên liệu thành nƣớc (dạng hơi) và đioxit cacbon.
1.2.2. Đặc điểm lý hóa của khí cacbon monoxit
Bảng 1.2: Đặc điểm lý hóa của khí cacbon monoxit
Cacbon monoxit
Công thức phân tử CO
Khối lƣợng phân tử 44
Công thức cấu tạo C = O
Nhiệt độ sôi -191,5o
C
Trọng lƣợng riêng
1,25 g/l ở 0 o
C, 1atm
1,145 g/l ở 25 o
C, 1atm
Tỷ trọng so với không khí 0,967
Ở 0 o
C, 1atm: 3,54ml/100ml
Hòa tan trong nƣớc Ở 25 o
C, 1atm: 2,14ml/100ml
Ở 37 o
C, 1atm: 1,83ml/100ml
Cacbon monoxit là một chất khí
không màu, không mùi, nhẹ hơn
Tính chất vật lý không khí, là một khí độc
Cháy trong không khí với ngọn lửa
màu xanh sáng

12
1.2.3. Ảnh hƣởng của khí CO đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời
Carbon monoxit là khí không mùi vị, có độc tính cao với sức khỏe con
ngƣời và cực kỳ nguy hiểm, do việc hít thở phải một lƣợng quá lớn CO sẽ
dẫn tới thƣơng tổn do giảm ôxi trong máu hay tổn thƣơng hệ thần kinh cũng
nhƣ có thể gây tử vong. Nồng độ chỉ khoảng 0,1% carbon monoxit trong
không khí cũng có thể là nguy hiểm đến tính mạng. CO có ái lực với
hemoglobin (Hb) trong hồng cầu mạnh gấp 230-270 lần so với ôxy nên khi
đƣợc hít vào phổi CO sẽ gắn chặt với Hb thành COHb do đó máu không thể
chuyên chở oxi đến tế bào. Khi có từ 10 tới 30% COHb trong máu, con ngƣời
sẽ gặp các triệu chứng nhƣ: đau đầu, buồn nôn, mỏi mệt và choáng váng. Khi
mức độ COHb đạt tới 50-60%, con ngƣời có thể bị ngất, co giật và có thể dẫn
đến hôn mê và chết. Nhƣ vậy với nồng độ trên 10000 ppm CO (1% CO) có
trong không khí thở thì con ngƣời sẽ bị chết trong vòng vài phút.
Theo nghiên cứu của tiến sĩ Trần Ngọc Châu thì Hàm lƣợng COHb
trong máu từ 2-5% bắt đầu có dấu hiệu ảnh hƣởng đến hệ thần kinh trung
ƣơng. Khi hàm lƣợng COHb trong máu tăng lên từ 10-20% các chức năng
hoạt động của các cơ quan khác nhau trong cơ thể bị tổn thƣơng. Trên thế
giới mỗi năm có hàng ngàn ngƣời bị chết ngạt do hít phải CO, trong đó chủ
yếu là công nhân làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt thiếu không khí
sạch và có nguy cơ cháy nổ cao. Bảng 1.3 dƣới đây chỉ ra các triệu chứng
nhiễm độc của ngƣời khi tiếp xúc với CO ở các nồng độ khác nhau.
Bảng 1.3: Triệu chứng nhiễm độc của ngƣời khi tiếp xúc với CO
ở các nồng độ khác nhau [14]
Nồng độ Thời gian tiếp xúc Triệu chứng và tác hại
(ppm)
200 2 - 3 giờ Đau đầu nhẹ, mỏi mệt, buồn nôn và
choáng váng.
400 1 - 2 giờ Đau nặng đầu
> 3 giờ Khó thở
800 45 phút Choáng váng, buồn nôn và co giật
Trong vòng 2 đến 3 giờ Tử vong

13
1600 20 phút Đau đầu, choáng váng và buồn nôn
Trong vòng 1 giờ Tử vong
3200 Trong vòng 5 - 10 phút Đau đầu, choáng váng và buồn nôn
Trong vòng 1 giờ Tử vong
6400 1 - 2 phút Đau đầu, choáng váng và buồn nôn
1280 25 - 30 phút Tử vong
Thực vật ít nhạy cảm với CO hơn ngƣời, nhƣng ở nồng độ cao (100 –
10000 ppm) nó làm cho lá rụng, bị xoắn quăn, diện tích lá bị thu hẹp, cây non
bị chết, cây cối chậm phát triển, làm mất khả năng cố định Nitơ, làm thực vật
bị thiếu đạm. CO có tác dụng kiềm chế sự hô hấp của tế bào thực vật.
1.2.4. Nguồn gốc của khí CO
Cacbon monoxit sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn
nguyên nhiên liệu (quá trình đốt cháy thiếu ô xi). Nguồn phát thải khí CO chủ
yếu ở các động cơ đốt trong, các quá trình công nghiệp, lò đốt, các nhà máy
luyện kim, nhiệt điện...Bên cạnh đó còn do một số nguồn tự nhiên nhƣ hoạt
động của núi lửa, cháy rừng...và một số loài sinh vật, vi sinh vật.
Bảng 1.4: Lƣợng phát thải CO từ tự nhiên và nhân tạo [13].
Chất ô nhiễm Nguồn gây ô nhiễm 10
6
tấn/năm
Nguồn nhân
Nguồn thiên nhiên Nhân tạo
Thiên
tạo chủ yếu nhiên
Cacbon
hoạt động núi lửa,
monoxit (CO) Đốt nhiên liệu,
cháy rừng, các phản 300 >3000
khí thải ôtô
ứng hóa học âm ỉ.
Bảng 1.5: Lƣợng khí thải do ôtô thải ra trên 1km đƣờng [13].
Khí thải
Lƣợng khí thải (g/km đƣờng đi)
Động cơ xăng Động cơ Diezen
CO 60 0,69 ÷ 2,57
Hydrocacbon 5,9 0,14 ÷ 2,07
NOx 2,2 0,68 ÷ 1,02
Muội khói 0,22 1,28
SO2 0,17 0,47

14
1.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU XỬ LÝ KHÍ CO
Hàng năm, trên toàn thế giới sản sinh ra khoảng 600 triệu tấn khí CO.
Thực tế những năm qua, mặc dù con ngƣời đã cố gắng giảm thiểu tối đa
lƣợng khí CO, nhƣng do điều kiện công nghệ còn hạn chế, cũng nhƣ những
giới hạn của kinh tế mà lƣợng khí thải luôn gia tăng trong các hoạt động của
con ngƣời.
Để giảm lƣợng CO sinh ra, có 2 cách:
a. Ngăn chặn từ nguồn phát sinh: Giảm tối đa CO tạo ra bằng cách cải
tiến công nghệ đốt, động cơ… từ đó tạo ra ít khí CO;
b. Chuyển hóa CO sang CO2 trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
Hiện nay, có nhiều hƣớng xử lý khí thải CO, tuy nhiên đều dựa trên
nguyên tắc chung là chuyển hóa CO thành CO2 dựa trên phản ứng ôxy hóa
CO bằng ôxy không khí, sự khác nhau cơ bản trong các quá trình xử lý CO
nằm ở điều kiện xúc tác phản ứng. Nếu không có chất xúc tác thì phản ứng
xảy ra rất khó khăn vì cần điều kiện nhiệt độ cao và thời gian chuyển hóa dài
hơn. Chính bởi lẽ đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu và thử nghiệm nhiều hệ
chất xúc tác để đƣa vào phản ứng chuyển hóa trên nhằm mục đích đƣa nhiệt
độ phản ứng xuống nhiệt độ thƣờng, thậm chí dƣới nhiệt độ thƣờng. Có thể
kể ra một số hệ xúc tác sử dụng kim loại nhƣ Paladi (Pd), Platin (Pt), Coban
(Co), Ruteni (Ru), Rođi (Rh), Bạc (Ag), hỗn hợp ô xít Mn và Cu…Chất xúc
tác cho phản ứng trên là loại xúc tác cho quá trình ôxy hóa, kim loại dùng
thƣờng là Pd, Pt với một lƣợng rất nhỏ. Chúng thƣờng đƣợc mang trên các
chất mang (Al2O3, aFe2O3, FeOx, CeOx, TiO2…) vì lý do kinh tế [20-24].
Ở những năm 70 của thế kỷ trƣớc, các bộ lọc xúc tác khí đƣợc chế tạo
chủ yếu dựa trên các kim loại quý nhƣ Pt, Pd, Rh. Giờ đây, nhiều thế hệ xúc
tác ƣu việt đã đƣợc nghiên cứu nhằm thay thế dần các kim loại quý hiếm.
Những giải pháp hỗn hợp xúc tác từ các oxit kim loại hoặc các oxit phức hợp
perovskit/ spinel với một phần nhỏ Pt/Ru nhƣ hệ La1-xSrxCoO3-Pt/Ru, hoặc
tổ hợp các kim loại quý nhƣ Pt/CeO2 - ZrO2 [74]... đã đƣợc nghiên cứu. Tuy
nhiên, những phƣơng pháp này vẫn còn tốn kém vì các kim loại quý hiếm khá

15
đắt tiền. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ chế tạo vật liệu,
các nhà xúc tác học đã sáng tạo ra nhiều phƣơng pháp chế tạo mới nhằm cải
thiện các xúc tác dựa trên kim loại quý bằng oxit kim loại truyền thống
Co2O3, Co3O4, CuO, MnO2, Fe2O3, Cr2O3, CuO/Cr2O3, NiO .... Ƣu điểm
của các xúc tác oxit kim loại truyền thống là: có hoạt tính xúc tác cao (không
bằng kim loại quý khi ở nhiệt độ thấp, tuy nhiên khi ở nhiệt độ cao thì hoạt
tính tƣơng đƣơng), giá thành rẻ, ít bị đầu độc bởi các ôxit nitơ, lƣu huỳnh và
CO2, độ bền cơ học cao do đó có thể sử dụng lâu dài.
Trong những năm gần đây các hệ vật liệu ôxít kim loại, ôxít hỗn hợp
kim loại [25-29], xúc tác perovskit chứa kim loại chuyển tiếp thay thế một
phần đáng kể các kim loại quý cho các phản ứng oxi hóa CO cũng là một
hƣớng quan tâm đặc biệt. Ƣu điểm của các xúc tác perovskit này là giá thành
rẻ do có thể thay thế một số kim loại quý, hoạt tính cao trong các phản ứng
oxi hóa CO, VOCs, CxHy …
Phần lớn các chất xúc tác sử dụng trong công nghiệp hóa học hiện đại đều
dựa trên các oxit phức hợp, hỗn hợp các ôxít [30-33]. Trong số các ôxít hỗn hợp
kim loại có những tính chất nổi bật nhƣ có hoạt tính oxy hoá khử cao, khả năng
chống nhiễm độc tốt, giá thành thấp, tuổi thọ dài và đƣợc xem là chất xúc tác lý
tƣởng có thể thay thế kim loại quý trên chất mang [34]. Perovskit chứa La ở vị
trí A và kim loại chuyển tiếp ở vị trí B thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu do
có hoạt tính oxy hóa cao trong thiêu đốt xúc tác xử lý môi trƣờng [35]. Các oxit
phức hợp perovskit có dạng ABO3 với A = La, Nd, Sm..; B = Ti, Cr, Mn, Fe, Co,
Ni...). Một đặc tính quý báu của ABO3 nói chung là các ion ở vị trí A và B có thể
thay thế một phần bởi ion kim loại khác tạo nên những vật liệu A1-xMxB1-
yB’yO3 cũng có cấu trúc perovskit nhƣng có nhiều đặc tính mới, thể hiện hoạt
tính xúc tác khá cao, độ chọn lọc và thời gian sống lớn. Những công bố mới đây
cho thấy, có thể biến tính các perovskit bằng các kim loại kiềm vào vị trí A, hoặc
các kim loại chuyển tiếp vào vị trí B để nhận đƣợc tính chất mới của vật liệu
nhƣ diện tích bề mặt riêng cao hơn, nồng độ khuyết tật tinh thể lớn hơn, do đó
khả năng tƣơng tác với các phân tử khí hay các thành phần khác trong khói thải
nhiều hơn và xúc tác

16
hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn. Kim loại thế vào vị trí A thƣờng là các nguyên
tố kiềm nhƣ Li+
hoặc Na+
, K+
hoặc kiềm thổ nhƣ Sr2+
, Ba2+
, hoặc Ca2+
, các
nguyên tố ở vị trí B thƣờng là các kim loại chuyển tiếp nhƣ mangan, coban,
sắt, đồng, niken, khả năng xúc tác của chúng cho phản ứng oxy hóa CO,
CxHy, VOCs đã đƣợc công bố rất nhiều trên thế giới [15].
Hiện nay, các vật liệu xúc tác, trong đó phần lớn là vật liệu oxit có tiềm
năng cải tiến rất lớn qua con đƣờng thay đổi cấu trúc nhờ kỹ thuật pha tạp, do
đó có thể tạo ra những xúc tác oxit với giá rẻ nhƣng có thể thay thế đƣợc các
kim loại quý hiếm, đó là trƣờng hợp xúc tác oxi hóa hoàn toàn xử lý khí thải,
xúc tác oxi hoá chọn lọc...
Tác giả [18] đã nghiên cứu tổng hợp các ôxít hỗn hợp, perovskit chứa
niken để nghiên cứu khả năng chuyển hóa CO thu đƣợc kết quả:
Bảng 1.6: Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO trên perovskit LaNi1-xCoxO3
Vật liệu xúc tác Nhiệt độ xúc tác (
o
C)
T10 T50 T100
Perovskit LaNi0,95Co0,05O3 145 191 250
Perovskit LaCoO3 180 210 285
Bảng 1.7: Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO trên oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy
Vật liệu xúc tác Nhiệt độ xúc tác (
o
C)
T10 T50 T100
Oxit hỗn hợp Ce0,50Ni0,50Oy 150 200 275
Oxit CeO2 190 260 -
Oxit NiO 170 220 290

17
Một số hệ ôxít, ôxít hỗn hợp đƣợc chế tạo và nghiên cứu hoạt tính xúc
tác đối với CO trong hỗn hợp khí: 1% CO; 0,5% O2; 98,5 % N2 tốc độ
30000L/h, tỷ lệ khối lƣợng các ôxít 1/10. Các ôxít đƣợc nung ở 650 o
C trong
không khí. Kết quả thu đƣợc thể hiện trong bảng sau:
Bảng 1.8: Nhiệt độ chuyển hóa 50% CO của các hệ xúc tác [36].
Hệ xúc tác T50 (o
C) Diện tích bề mặt (m
2
g
-1
)
CeO2 > 500 62
Cox/CeO2 135 45
CuO/CeO2 172 60
NiO/CeO2 241 51
MnO2/CeO2 268 45
Cr2O3/CeO2 347 47
V2O5/CeO2 361 56
Các hệ xúc tác trên cơ sở các oxit kim loại chuyển tiếp là các hệ xúc tác
đầy hứa hẹn cho các phản ứng oxi hóa. Hoạt tính xúc tác của chúng có thể so
sánh với các hệ xúc tác trên cơ sở các kim loại quý nhƣng độ chọn lọc cao
hơn hẳn do chúng có khả năng thay đổi dễ dàng số oxi hóa nhờ các điện tử
phân lớp d chƣa đƣợc lấp đầy [67,68].
Nhiều nghiên cứu cho thấy khi đƣa các oxit kim loại chuyển tiếp nhƣ:
Fe, Cr, Cu, Mn, Co... lên các chất mang khác nhau nhƣ: SiO2, Al2O3, zeolit,
than hoạt tính, CeO2... thì CeO2 là chất mang rất phù hợp để tổng hợp các hệ
xúc tác cho phản ứng oxi hóa. Khi CeO2 đƣợc pha tạp bằng oxit các kim loại
chuyển tiếp và các kim loại quý, các lỗ trống oxi đƣợc tạo thành làm tăng khả
năng oxi hóa của hệ xúc tác. Trong đó, oxit hỗn hợp CuO-CeO2 đƣợc coi là
chất xúc tác rất hiệu quả cho các phản ứng oxi hóa, hoạt tính của nó có thể so
sánh với các chất xúc tác trên cơ sở các kim loại quí. Khi pha tạp CeO2 bằng
những kim loại có số oxi hóa nhỏ hơn +4, các ion kim loại này sẽ thay thế
Ce4+
trong cấu trúc tinh thể của CeO2 tạo thành sự khuyết tật tinh thể CeO2
và các lỗ trỗng oxi [69,70].
Trong những năm gần đây, CeO2 kích thƣớc nano đang đƣợc các quốc
gia nghiên cứu rộng rãi do các đặc tính ƣu việt của nó, diện tích bề mặt lớn

18
nên có nhiều ứng dụng phong phú trong nhiều lĩnh vực nhƣ phản ứng nhiên
liệu rắn, xúc tác xử lý khí thải ba chức năng, làm vật liệu hấp thụ tia UV, làm
phụ gia cho vật liệu gốm, chế tạo vật liệu phát quang [4,46,47]. CeO2 là oxit
đƣợc biết đến nhiều bởi tính chất oxi hóa khử của nó, cho phép chuyển đổi dễ
dàng giữa các trạng thái oxi hóa và khử (Ce4+
và Ce3+
) tùy thuộc vào những
điều kiện bên ngoài. Khả năng lƣu trữ oxi khiến Ce thích hợp trong nhiều ứng
dụng nhƣ là thành phần quan trọng của chất xúc tác ba chiều tự động hoặc
chất xúc tác oxi hóa [48-50]. CeO2 cũng đƣợc sử dụng trong nhiều sensor,
trong công nghệ pin nhiên liệu với vai trò là chất điện li trạng thái rắn và thậm
chí là trong hóa mỹ phẩm. Khả năng lƣu trữ (và giải phóng) oxi trong CeO2
có vẻ nhƣ đƣợc thuận lợi bởi cấu trúc của nó. Các ion oxi trong các tinh thể
trên nằm trong các mặt phẳng song song, cho phép các nguyên tử oxi khuếch
tán một cách có hiệu quả tạo thành mạng lƣới chứa các lỗ trống oxi, thuận lợi
cho tính chất oxi hóa của chất rắn [51].
Sắt oxit là một trong những oxit kim loại phổ biến và có nhiều ứng dụng
rộng rãi trong thực tế. Sắt oxit có nhiều đặc tính hữu dụng nhƣ khả năng hấp
phụ, xúc tác xử lý khí thải, chế tạo các vật liệu từ tính [52, 53].… Các đặc
tính đó đã đƣợc các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu và đã thu đƣợc
nhiều kết quả khả quan. Fe2O3 có tính thuận từ, màu nâu đỏ. Sắt (III) oxit
không chỉ là một vật liệu dùng trong chiến lƣợc công nghiệp mà nó còn là
một hợp chất đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu tính đa hình và sự
thay đổi hình dạng trong các hạt nano. Sắt (III) oxit với tất cả các dạng thù
hình của nó là một trong những oxit kim loại đƣợc sử dụng nhiều nhất với các
ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và công nghiệp. Các
oxit sắt có thể đƣợc điều chế thành các hạt siêu mịn có kích thƣớc khoảng
một vài nanomet. Lợi thế của việc sử dụng các hạt Fe2O3 kích thƣớc nano là
do chúng có tính ổn định hoá học.
Với nhiều đặc tính tốt của sắt oxit, xeri oxit việc nghiên cứu chế hỗn
hợp hai oxit kim loại đã đƣợc nghiên cứu để làm tăng khả năng lý khí thải
[54] và tăng khả năng hấp phụ xử lý môi trƣờng….
tạo
xử

19
Fe2O3 đƣợc hình thành trong quá trình nhiệt phân của Fe(OH)3 ở 170°C
trong chân không. Năm 1975 Howe và Gallagher đã biết đƣợc cơ chế mất
nƣớc và cấu trúc của oxit sắt. Họ thấy rằng các oxit có cấu trúc khuyết tật đều
có tất cả các đặc tính của các hợp chất ban đầu. Sắt ôxít cũng đƣợc nghiên
cứu hoạt tính xúc tác bởi Farrauto và Heck [37]. Các tác giả đều cho rằng
Fe2O3 có hoạt tính xúc tác tốt nhất trong các ôxít sắt. Sắt ôxít và các hệ sắt
ôxít đƣợc nghiên cứu xúc tác ôxy hóa CO ở 300o
C kết quả hoạt tính xúc tác
giảm theo thứ tự: Fe2O3Al2O3 > Fe2O3TiO2 ~ Fe2O3>> FeSbO4 > FePO4>
Fe2(MoO4)3 [29].Các hệ xúc tác đƣợc nghiên cứu khả năng xúc tác trong
điều kiện: 2,5% CO; 1,7% O2, 0,5% H2; 500ppm C3H6 kết quả thu đƣợc ở
bảng sau:
Bảng 1.9: Hoạt tính xúc tác của hệ sắt ôxít đối với CO [54]
Hệ xúc tác
Diện tích bề mặt Nhiệt độ chuyển hóa Nhiệt độ chuyển hóa
(m2
g-1
) 10% (o
C) 50% (o
C)
Fe2O3 5,3 327 398
Fe2O3Al2O3 269 262 327
Fe2O3TiO2 23,8 333 412
Phản ứng oxy hóa CO trên bề mặt xúc tác xẩy ra theo cơ chế trên bề
mặt [39,40]. Tƣơng tác của CO trên bề mặt xúc tác [16,41,42] có thể đƣợc
mô tả qua các giai đoạn có thể có của phản ứng nhƣ sau:
O2+2□→2[O] (1.1)
CO+□→[CO] (1.2)
CO + [O] → CO2+
□ (1.3)
[CO] + [O] → CO2+
□ (1.4)
Từ các phƣơng trình (1.1) đến phƣơng trình (1.4) cho thấy, cơ chế hấp
phụ gồm các giai đoạn tƣơng ứng với các phƣơng trình (1.1), (1.2) và (1.11) và
cơ chế va đập gồm giai đoạn tƣơng ứng với các phƣơng trình (1.1) và (1.3) đều
có thể là hiện thực. Trong đó, □ biểu thị lỗ trống oxi của oxit, [O] biểu thị cho
oxi đƣợc hoạt hóa. Hầu hết các công trình nghiên cứu tỷ mỉ và sử dụng các
phƣơng pháp hóa-lý hiện đại đã đi đến kết luận, trên các xúc tác oxit kim

20
loại chuyển tiếp ở nhiệt độ cao phản ứng oxi hóa CO diễn ra theo cơ chế va đập.
Quá trình tái oxi hóa bề mặt chất xúc tác xảy ra tƣơng đối nhanh, cho nên giai
đoạn tách oxi nguyên tử khỏi bề mặt là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng oxi
hóa CO. Khi giảm dần nhiệt độ, tốc độ phản ứng xúc tác giảm chậm hơn quá
trình khử và tái oxi hóa bề mặt, nên phản ứng chủ yếu xảy ra theo cơ chế hấp
phụ. Điều này khẳng định phản ứng xảy ra theo hai cơ chế khác nhau
ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. Nhiệt độ chuyển đổi cơ chế đối với từng oxit
là không giống nhau. Trên xúc tác oxit phản ứng oxi hóa CO [3,43] đi qua
giai đoạn hình thành cấu trúc cacbonat bề mặt. Ở nhiệt độ cao sự phân hủy
cấu trúc cacbonat để hình thành CO2 xảy ra tƣơng đối nhanh và phản ứng
diễn biến theo cơ chế va đập (1). Khi giảm nhiệt độ, tốc độ phân hủy cacbonat
giảm nhanh và tốc độ phản ứng chủ yếu phụ thuộc vào sự liên hợp (2) gồm
quá trình phân hủy cacbonat và tái oxi hóa oxit theo sơ đồ dƣới đây:
Cơ chế xúc tác ôxy hóa CO trên ôxít hỗn hợp CeO2 - Fe2O3 đã đƣợc
nghiên cứu [44] có thể mô tả nhƣ sau:
Hình 1.4: Mô tả cơ chế xúc tác của hỗn hợp CeO2-Fe2O3

21
2Fe3+
+ CO + O2-
= 2Fe2+
+ CO2
2Fe2+
+ 2Ce 4+
= 2Fe3+
+ 2Ce3+
2Ce3+
+ ½ O2 = 2Ce4+
+ O2-
CO đi qua bề mặt xúc tác sẽ phản ứng với sắt ôxít tạo thành CO2 và
chuyển Fe+3
về Fe2+
. Đồng thời Fe2+
sẽ phản ứng ôxy hóa khử với Ce4+
thành Fe+3
lặp lại phản ứng ôxy hóa CO và Ce3+
bị O2 trong dòng khí quay
trở lại Ce4+
. Nhƣ vậy,bằng sự chuyển hóa qua lại giữa các trạng thái ôxy hóa
của sắt và xêri đã chuyển hóa CO thành CO2. Xêri ôxít trong phản ứng này
đóng vai trò vận chuyển ôxi.
1.4. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU
Trong những năm qua, việc tổng hợp vật liệu nano có kích thƣớc từ 1
đến 100 nm đã phát triển mạnh trên cả lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và nghiên
cứu ứng dụng. Những tính chất điện, quang, từ và cả tính chất hóa học đặc
biệt của chúng phụ thuộc rất nhiều vào kích thƣớc hạt nanomet.
Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nói chung rất phong phú và đa
dạng. Mỗi phƣơng pháp tổng hợp vật liệu đều có tính ƣu việt riêng. Tùy vào
mục đích sử dụng vật liệu mà lựa chọn phƣơng pháp thích hợp và mang lại
hiệu quả mong muốn. Một số phƣơng pháp tổng hợp vật liệu bằng phƣơng
pháp hóa học điển hình đƣợc sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu ứng dụng
trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ bảo vệ môi trƣờng nhƣ: phƣơng pháp đồng
tạo phức, đồng kết tủa, phƣơng pháp sol – gel, phƣơng pháp thủy nhiệt và
phƣơng pháp tổng hợp đốt cháy.
1.4.1. Phƣơng pháp đồng tạo phức
Nguyên tắc của phƣơng pháp này là cho các muối kim loại tạo phức
cùng nhau với phối tử trong dung dịch. Sau đó tiến hành phân huỷ nhiệt phức
chất có thành phần hợp thức mong muốn [55]. Phƣơng pháp này đạt đƣợc sự
phân bố lý tƣởng các cấu tử trong hệ phản ứng vì trong mạng lƣới tinh thể
của phức rắn đã có sự phân bố hoàn toàn có trật tự của các ion.

22
Ƣu điểm: Trong hỗn hợp ban đầu đƣa vào nung (hỗn hợp các phức
chất) đã bảo đảm tỷ lệ hợp thức của các cấu tử đúng nhƣ trong vật liệu mong
muốn. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp đồng tạo phức là việc tìm
các phứcchất đa nhân không dễ dàng và công việc tổng hợp phức chất tƣơng
đối phức tạp đòi hỏi nhiều phối tử đắt tiền.
1.4.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa
Đây là một trong những phƣơng pháp đang đƣợc sử dụng rộng rãi để
tổng hợp vật liệu [12, 56]. Phƣơng pháp này cho phép khuếch tán các chất
tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của các chất phản
ứng do đó có thể điều chế đƣợc vật liệu mong muốn ở điều kiện nhiệt độ
nung thấp. Một điều quan trọng là trong điều kiện nghiêm ngặt kết tủa sẽ có
thành phần mong muốn.
Một số hoá chất làm môi trƣờng cho quá trình kết tủa nhƣ: Na2CO3,
NaOH, NH3…
Phƣơng pháp đồng kết tủa có ƣu điểm sau:
- Cho sản phẩm tinh khiết.
- Tính đồng nhất của sản phẩm cao.
- Thay đổi các tính chất của vật liệu thông qua việc điều chỉnh các yếu
tố ảnh hƣởng nhƣ: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ của sự thuỷ phân, sự kết tinh
ảnh hƣởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm cuối cùng.
Vật liệu tổng hợp đƣợc bằng phƣơng pháp này cho kích nhỏ, đồng
đều, các tiền chất để tổng hợp đơn giản dễ tìm. Tuy nhiên, để tổng hợp vật
liệu nào đó, không phải lúc nào cũng lựa chọn đƣợc các tiền chất thích hợp.
1.4.3. Phƣơng pháp thủy nhiệt
Phƣơng pháp thuỷ nhiệt là dùng sự hoà tan trong nƣớc của các chất
tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao (hơn 100o
C) và áp suất (lớn hơn 1atm)
trong hệ kín. Đầu tiên, trong bình thuỷ nhiệt chỉ bao gồm nƣớc và các tiền
chất rắn. Khi nhiệt độ tăng, các tiền chất liên tục bị hoà tan, khiến cho nồng
độ của chúng trong hỗn hợp lỏng ngày càng tăng lên và phản ứng hoá học xảy

23
ra dễ dàng hơn. Các phần tử cấu thành nên dung dịch ở giai đoạn này có kích
thƣớc nhỏ hơn tiền chất ban đầu. Sau đó, hạ nhiệt độ sẽ xảy ra phản ứng
ngƣng tụ tạo thành chất mới. Sự tạo thành các chất mới này phụ thuộc rất
nhiều vào tỷ lệ các chất phản ứng, lƣợng nƣớc dùng, các tiền chất, nhiệt độ,
áp suất…
Phƣơng pháp này có đặc điểm là kết tủa đồng thời các hiđroxit kim loại
ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, cho phép khuếch tán các chất tham gia
phản ứng tốt, tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của chất phản ứng do đó có thể
điều chế đƣợc nhiều vật liệu mong muốn.
Có thể kể ra một số ƣu điểm của phƣơng pháp này là:
+ Có khả năng điều chỉnh kích thƣớc hạt bằng nhiệt độ thủy nhiệt.
+ Có khả năng điều chỉnh hình dạng các hạt bằng cách sử dụng các
dạng tiền chất khác nhau.
+ Thu đƣợc sản phẩm chất lƣợng cao, tinh khiết từ các vật liệu không
tinh khiết ban đầu, quá trình sử dụng các phân tử tiền chất không phải là các
khối vật liệu lớn.
+ Có thể dùng các nguyên liệu rẻ tiền để tạo các sản phẩm có giá trị.
+ Có thể sử dụng nhiều nguyên liệu khác nhau.
Nhƣợc điểm:
+ Tạo ra tạp chất không mong muốn.
+ Một số chất không thể hoà tan trong nƣớc, do đó không thể dùng
phản ứng thuỷ nhiệt.
Đây là phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm, tổng hợp đƣợc các vật liệu có
kích thƣớc hạt nanomet, tuy nhiên phƣơng pháp này yêu cầu thiết bị tiến
hành phản ứng tƣơng đối phức tạp.
1.4.4. Phƣơng pháp sol-gel
Mặc dù đã đƣợc nghiên cứu vào những năm 30 của thế kỉ trƣớc, nhƣng
gần đây, cùng với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano, phƣơng pháp sol-

24
gel lại đƣợc quan tâm rất nhiều vì nó rất thành công trong tổng hợp vật liệu
cấp hạt nano [57-59].
Sol là trạng thái tồn tại ổn định của các hạt rắn bên trong chất lỏng, và
để cho các hạt rắn tồn tại ở trạng thái ổn định kích thƣớc, các hạt phải đủ nhỏ
để lực cần phân tán phải lớn hơn trọng lực. Gel là chất rắn rỗ xốp có cấu tạo
mạng liên kết ba chiều bên trong môi trƣờng phân tán chất lỏng, và gel hình
thầnh từ các hạt keo (collolide) gọi là colloide gel, còn trong trƣờng hợp
đƣợc tạo thành từ những đơn vị hoá học nhỏ hơn các hạt colloide thì gọi là
gel cao phân tử.
Trong quá trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân và đông tụ
tiền chất để hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxit siêu nhỏ trong
chất lỏng. Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim
loại nhƣ các alkoxide của silic, nhôm, titan… Giai đoạn này có thể điều khiển
bằng sự thay đổi pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng xúc tác, nồng độ tác
nhân, tỷ lệ nƣớc…
Các hạt sol có thể lớn lên và đông tụ để hình thành mạng polime liên
tục hay gel chứa các bẫy dung môi. Phƣơng pháp làm khô sẽ xác định các
tính chất của sản phẩm cuối cùng: gel có thể đƣợc nung nóng để loại trừ các
phân tử dung môi, gây áp lực lên mao quản và làm sụp đổ mạng gel, hoặc làm
khô siêu tới hạn, cho phép loại bỏ các phân tử dung môi mà không sụp đổ
mạng gel. Sản phẩm cuối cùng thu đƣợc từ phƣơng pháp làm khô siêu tới hạn
gọi là aerogel, theo phƣơng pháp nung gọi là xerogel. Bên cạnh gel còn có thể
thu đƣợc nhiều loại sản phẩm khác.
Tổng hợp các oxit hoặc hỗn hợp oxit bằng phƣơng pháp sol-gel thu
đƣợc các vật liệu có kích thƣớc hạt nhỏ, diện tích bề mặt lớn, các tiền chất dễ
kiến, nhiệt độ nung thấp.
1.4.5. Phƣơng pháp tổng hợp đốt cháy gel
Tổng hợp đốt cháy (CS – Combustion synthesis) trở thành một trong
những kỹ thuật quan trọng trong điều chế các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và
chức năng), compozit, vật liệu nano.

25
Trong số các phƣơng pháp hoá học sử dụng để chế tạo vật liệu dạng
oxit hay oxit phức hợp, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra tinh thể nano oxit và
oxit phức hợp ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể đạt ngay
đến sản phẩm cuối cùng. Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá
khử toả nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại,
phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất
hay hỗn hợp oxi hoá khử … [60-64]. Những đặc tính này làm cho tổng hợp
đốt cháy thành một phƣơng pháp hấp dẫn cho sản xuất các vật liệu mới với
chi phí thấp so với các phƣơng pháp truyền thống.
Một số ƣu điểm khác của phƣơng pháp đốt cháy là:
- Thiết bị công nghệ tƣơng đối đơn giản;
- Sản phẩm có độ mịn, độ tinh khiết cao;
- Nhiệt độ nung gel không cao, tiết kiệm năng lƣợng.
Trong phƣơng pháp đốt cháy gel, để ngăn ngừa sự tách pha cũng nhƣ
sự đồng nhất cao cho sản phẩm, phƣơng pháp hoá học ƣớt thƣờng sử dụng
các tác nhân tạo gel. Một số polime hữu cơ đƣợc sử dụng ngoài vai trò tác
nhân tạo gel còn là nguồn nhiên liệu nhƣ polivinyl alcol, polietylen glycol,
polyacrylic axit và có thể là hồ tinh bột.
Trong phƣơng pháp này, dung dịch tiền chất gồm dung dịch các muối
kim loại đƣợc trộn với polyme hoà tan trong nƣớc tạo thành hỗn hợp nhớt.
Làm bay hơi nƣớc hoàn toàn hỗn hợp này thu đƣợc khối xốp nhẹ và đem
nung ở khoảng 300 ÷ 900 o
C thu đƣợc các oxit phức hợp. Phƣơng pháp đốt
cháy gel đƣợc nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu và đã tổng hợp đƣợc các
vật liệu có kích thƣớc nanomet, diện tích bề mặt lớn.
Phƣơng pháp sử dụng axit hữu cơ để tạo gel đƣợc gọi là phƣơng pháp
sol-gel axit hữu cơ [65]. Năm 1967, Pechini đăng ký bằng sáng chế tại Mỹ số
3.330.697 về tổng hợp titanat, zirconat, niobat chì và kim loại kiềm thổ dƣới
dạng bột và màng. Sau này trong các tài liệu khoa học đƣợc gọi là phƣơng
pháp Pechini. Theo phƣơng pháp này, các oxit phức hợp đƣợc tổng hợp bằng
cách thêm các chất trợ gel nhƣ axit citric, etylen glycol, poly vinyl ancol

26
(PVA), axit tartaric… vào dung dịch muối của các kim loại rồi khuấy và đun
nóng cho tới khi tạo gel đồng nhất. Sấy gel thu đƣợc xerogel. Nung xerogel
thu đƣợc oxit phức hợp.
Về vai trò của axit cacboxylic, Chu [66] giả thiết axit tạo phức với
cation kim loại. Phần hữu cơ của phức trong những điều kiện xác định sẽ
trùng hợp với nhau tạo thành các phân tử polyme hoặc mạng ba chiều. Kết
quả là độ nhớt của dung dịch tới một lúc nào đó sẽ tăng đột ngột và sol biến
thành gel:
m-o-co-c-...-C-CO-o-m'
Cơ chế này chỉ có thể xảy ra khi trong phần hữu cơ có nối đôi (nhƣ axit
metacrylic) hoặc trong dung dịch có chứa các chất có khả năng trùng ngƣng
tạo este với axit nhƣ etylen diamin, etylen glycol... Phản ứng tạo phức giữa
ion kim loại và axit tartaric (H4L) có thể biểu diễn đơn giản bằng:
Mn+
+ H4L ↔ Phức + H+
Khả năng tạo phức của các ion kim loại khác nhau với axit tartaric nói
chung là khác nhau. Để tạo sản phẩm có độ đơn pha cao cần phải điều chỉnh
tỷ số mol AT/ ion kim loại, pH, nhiệt độ tạo gel.

27
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU
2.1.1. Hóa chất
Các hóa chất tổng hợp vật liệu đều ở dạng tinh khiết bao gồm:
Fe(NO3)3.6H2O, Ce(NO3)3.6H2O, dung dịch Fe(NO3)3, dung dịch Ce(NO3)3,
và axit tartaric đều của hãng Merck.
Các hóa chất sử dụng phân tích đều ở dạng tinh khiết bao gồm: HCl,
HNO3, NH4OH, NaOH, HNO3 của hãng Merck, nƣớc cất hai lần, khí CO,
N2, O2.
2.1.2. Thiết bị
Máy khuấy từ IRE (Ý), tủ sấy M400 (Đức), lò nung S4800 (Mỹ), cân
phân tích (Mỹ), hệ thiết bị vi dòng và máy đo khí LandCom II (Anh), cốc
nung sứ, giấy lọc.
Các dụng cụ trong phòng thí nghiệm nhƣ: Cốc thủy tinh 100 ml, 250
ml; bình định mức 100 ml, 250 ml; pipet, …
2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU
Vật liệu ôxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp
đốt cháy gel có sử dụng tác nhân tạo gel là axit tartaric. Các điều kiện tổng
hợp mẫu nhƣ nhiệt độ nung, tỷ lệ mol kim loại/chất tạo gel, tỷ lệ kim loại
đƣợc nghiên cứu khảo sát.
Axit tartaric đƣợc hòa tan vào nƣớc ở nhiệt độ 80 o
C, sau đó nhỏ từ từ
từng giọt dung dịch Ce(NO3)3 và Fe(NO3)3 với tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe thích
hợp, để thu đƣợc sản phẩm vật liệu có tính chất đặc trƣng tốt tỉ lệ kim loại Ce/Fe
thích hợp, pH = 2. Hỗn hợp đƣợc khuấy, gia nhiệt đến khi tạo dung dịch gel
trong suốt. Sau 2 giờ hệ gel đồng nhất màu vàng rơm đƣợc tạo thành. Gel đƣợc
đem sấy khô thành khối phồng, xốp, màu vàng rơm ở 100 o
C trong 4 giờ và nung
ở nhiệt độ thích hợp trong 2 giờ. Chúng tôi tiến hành khảo sát hai điều kiện phản
ứng ảnh hƣởng đến sự hình thành pha của vật liệu là tỉ lệ mol giữa các kim loại
Ce/Fe và nhiệt độ nung mẫu. Sản phẩm sau quá trình tổng

28
hợp đƣợc mang đi phân tích các tính chất đặc trƣng của vật liệu. Quy trình
chế tạo vật liệu oxit hỗn hợp đƣợc mô tả trong hình 2.1.
Hình 2.1: Mô tả thí nghiệm
Sơ đồ tóm tắt thực nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ hình 2.2
Dung dịch Axit Tartaric Dung dịch các muối của kim
loại lấy theo tỷ lệ mol hợp thức
Hỗn hợp dung dịch ion kim loại
– Axit Tartaric
Điều chỉnh pH Khuấy từ, gia nhiệt
Gel nhớt
Sấy
Gel khô (màu vàng rơm)
Nung
Sản phẩm
Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp vật liệu bằng phƣơng pháp đốt cháy gel

29
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU
Các phƣơng pháp nghiên cứu quá trình hình thành pha của hệ vật liệu
đƣợc sử dụng gồm: Khảo sát quá trình hình thành pha oxit của gel theo nhiệt
độ bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt DTA-TGA. Sự hình thành và biến đổi
pha tinh thể của vật liệu tổng hợp đƣợc xác định bằng phƣơng pháp nhiễu xạ
tia X. Hình thái học và kích thƣớc hạt đƣợc xác định bằng hiển vi điện tử quét
SEM. Xác định diện tích bề mặt bằng phƣơng pháp BET. Xác định sự hình
thành liên kết trong hình thành pha tinh thể bằng phƣơng pháp quang phổ
hồng ngoại FTIR.
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA)
Phân tích nhiệt là một phƣơng pháp thực nghiệm bao gồm hàng chục kỹ
thuật đo khác nhau, cho phép xác định các tính chất nhiệt của vật chất trực
tiếp, hoặc gián tiếp, hoặc thông qua ảnh hƣởng của tác động nhiệt lên các tính
chất cơ bản của vật liệu.
Trong luận văn này chúng tôi sử dụng phƣơng pháp phân tích nhiệt vi
sai (Differential Thermal Analysis-DTA) và phân tích nhiệt trọng lƣợng
(Thermo Gravimetric Analysis-TGA) để nghiên cứu vật liệu.
Phân tích nhiệt trọng lƣợng theo nhiệt độ (TGA) là khảo sát sự thay đổi
khối lƣợng của mẫu khi tác động chƣơng trình nhiệt độ lên mẫu. Phân tích
nhiệt vi sai (DTA) là khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu nghiên cứu với
mẫu chuẩn trong quá trình nâng nhiệt. Nhờ phƣơng pháp này có thể nhận biết
quá trình thu hay tỏa nhiệt.
Phƣơng pháp phân tích nhiệt đƣợc ứng dụng rất rộng, bao gồm hầu hết
các lĩnh vực khoa học, công nghệ và sản xuất có liên quan tới vật liệu. Trong
lĩnh vực hóa học, phân tích nhiệt đƣợc ứng dụng để xác định các tính chất
quan trong của vật liệu nhƣ: nhiệt chuyển pha, xác định hiệu ứng nhiệt, nhận
biết các thành phần phản ứng, nghiên cứu vật liệu xúc tác...
Mẫu gel kim loại/Axit tartaric đƣợc bảo quản trong bình hút ẩm trƣớc
khi đem đi phân tích nhiệt. Mẫu gel đem phân tích nhiệt trên máy phân tích

30
nhiệt Labsys Evo (Pháp), mẫu đo trong môi trƣờng không khí, tốc độ gia nhiệt
5 o
C/phút ÷ 10 o
C/phút tại Phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu.
Hình 2.3: Thiết bị phân tích nhiệt Labsys Evo
1600 2.3.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction-XRD) là một phƣơng
pháp hiệu quả dùng để xác định các đặc trƣng của vật liệu và đƣợc sử dụng
trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Phƣơng pháp này dùng để phân
tích pha (kiểu và lƣợng pha có mặt trong mẫu), ô mạng cơ sở, cấu trúc tinh
thể, kích thƣớc tinh thể trung bình. Tinh thể bao gồm một cấu trúc trật tự theo
ba chiều trong không gian, khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong tinh
thể chỉ vài Å, xấp xỉ bƣớc sóng của tia X.
Nguyên tắc của phƣơng pháp nhiễu xạ là khi chiếu tia X vào vật rắn
dạng tinh thể sẽ làm xuất hiện các tia nhiễu xạ với cƣờng độ và hƣớng khác
nhau. Đặc trƣng của các tia nhiễu xạ phụ thuộc vào bƣớc sóng của bức xạ tia
X chiếu vào và bản chất cấu trúc của mẫu tinh thể đƣợc chiếu.

31
Chiếu một chùm tia X có bƣớc sóng λ tới tinh thể chất rắn với góc tới.
Do tinh thể có tính chất đối xứng, hai mặt tinh thể liên tiếp nhau sẽ cách nhau
những khoảng đều đặn d, đóng vai trò giống nhƣ các cách tử nhiễu xạ và tạo
ra hiện tƣợng nhiễu xạ của các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo
phƣơng phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các
mặt là 2dsinθ. Các sóng phản xạ từ những mặt mạng tinh thể thoả mãn điều
kiện Laue thì xảy ra sự giao thoa giữa các sóng phản xạ (Hình 2.4).
Hình 2.4: Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể chất rắn
Cực đại giao thoa quan sát đƣợc khi các sóng phản xạ thoả mãn điều
kiện Vulf - Bragg:
2d.sin(θ) = nλ
Trong đó: λ là bƣớc sóng của tia X, θ là góc giữa tia X và mặt phẳng
tinh thể, d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể liên tiếp, n là bậc nhiễu
xạ. Công thức này gọi là công thức Bragg. Với mỗi loại tinh thể có kiểu mạng
xác định sẽ cho ảnh nhiễu xạ với vị trí, số lƣợng và cƣờng độ của các vạch
nhiễu xạ là xác định. Do vậy, có thể xác định đƣợc bản chất, cấu trúc tinh thể
của vật liệu nghiên cứu thông qua phổ nhiễu xạ tia X.
Căn cứ vào sự mở rộng vạch của phép đo nhiễu xạ tia X, có thể đánh giá
kích thƣớc hạt. Kích thƣớc hạt đƣợc xác định theo công thức Scherrer nhƣ
sau:

32
Trong đó:
D: kích thƣớc hạt trung bình của hạt tinh thể;
K: hệ số hình dạng, khi dùng anot đồng K ≈
0,9; λ (Ǻ): bƣớc sóng của tia X;
β: độ rộng vạch tán xạ đo ở nửa chiều cao vạch (tính ra radian);
θ: góc tán xạ (góc Bragg).
Yêu cầu cơ bản đối với mẫu đo, đối tƣợng khảo sát: Mẫu bột, khối,
polime, màng mỏng, dày… có bề mặt sạch, có thể tạo đƣợc mặt phẳng để tia
X không bị tán xạ.
Thực nghiệm: Các phép đo nhiễu xạ tia X của các mẫu nghiên cứu đƣợc thực
hiện trên máy đo D5000 của hãng Siemens, tại phòng Thí nghiệm trọng điểm,
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Hình 2.5: Máy đo nhiễu xạ tia X Siemens D5000
2.3.3. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử
Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét là một công cụ sử dụng để nghiên
cứu hình thái học bề mặt vật liệu, trong đó có phƣơng pháp hiển vi điện tử
quét (Scanning Electron Microscope – SEM) và hiển vi điện tử truyền qua
(Transmission Elactron Microscopy – TEM).

33
Hình 2.6: Kính hiển vi điện tử quét S-4800
Nguyên tắc cơ bản của phƣơng pháp SEM và TEM là dùng chùm điện
tử để tạo ảnh của mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử đƣợc tạo ra từ catot qua hai
tụ quang sẽ đƣợc hội tụ lên mẫu cần nghiên cứu. Việc tạo ảnh của mẫu vật
đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ
tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.
Kính hiển vi điện tử quét đƣợc sử dụng rộng rãi để xác định vi cấu trúc
bề mặt với độ phóng đại và độ phân giải gấp hàng nghìn lần với kinh hiển vi
quang học. Độ phóng đại của SEM và TEM nằm trong một dải rộng từ 10 đến
100.000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị hai chiều phù hợp cho việc phân tích
hình dạng và cấu trúc bề mặt.
Phƣơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là phƣơng pháp đƣợc sử
dụng rất hiệu quả trong việc nghiên cứu đặc trƣng bề mặt và cấu trúc của vật
liệu.
Nguyên tắc: Thiết bị hiển vi điện tử truyền qua chủ yếu bao gồm một cột kín
đƣợc hút chân không gần 10-3 mmHg hoặc cao hơn, chứa nguồn electron và
tổ hợp thấu kính hội tụ, kính vật và kính phóng. Chùm tia electron đƣợc tạo ra
từ catot qua hai tụ quang electron sẽ hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm
electron đập vào mẫu, một phần chùm electron sẽ truyền qua. Các electron
truyền qua này đƣợc đi qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành

34
một tín hiệu ánh sáng, tín hiệu đƣợc khuếch đại đƣa vào mạng lƣới điều
khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay
trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Độ sáng tối
trên màn ảnh phụ thuộc vào lƣợng electron phát ra tới bộ thu và phụ thuộc
vào hình dạng mẫu nghiên cứu. Các điện tử đƣợc tạo ra từ sự phát xạ ion nhiệt
từ một dây tóc làm bằng tungsten. Các điện tử này đƣợc tăng tốc bằng một
điện trƣờng (đƣợc tính bằng volts). Các điện tử khi đi qua mẫu chứa đựng
những thông tin về mật độ điện tử, pha cấu trúc tinh thể, dòng điện tử này
dùng để tạo hình ảnh.
Ưu điểm của phương pháp hiển vi điện tử truyền qua: Phƣơng pháp TEM có
thể dễ dàng đạt đƣợc độ phóng đại 400.000 lần với nhiều vật liệu, và với các
nguyên tử nó có thể đạt đƣợc độ phóng đại tới 15 triệu lần. TEM cho ta hình ảnh
về cấu trúc vi mô bên trong mẫu vật rắn, khác hẳn với các kiểu kính hiển
vi khác. Nói cách khác, TEM có khả năng tạo ra những bức ảnh thật của các
cấu trúc nano với độ phân giải rất cao (tới cấp độ nguyên tử).
Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để ghi ảnh TEM: Mẫu vật liệu chuẩn bị cho phƣơng
pháp TEM phải mỏng để cho phép electron có thể xuyên qua giống nhƣ tia
sáng có thể xuyên qua vật thể trong hiển vi quang học, do đó việc chuẩn bị
mẫu sẽ quyết định tới chất lƣợng của ảnh TEM. Thông thƣờng, độ dày của
mẫu phải xử lý mỏng dƣới 150 nm, hay thậm chí thấp hơn 100 nm. Các mẫu
đƣợc phân tán trong dung môi ethanol trong 15 phút bằng siêu âm. Sau đó
dung dịch huyền phù đƣợc nhỏ lên lƣới đồng rất mỏng, và tiếp tục làm khô
bằng đèn hồng ngoại [5,6,11].
Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) đƣợc sử dụng để nghiên cứu
bề mặt của vật liệu, phƣơng pháp này cho biết các thông tin về hình thái của
bề mặt và kích thƣớc hạt.
Nguyên tắc: Nguyên tắc cơ bản của phƣơng pháp SEM là sử dụng chùm tia
điện tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu. Ảnh đó đến màn huỳnh quang có thể đạt
độ phóng đại theo yêu cầu. Chùm tia điện tử đƣợc tạo ra từ catot (súng điện
tử) qua 2 tụ quang điện tử sẽ đƣợc hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm điện
tử đập vào mẫu nghiên cứu sẽ phát ra các chùm điện tử phản xạ và điện tử

35
truyền qua. Các điện tử phản xạ và truyền qua này đƣợc đi qua điện thế gia
tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng, tín hiệu đƣợc khuếch đại
đƣa vào mạng lƣới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu
cho một điểm tƣơng ứng trên màn ảnh.
Hạn chế của phương pháp: Độ phân giải của phƣơng pháp SEM đƣợc xác định
từ kích thƣớc chùm điện tử hội tụ, mà kích thƣớc của chùm điện tử này bị hạn
chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt đƣợc độ phân giải tốt nhƣ
phƣơng pháp TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tƣơng
tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tƣơng tác với bề mặt
mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích
đƣợc thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này.
Ưu điểm của phương pháp hiển vi điện tử quét:
+ Trong đa số các trƣờng hợp, phƣơng pháp SEM cho hình ảnh với độ phân
giải cao và bộc lộ ra những chi tiết trên bề mặt có thể lên đến 1 nm. Do dòng
điện tử hẹp, ảnh SEM có độ sâu của trƣờng (depth of field) lớn tạo ra hình ảnh
r nét, hiển thị ba chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề
mặt vật liệu.
+ Mặc dù không thể có độ phân giải tốt nhƣ phƣơng pháp TEM nhƣng kính
hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu
vật và có thể hoạt động ở chân không thấp. Một điểm mạnh khác của SEM là
các thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ
sử dụng. Một điều khác là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM,
vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều so với TEM [9-10].
Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để hi ảnh M: Phân tán mẫu bằng ethanol sấy khô, phủ
một lớp mẫu lên giá đựng mẫu, tiếp theo phủ một lớp vàng rất mỏng lên bề
mặt mẫu.
Hình 2.7: Sơ đồ phƣơng pháp SEM

36
Thực nghiệm: Mẫu đƣợc đo trên thiết bị Hitachi S-4800 hoạt động ở 10kV
với độ phóng đại 80000-100000 lần tại Viện Khoa học vật liệu-Viện Hàn lâm
KH&CN Việt Nam.
2.3.4. Phƣơng pháp đo điện tích bề mặt riêng
Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 là một phƣơng pháp đƣợc sử
dụng phổ biến để xác định diện tích bề mặt, thể tích mao quản và sự phân bố
mao quản theo đƣờng kính và tính chất xốp của vật liệu.
Nguyên tắc: Lƣợng khí bị hấp phụ đƣợc biểu diễn thông qua thể tích V là đại
lƣợng đặc trƣng cho số phân tử bị hấp phụ. Nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng
P, nhiệt độ, bản chất của chất khí và bản chất của vật liệu rắn. V là một hàm đồng
biến với áp suất cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất hơi bão hòa của chất khí
bị hấp phụ tại một nhiệt độ đã cho thì mối quan hệ giữa V - P đƣợc gọi là đẳng
nhiệt hấp phụ. Khi áp suất đạt đến áp suất hơi bão hòa Po, ngƣời ta đo các giá trị
thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tƣơng đối (P/Po) giảm dần và nhận đƣợc
đƣờng đẳng nhiệt khử hấp phụ”. Đối với vật liệu có mao quản, đƣờng đẳng nhiệt
hấp phụ - khử hấp phụ không trùng nhau, đƣợc gọi là hiện tƣợng trễ. Từ hiện
tƣợng trễ đó, ngƣời ta xác định đƣợc dạng mao quản của vật liệu. Các nhà khoa
học đã phân loại các đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ và đã đƣợc quy
định chuẩn hóa bởi IUPAC. Từ lƣợng khí bị hấp phụ
ở các áp suất tƣơng đối khác nhau Brunauer, Emmett và Teller đã thiết lập ra
phƣơng trình BET, đƣợc áp dụng để xác định diện tích bề mặt riêng của các
loại vật liệu. Phƣơng trình BET đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Trong đó:
P: áp suất cân bằng;
Po: áp suất hơi bão hòa của chất khí bị hấp phụ ở nhiệt độ thực nghiệm;
V: thể tích của chất khí bị hấp phụ ở áp suất P;

37
Vm: thể tích của khí bị hấp phụ đơn lớp bão hòa tính cho 1 gam chất
hấp phụ;
C: hằng số BET Xây dựng giản đồ P/[V(Po – P)] phụ thuộc vào P/Po
(trong khoảng áp suất tƣơng đối từ 0,05 đến 0,3) thu đƣợc một đƣờng thẳng
(Hình 2.8). Từ hệ số góc của đƣờng thẳng (tg) và giao điểm của đƣờng
thẳng với trục tung cho phép xác định đƣợc Vm và hằng số C.
Hình 2.8: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/[V(Po – P)] theo P/Po.
Diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu đƣợc tính theo phƣơng trình:
SBET = (Vm/M).N.Am.d
Trong đó:
d và M lần lƣợt là khối lƣợng riêng và khối lƣợng mol phân tử chất bị
hấp phụ;
N - Số Avogadro (N = 6,023.1023 phân tử/ mol);
Am - Tiết diện ngang của 1 phân tử chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ.
Trong trƣờng hợp hấp phụ N2 ở 77 K, tiết diện ngang của một phân tử
nitơ chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ là 0,162 nm2
. Nếu Vm biểu diễn qua
đơn vị cm3
/g ở điều kiện tiêu chuẩn thì diện tích bề mặt riêng SBET (m2
/g) của
chất hấp phụ đƣợc tính theo phƣơng trình:
SBET = 4,35.Vm

38
Diện tích BET là diện tích của cả toàn bộ chất rắn xốp cả trong vùng
mao quản nhỏ, trung bình và lớn. Phƣơng pháp BET thừa nhận quá trình hấp
phụ đa lớp [8,10,11].
Mẫu vật liệu tổng hợp đƣợc làm sạch hơi nƣớc và tạp chất trong dòng
khí He. Quá trình hấp phụ vật lý N2 đƣợc tiến hành trong dòng N2 ở nhiệt độ
- 170 o
C đến -180 o
C (sử dụng N2 lỏng làm chất làm lạnh). Lƣợng N2 hấp
phụ và khử hấp phụ đƣợc xác định bằng detetor TCD.
Thực nghiệm: Mẫu đƣợc đo điện tích bề mặt theo phƣơng pháp BET trên
máy Autosorb IQ Station 1(Mỹ) tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.3.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ceo2-fe2o3 và hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí co.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ceo2-fe2o3 và hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí co.doc

Similar to Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ceo2-fe2o3 và hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí co.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ceo2-fe2o3 và hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí co.doc