a. Tên nhiệm vụ: Chế tạo MnOx Nano và MnOx trên nền Diatomite bằng phương pháp thủy nhiệt
b. Đơn vị chủ trì: Khoa Khoa học Tự nhiên - Trường đại học Thủ Dầu Một
c. Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Đình Dũ
d. Mục tiêu nghiên cứu: Điều chế MnOx Nano và vật liệu composite chưa MnOx có hoạt tính hấp thụ và xúc tác cao
đ. Kết quả nghiên cứu (tóm tắt)
Năm 2017, TS Phạm Đình Dũ lần đầu tiên đã nghiên cứu một cách có hệ thống về việc tổng hợp mangan oxide nano bằng phương pháp thủy nhiệt. Cấu trúc tinh thể và hình thái của mangan oxide nano có thể điều khiển bằng cách thay đổi các tiền chất phản ứng, các điều kiện phản ứng (như nhiệt độ, tỉ lệ mol các tiền chất, thời gian xử lí thủy nhiệt). Đã điều chế thành công vật liệu composite mangan oxide/diatomite, trong đó, mangan oxide hình thành có cấu trúc dạng tấm và được phân bố đều đặn trên bề mặt diatomite với cấu trúc dạng giống bông hoa. Dung lượng hấp phụ Pb(II) cao chứng tỏ khả năng ứng dụng của vật liệu này trong lĩnh vực hấp phụ xử lí môi trường.
Mangan dioxide với nhiều hình thái tinh thể khác nhau đang thu hút nhiều sự quan tâm vì các tính chất hóa học và vật lý của chúng, và sự ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xúc tác, cảm biến sinh học, xử lí nước ... vì giá thành rẻ, độc tính thấp, và an toàn với môi trường, cũng như điện dung lý thuyết cao. Trong đó, việc sử dụng MnO2 để làm vật liệu điện cực thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng vật liệu hoạt tính này trong lĩnh vực tụ điện thường rất thấp vì phản ứng điện dung biểu kiến của MnO2 thực ra là một phản ứng bề mặt và chỉ có bề mặt hoặc lớp bề mặt rất mỏng của oxit này mới có thể tham gia trong phản ứng điện dung biểu kiến. Do đó, cấu trúc nano kim loại với độ trật tự cao là một trong những hướng được quan tâm phát triển để làm vật liệu điện cực siêu tụ điện.
Để tăng khả năng dẫn điện, hằng số khuếch tán ion và độ cảm ứng từ cấu trúc, nhiều nhà khoa học đã phát triển loại vật liệu composite có chứa MnO2 trên nền các vật liệu có cấu trúc xốp với diện tích bề mặt riêng cao. Diatomite là một trong những khuôn nền hứa hẹn để điều chế nanocomposite xốp. Bên cạnh khả năng làm vật liệu điện cực, nhiều công bố còn cho thấy khả năng loại bỏ các ion kim loại nặng trong nước thải của vật liệu diatomite được biến tính bởi mangan oxide…
Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, Mangan dioxide loại α (α-type) có cấu trúc nano dạng thanh và dạng sợi đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp thủy nhiệt từ phản ứng oxi hóa-khử của KMnO4 và HCl. Kết quả khảo sát cho thấy rằng nhiệt độ và tỉ lệ mol của các tiền chất có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành nano α-MnO2 dạng thanh và dạng sợi. Ngoài ra, thời gian tổng hợp cũng ảnh hưởng đến kích thước của nano mangan dioxide hình thành.
Mangan dioxide loại β (β-type) có cấu trúc nano dạng thanh đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp thủy nhiệt từ phản ứng oxi hóa-khử của KMnO4 với MnCl2. Kết quả khảo sát cho thấy rằng nhiệt độ tổng hợp và tỉ lệ mol của các tiền chất ảnh hưởng không đáng kể đến hình thái và cấu trúc của sản phẩm. Khi thay tiền chất MnCl2.2H2O bằng C6H12O6.H2O thì không có sự hình thành MnO2, thay vào đó là sự hình thành MnCO3 với cấu trúc dạng hình lập phương hoặc hình cầu ở các tỉ lệ mol KMnO4/C6H12O6 ≤1.
Vật liệu composite mangan oxide/diatomite (Mn-diatomite) đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp thủy nhiệt từ phản ứng oxi hóa-khử của KMnO4 và HCl. Vật liệu thu được có chứa hàm lượng nguyên tố mangan cao (chiếm 25,640% về khối lượng) và diện tích bề mặt riêng lớn (SBET = 96,9 m2/g), với sự phân bố kích thước mao quản đồng đều. Mangan oxide hình thành có cấu trúc dạng tấm được phủ đều trên bề mặt diatomite hoặc tạo thành các quả cầu dạng giống như bông hoa…
Thông qua đề tài, tác giả đã thành công trong việc điều chế MnOx nano và vật liệu composite chứa MnOx có hoạt tính hấp phụ và xúc tác cao.
e. Thời gian nghiên cứu:
- Thời gian bắt đầu: 12/2016
- Thời gian kết thúc: 10/2017
f. Kinh phí: 54.622.000 đồng
(Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê khoa học và công nghệ).