Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon với ion kim loại cu 2+, ni 2+

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

ĐẶNG THỊ DUYÊN

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG QUANG
HÓA CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON
2+
2+
VỚI ION KIM LOẠI Cu , Ni
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Lý

HÀ NỘI – 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

ĐẶNG THỊ DUYÊN


NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG QUANG
HÓA CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON
2+
2+
VỚI ION KIM LOẠI Cu , Ni
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Lý

Người hướng dẫn khoa học

TS. Mai Xuân Dũng

HÀ NỘI – 2018


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Mai
Xuân Dũng, thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo em tận tình trong suốt
quá trình hoàn thiện đề tài này. Nghiên cứu này được tài trợ từ nguồn kinh phí
Khoa học công nghệ của trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 cho đề tài mã số:
C.2018-18-05 do TS. Mai Xuân Dũng làm chủ nhiệm đề tài.
Em xin cảm ơn các cán bộ Viện nghiên cứu Khoa học và ứng dụng
(ISA) trường ĐHSPHN2, đã nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ em thực hiện phép đo
phổ hấp thụ UV-VIS.
Nhân đây em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Mai Xuân
Dũng, thầy Hoàng Quang Bắc cùng tất cả các thành viên trong nhóm nghiên
cứu N4O đã luôn giúp đỡ, bên cạnh em trong lúc gặp khó khăn trong quá trình
nghiên cứu.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh động viên,
giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
SINH VIÊN
Đặng Thị Duyên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn
của TS. Mai Xuân Dũng. Các số liệu và kết quả trong khóa luận là chính xác,
trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào
khác.
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
SINH VIÊN
Đặng Thị Duyên


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CA

: Citric acid

CQDs

: Chấm lượng tử Carbon

EDA

: Ethylenediamine

EDTA

: Ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt

Eg

: Energy gap

FT-IR

: Fourier transform-infrared spectroscopy

MUR

: Murexit

N-CQD

: Chấm lượng tử Carbon tổng hợp từ hỗn hợp CA và EDA

N-CQD+M

: Phản ứng quang hóa của Chấm lượng tử Carbon tổng
hợp từ hỗn hợp CA và EDA với ion kim loại M

nm

: nanometer

S,N-CQD

: Chấm lượng tử Carbon tổng hợp từ hỗn hợp CA và TURA

S,N-CQD+M

: Phản ứng quang hóa của Chấm lượng tử Carbon tổng hợp
từ hỗn hợp CA và TURA với ion kim loại M

TURA

: Thiourea

UVC

: Tử ngoại C

UV-vis

: Ultraviolet - visible absorption spectroscopy


MỤC LỤC

PHẦN 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài........................................................................................ 1
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................. 1
3. Nội dung nghiên cứu................................................................................. 1
4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 2
5. Điểm mới của đề tài. ................................................................................ 2
PHẦN 2. NỘI DUNG ...................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................... 3
1.1.Phản ứng quang hóa ................................................................................ 3
1.2. Chấm lượng tử Carbon........................................................................... 4
1.2.1. Cấu trúc chấm lượng tử Carbon...................................................... 4
1.2.2. Phương pháp tổng hợp CQDs ......................................................... 4
1.3. Kim loại đồng......................................................................................... 5
1.4. Kim loại Nikel........................................................................................ 6
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ..................................................................... 7
2.1. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử với ion kim loại. ....... 7
2.1.1. Hóa chất và dụng cụ........................................................................ 7
2.1.2. Pha hóa chất .................................................................................... 8
2.1.3. Phương pháp tổng hợp N-CQD ...................................................... 8
2.1.4. Phương pháp tổng hợp S,N-CQD ................................................. 10
2.1.5. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon
2+

(CQDs) với ion kim loại M .................................................................. 10
2.1.6. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon (N2+

CQD) với ion kim loại Ni ..................................................................... 11


2.1.7. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon (N2+

CQD) với ion kim loại Cu .................................................................... 12
2.1.8. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon (S,N2+

CQD) với ion kim loại Cu .................................................................... 13
2.2. Các phương pháp nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử
Carbon ......................................................................................................... 13
2.2.1. Phổ hồng ngoại.............................................................................. 13
2.2.2. Phổ hấp thụ UV-vis....................................................................... 15
2.2.3. Phổ Raman .................................................................................... 17
2+

2.2.4. Chuẩn độ ion Ni bằng phương pháp complexon ....................... 18
2+

2.2.5. Chuẩn độ ion Cu bằng phương pháp Iodine – thiosulfate ......... 19
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................... 20
2+

3.1. Ảnh hưởng của phản ứng quang hóa N-CQD với Ni ........................ 20
3.1.1. Kết quả chuẩn độ........................................................................... 20
3.1.2. Kết quả đo phổ UV-vis ................................................................. 21
2+

3.2. Ảnh hưởng của phản ứng quang hóa N-CQD với Cu ....................... 22
3.2.1. Kết quả chuẩn độ........................................................................... 22
3.2.2. Kết quả đo phổ UV-vis ................................................................. 24
2+

3.3. Ảnh hưởng của phản ứng quang hóa S,N-CQD với Cu .................... 25
3.3.1. Kết quả chuẩn độ........................................................................... 25
3.3.2. Phổ hấp thụ UV-vis....................................................................... 26
3.3.3. Phổ hồng ngoại.............................................................................. 27
3.3.4. Phổ Raman .................................................................................... 28
PHẦN 3. KẾT LUẬN.................................................................................... 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 31


DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
2+

2+

Bảng 3.1. Kết quả chuẩn độ Ni trong hỗn hợp N-CQD + Ni .................... 20
2+

2+

Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ Cu trong hỗn hợp N-CQD + Cu .................. 23
2+

2+

Bảng 3.3. Kết quả chuẩn độ Cu trong hỗn hợp S,N-CQD + Cu ............... 25
Hình 1.2. Sơ đồ tổng hợp chấm lượng tử carbon từ phản ứng của CA và
EDA bằng phương pháp nhiệt vi sóng.............................................. 9
2+

Hình 2.1. Hệ phản ứng quang hóa của CQDs với ion kim loại M .............. 10
2+

Hình 2.3. Hình ảnh chuẩn độ hỗn hợp N-CQD + Cu .................................. 12
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lí làm việc của máy đo phổ kế hồng ngoại biến
đổi Fourier (FT-IR). ........................................................................ 14
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lí hệ đo phổ hấp thụ UV-vis. ................................... 16
Hình 2.6. Máy đo phổ UV-vis....................................................................... 17
Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc máy quang phổ Raman biến đổi Fourier................ 18
Hình 3.1. Phổ hấp thụ UV-vis của phản ứng quang hóa N-CQD với ion
2+

Ni .................................................................................................. 21
Hình 3.2.Phổ hấp thụ UV-vis của phản ứng quang hóa N-CQD với ion
2+

Cu ................................................................................................. 24
Hình 3.3. Phổ hấp thụ UV-vis của phản ứng quang hóa S,N-CQD với
2+

ion Cu ........................................................................................... 26
2+

Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của phản ứng quang hóa S,N-CQD với Cu ....... 27
2+

Hình 3.5. Phổ Raman của S,N-CQD + Cu ................................................... 28


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay, vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm hơn, do thực
trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Đặc biệt với sự ô nhiễm
của kim loại nặng như copper, lead, nikel…trong môi trường nước đem lại
những hậu quả xấu cho chính chúng ta. Để phát hiện, xử lí, giảm thiểu nồng
độ ion kim loại nặng có trong môi trường nướcđòi hỏi nguyên liệu mới, tiềm
năng. Chấm lượng tử carbon, có thể tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau,
không độc hại và tốn ít chi phí tổng hợp. Tương tác giữa ion kim loại nặng và
CQDs là những nghiên cứu ban đầu quan trọng để ứng dụng CQDs làm vật
phát hiện và xử lí kim loại, từ những xem xét trên tôi lựa chọn “Nghiên cứu
2+

2+

phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon với ion kim loại Cu , Ni ”.
2. Mục đích nghiên cứu
2+

Nghiên cứu phản ứng quang hóa của CQDs với ion kim loại (Cu , Ni
2+

) và phân tích nồng độ ion kim loại theo thời gian (t). Xem ảnh hưởng

của CQDs tới phản ứng quang hóa.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan tài liệu: Phản ứng quang hóa, phương pháp tổng hợp chấm
lượng tử, nikel, copper.
- Đặc trưng cấu trúc, phân tích nhóm chức trên hỗn hợp chất rắn của
CQDs và ion kim loại M thu được bằng phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR,
phổ Raman.
- Phân tích hàm lượng ion kim loại để nghiên cứu phản ứng quang hóa
về tương tác giữa CQDs với ion kim loại M, sử dụng phương pháp chuẩn độ
Iot-Thiosulfate, Complexon và phổ hấp thụ UV-vis.

1


4. Phương pháp nghiên cứu
2+

- Phản ứng quang hóa giữa N-CQD; S,N-CQD và ion kim loại Cu ,
Ni

2+

được thực hiện bằng phương pháp dòng tuần hoàn, sử dụng đèn UV có

công suất 12W, bước sóng 280-100nm.
- Nồng độ ion kim loại theo thời gian phản ứng được xác định bằng
phương pháp chuẩn độ.
- Cấu trúc CQDs được nghiên cứu bằng IR, Raman
- Phổ hấp thụ UV-vis ta đo được trên máy đo phổ UV-vis ở Viện
nghiên cứu Khoa học và ứng dụng (ISA) trường ĐHSPHN2
5. Điểm mới của đề tài
2+

- Xác định được S,N-CQD có khả năng kết tủa ion kim loại Cu .

2


PHẦN 2. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Phản ứng quang hóa
Quang hóa học là một lĩnh vực nghiên cứu các phản ứng xảy ra dưới
tác dụng của ánh sáng nhìn thấy và tia tử ngoại. Có thể thực hiện các phản
ứng quang hóa trong pha lỏng, rắn và khí.
Phản ứng quang hóa gồm 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: hấp thụ photon - chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng
thái kích thích electron.
+ Giai đoạn 2: Quang hóa sơ cấp - phân tử bị kích thích và tham gia
trực tiếp vào phản ứng.
+ Giai đoạn 3: Quang hóa thứ cấp - sản phẩm của giai đoạn sơ cấp
tham gia phản ứng [6].
Phản ứng quang hóa xảy ra điều kiện cần là tuân theo các định luật
quang hóa và điều kiện đủ là năng lượng của bức xạ có đủ để phá vỡ liên kết
trong phân tử hay không. Các định luật quang hóa kể đến là định luật:
Grothus – Draper, Van’t Hoff và lượng quang hóa Einstein. Đối với một phản
ứng quang hóa hấp thụ ánh sáng khời đầu đều tạo ra phân tử bị kích thích
(A*) được thể hiện như sơ đồ sau :
A



+

A*

Quang hóa sơ cấp gồm 8 quá trình phản ứng xảy ra như sau:
Gây hiệu ứng nhiệt → Phát huỳnh quang → Khử hoạt động do va chạm
→ Tự phân li → Phân li do cảm ứng → Ion hóa → Sự chuyển hóa nội, động
phân hóa → Phản ứng với phân tử khác [7].
Quang hóa thứ cấp gồm 6 quá trình phản ứng xảy ra lần lượt như sau:
Sự liên hợp → Phản ứng với sản phẩm hoặc phân tử khác tái sinh →
Phản ứng không dây chuyền → Phản ứng không dây chuyền với sự tham gia

3


của A mới → Phản ứng dây chuyền không có sự tham gia của A → Phản ứng
dây chuyền với sự tham gia của A [7].
Đa số phản ứng quang hóa sẽ xảy ra với ∆ < 0. Tuy nhiên có một
số phản ứng quang hóa lại xảy ra khi ∆ > 0, để phản ứng này diễn ra
chúng sẽ phải lấy năng lượng từ nguồn bên ngoài .2 Ví dụ O3 hv O hoặc
phản ứng quang hóa của thực vật [7].
1.2. Chấm lượng tử Carbon.
1.2.1. Cấu trúc chấm lượng tử Carbon.
Chấm lượng tử Carbon gồm hai phần chính là phần lõi và phần nhóm
chức bề mặt. Phần lõi là các hệ đa vòng liên hợp, phần nhóm chức bề mặt bao
-

-

-

gồm các nhóm chức hữu cơ đơn giản như OH , NH2 hoặc COOH quyết định
độ tan của CQDs trong nước và nhóm cấu trúc quyết định tính chất quang
fluorophobe (F) [3]. Hiện nay, CQDs tan trong nước được tổng hợp chủ yếu
bằng phương pháp thủy nhiệt do chi phí thấp, thân thiện với môi trường và có
thể sử dụng nhiều nguồn carbon khác nhau [4-5]. Cấu trúc CQDs được mô
trên hình 1.1.
CONH
HO

COOH

F
NH2

Hình 1.1. Cấu trúc của chấm lượng tử carbon
1.2.2. Phương pháp tổng hợp CQDs
Theo cách tiếp cận chia làm hai nhóm chính: phương pháp từ to xuống
nhỏ (top-down) và phương pháp từ nhỏ lên to (bottum-up).

4


Phương pháp từ to xuống nhỏ (top-down)
Phương pháp sử dụng kỹ thuật phá vỡ cấu trúc phân tử lớn từ đó tạo ra
các chấm lượng tử có kích thước nano. Bao gồm phương pháp phóng điện
huỳnh quang, oxi hóa điện hóa, công nghệ bốc bay laser. Ưu điểm của các
phương pháp này là đơn giản, khá hiệu quả, có thể chế tạo một lượng lớn
nano khi cần. Nhược điểm, phương pháp này tạo ra vật liệu có tính đồng nhất
không cao, tốn nhiều năng lượng, cần trang thiết bị phức tạp. Chính vì thế mà
phương pháp này ít được sử dụng trong thực tế [2].
Phương pháp từ nhỏ lên to (bottum-up)
Phương pháp này bao gồm các phương pháp đốt cháy hay gia nhiệt hay
thủy nhiệt bằng các thiết bị tổng hợp lò vi sóng hay máy siêu âm. Nguyên lí
các phương pháp này dựa trên việc hình thành các hạt nano từ các nguyên tử
hay ion. Các nguyên tử hay ion được xử lí bằng các tác nhân vật lí, hóa học sẽ
kết hợp với nhau tạo thành các hạt có kích thước nano. Ưu điểm của phương
pháp này là tiện lợi, các hạt tạo ra có kích thước nhỏ và đồng nhất, đồng thời
trang thiết bị phục vụ cho phương pháp này rất đơn giản. Tuy vậy, khi có yêu
cầu điều chế một lượng lớn vật liệu nano sẽ rất khó khăn và tốn kém [2].
1.3. Kim loại đồng
Đồng là nguyên tố hóa học nằm ở ô số 29, kí hiệu là Cu; là kim loại
được sử dụng phổ biến trong cuộc sống. Nó thường tồn tại trong tự nhiên ở
dạng hóa trị (II) có tính dẫn nhiệt, dẫn điện cao, uốn dẻo cao và khả năng
chống ăn mòn.
Đồng là nguyên tố vi lượng cần cho con người cũng như động vật. Nó
được tìm thấy trong một số loại enzym, là kim loại chuyên chở trung tâm
Oxygen hemocyanin của động vật không xương sống. Với người lớn khỏe
mạnh cần 0,9 mg/ngày lượng đồng theo tiêu chuẩn RDA của Mĩ. Đồng có
nhiều trong ruột non và gan [8]. Thiếu Cu gây rối loạn hệ thần kinh và có thể

5


bại liệt. Tuy nhiên khi nồng độ Cu cao trong cơ thể có nguy cơ tử vong và
ung thư tăng cao. Nhiễm độc đồng có các triệu chứng như: tiêu chảy, máu cấp
tính, và các bất thường về chức năng của thận. Bệnh Wilson do sự trao đổi
chất bị khiếm khuyết di truyền trong sự trao đổi chất của Cu và khả năng bài
tiết Cu của gan dẫn vào mật làm Cu tích trữ ở các mô của gan, thận, não và
giác mạc dẫn đến tổn thương các cơ quan.
1.4. Kim loại Nikel
Nikel là nguyên tố hóa học kí hiệu là Ni, vị trí ô số 28, số khối
58,6934(4)(2); là kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc, dễ uốn, dễ kéo sợi,
cứng, dễ dát mỏng. Ứng dụng trong luyện thép, chất xúc tác, pin sạc, và đúc
tiền, sản phẩm đúc. Đối với thực phẩm lượng Ni cần thiết cho cơ thể khoảng
300 ~ g (WHO, 1987)
Nikel gây độc cho thận, phôi độc, phản ứng dị ứng và viêm da tiếp xúc,
gây ra viêm kết mạc, viêm phổi tăng bạch cầu, bệnh suyễn. Đặc biệt Nickel
là một chất có thể gây dị ứng da, xơ hóa phổi, gây ung thư phổi, ung thư
đường hô hấp với những người tiếp xúc với nó. (Kasprzakeal. 2003) [9].
Kim loại hòa tan trong nước sẽ được các sinh vật trong nước hấp thụ dễ
dàng. Chỉ cần nồng độ nhỏ kim loại vẫn có thể gây độc vì tính tích lũy và
không phân hóa trong môi trường.Nồng độ kim loại sẽ tích tụ trong cơ thể và
tế bào theo thời gian. Kim loại độc ảnh hưởng bất lợi cho sự tồn tại và phát
triển của sinh vật. Kim loại có thể gây ngộ độc, cho sinh vật nhưng không gây
tử vong trực tiếp ngay. Có thể chính vì thế mà con người quên đi ảnh hưởng
của kim loại nặng tới sức khỏe con ngời cũng như sinh vật sống dưới nước.
Kim loại phát huy độc tính, khi nó tiếp xúc với bề mặt da hoặc bên trong tế
bào. Với sinh vật dưới nước kim loại ngấm qua da, hay hấp thụ qua mang tích
lũy dần trong cơ thể gây ngộ độc, thậm chí dẫn tới chết hàng loạt khi nồng độ
kim loại tích trữ trong cơ thể tới một nồng độ giới hạn. Gây mất cân bằng sinh
thái, thiệt hại về kinh tế.

6


CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử với ion kim loại.
2.1.1. Hóa chất và dụng cụ
 Hóa chất:
- Copper (II) sunfat (CuSO4.5H2O)
- Nikel (II) nitrat (Ni(NO3)2.6H2O)
- Ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt (EDTA)
- Natrithiosunfat (Na2S2O3)
- Thiourea (TURA)
- Ethylenediamine (EDA)
-

Citric acid (CA)

- Glycerol
- Ammonium chloride, ammonic ( NH4Cl, NH3)
- Acetic acid (CH3COOH) điều chỉnh pH
- Potassium iodide (KI)
- Chỉ thị Murexit
- Hồ tinh bột
- Nước cất
- Sodium iodide
 Dụng cụ:
- Cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, thìa thủy tinh, pipet, bình định mức, bình
tam giác, phễu thủy tinh, giấy thử pH, buret.
 Thiết bị:
- Tủ sấy, máy thủy nhiệt, lò vi sóng, máy khuấy từ, máy li tâm, cân
phân tích, ống phản ứng quang hóa (UV) ULTRAVIOLET WATER
STERILIZER (công suất 12W, bước sóng λ= 280 nm)

7


2.1.2. Pha hóa chất
Dung dịch Ni

2+

: Cân chính xác 26 gam Ni(NO3)2.6H2O pha trong
2+

2000ml nước cất ta được Ni 0,05 M
Dung dịch Cu

2+

: Cân chính xác 22,4721 gam CuSO4.5H2O pha trong
2+

3000ml nước cất ta được Cu 0,03M
Dung dịch N-CQD: Dùng pipet lấy 0,5ml dung dịch N-CQD gốc pha
trong 4000ml nước cất để được dung dịch có mật độ quang bằng 0,187 tại
bước sóng 350nm
Dung dịch S,N-CQD: Dùng pipet lấy 2ml dung dịch S,N-CQD gốc pha
trong 4000ml nước cất để được dung dịch có mật độ quang bằng 0,379 tại
bước sóng 330nm
Dung dịch KI: Cân chính xác 13,1575 gam KI pha trong 250ml nước
cất ta được KI 5%
Dung dịch CH3COOH: 99,5%
Dung dịch Na2S2O3: Cân chính xác 12,409 gam Na2S2O3 pha trong
500ml nước cất ta được Na2S2O3 0,1M
Dung dịch đệm NH4Cl + NH3: Cân chính xác 35 gam NH4Cl cho vào
bình định mức 1000ml, lấy chính xác 285ml NH3 cho tiếp vào bình định
mức. Sau đó cho tiếp nước cất vào bình định mức 1000ml, ta được dung dịch
đệm pH=10
Hồ tinh bột: lấy 1 thìa cà phê bột, pha với 100ml nước sôi. Để nguội ta
được dung dịch hồ tinh bột
Murexit: Cân chính xác 1gam Murexit, 100 gam NaCl nghiền nhỏ dạng
khô. Sau đó trộn đều với nhau, ta được MUR ở trạng thái rắn.
2.1.3. Phương pháp tổng hợp N-CQD
Quy trình tổng hợp chấm lượng tử carbon từ CA, EDA trong dung môi
glixerol bằng phương pháp lò vi sóng

8


Pha CA, EDA nồng độ cần thiết trong dung môi
Glycerol
Lấy V : V
CA

EDA

= 1: 2, xử lý nhiệt bằng phương pháp vi sóng (P=100%
trong các thời gian t = 2p

Rửa Chấm lượng tử bằng dung môi acetone, lặp lại 3 lần.

Chấm lượng tử sạch

Hình 1.2. Sơ đồ tổng hợp chấm lượng tử carbon từ phản
ứng của CA và EDA bằng phương pháp nhiệt vi sóng
Các bước tiến hành:
Cân chính xác 2,88 g CA cho vào cốc thủy tinh, sau đó cho 5ml
C3H5(OH)3 vào. Hỗn hợp được khuấy từ trong 10 phút với tốc độ 6000
o

vòng/phút và nhiệt độ được giữ ổn định ở 80 C để đạt được sự pha trộn
đồng nhất.
Lấy chính xác 5 (ml) dung dịch EDA cho vào bình định mức 25ml. Sau
đó cho dung môi là glycerol vào bình định mức đến vạch thì dừng lại. Lắc
đều. Ngâm bình định mức trong nước lạnh do phản ứng tỏa nhiệt mạnh.
Lấy các thể tích khác nhau từ hai dung dịch này vào bình cầu hai nhánh
sao cho tỷ lệ acid/amine là 1/2. Lắc đều thu được dung dịch không màu. Phản

9


ứng tỏa nhiệt mạnh cần ngâm bình cầu vào nước lạnh. Sau đó đặt bình cầu
vào lò vi sóng có nối với ống sinh hàn. Thực hiện quá trình nhiệt vi sóng với
công suất lò P = 100%, trong thời gian t = 120s.
2.1.4. Phương pháp tổng hợp S,N-CQD
Cân chính xác 7g CA và TURA 3,806g .Thêm vào 25 ml nước cất 2
lần, đặt lên máy khuấy từ ta thu được dung dịch đồng nhất. Dung dịch thu
được cho vào bình teflon, đậy kín bình cho vào vỏ thép, đậy kín rồi đem thủy
0

nhiệt trong 4 giờ ở 200 C. Trong suốt 4 giờ thủy nhiệt, nhiệt độ được giữ cố
định. Sau 4 giờ, lấy bình ra khỏi máy thủy nhiệt, để nguội ở nhiệt độ phòng
thu được dung dịch chấm lượng tử.
2.1.5. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon (CQDs) với
ion kim loại M

2+

Mẫu
Hình 2.1. Hệ phản ứng quang hóa của CQDs với ion kim loại M

2+

2+

Lấy 600ml chấm lượng tử carbon (CQDs) trộn với 200ml M cho vào
cốc thủy tinh 1000ml. Sau đó đem khuấy đều trong 5 phút bằng máy khuấy
từ. Cho hỗn hợp đó vào ống phản ứng quang hóa ULTRAVIOLET WATER.


Chạy máy để ổn định trong 5 phút trước khi bật đèn UV, bắt đầu tính thời
gian t lấy mẫu (0 giờ, 15 phút, 30 phút, 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ). Hệ phản ứng được
mô tả nhứ hình 2.1. Ở đây vị trí UV-Reacter giữ vai trò quan trọng, nó chứa
đèn UV có bước sóng λ= 280 nm chiếu sáng dung dịch mẫu được máy bơm
sục qua liên tục và tuần hoàn theo thời gian t. Khi đó ở đây xảy ra phản ứng
quang hóa.
Hỗn hợp thu được nếu thấy đục có cặn, đem li tâm bằng máy li tâm thu
được phần chất rắn đem đi đo phổ IR và phổ Raman. Phần dung dịch trong
suốt thu được đem đo phổ UV-vis và chuẩn độ. Nếu hỗn hợp thu được là
dung dịch trong suốt thì đem đi chuẩn độ và đo phổ UV-vis.
2.1.6. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon (N-CQD)
với ion kim loại Ni

2+
2+

Lấy 600 ml N-CQD trộn với 200ml Ni cho vào cốc thủy tinh 1000ml.
Sau đó đem khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 5 phút được dung dịch đồng
nhất. Cho hỗn hợp đó vào ống phản ứng quang hóa UV, chạy máy để hòa tan
Oxi trong 5 phút (chưa chiếu đèn UV).Sau đó tiến hành chạy máy lọc nước
UV trong thời gian t. Hỗn hợp sau thời gian t đem đi chuẩn độ, đo phổ UVvis. Sơ đồ phản ứng quang hóa xảy ra như hình 2.1.
2+

2+

Chuẩn độ ion Ni : Lấy 10ml hỗn hợp (N-CQD + Ni ) sau thời gian t
vào bình tam giác, cho thêm 1,5ml (NH4Cl + NH3) đệm pH=10, lắc đều cho
tới khi dung dịch trong suốt. Sau đó thêm 1 ít Murexit, lắc đều tới khi dung
dịch có màu vàng cam (Hình 2.3.a). Tiến hành chuẩn độ bằng EDTA 0,1 M ở
buret. Tới khi dung dịch có màu tím (Hình 2.3.b) kết thúc chuẩn độ. Thao tác
trên được lặp lại 3 lần.


a) Trước chuẩn độ

b) Sau chuẩn độ

Hình 2.2. Hình ảnh chuẩn độ hỗn hợp N-CQD + Ni

2+

2.1.7. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon (N-CQD)
với ion kim loại Cu

2+

a) Trước chuẩn độ

b) Đang chuẩn độ

c) Đang chuẩn độ

d) Kết thúc chuẩn độ

(thêm hồ tinh bột)
2+

Hình 2.3. Hình ảnh chuẩn độ hỗn hợp N-CQD + Cu


2+

Lấy 600 ml N-CQD trộn với 200ml Cu cho vào cốc thủy tinh 1000ml.
2+

Sau đó thao tác làm tương tự như đối với Ni đã trình bày ở mục 2.1.6.
2+

Chuẩn độ Cu : Dùng Pipet lấy đúng 10ml dung dịch hỗn hợp trên (N2+

CQD + Cu ) bình nón 1000ml, thêm 2.0ml dung dịch CH3COOH 4N và
2.0ml dung dịch KI 5% lắc nhẹ. Đậy bình nón bọc giấy bạc và để yên ở bóng
tối 10 phút có màu như (hình 2.3.a). Sau đó đem hỗn hợp đi chuẩn độ bằng
dung dịch Na2S2O3, lắc đều tới khi dung dịch có màu vàng rơm (hình 2.3.b),
cho thêm 0.5ml dung dịch hồ tinh bột có màu xanh tím (hình 2.3.c) và tiếp tục
nhỏ từng giọt dung dịch Na2S2O3 xuống tới khi dung dịch mất màu xanh tím,
chuẩn độ đến mất màu kết thúc chuẩn độ (hình 2.3.d). Ghi lại thể tích
Na2S2O3 đã dùng, thao tác trên lặp lại như thế 3 lần.
2.1.8. Nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử carbon (S,N-CQD)
với ion kim loại Cu

2+

Lấy 600 ml S,N-CQD trộn với 200ml Cu

2+

cho vào cốc thủy tinh

2+

1000ml. Sau đó làm tương tự như đối với Ni ở mục 2.1.6. Chỉ khác là hỗn
hợp sau thời gian t thu được dung dịch đục, đem đi ly tâm thu được chất rắn,
và dung dịch trong suốt. Phần chất rắn, đem đi đo phổ IR và phổ Raman.
Phần dung dịch trong suốt đem chuẩn độ và đo phổ UV-vis.
2+

Tiến hành chuẩn độ Cu : như mục 2.1.7 (nhưng ở đây hỗn hợp thay
2+

vào là phần dung dịch trong suốt thu được khi li tâm S,N- CQD+ Cu .
2.2. Các phương pháp nghiên cứu phản ứng quang hóa chấm lượng tử
Carbon
2.2.1. Phổ hồng ngoại.
Quang phổ hồng ngoại (IR) là kỹ thuật phổ biến nhất và được sử dụng
chủ yếu do tính hữu dụng của nó trong việc xác định cấu trúc của các hợp
chất. Các hợp chất hóa học có các tính chất hóa học khác nhau do sự hiện
diện của các nhóm chức năng khác nhau.Vùng hồng ngoại hấp thụ trong một


vùng bước sóng nhất định. Các đỉnh hấp thụ trong vùng này thường sắc nét
hơn khi so sánh với các đỉnh hấp thụ từ các vùng cực tím và vùng nhìn thấy
được. Theo cách này, quang phổ IR có thể rất nhạy cảm với việc xác định các
nhóm chức năng trong một mẫu vì nhóm chức năng khác nhau hấp thụ tần số
riêng biệt của bức xạ hồng ngoại. Ngoài ra, mỗi phân tử có một phổ đặc trưng
thường được gọi là dấu vân tay. Một phân tử có thể được xác định bằng cách
so sánh đỉnh hấp thụ của nó với một ngân hàng dữ liệu của quang phổ đó là số
sóng đặc trưng với nhóm chức. Phổ IR phân tích cấu trúc của các chất, bao
gồm cả các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Nó cũng có thể được sử dụng cho cả
phân tích định tính và định lượng các hỗn hợp phức tạp của các hợp chất
tương tự. Như vậy phổ hồng ngoại giúp cung cấp thông tin dao động liên kết
hóa học, nhóm nguyên tử ở phân tử. Phụ thuộc vào khối lượng các nguyên tử,
độ bền liên kết mà năng lượng dao động là khác nhau, từ đó số sóng của tia
hồng ngoại hấp thụ là khác nhau. Đó là cơ sở để xác định các nhóm chức, cấu
trúc của phân tử [1].

Chùm
tia
hồng
ngoại

Buồng
tham
chiếu

Hệ
đơn
sắc

Detector

Thu
tín
hiệu

Buồng
đo mẫu

Máy ghi lại tín hiệu
phổ
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lí làm việc của máy đo phổ kế hồng ngoại biến
đổi Fourier (FT-IR).


Chùm tia hồng ngoại đi từ nguồn tách làm hai phần, đi qua buồng đo
mẫu và đi qua môi trường đo/dung môi–buồng tham chiếu rồi được bộ tạo hệ
đơn sắc tách thành các bức xạ có tần số khác nhau và chuyển đến detector.
Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển thành tín hiệu điện có
cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu. Dòng điện này có
cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại tăng lên nhiều lần trước khi vẽ
lên bản phổ hoặc đưa vào máy tính xử lý số liệu rồi in ra phổ.
-1

Mẫu được đo phổ hồng ngoại FT-IR ở vùng phổ từ 400 đến 4000cm .
2.2.2. Phổ hấp thụ UV-vis.
Phổ hấp thụ UV-vis là phương pháp phổ phân tử sử dụng tương tác
giữa bức xạ tử ngoại (UV) và bức xạ khả kiến (vis). Khi phân tử hấp thụ bức
xạ UV-vis, phân tử bị kích thích, chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái
năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) quá trình này được gọi là bước
chuyển năng lượng điện tử. Phổ UV-vis để sử dụng phân tích định lượng các
hợp chất có cấu trúc liên hợp mạnh và ion kim loại chuyển tiếp. Chính vì thế
tôi đã sử dụng phổ UV-vis cho việc đo các mẫu của chấm lượng tử carbon và
ion kim loại M của mình. Các mẫu sử dụng ở dạng dung dịch trong suốt, đồng
nhất [1].
Nguyên lí là chiếu ánh sáng đơn sắc biểu thức: A= -log
��
Với A : độ hấp thụ quang
I

: cường độ ánh sáng tia ló

I0

: cường độ ánh sáng tia tới



: hằng số hấp thụ phân tử

C

: nồng độ chất nghiên cứu

d

: chiều dài của mẫu ánh sáng truyền qua


0

= ��dC


Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lí hệ đo phổ hấp thụ UV-vis.
Máy đo quang phổ UV-vis được sử dụng phổ biến trong các phòng
nghiên cứu. So với các thiết bị vận hành phân tích khác thì nguyên lí của nó
đơn giản, không quá đắt tiền, độ chính xác cao. Máy có hai nguồn bức xạ là
miền UV và miền vis.
Dung dịch chấm lượng tử Carbon và ion kim loại M

2+

tiền chất, hỗn

hợp chấm lượng tử carbon với ion kim loại M trong nước được dùng để đo
phổ hấp thụ trong khoảng bước sóng 200-800nm hoặc 200-1100nm. Cuvet sử
dụng chứa mẫu đo và mẫu so sánh là cuvet thạch anh, 2 mặt trong suốt và 2
mặt nhám. Phép đo được thực hiện với máy đo phổ UV-vis tại Phòng hỗ trợ
nghiên cứu khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 như hình 2.6.


Hình 2.6. Máy đo phổ UV-vis
2.2.3. Phổ Raman
Phổ Raman gần giống như phổ IR, ở chúng có sự tương đồng khá lớn.
Nhưng sự khác nhau về các nhóm chức hoạt động làm cho phổ IR và Raman
bổ sung phụ trợ nhau trong việc xác định cấu trúc phân tử của chất. Bước
sóng của phổ Raman nằm trong vùng hồng ngoại và khả kiến. Dung môi là
nước không sử dụng được trong phổ IR nhưng hoàn toàn có thể sử dụng trong
phổ Raman. Cơ sở của phổ Raman là chiếu chùm tia laser có bước sóng ở
vùng nhìn thấy hoặc hồng ngoại vào mẫu. Khi đó phân tử bị kích thích từ
trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích tạm thời, trạng thái này không bền
nên sẽ chuyển về trạng thái cơ bản tương ứng.Tần số dịch chuyển Raman đặc
trưng cho dao động phân tử, không bị ảnh hưởng bởi tần số kích thích. Độ
dịch Raman có các peak tán xạ Stoke, Anti-stoke và tán xạ Rayleigh (tán xạ
có tần số bằng tần số ánh sáng kích thích ban đầu). Để xuất hiện trên phổ
Raman, thì độ phân cực của liên kết phải thay đổi khi nguyên tử dao động [1].
Việc chuẩn bị mẫu cho phổ Raman đơn giản hơn so với phổ IR. Trong
bài nghiên cứu của mình, tôi phân tích với mẫu rắn.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×