Điều chế và khảo sát khả năng hấp phụ CO2, CH4 và hỗn hợp CO2 CH4 của mg MOF 74

I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH I H C BÁCH KHOA KHOA K THU T HÓA H C LU tài: CS U CH VÀ KH O SÁT KH P PH CO2, CH4 VÀ H N H P CO2/CH4 C A Mg-MOF-74 ML C HVTH : HU NH KIM TO I MSHV : 12403203 NGÀNH: K THU T HÓA D U TP HCM, tháng C HỒN THÀNH T I PHỊNG D U KHÍ - XÚC TÁC VÀ PHỊNG Q TRÌNH – THI T B , VI N CƠNG NGH HĨA H C, THU C VI N HÀN LÂM KHOA H C VÀ CÔNG NGH VI T NAM Cán b ng d n khoa h c: ML C Cán b ch m nh n xét 1: PGS TS NGÔ M NH TH NG Cán b ch m nh n xét 2: PGS TS LÊ TH KIM PH NG Lu cs ngày 16 tháng 08 cb ov t ih Thành ph n H cs m: (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v c a H ng ch m b o v lu cs GS TSKH PH M QUANG D M L C PGS TS NGÔ M NH TH NG PGS TS LÊ TH KIM PH NG TS PH M H M Xác nh n c a Ch t ch H ngành sau lu ã CH T CH H NG GS TSKH PH M QUANG D ng Khoa qu n lý chuyên c s a ch a (n u có) NG KHOA KT HĨA H C I H C QU C GIA TP.HCM I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH NGH T NAM c l p - T - H nh phúc NHI M V LU CS H tên h c viên: HU NH KIM TO I MSHV: 12403203 Chuyên ngành: K thu t Hóa d u Mã s : 605355 TÀI: P PH CO2, CH4 VÀ H N H P U CH VÀ KH O SÁT KH CO2/CH4 C A Mg-MOF-74 NHI M V VÀ N I DUNG: u ch Mg-MOF- t dung môi Nghiên c u tính ch t hóa lý c a v t li u Nghiên c u kh p ph khí c a v t li u tài): 24/06/2013 NGÀY GIAO NHI M V NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V (Ghi t CÁN B tài): 22/11/2013 NG D N KHOA H ML C Tp HCM, ngày 16 tháng 08 CÁN B NG D N CH NHI M B (H tên ch ký) (H tên ch ký) ML C PGS TS NGUY N V NG KHOA (H tên ch ký) O L IC Em xin g i l i c ã t n tình h n ng d n em truy ns mL c t cho em nh ng ki n th c quý báu su t th i gian qua Xin chân thành c Thùy Vân Xin c ng d n h y cô, anh ch phịng d u khí - xúc tác phịng q trình - thi t b , Vi n Cơng ngh Hóa h ,t ã giúp u ki n cho em hồn thành lu C h y B mơn Cơng ngh ch bi n d u khí, Khoa K thu t Hóa i h c Bách khoa T thi t cho em th i gian h c t p t Xin chân thành c ã d y d , trang b nh ng ki n th c c n ng y, cô h ng ch m lu ã dành th i n xét, giúp em hoàn thi C ình, b ã ti p thêm ni m tin, ngh l c cho th i gian qua Trân tr ng./ Hu nh Kim To i L ình nghiên c u c a riêng Các k t qu lu n c công b b t k cơng trình khác Hu nh Kim To i ABSTRACT In this research, Mg-MOF-74 was synthesized by solvothermal method Mixture of Dimethylformamide (DMF), Magne nitrat (Mg(NO3)2.6H2O) and Ethanol (C2H5OH) was dissolved and dried at 125oC in 30 hours The obtained material after activating under vacuumat 250oC in hours are shuttle-like with high surface area (918,56 m2/g) and thermal stability up to 336oC The samples were characterized by using a variety of different techniques, including the X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), thermogravimatric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) The CO2, CH4 and mixed 50% CO2/50% CH4 physisorption measurements were carried out using a high pressure volumetric analyzer (Micromeritics HPVA-100), from bar to 30 bar Mg-MOF-74 expressed high storage capacity of gas, giving 196 cm3/g CO2 at 30oC, 26.5 bar and 27.7 cm3/g for CH4 at 30 bar Adsorption process of CO2 and CH4 comply with Langmuir model The most notable of experimental results is, the material showed a high structure stable, after 10 times adsorption cycles synthesized Mg-MOF-74 still kept the original structure TÓM T T LU Trong lu n v Mg-MOF-74 TH C S c t ng h p b t dung môi Hòa tan h n h p Dimethylformamide (DMF), Magne nitrat (Mg(NO3)2.6H2O) Ethanol (C2H5OH) thành dung d ng nh c tinh th màu vàng, ho t hóa tinh th 125oC 30 gi gia nhi t 2500C gi c v t li u Mg-MOF-74 có c u trúc tinh th d ng thoi v i di n tích b m t BET l n (918,56 m2/g ) b n nhi t n 3360C C u trúc tính ch t v t li c phân tích b ng nhi u x tia X (XRD), ph h ng ngo i (FT – IR), kh i ng (TGA), ch p nh kính hi Nghiên c u kh n t quét SEM p ph khí CO2, CH4 h n h p 50% CO2/50% CH4 c a v t li u b ng thi t b phân tích th tích áp su t cao t i nhi phòng, áp su t t bar n 30 bar K t qu cho th y t i 30oC, áp su t 26,5 bar v t li u h p ph cm3/g CO2 h p ph CH4 cao nh CH4 c 196 t 27,7 cm3/g t i 30 bar Quá trình h p ph CO2 nh luât Langmuir b n v t li u cao sau 10 l n h p ph i t ch n l c h p ph CO2/CH4 u trúc v t li u h c cao M CL C L IM U T NG QUAN 1.1 ng h p MOFs 1.1.1 n: th y nhi t nhi t dung môi (Hydrothermal, solvothermal) 1.1.2 -assisted synthesis) 1.1.3 c (Mechanochemical) 1.1.4 n hóa (Electrochemical) 1.2 Kh p ph khí c a MOFs 1.2.1 MOFs h p ph CO2 1.2.2 MOFs h p ph CH4 1.2.3 MOFs h p ph ch n l c 10 1.3 m c a Mg-MOF-74 12 1.3.1 C u trúc Mg-MOF-74 12 1.3.2 ng h p Mg-MOF-74 13 1.4 lý thuy t h p ph 14 1.4.1 Gi i thi u 14 1.4.2 Các mơ hình c n c a q trình h p ph 14 1.4.2.1 Mơ hình ng h c h p ph 14 1.4.2.2 Các mơ hình h p ph 1.4.3 H p ph ch n l c h n h ng nhi n 15 u t 16 1.4.3.1 Thuy t dung d ch h p ph lý t ng (IAST) 16 1.4.3.2 Mơ hình tính tốn Langmuir cho h p ph h n h u t 17 TH C NGHI M 19 2.1 N i dung th c hi n 19 2.2 Hóa ch t thi t b 20 2.2.1 Hóa ch t 20 2.2.2 Thi t b 20 2.3 hiên c u 21 2.3.1 Qui trình 2.3.2 Mơ t quy trình 22 2.3.2.1 Gi u ch Mg-MOF-74 21 n t o tinh th 22 nr i dung môi 22 n ho t hóa tinh th 22 2.4 2.4.1 nh tính ch t hóa lý c a v t li u 23 nh c u trúc v t li u b nhi u x tia X (XRD) 23 2.4.2 nh di n tích b m t riêng (SBET) b ng cách h p ph N2 23 2.4.3 nh th tích l x p b – Astakhov) 25 2.4.4 b n nhi t c a v t li u b t kh ng (TGA) 26 2.4.5 Phân tích c u t o c a h p ch t b ng cách nghiên c u ph h ng ngo i (FT-IR) 27 2.4.6 nh hình thái tinh th b ng cách ch p nh kính hi nt quét (SEM) 28 2.5 Kh o sát kh p ph khí c a v t li u 28 2.5.1 h th ng thi t b 28 2.5.2 Qui trình th c nghi m 29 2.5.3 ình bi u di n s h p ph 30 ình h p ph Freundlich 30 ình h p ph Langmuir 30 K T QU VÀ BÀN LU N 33 3.1 Kh o sát y u t n trình t ng h p Mg-MOF-74 33 3.1.1 ng c a th i gian ph n ng 33 3.1.2 ng c ng dung môi ph n ng 34 3.1.3 ng c i 36 3.1.4 ng c a th i gian ho t hóa 38 3.1.5 xu t qui trình t u ch Mg-MOF-74 39 kh i qui trình 40 3.1.5.2 Mơ t qui trình 40 3.2 Nghiên c u tính ch t hóa lý c a Mg-MOF-74 42 3.2.1 K t qu 3.2.2 K t qu phân tích nhi t kh 3.2.3 K t qu phân tích ph h ng ngo i (IR) 45 3.2.4 K t qu hình thái b m t tinh th (SEM) 46 3.2.5 K t qu phân tích XRD 46 3.3 3.3.1 n tích b m t riêng 42 Nghiên c u kh Nghiên c u kh ng TGA 43 p ph khí c a v t li u Mg-MOF-74 47 p ph CH4 47 th h p ph CH4 th c nghi m 47 3.3.1.2 Mơ hình 3.3.2 Nghiên c u kh ng nhi t h p ph khí 49 p ph CO2 51 th h p ph CO2 th c nghi m 51 3.3.2.2 Mô hình ng nhi t h p ph khí 52 Lu Th c s K T QU XRD Ph l c 1: XRD c a Mg-MOF-74 kh HVTH: Hu nh Kim To i ng dung môi ph n ng 32 ml 71 Lu Th c s Ph l c 2: XRD c a Mg-MOF-74 kh HVTH: Hu nh Kim To i ng dung môi ph n ng 45 ml 72 Lu Th c s Ph l c 3: XRD c a Mg-MOF-74 kh HVTH: Hu nh Kim To i ng dung môi ph n ng 58 ml 73 Lu Th c s Ph l c 4: XRD c a Mg-MOF-74 kh HVTH: Hu nh Kim To i ng dung môi ph n ng 70 ml 74 Lu Th c s Ph l c 5: XRD c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th i gian u ch 12 gi 75 Lu Th c s Ph l c 6: XRD c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th u ch 21 gi 76 Lu Th c s Ph l c 7: XRD c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th u ch 30 gi 77 Lu Th c s Ph l c 8: XRD c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th u ch 39 gi 78 Lu Th c s K T QU DI N TÍCH B M T RIÊNG SBET (m2/g) Ph l c 9: BET c a Mg-MOF-74 kh o sát ng c a dung i Dichloromethane HVTH: Hu nh Kim To i 79 Lu Th c s Ph l c 10: BET c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a dung i Ethanol 80 Lu Th c s Ph l c 11: BET c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c i Metanol 81 Lu Th c s Ph l c 12: BET c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th i gian ho t hóa gi 82 Lu Th c s Ph l c 13: BET c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th i gian ho t hóa gi 83 Lu Th c s Ph l c 14: BET c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th i gian ho t hóa gi 84 Lu Th c s Ph l c 15: BET c a Mg-MOF-74 kh o sát HVTH: Hu nh Kim To i ng c a th i gian ho t hóa gi 85 ... i v t li u MOFs MOF- nghiên c u kh 1.3 h p ph ng m t nh lu ch n Mg- p ph CO2, CH4 h n h p CO2 /CH4 m c a Mg- MOF- 74 1.3.1 C u trúc Mg- MOF- 74 Trong lo i MOFs, MOF- 74 m t nh ng v t li u MOFs có kh... c c a CO2 /CH4 15,53 cho MOF- 5 4,3 cho MOF- 177 [31] Zoey R Herm c ng s c a ã s d ng Mg- MOFh n h p CO2 /CH4, CH4/ H2 CO2 /CH4/ H2 tìm r CO2 /CH4 c a Mg- MOF- h p ph ch n l c h p ph h n h p n h p CH4/ H2... Chuyên ngành: K thu t Hóa d u Mã s : 605355 TÀI: P PH CO2, CH4 VÀ H N H P U CH VÀ KH O SÁT KH CO2 /CH4 C A Mg- MOF- 74 NHI M V VÀ N I DUNG: u ch Mg- MOF- t dung môi Nghiên c u tính ch t hóa lý c a v