Điều chế và khảo sát khả năng hấp phụ CO2, CH4 và hỗn hợp CO2 CH4 của uio 66 NH2

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 UiO-66-NH2 GVHD : GS TSKH HVTH : V ML C NG VÂN MSHV : 12403206 NGÀNH: K THU T HÓA D U TP HCM, tháng TÀI 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 LÊ TH KIM PH NG Cán b ch m nh n xét 2: PGS TS NGÔ M NH TH NG Lu cs cb ov t ngày 16 tháng 08 ih Thành ph n H cs (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v c a H ng ch m b o v lu GS TSKH PH M QUANG D m: cs …………………………………… 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 CH T CH H ã ng Khoa qu n lý chuyên c s a ch a (n u có) NG GS TSKH PH M QUANG D NG KHOA KT HÓA H C PGS 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 H tên h c viên: V CS MSHV: 12403206 NG VÂN 23/03/1989 Qu ng Ngãi 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 UiO-66-NH2 NHI M V VÀ N I DUNG: u ch UiO-66-NH2 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 NGÀY GIAO NHI M V (Gh tài): 24/06/2013 NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V (Gh CÁN B CÁN B tài): 22/11/2013 NG D N KHOA H NG D N ML C Tp HCM, ngày 16 tháng 08 14 CH NHI M B O (H tên ch ký) (H tên ch ký) ML C PGS TS NGUY N V NG KHOA KT HÓA H C (H tên ch ký) PGS 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 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 ih ã d y d , trang b nh ng ki n th c c n thi t cho em th i gian h c t p t Xin chân thành c ng y, cô h ng ch m lu ã dành th i n xét, giúp em hồn thi C ình, b ã ti p thêm ni m tin, ngh l c cho th i gian qua Trân tr ng./ V ng Vân L ình nghiên c u c a riêng tơi Các k t qu lu n c công b b t k cơng trình khác V ng Vân ABSTRACT UiO-66-NH2 was synthesized by solvothermal method Crystalline structure with high surface area (873 m2/g by BET and 1205 m2/g by Langmuir) and thermal stability up to 400oC was formed when mixture of Dimethylformamide (DMF), Zirconium Chloride (ZrCl4) and 2-Aminoterephthalic Acid (2-NH2-BDC) was heated up to 120oC Characteristic of crystalline material was evaluated through the results: - Crystalline structure analysis by X – Ray power diffraction (XRD) - Bond analysis and functional group formed by Fourier Transform Infrared (FT-IR) - Heat resistance survey by thermogravimetric analysis (TGA) - Crystalline structure determined by Scanning Electron Microscope (SEM) - Surface areas measured by adsorption isotherms BET and Langmuir CO2, CH4 and mixture CO2/CH4 adsorption on UiO-66-NH2 increase with pressure UiO-66-NH2 expressed high storage capacity of gas, giving 160 cm3 (STP)/g with CO2 and 75.38 cm3 (STP)/g with CH4 at 30oC, 30 bar The most notable of experimental results is, the material showed a high structure stable, after 10 times adsorption cycles synthesized UiO-66-NH2 still kept the original structure TÓM T T LU UiO-66-NH2 TH C S c t ng h p b t dung môi H n h p Dimethylformamide (DMF), zirconium chloride (ZrCl4) 2-aminoterephthalic acid (2-NH2-BDC) c gia nhi t 120oC hình thành c u trúc tinh th v i di n tích b m t l n (873 m2/g theo BET 1205 m2/g theo Langmuir) có 400oC a tinh th v t li b n nhi t cao t qu : - Phân tích c u trúc tinh th b ng nhi u x tia X (XRD) - Phân tích liên k t nhóm ch c hình thành b ng ph h ng ngo i (FT – IR) - Kh b n nhi t b t kh - nh c u trúc tinh th b ng nh SEM - n tích b m t d Kh ng h p ph ng (TGA) ng nhi t BET Langmuir p ph CO2, CH4 h n h p CO2/CH4 c a UiO-66-NH2 p ph khí c a v t li u cao, t i 30oC, áp su t 30 bar v t li u su t h p ph Kh h p ph n c 160 cm3(STP)/g CO2 75,38 cm3(STP)/g CH4 ch n l c h p ph b n v t li u r t cao sau 10 l n h p ph u trúc v t li u h u CO2/CH4 i M CL C L IM U T NG QUAN 1.1 GI I THI U 1.2 V T LI 1.2.1 Gi i thi u MOFs ng h p MOFs 1.2.2.1 Nguyên t c t ng h p MOFs ng h p MOFs 1.2.3 ng d a MOFs 1.2.3.1 Ch t xúc tác 1.2.3.2 MOFs h p ph CO2 1.2.3.3 MOFs h p ph CH4 12 1.2.3.4 MOFs h p ph ch n l c 14 LÝ THUY T H P PH 17 1.3.1 Gi i thi u 17 1.3.2 Các mơ hình c n c a q trình h p ph 18 ình h p ph Henry 18 ình h p ph Freundlich 18 ình h p ph Langmuir 19 1.3.3 H p ph ch n l c h n h u t 20 1.3.3.1 Thuy t dung d ch h p ph lý t ng (IAST) 20 1.3.3.2 Mơ hình tính tốn Langmuir cho h p ph h n h u t 21 1.4 V T LI U UiO-66-NH2 21 1.4.1 C u trúc UiO-66-NH2 21 ng h p UiO-66-NH2 23 C NGHI M 24 2.1 N I DUNG TH C HI N 25 2.2 HÓA CH T VÀ THI T B 26 2.2.1 Hóa ch t 26 2.2.2 Thi t b 26 U 27 2.3.1 Qui trình u ch UiO-66-NH2 27 2.3.2 Mơ t qui trình 28 2.3.2.1 G n t o tinh th 28 2.3.2.2 nr 2.3.2.3 n ho t hóa tinh th 29 i dung môi 28 NH TÍNH CH T LÝ HĨA C A V T LI U 29 nh c u trúc v t li u b nhi u x tia X (XRD) 29 nh di n tích b m t riêng BET b ng cách h p ph N2 30 nh th tích l x p b – Astakhov) 32 b n nhi t c a v t li u b kh t ng (TGA) 33 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) 34 nh hình thái tinh th b ng cách ch p nh kính hi nt quét (SEM) 35 2.5 KH O SÁT KH P PH KHÍ C A V T LI U 36 h th ng thi t b 36 2.5.2 Qui trình th c nghi m 37 2.5 ình bi u di n s h p ph 38 ình h p ph Freundlich 38 ình h p ph Langmuir 38 T QU VÀ BÀN LU N 40 3.1 KH O SÁT CÁC Y U T N QUÁ TRÌNH T NG H P UiO-66-NH2 41 3.1.1 ng c ng dung môi ph n ng 41 3.1.2 ng c a th i gian ph n ng 43 3.1.3 ng c 3.1.4 ng c a th i gian ho t hóa 47 i 45 xu t qui trình u ch UiO-66-NH2 49 kh i qui trình 49 3.1.5.2 Mơ t qui trình 50 3.2 NGHIÊN C U TÍNH CH T LÝ HÓA C A UiO-66-NH2 51 3.2.1 K t qu phân tích XRD 51 3.3.2 K t qu n tích b m t riêng BET th tích l x p 52 3.2.2 K t qu phân tích nhi t kh ng TGA 54 3.2.3 K t qu phân tích ph h ng ngo i (IR) 55 3.2.4 K t qu hình thái b m t tinh th (SEM) 57 Lu cao h c K T QU XRD Ph l c 1: XRD c a UiO-66-NH2 kh HVTH: V ng Vân ng dung môi ph n ng 10 ml 87 Lu cao h c Ph l c 2: XRD c a UiO-66-NH2 kh HVTH: V ng Vân ng dung môi ph n ng 16 ml 88 Lu cao h c Ph l c 3: XRD c a UiO-66-NH2 kh HVTH: V ng Vân ng dung môi ph n ng 22 ml 89 Lu cao h c Ph l c 4: XRD c a UiO-66-NH2 kh HVTH: V ng Vân ng dung môi ph n ng 30 ml 90 Lu cao h c Ph l c 5: XRD c a UiO-66-NH2 kh o sát ng c a th i gian ph n ng 12 gi HVTH: V ng Vân 91 Lu cao h c Ph l c 6: XRD c a UiO-66-NH2 kh o sát ng c a th i gian ph n ng 24 gi HVTH: V ng Vân 92 Lu cao h c Ph l c 7: XRD c a UiO-66-NH2 kh o sát ng c a th i gian ph n ng 36 gi HVTH: V ng Vân 93 Lu cao h c Ph l c 8: XRD c a UiO-66-NH2 kh o sát ng c a th i gian ph n ng 48 gi HVTH: V ng Vân 94 Lu cao h c K T QU DI N TÍCH B M T RIÊNG SBET (m2/g) Ph l c 9: BET c a UiO-66-NH2 kh o sát ng c a dung i ethanol HVTH: V ng Vân 95 Lu cao h c Ph l c 10: BET c a UiO-66-NH2 kh o sát ng c a dung i methanol HVTH: V ng Vân 96 Lu cao h c Ph l c 11: BET c a UiO-66-NH2 kh o sát ng c a dung i diclomethane HVTH: V ng Vân 97 Lu cao h c Ph l c 12: BET c a UiO-66-NH2 kh o sát HVTH: V ng Vân ng c a th i gian ho t hóa gi 98 Lu cao h c Ph l c 12: BET c a UiO-66-NH2 kh o sát HVTH: V ng Vân ng c a th i gian ho t hóa gi 99 Lu cao h c Ph l c 13: BET c a UiO-66-NH2 kh o sát HVTH: V ng Vân ng c a th i gian ho t hóa gi 100 Lu cao h c Ph l c 14: BET c a UiO-66-NH2 kh o sát HVTH: V ng Vân ng c a th i gian ho t hóa gi 101 ... ph CO2, CH4 h n h p 50 %CO2/ 50 %CH4 66 Hình 3.24 ch n l c h p ph c a h n h p CO2 /CH4 v i thành ph n CO2 l t là: 1) 25% CO2/ 75 %CH4; 2) 50% CO2/ 50 %CH4, 3) 75% CO2/ 25 %CH4 67 Hình 3.25 Th tích CO2. .. 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 UiO- 66- NH2 NHI M V VÀ N I DUNG: u ch UiO- 66- NH2 t dung môi Nghiên c u tính ch t hóa lý c a v... Ngh Hóa H u ch kh p ph CO2, CH4 c a MOF-199 UiO- 66 Lu n u ch kh o sát kh 66- NH2 ã nghiên c u quy c th c hi n theo n m L c làm ch nhi p ph CO2, CH4 h n h p CO2 /CH4 c a UiOc tài tr c tài nghiên