ĐỒ án tốt NGHIỆP NGHIÊN cứu TỔNG hợp ZEOLITE ZSM 5 từ CAO LANH và KHẢO sát KHẢ NĂNG hấp PHỤ AMONI TRONG nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZEOLITE ZSM-5 TỪ CAO LANH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI TRONG NƯỚC Trình độ đào tạo : Đại học quy Ngành : Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành : Hóa dầu Giảng viên hướng dẫn: ThS Diệp Khanh Sinh viên thực : Nguyễn Thành Luân MSSV: 13030731 Lớp: DH13HD Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2017 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU VIỆN KỸ THUẬT-KINH TẾ BIỂN PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định việc tổ chức, quản lý hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ tên sinh viên MSSV Địa Vũng Tàu E-mail Trình độ đào tạo Hệ đào tạo Ngành Chuyên ngành Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp zeolite ZSM-5 từ cao lanh khảo sát khả hấp phụ amoni nước Giảng viên hướng dẫn: ThS Diệp Khanh Ngày giao đề tài: 7/2/2017 Ngày hồn thành đồ án/ khố luận tốt nghiệp: 22/6/2017 Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày…….tháng… năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỞNG NGÀNH VIỆN TRƯỞNG (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp zeolite ZSM-5 từ cao lanh khảo sát khả hấp phụ amoni nước” cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn ThS Diệp Khanh Trong luận văn tơi hồn tồn sử dụng kiến thức học, sử dụng số tài liệu, số liệu tác giả, quan tổ chức khác có trích dẫn thích rõ ràng nguồn gốc phần tài liệu tham khảo Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung kết luận văn chịu hình thức kỉ luật phát hành vi gian lận Vũng Tàu, ngày…tháng…năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Thành Luân TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời cảm ơn đến trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu, Viện kỹ thuật - kinh tế biển tạo điều kiện cho mượn dụng cụ phịng thí nghiệm để hồn thành đồ án Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Diệp Khanh tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian thực đồ án Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô Viện Kỹ thuật - Kinh tế biển, trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu tận tình dạy dỗ suốt thời gian học tập trường Sau muốn gửi lời cảm ơn gia đình bạn bè động viên giúp đỡ suốt thời gian làm đồ án Một lần xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, ngày…tháng…năm 2017 Nguyễn Thành Luân TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ii DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng ô nhiễm amoni số phương pháp xử lí 1.1.1 Nguồn gốc trạng ô nhiễm amoni nước Việt Nam .4 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm amoni Việt Nam 1.1.3 Ảnh hưởng amoni sức khỏe người .5 1.1.4 Một số phương pháp xử lí amoni 1.2 Cao lanh (kaolinite) 10 1.2.1 Sơ lược khoáng kaolinite 10 1.2.2 Cấu trúc khoáng kaolinite 10 1.2.3 Các tính chất đặc trưng kaolinite 11 1.2.4 Những biến đổi cấu trúc kaolinite nung .12 1.2.5 Cao lanh Bình Dương 13 1.3 Zeolite 13 1.3.2 Khái niệm zeolite 14 1.3.3 Phân loại zeolite 14 1.3.4 Cấu trúc zeolite 15 i TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 1.3.5 Tính chất zeolite 18 1.3.6 Phương pháp tổng hợp zeolite 20 1.3.7 Ứng dụng zeolite 22 1.3.8 Giới thiệu zeolite ZSM-5 24 1.4 Tổng quan hấp phụ 29 1.4.1 Khái niệm 29 1.4.2 Phân loại trình hấp phụ 29 1.4.3 Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 30 1.5 Phương pháp phân tích 34 1.5.1 Phương pháp phân tích trắc quang 34 1.5.2 Phương pháp phân tích cấu trúc 35 1.6 Tình hình nghiên cứu nước tổng hợp zeolite zsm-5 37 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 39 2.1 Nguyên liệu hóa chất 39 2.2 Thiết bị dụng cụ 40 2.3 Tổng hợp zeolite ZSM-5 40 2.3.1 Nguyên liệu 40 2.3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm 42 2.4 Biến tính ZSM-5 45 2.4.1 Mục đích 45 2.4.2 Nguyên liệu 45 2.4.3 Các bước tiến hành thí nghiệm 45 ii TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 2.5Khảo sát khả hấp phụ amoni nước Z pháp trắc quang 2.5.1Nguyên tắc 2.5.2Thiết bị, dụng cụ 2.5.4Khảo sát khả h CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1Kết tổng hợp 3.2Kết phân tích cấu trúc vật liệu 3.2.1Kết nhiễu xạ tia 3.2.2Kết phân tích ph 3.3Xây dựng đường chuẩn 3.4Kết khảo sát trình hấp phụ amoni zeoli 3.4.1Tính tốn độ hấp ph KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO iii TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT UV-VIS: Ultra Violet-Visible (Tử ngoại khả kiến) XRD: X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) IR: Infrared (Hồng ngoại) ii TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Giới hạn nồng độ hợp chất nitơ nước uống Bảng 1.2: Các dao động IR đặc trưng 44 Bảng 2.1: Thiết bị dụng cụ 47 Bảng 2.2: Thành phần % oxit nguyên liệu 47 Bảng 2.3: Thành phần nguyên liệu 49 Bảng 2.4: Nồng độ dung dịch chuẩn 47 Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn amoni 60 Bảng 3.2: Kết khảo sát khả hấp phụ amoni metakaolinite 62 Bảng 3.3: Kết khảo sát khả hấp phụ amoni ZSM-5 64 Bảng 3.4: Kết khảo sát khả hấp phụ amoni FeZSM-5 67 Bảng 3.4: Kết tổng hợp trình hấp phụ amoni 69 iii TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ không gian mạng lưới cấu trúc kaolinite 11 Hình 1.2: Các vị trí trao đổi ion khác hạt kaolinite .12 Hình 1.3: Vị trí nhóm OH cấu trúc kaolinite 13 - Hình1.4: Cấu trúc sơ cấp zeolite: tứ diện SiO4 (a), AlO4 (b) .16 Hình 1.5: Liên kết cấu trúc zeolite 16 Hình 1.6: Cấu trúc thứ cấp SBU zeolite 17 Hình 1.7: Đơn vị sodalite (trái) 17 Hình 1.8: Sơ đồ trình tổng hợp zeolite từ hai nguồn nguyên liệu riêng biệt 21 Hình 1.9: Tổng hợp zeolite từ nguồn khoáng tự nhiên 22 Hình 1.10: Hình ảnh mơ tả cấu trúc zeolite ZSM-5 24 Hình 1.11: Cấu trúc hình thành zeolite ZSM-5 25 Hình1.12: Cấu trúc mao quản ZSM-5 25 Hình1.13: Cấu trúc mao quản ZSM-5 với vòng 10 nguyên tử Oxi .26 Hình 1.14: Vai trị tác nhân tạo cấu trúc hữu 28 Hình 2.1: Quy trình tổng hợp zeolite ZSM-5 50 Hình 2.2 : Quy trình biến tính zeolite ZSM-5 52 Hình 3.1: Mẫu metakaolinite (trái) zeolite ZSM-5 (phải) 56 Hình 3.2: Giản đồ XRD metakaolinite 57 Hình 3.3: Giản đồ XRD zeolite ZSM-5 57 Hình 3.4: Giản đồ XRD zeolite FeZSM-5 51 Hình 3.5: Phổ hồng ngoại (IR) mẫu ZSM-5 52 Hình 3.6: Phổ hồng ngoại (IR) mẫu FeZSM-5 52 Hình 3.7: Đường chuẩn amoni 54 Hình 3.8: Đường hấp phụ đẳng nhiệt metakaolinite 56 Hình 3.9: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir metakalinite 56 Hình 3.10: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich metakaolinite .57 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 3.13: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich zeolite ZSM-5 Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình (3.11) ta nhận thấy tăng nồng độ chất bị hấp phụ độ hấp phụ tăng nồng độ chất bị hấp phụ cao nên khả tiếp xúc chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ tăng làm cho độ hấp phụ tăng Nhưng sau tăng nồng độ chất bị hấp phụ lượng tăng độ hấp phụ khơng tăng chất hấp phụ gần trạng thái bão hòa hấp phụ Theo đồ thị hình (3.12) (3.13) ta nhận thấy phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich thích hợp cho q trình hấp phụ amoni ZSM-5 với phương trình: y = 0,6802x – 2,2722, R=0,986 Từ phương trình ta tính hệ số đặc trưng phương trình Freundlich: n = 1,4702; k =0,103 59 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Bảng 3.4: Kết khảo sát khả hấp phụ amoni FeZSM-5 Nồng độ NH4 ban đầu Co + (mg/l) 0,040 0,120 0,200 0,280 0,320 Độ hấp phụ G (mg/g) 0,400 Hình 3.14: Đường hấp phụ đẳng nhiệt zeolite FeZSM-5 60 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat C/G Hình 3.15: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir zeolite FeZSM-5 -5 Hình 3.16: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich zeolite FeZSM-5 Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình (3.14) ta thấy độ hấp phụ FeZSM-5 tăng ZSM-5 tăng nồng độ chất hấp phụ Nhưng đến trạng thái bão hịa độ hấp phụ khơng thể tăng Theo đồ thị hình (3.15) (3.16) ta nhận thấy phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich thích hợp cho q trình hấp phụ amoni FeZSM-5 ứng với 61 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat phương trình: y = 0,7956x – 2,1567, R=0,982 Từ phương trình ta tính hệ số đặc trưng phương trình Freundlich: n =1,2569; k =0,1157 Bảng 3.5Kết tổng hợp trình hấp phụ amoni Mẫu vật liệu Metakaolinite Zeolite ZSM-5 Zeolite FeZSM-5 Nhận xét: - Cả mẫu tuân theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich với hệ số tương quan R lớn (R>0,95) - Cả mẫu có hệ số k nhỏ dẫn đến cường độ hấp phụ chất hấp phụ chất bị hấp phụ tương đối yếu Dựa vào số đặc trưng phương trình Freudlich k( dung lượng hấp phụ) cao tốt n (đặc trưng cho khả tương tác cặp chất hấp phụ bị hấp phụ (n>1)) Ta xác định khả hấp phụ amoni mẫu vật lệu zeolite ZSM-5 cao mẫu khảo sát 62 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian thực đồ án tốt nghiệp thu số kết sau: Quá trình tổng hợp • Tổng hợp thành cơng zeolite ZSM-5 từ cao lanh phương pháp thủy nhiệt • Biến tính thành cơng ZSM-5 thành FeZSM-5 Q trình hấp phụ amoni • Xây dựng đường chuẩn amoni có phương trình y=1,158x+ 0,0495; R=0,9988 Khả hấp phụ amoni mẫu vật liệu tuân theo phương trình • Freundlich Trong Metakaolinite có phương trình: y=1,0057x - 2,6924; R= 0,989; n=0,9943; k=0,0677 ZSM-5 có phương trình y = 0,6802x – 2,2722, R=0,986; n = 1,4702; k =0,103 FeZSM-5 có phương trình y = 0,7956x – 2,1567, R=0,982; n = 1,2569; k =0,1157 Khả hấp phụ amoni mẫu vật lệu zeolite ZSM-5 cao • mẫu khảo sát Kiến nghị - Tuy tổng hợp thành công zeolite ZSM-5 chất lượng chưa tốt, điều thể từ kết chụp XRD vật liệu, peak đặc trưng cho mẫu vật liệu với cường độ khơng lớn Chính kiến nghị số cách sau: + Khơng ngắt qng thời gian q trình thủy nhiệt + Cần có ổn định áp suất thiết bị autoclave 63 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat - Lượng sản phẩm zeolite ZSM-5 tổng hợp chưa nhiều Vì cần tăng thể tích thiết bị autoclave - Do thời gian hạn chế giới hạn thiết bị mà chưa thể khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp zeolite trình hấp phụ amoni Căn vào kết đạt kiến nghị luận văn tiền đề cho nghiên cứu sau 64 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Thành Hưng (2014), Đánh giá ô nhiễm amoni nước thải bãi rác thử nghiệm phương pháp xử lí kết tủa Magie Amoni Photphat (MAP) làm phân bón, Luận văn thạc sĩ khoa học mơi trường, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên [2] Đào Chánh Thuận (2013), Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi amoni nhựa cation, Đồ án tốt nghiệp, Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội, Hà Nội [3] Phạm Xuân Quý (2008), Nguồn gốc phân bố amoni asenic tầng nước chứa nước đồng Sông Hồng, Báo cáo kết đề tài Khoa Học Công Nghệ năm 2007 - 2008, Đại Học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội [4] Phan Thị Hoàng Oanh (2010), Bài giảng chuyên đề “ Vật liệu vơ cơ”, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh [5] Phan Thị Hồng Oanh (2012), Bài giảng chuyên đề “ Hóa học chất rắn”, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm thành Phố Hồ Chí Minh [6] thuật, Mai Tuyên (2004), Xúc tác zeolite hóa dầu, NXB Khoa học kỹ Hà Nội [7] Nguyễn Thị Diệu Hằng (2003), Kỹ Thuật Xúc Tác Ngành Hóa Lọc Dầu – Đại Học bách Khoa Đà Nẵng [8] Lý Thị Mỹ Nhân (2005), Tổng hợp Zeolite ZSM-5 Luận văn tốt nghiệp, Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ [9] Đinh Thị Ngọ (2006), Hóa học dầu mỏ khí NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 65 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat [10] Nguyễn Hữu Phú (2005), Cracking xúc tác, NXB Khoa Học Kĩ Thuật, Hà Nội [11] Nguyễn Hữu Phú (2006), Hóa Lý Hóa Keo, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [12] Nguyễn Bin (2008), Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm - tập truyền khối, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [13] Vũ Thị Diệu (2009), “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến bột hydroxyapatite kích thước nano điều chế từ canxi hydroxit”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Viện Hóa học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Tài liệu tiếng Anh [14] David Tin Win (2007), Zeolite – Earliest Solid State Axíts, AU J.T 11(1), pp.36– 41 [15] H V Bekkum, E M Flanigen, P A Jacobs, J C Jansen (2001), nd Introduction to Zeolite science and practice, completely revised and expanded edition, Studies in surface scien and catalysis 137 [16] Baerlocher Ch, Meier.M.W, Olson H.D (2007), Atlas ofzeolite framework types Elsevier [17] Bruce Patrick Pelrini (1978), Synthesis of ZSM-5 United states patent [18] M.M.J Treacy and J.B Higgins (2001), Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites Elsevier Website [19] http://tailieu.tv/tai-lieu/tong-quan-ve-hien-trang-o-nhiem-amoni-11214/ [20] http://congnghehoahoc.wordpress.com/2012/03/20/cao-lanh/ 66 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat [21] https://dethitailieuhoctapnlu.files.wordpress.com/2015/06/chc6b0c6a1ng8-phc6b0c6a1ng-phc3a1p-he1baa5p-thu-phc3a2n-te1bbad-uv-e28093-vis.pdf [22] http://tailieu.vn/doc/xac-dinh-amoni-trong-nuoc-bang-phuong-phapphenat-1711292.html [23] http://luanvan.net.vn/luan-van/nghien-cuu-ung-dung-zeolit-fe-zsm-543992/ 67 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat ... ĐOAN Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp zeolite ZSM-5 từ cao lanh khảo sát khả hấp phụ amoni nước? ?? cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn ThS Diệp Khanh Trong luận văn... đường chuẩn amoni 60 Bảng 3.2: Kết khảo sát khả hấp phụ amoni metakaolinite 62 Bảng 3.3: Kết khảo sát khả hấp phụ amoni ZSM-5 64 Bảng 3.4: Kết khảo sát khả hấp phụ amoni FeZSM-5 67... nước zeolite tổng hợp Nhiệm vụ nghiên cứu ❖ ❖ ❖ Tổng hợp zeolite ZSM-5 từ nguồn cao lanh Xác định số đặc điểm cấu trúc zeolite ZSM-5 Khảo sát khả hấp phụ amoni nước ➢ Phương pháp nghiên cứu Phương