Chuyển hóa khí hiệu ứng nhà kính ch4 và co2 thành khí tổng hợp trên nền xúc tác nio sba 15

UBND TP HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THÀNH ĐỒN TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ BÁO CÁO CUỐI KỲ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Chương trình Vườn ươm Sáng tạo Khoa học Công nghệ trẻ Tên đề tài KHCN: CHUYỂN HĨA KHÍ HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CH4 VÀ CO2 THÀNH KHÍ TỔNG HỢP TRÊN NỀN XÚC TÁC NiO/SBA-15 Chủ nhiệm đề tài: ThS Phan Hồng Phƣơng Cơ quan chủ trì: Trung tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ TP.HCM 4/2019 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thành phần ký hiệu xúc tác nghiên cứu 17 Bảng 2.2 Xúc tác NiO/SBA-15 khảo sát tính chất hóa lý, khảo sát hoạt tính ký hiệu 18 Bảng 3.1 Kích thƣớc tinh thể xúc tác Ni/SBA-15 33 Bảng 3.2 Kích thƣớc hạt xúc tác 40 Bảng 3.3 Diện tích bề mặt riêng, kích thƣớc lỗ xốp xúc tác 45 i DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị phản ứng 26 Hình 3.1 Giản đồ XRD chất mang SBA-15 mẫu 40Ni/SBA-15-0,5-0 28 Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu 30Ni/SBA-15-2-0, 40Ni/SBA-15-2-0, 50Ni/SBA15-2-0, 60Ni/SBA-15-2-0 29 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu 40Ni/SBA-15-2-0 40Ni/SBA-15-0,5-0 30 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu 40Ni-0MgO/SBA-15, 40Ni-10MgO/SBA-15 40Ni-15MgO/SBA-15 31 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu 40Ni/SBA-15, 40Ni/SBA-15-20NH4OH 40Ni/SBA-15-25NH4OH 32 Hình 3.6 Giản đồ H2-TPR mẫu xúc tác 33 Hình 3.7 Giản đồ H2-TPR mẫu xúc tác 34 Hình 3.8 Giản đồ H2-TPR mẫu xúc tác 40Ni/SBA-15, 40Ni-10MgO/SBA-15 40Ni-5MgO/SBA-15 35 Hình Giản đồ H2-TPR mẫu xúc tác 40Ni/SBA-15, 40Ni-15NH4OH/SBA-15, 40Ni-20NH4OH/SBA-15, 40Ni-25NH4OH/SBA-15 36 Hình 3.10 Ảnh SEM mẫu xúc tác 30Ni/SBA-15-2-0, 40Ni/SBA-15-2-0, 50Ni/SBA-15-2-0 37 Hình 3.11 Ảnh SEM mẫu xúc tác 40Ni/SBA-15, 40Ni-10MgO/SBA-15, 40Ni15MgO/SBA-15 38 Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu xúc tác 40Ni/SBA-15, 40Ni/SBA-15-20NH4OH, 40Ni/SBA-15-25NH4OH 39 Hình 3.13 Ảnh TEM mẫu xúc tác 30Ni/SBA-15-2-0, 40Ni/SBA-15-2-0, 40Ni/SBA-15-0,5-0, 50Ni/SBA-15-2-0 41 Hình 3.14 Ảnh TEM mẫu xúc tác 40Ni/SBA-15, 40Ni-10MgO/SBA-15, 40Ni15MgO/SBA-15 41 Hình 3.15 Ảnh TEM mẫu xúc tác 40Ni/SBA-15, 40Ni/SBA-15-20NH4OH, 40Ni/SBA-15-25NH4OH 42 Hình 3.16 Giản đồ CO2-TPD xúc tác Ni/SBA-15 với hàm lƣợng thời gian nung khác 43 Hình 3.17 Giản đồ CO2-TPD mẫu xúc tác kiềm hóa MgO 44 Hình 3.18 Giản đồ CO2-TPD mẫu xúc tác kiềm hóa NH4OH 45 Hình 3.19 Hoạt tính x c tác Ni SB -15 phản ứng ireforming hàm lƣợng đƣợc khảo sát 47 Hình 3.20 Hoạt tính xúc tác 40Ni/SBA-15 nung thời gian khác phản ứng ireforming 47 Hình 3.21 Hoạt tính xúc tác 40Ni/SBA-15 khử thời gi n phản ứng ireforming đƣợc khảo sát 49 ii Hình 3.22 Hoạt tính xúc tác Ni/SBA-15 kiềm hóa MgO phản ứng bireforming hàm lƣợng đƣợc khảo sát 49 Hình 3.23 Hoạt tính xúc tác Ni/SBA-15 kiềm hóa NH4OH phản ứng ireforming hàm lƣợng đƣợc khảo sát 50 iii MỤC LỤC PHẦN I NỘI DUNG CÔNG VIỆC VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN I.1 Nội dung thực I.2 Các sản phẩm tạo D NH SÁCH CÁ NHÂN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI PHẦN II: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Chƣơng TỔNG QUAN A Tính cấp thiết B Tình hình nghiên cứu 1.2.3 Xúc tác cho phản ứng bireforming 1.2.2.1 Pha hoạt động 1.2.2.2 Chất mang xúc tác 1.2.2.3 Chất xúc tiến 12 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 17 2.1 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC 2.1.1 Các xúc tác nghiên cứu 17 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 19 2.1.3 Quy trình điều chế chất mang SBA-15 19 2.1.4 Quy trình điều chế xúc tác 19 2.1.4.1 Quy trình điều chế xúc tác NiO/SBA-15 19 2.1.4.2 Quy trình điều chế xúc tác NiO/SBA-15 đƣợc kiềm hóa MgO 20 2.1.4.3 Quy trình điều chế xúc tác NiO/SBA-15 đƣợc kiềm hóa NH4OH 21 2.2 PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TRƢNG LÝ-HĨA CỦA XÚC TÁC 23 2.2.1 Diện tích ề mặt riêng xúc tác 24 2.2.2 Trạng thái pha xúc tác 24 2.2.3 Tính chất khử xúc tác 24 2.2.4 Hình thái bề mặt xúc tác (ảnh SEM TEM) 25 2.3 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH CÁC XÚC TÁC 25 2.4 PHÂN TÍCH HỖN HỢP PHẢN ỨNG 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 28 3.1 Các tính chất hóa lý xúc tác 28 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 28 iv 3.1.2 Kết khảo sát tính chất khử hydro củ x c tác theo phƣơng pháp chƣơng trình nhiệt độ (H2-TPR) 33 3.1.3 Ảnh ề mặt xúc tác kính hiển vi điện tử quét (SEM) 37 3.1.4 Ảnh ề mặt xúc tác kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 40 3.1.5 Kết đo tính se xúc tác theo chƣơng trình nhiệt độ (CO2-TPD) 43 3.1.6 Diện tích bề mặt riêng xúc tác (BET) 45 3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác 46 3.2.1 Khảo sát thành phần tối ƣu dựa xúc tác Ni/SBA-15 46 3.2.2 Khảo sát thời gian nung tối ƣu x c tác Ni SBA-15 47 3.2.3 Khảo sát thời gian khử tối ƣu x c tác Ni SBA-15 48 3.2.4 Khảo sát thành phần tối ƣu dựa xúc tác Ni/SBA-15 kiềm hóa MgO 49 3.2.5 Khảo sát thành phần tối ƣu dựa xúc tác Ni/SBA-15 kiềm hóa NH4OH 49 DANH SÁCH HỌC VIÊN ĐƢỢC HỖ TRỢ ĐÀO TẠO TỪ KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 55 DANH SÁCH CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QU N ĐỀ TÀI 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 v PHẦN I NỘI DUNG CÔNG VIỆC VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN I.1 Nội dung thực TT Các nội dung, công Kết cần đạt Tiến độ thực hiện, kết việc chủ yếu cần (theo thuyết đạt đƣợc đƣợc thực minh đƣợc phê (theo thuyết duyệt) minh đƣợc phê duyệt) Tổng hợp, khảo sát - Tìm r điều kiện - Đã hồn thành hoạt tính phân nung, khử xúc tác - Đã tổng hợp mẫu xúc tác tích tính chất lý hóa phù hợp NiO/SBA-15 (30 – 60% kl NiO) xúc tác NiO/SBA- - Tìm r hàm lƣợng Hàm lƣợng NiO phù hợp NiO phù hợp 15 với hàm lƣợng 40%kl x c tác đơn kim loại Ni khác - Kết thực - Đã phân tích tính chất hố nghiệm phân tích lý (XRD, BET, SEM, TEM, H2tính chất lý hóa xúc TPR) củ x c tác điều chế - Đã tìm r điều kiện nung, khử tác phù hợp (nung: 0,5 giờ; khử: giờ) Tổng hợp, khảo sát - Đã hoàn thành 100% 15 biến tính oxit - Tìm tỉ lệ pha hoạt động NiO phụ gia MgO phù hợp xúc tác biến tính - Kết thực kim loại kiềm MgO nghiệm phân tích - Đã phân tích tính chất hố hoạt tính phân tích tính chất lý hóa xúc tác NiO/SBA- - Đã tổng hợp mẫu xúc tác 40NiO/SBA-15 biến tính MgO (5 – 20% kl MgO) Hàm lƣợng MgO phù hợp 10%kl) tính chất lý hóa xúc lý (XRD, BET, SEM, TEM, H2TPR) củ x c tác điều chế tác Tổng hợp, khảo sát - Tìm r điều kiện - Đã hồn thành 100% hoạt tính phân ngâm tẩm phù hợp - Đã tổng hợp mẫu xúc tác - Kết thực TT Các nội dung, công Kết cần đạt Tiến độ thực hiện, kết việc chủ yếu cần (theo thuyết đạt đƣợc đƣợc thực minh đƣợc phê (theo thuyết duyệt) minh đƣợc phê duyệt) tích tính chất lý hóa nghiệm phân tích 40NiO/SBA-15 kiềm hóa xúc tác NiO/SBA- tính chất lý hóa xúc dung dịch NH4OH (nồng độ dung 15 đƣợc kiềm hóa tác dịch NH4OH: 10 – 25%) Nồng độ dung dịch NH4OH phù hợp dung dịch NH4OH 20%) - Đã phân tích tính chất hố lý (XRD, BET, SEM, TEM, H2TPR) củ x c tác điều chế Khảo sát độ bền - Tìm nguyên - Đã hoàn thành 100% đánh giá tạo cốc nhân gây giảm hoạt - Đã đánh giá lƣợng cốc tạo số xúc tác tính xúc tác thành xúc tác sau 100 - Kết thực điển hình phản ứng nghiệm khảo sát độ bền đánh giá hàm lƣợng cốc Báo cáo khoa học - Đầy đủ kết - Đã hoàn thành 100% tổng kết đề tài nghiên cứu với độ - Sản phẩm: 02 báo, gồm: + 01 tin cậy cao SCI: ài đăng tạp chí Materials Transactions (ISSN: 13475320) + 01 ài đăng Tạp chí Xúc tác Hấp phụ (ISSN: 08667411) I.2 Các sản phẩm tạo Yêu cầu chất lƣợng sản TT Tên sản phẩm phẩm (theo thuyết minh Chất lƣợng đạt đƣợc phê duyệt) Mẫu xúc tác - 1g/mẫu Ni/SBA-15 có hiệu cao - Độ chuyển hóa CH CO - Đạt độ chuyển hóa CH4 CO2 >80% 750 oC cao (>70%) nhiệt độ phản ứng