Khả năng hấp phụ hơi dung môi hữu cơ của zeolite composite trên cơ sở zeolite y

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA  BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH KHẢ NĂNG HẤP PHỤ HƠI DUNG MÔI HỮU CƠ CỦA ZEOLITE COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ ZEOLITE Y CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ths Huỳnh Thu Hạnh SINH VIÊN THỰC HIỆN Phạm Văn Kiệt B2105438 Hà Võ Trúc Lam B2111658 Châu Phương Lam B2111706 Ngành: CN Kỹ thuật hóa học – Khóa 47 Tháng 12/2023 CBHD: Huỳnh Thu Hạnh LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cơ Huỳnh Thu Hạnh Trong suốt q trình thực đề tài chúng em nhận ủng hộ góp ý tận tình Cơ Nhờ chia sẻ chân thành Cô mà chúng em hồn thành tốt đề tài báo cáo Đồ án chun ngành Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô trường Đại học Cần Thơ nói chung thầy, thuộc mơn Cơng nghệ Hóa học nói riêng nhiệt tình giúp đỡ, dìu dắt, giảng dạy kiến thức vơ q báu – hỗ trợ tích cực cho trình học tập, nghiên cứu chúng em Và cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ln bên cạnh đồng hành, quan tâm ủng hộ chúng em hoàn thành tốt việc học Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày… tháng….năm 2023 Sinh viên thực Phạm Văn Kiệt – Hà Võ Trúc Lam – Châu Phương Lam SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh MỞ ĐẦU Hiện nay, có nhiều ứng dụng quan trọng khó thay nên nhiều loại dung môi độc hại sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống hàng ngày Các dung môi độc hại phát tán vào mơi trường đất, nước hay khơng khí gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người tác động xấu đến môi trường sinh thái Để giảm lượng VOCs phát thải vào khơng khí, có hai nhóm phương pháp phương pháp thu hồi (ngưng tụ, hấp thụ, hấp phụ,…) phương pháp phân hủy (oxi hóa nhiệt, oxi hóa có xúc tác, phân hủy sinh học,…) Phương pháp oxi hóa nhiệt áp dụng phổ biến, chủ yếu trường hợp thành phần lớn có khí thải chất có mùi khó chịu, cháy kết hợp với oxi điều kiện thích hợp để tọa thành chất độc hại Tuy nhiên, giải pháp tốn nhiều chi phí khơng phù hợp để xử lý VOCs chứa nhóm phân tử quan trọng clo Do đó, phương pháp hấp phụ thừa nhận giải pháp thay đáng tin cậy tính linh hoạt hệ thống, chi phí vận hành rẻ điểm đặc biệt có khả thu hổi để tái sử dụng chất hấp phụ chất bị hấp phụ Sự thành cơng cơng nghệ hấp phụ có liên quan chặt chẽ đến chất hấp phụ Than hoạt tính thường sử dụng để hấp thụ VOCs chi phí thấp khả hấp phụ lớn Tuy nhiên, việc ứng dụng than hoạt tính bị hạn chế nguy cháy tái sinh nhiệt Zeolite chứng minh vật liệu có hiệu việc hấp phụ VOCs nhờ khả chịu nhiệt tốt ổn định thủy nhiệt Nên Đồ án chuyên ngành này, nhóm chúng em thực đề tài: Nghiên cứu khả hấp phụ dung môi hữu từ zeolite composite sở tỗng hợp từ zeolite Y nhóm em tin nguồn vật liệu hiệu để hấp phụ các dung môi hữu để ứng dụng sinh hoạt, sản xuất hóa chất kể quân SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN .i MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii CHƯƠNG 1: TỖNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tỗng quan VOCs 1.1.1 Nguồn gốc VOCs 1.1.2 Ảnh hưởng VOCs 1.2 Giới thiệu Zeolite 1.2.1 Đặc điểm cấu tạo 1.2.2 Phân loại .4 1.2.3 Cấu trúc zeolite 1.2.4 Tính chất Zeolite 1.2.5 Cơ chế hấp phụ Zeolite 10 1.3 Tổng quan Zeolite composite sở Zeolite Y 11 1.3.1 Zeolite Y 11 1.3.2 Zeolite ZSM-5 12 1.3.3 Zeolite composite .13 1.3.4 Các phương pháp xử lý VOCs khơng khí .14 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH TỖNG HỢP ZEOLITE COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ ZEOLITE Y 18 2.1 Tỗng hợp zeolite composite DeAl-Y/ZSM-5[24] 18 2.1.1 Quy trình tỗng hợp 18 2.1.2 Thuyết minh quy trình 19 2.2 Các phương pháp phân tích vật lý cơng trình trước đây[24] 20 SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffaction) .20 2.2.2 Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM: Scanning Electron Microscope) 21 2.2.3 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET thể tích lỗ rỗng (Brunauer – Emmett – Teller) 22 2.3 Khả ứng dụng vật liệu zeolite DeAl-Y/ZSM-5 22 2.3.1 Ứng dụng hấp phụ dung môi hữu 22 2.3.2 Ứng dụng làm chất xúc tác .22 2.3.3 Lọc nước 23 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .24 3.1 Kết luận .24 3.2 Kiến nghị 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh DANH MỤC HÌNH Hình 1-1: Hệ thống mao quản chiều khơng giao zeolite Hình 1-2: Hệ thống mao quản hai chiều zeolite Hình 1-3: Hệ thống mao quản chiều: zeolite X (a), Y (b) A (c) Hình 1-4: Các cửa sổ mao quản nhỏ, trung bình lớn Hình 1-5: Cấu trúc sơ cấp (PBU) zeolite: tứ diện SiO4 (a), AlO4- (b)[10] Hình 1-6: Một số đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) zeolite Hình 1-7: Một số cấu trúc điển hình Zeolite: (SOD) Sodalite, (LTA) Linde Type A Zeolite, (FAU) Faujasite: Zeolite X Y, (MOR) Mordenite, (LTL) Linde Type L Zeolite, (MFI) ZSM-5 Hình 1-8: Vật liệu tổng hợp từ zeolite để hấp phụ chất độc hại[13] .11 Hình 1-9: Cấu trúc zeolite Y[18] 12 Hình 1-10: Zeolite ZSM-5 13 Hình 1-11: Sự hình thành zeolite chất mang vô cơ[23] .14 Hình 1-12: Các phương pháp xử lý VOCs khơng khí[2] 15 Hình 2-1: Giản đồ XRD: (a) ZSM-5, xY/ZSM-5 HY; (b) DeAl-ZSM-5, DeAl-xY/ZSM-5 DeAl-Y; (c) 65%Y/ZSM-5 DeAl-65%Y/ZSM-5 với x=10%, 20%, 35%, 50% 65% 20 Hình 2-2: Hình ảnh SEM: (a) ZSM-5; (b) DeAl-10%Y/ZSM-5; (c) DeAl-20%Y/ZSM5; (d) DeAl-35%Y/ZSM-5; (e) DeAl-50%Y/ZSM-5 (f) DeAl-65%Y/ZSM-5 .21 SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Bảng phân loại chất ô nhiểm hữu vô (theo WHO)[3] Bảng 2-1: Kết phân tích BET mẫu vật liệu 22 SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ Tiếng việt VOCs Volatitle Organic Compounds Các hợp chất dung môi dễ bay SVOCs Semi-volatitle Organic Compounds Các hợp chất dung môi bán bay FAU Faujasite PBU Primary building unit Đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU Secondary building unit Đơn vị cấu trúc sơ cấp XRD X-ray Diffaction Phương pháp nhiễu xạ tia X SEM Scanning election microscope Kính hiển vi điện tử quét BET Brunauer – Emmett - Teller EDA Etylen diamin TEA Triethanolamine TOL Toluen CYH Xyclohexan MEK Metyl etyl xeton IPA Isopropanol SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh CHƯƠNG 1: TỖNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tỗng quan VOCs VOCs (Volatitle Organic Compounds) hợp chất hữu dễ bay hơi, tồn mơi trường chất gây nhiễm khơng khí VOCs chứa hợp chất ankane, rượu, ketone, aldehyde, este phân tử thơm nhỏ, dễ bay tích hợp mơi trường khí tạo thành hợp chất hữu dễ bay hơi[1] Theo Cơ quan bảo vệ mơi trường EPA (Environmental Protection Agency) Hoa Kì định nghĩa VOCs hợp chất cacbon, trừ carbon monoxide, carbon dioxide, carbonic acid, metallic carbides, carbonates ammonium carbonate tham gia gia q trình quang hóa khí VOC coi hợp chất hữu có áp suất lớn 10 Pa 250C, nhiệt độ sôi lên tới 2600C nhiệt độ khí Các hợp chất lại gọi hợp chất hữu bán bay (SVOC)[1] Theo Liên minh Châu Âu (The European Union) định nghĩa VOCs hợp chất hữu có điểm sơi ban đầu nhỏ 2500C đo áp suất khí tiêu chuẩn 101,3 kPa[2] Đối với Tổ chức y tế giới (WHO), chất ô nhiễm hữu nhà (Indoor organic pollutants) phân làm ba loại: Các hợp chất hữu dễ bay (VOCs), hợp chất hữu dễ bay (VOCs) hợp chất hữu bay phần (SVOCs)[3] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang Chương 1: Tỗng quan tài liệu CBHD: Huỳnh Thu Hạnh Bảng 1-1: Bảng phân loại chất ô nhiểm hữu vô (theo WHO)[3] Mô tả Very volatile Từ viết tắc Phạm vi điểm sôi (0C) < 00C đến 50 -1000C VVOCs (gaseous) organic Ví dụ Propane, butane, methyl chloride compunds Volatile organic VOCs 50 -1000C đến 240 - 2600C compounds Formaldehyde, d-Limonene, toluene, acetone, ethanol (ethyl alcohol) 2-propanol (isopropyl alcohol), hexanal Semi-volatile SVOCs 240-2600C đến 380-4000C organic compounds Pesticides (DDT, chlordane, plasticizers (phthalates), fire retardants (PCBs, PBB)) 1.1.1 Nguồn gốc VOCs Nguồn gốc tự nhiên: Cháy rừng, hoạt động núi lửa, phát thải sinh học mặt đất đại dương,… Nguồn gốc nhân tạo: Từ khai thác, lưu giữ, tinh chế, vận chuyển sử dụng nhiên liệu hóa thạch; q trình sản xuất khí đốt, q trình đốt than công nghiệp, đốt than dân dụng, đốt than sinh học (lúa mỳ, ngô, gỗ,…); công nghiệp luyện cốc, sắc thép, công nghiệp chế tạo sơn keo, cao su; cơng nghệ in; từ khí thải phương tiện giao thơng, khói thuốc lá, bốc nhiên liệu xăng dầu diesel,…[1] Trong đó, nguồn nhân tạo chia làm hai nhóm: Nhóm VOCs nhà (indoor): chủ yếu phát sinh từ việc đốt nhiên liệu gia đình, trang trí nội thất sơn nhà, giấy dán tường, sản phẩm tẩy rửa từ hoạt động thiết bị văn phịng máy photocopy, máy in,…[4-6] Nhóm VOCs ngồi trời (outdoor): chủ yếu phát sinh từ q trình sản xuất công nghiệp giao thông Trong công nghiệp, đáng ý nhóm ngành sản xuất, sửa chữa thiết bị quang học, điện tử Nhóm có dây chuyền cơng nghệ, sản phẩm đa dạng, có công đoạn gây ô nhiễm môi trường tẩy màng sơn, xử lý bề mặt thiết bị quang học, rửa, sấy linh kiện điện tử, chi tiết điện Các khí thải phát sinh chứa chủ yếu tác nhân hữu axetone, etylen, benzen, toluen, xylen, butyl axetat,…[7] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang Chương 1: Tỗng quan tài liệu CBHD: Huỳnh Thu Hạnh Hình 1-9: Cấu trúc zeolite Y[18] 1.3.2 Zeolite ZSM-5 Mạng lưới khơng gian ZSM-5 hay cịn gọi pentosyl thuộc nhóm cấu trúc MFI Cơng thức chung zeolite ZSM-5 NanAlmSi196-nO192.16H2O, n < 27 Tỉ số SiO2/Al2O3 từ 20 đến 8000 Khi hàm lượng Al tiến tới khơng, zeolite silicate Tinh thể ZSM-5 thuộc đối xứng orthorhombic Các số tế bào đơn vị a = 20,1 Å , b = 19,9 Å c = 13,4 Å SBU 5-1 ZSM-5 gồm hệ thống đường ống cắt nhau, đường ống thẳng có tiết diện ngang hình elip (5,1x5,5 Å ) đường ống zigzag gần tròn (5,4x5,6 Å ) Hai kiểu đường ống cắt tạo thành mạng lưới hai chiều zeolite (Hình 1-10) Zeolite ZSM-5 có độ bền nhiệt cao[19] Trong họ zeolite ZSM cịn có zeolite khác ZSM-11, ZSM-22 ,… ZSM-5 có nhiều ứng dụng quan trọng nhất[19] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang Chương 1: Tỗng quan tài liệu CBHD: Huỳnh Thu Hạnh Hình 1-10: Zeolite ZSM-5 Với hệ thống cửa sổ 10 cạnh có kích thước nằm kích thước số cạnh zeolite A cửa sổ 12 cạnh zeolite Y, zeolite ZSM-5 có khả hấp phụ phân tử paraffin thẳng hấp phụ chậm phân tử θ m-xylene, 1,2,4-trimethyl benzene naphtalen, hồn tồn khơng hấp phụ phân tử lớn pentamethyl benzene 1,3,5-trimethyl benzene[19] 1.3.3 Zeolite composite Hiện nay, để tăng khả hấp phụ loại zeolite đặc biệt lựa chọn loại vật liệu hấp phụ chọn lọc tác nhân mong muốn nghiên cứu biến tính loại zeolite thành vật liệu zeolite composite quan tâm Có loại zeolite composite là: Zeolite composite với chất mang vô cơ: chất mang hợp chất vô cơ, số loại điển hình dạng zeolite A, MFI, FAU kết hợp với chất mang nhôm oxit sắt xốp[20-22] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang Chương 1: Tỗng quan tài liệu CBHD: Huỳnh Thu Hạnh Hình 1-11: Sự hình thành zeolite chất mang vô cơ[23] Zeolite composite – hữu cơ: tạo thành từ kết hợp zeolite với tác nhân hữu hợp chất cao phân tử, loại polymer, cao su,…Các chất hữu đóng vai trị chất mang, tác nhân hoạt tính, chất trung gian gắn tinh thể zeolite với chất mang lựa chọn Vật liệu zeolite composite – hữu chia làm hai loại: Một là, vật liệu zeolite composite sở zeolite nền: loại vật liệu liên kết với tác nhân siloxan tạo liên kết bền Si-O-Si tác nhân hữu Loại vật liệu tổng hợp chủ yếu dạng màng zeolit, ứng dụng phân tách khí, xử lý môi trường, công nghiệp thực phẩm,… Hai là, vật liệu zeolite composite sở zeolite không tạo liên kết bề mặt với tác nhân hữu cơ, loại vật liệu dùng để chế tạo composite zeolite dạng màng, tấm[2] 1.3.4 Các phương pháp xử lý VOCs khơng khí Hiện nay, phương pháp xử lý VOCs chia làm hai loại chính: phân hủy (oxi hóa nhiệt, oxi hóa nhiệt có xúc tác, oxi hóa xúc tác quang, lọc sinh học) thu hồi (hấp phụ, hấp thụ, ngưng tụ phân tích qua màng) SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang Chương 1: Tỗng quan tài liệu CBHD: Huỳnh Thu Hạnh Hình 1-12: Các phương pháp xử lý VOCs khơng khí[2]  Oxi hóa nhiệt Q trình oxi hóa nhiệt chất trình đốt cháy VOCs oxi nhiệt độ cao, từ 7000C – 10000C Nhiệt độ vận hành thực tế phụ thuộc vào loại lò nồng độ chất nhiễm dịng nước Nhưng q trình thường sinh nhiều Nox , chất độc hại ảnh hưởng đến môi trường[2]  Oxi hóa xúc tác Q trình oxi hóa hồn tồn xúc tác hay cịn gọi q trình đốt có sử dụng xúc tác q trình đốt cháy VOCs oxi để tạo thành CO2 H2O Vì nhiệt độ phân hủy cao nên ta thường thêm xúc tác vào giúp làm giảm điều kiện khắc nghiệt phản ứng, thúc đẩy phản ứng diễn nhanh hơn[2]  Oxi hóa RFR Reactive Fluid Recovery (RFR) phương pháp sử dụng để phục hồi tái sử dụng dung môi hữu từ q trình cơng nghệ, phản ứng hóa học, trao đổi nhiệt, hay tái chế Quá trình thường địi hỏi loạt bước để làm tái sử dụng hợp chất hữu cơ, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường[2] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang Chương 1: Tỗng quan tài liệu CBHD: Huỳnh Thu Hạnh  Lọc sinh học Lọc sinh học phương pháp sử dụng màng lọc sinh học để loại bỏ VOCs Màng lọc sinh học thiết bị phản ứng loại đệm tầng cố định có mao quản, lớp đệm sinh vật phân hủy chất ô nhiễm[2]  Ngưng tụ Tiến hành bão hòa VOCs cách làm lạnh dịng khí đến điểm sương để ngưng tụ VOCs Phương pháp áp dụng cho VOCs có nhiệt độ sôi từ 120 - 30 °C[2]  Hấp phụ Quá trình hấp phụ VOCs thực chủ yếu vật liệu carbon hoạt tính, Zeolite silicat mao quản trung bình[2] - Cacbon hoạt tính Than hoạt tính từ lâu đa dùng để làm chất hấp hấp phụ số dung môi hữu Hai nhà khoa học King Do (1996) sử dụng kĩ thuật truyền hồng ngoại Fourier để đánh giá khả hấp phụ ethane, propane n-butane lên than hoạt tính Kết nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến khả hấp phụ than hoạt tính Một nghiên cứu khác lỗ xốp than hoạt tính thể tích vi lỗ (the volume of narrow micropores) có kích thước 0,7 nm có khả hấp phụ VOCs nồng độ thấp, đặc biệt với hấp phụ Benzene Ngồi ra, có số nghiên cứu cho khả hấp phụ than hoạt tính bị ảnh hưởng độ ẩm Có nhiều nghiên cứu, lựa chọn vật liệu thay cho vật liệu than hoạt tính mở vật liệu zeolite nghiên cứu Đây vật liệu bền với nhiệt có tính kỵ nước nên bị ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm so với than hoạt tính q trình hấp phụ[24] - Zeolite Vật liệu zeolite có cấu trúc tinh thể, có khung tạo thành mạng lưới không gian ba chiều Trong zeolite có sodalit ghép nối với tạo thành khoang rỗng cửa sổ to, nhỏ khác nhau, nhờ mà zeolite có cấu trúc “xốp” Chính hình thành lỗ xốp tâm hấp phụ - xúc tác tạo nên tính chất đặc trưng cho zeolite khả hấp phụ khí, trao đổi ion ứng dụng xúc tác số phản ứng[24] Zeolit chứng minh là chất có khả hấp phụ VOC nhờ khả chịu nhiệt tốt ổn định ổn định thủy nhiệt[24] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang Chương 1: Tỗng quan tài liệu CBHD: Huỳnh Thu Hạnh  Phân tách qua màng Lọc màng trình phân tách loại bỏ chất gây ô nhiễm loại trừ khuếch tán khác biệt kích thước, hình dạng, điện tích, nồng độ, ấp suất riêng phần, độ hòa tan vật liệu màng thành phần cấu tử[2] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH TỖNG HỢP ZEOLITE COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ ZEOLITE Y 2.1 Tỗng hợp zeolite composite DeAl-Y/ZSM-5[24] 2.1.1 Quy trình tỗng hợp 87,9g TPAOH 94,4g TEOS 86,0g EtOH 130,0g H20 1/ Khuấy 2h nhiệt độ phịng 2/ Đun nóng 1050C ngày Chất hấp phụ (hạt S-1) 1/ Nghiền 2/ Ép Cho vào nồi hấp với 0,70g EDA 0,30g TEA 3,0g tiền chất 1/ Kết tinh 1800C 48h 2/ Rửa sấy khổ 1200C 12h 3/ Nung 5500C 6h 2,0g Y/ZSM-5 Khử lumin thủy nhiệt 8150C 3h Mẫu 1/ Lọc HCl 4M 900C 4h 2/ Rửa sấy khô 1200C 3/ Nung 5500C 6h DeAl-Y/ZSM-5 SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh 2.1.2 Thuyết minh quy trình Trộn 87,9g TPAOH với 86,0g EtOH 130,0g H2O, sau thêm 94,4g TEOS vào hỗn hỗn hợp khuấy nhiệt độ phịng Dung dịch sau chuyển vào nồi hấp có lót Teflon đun nóng nhiệt độ 1050C vòng ngày để tỗng hợp nên hạt S-1 với tỉ lệ mol 100SiO2: 24TPAOH: 812EtOH: 2400H2O Lấy hỗn hợp gồm hạt s-1: silicca sol: HY với tỉ lệ mol 148: 232: 36 để đem nghiền, sau ép thành vật hình dạng dẹp có đường kính 3mm Tiếp theo, lấy 3g tiền chất đặt lưới PTFE đặt cao nối hấp có lót Teflon với 0,7g dung mơi EDA 0,3g TEA phía cho kết tinh 1800C 48 Sản phẩm rửa đến trung tính nước khử ion; sấy khô 1200C 12 nung 5500C Sau hoàn thành ta thu mẫu Y/ZSM-5 Tiếp theo, ta tiến hành khử nhôm cho vật liệu việc kết hợp phương pháp steam clohydric xử lý axit (HCl) Để chuẩn bị mẫu khử lumin thủy nhiệt, hệ thống dòng chảy bao gồm ống thạch anh hình trụ (chiều dài 570 mm đường kính 29 mm) lò nung nhiệt độ cao thẳng đứng sử dụng Vật liệu tổng hợp zeolite hình g chịu dịng chảy 50 cm3/phút hỗn hợp khơng khí-hơi nước 8150C Tiếp theo, mẫu lọc HCl M 900C Sản phẩm thu được rửa kỹ, sấy khô 1200C nung 5500C Mẫu thu được DeAl-Y/ZSM5 2.2 Các phương pháp phân tích vật lý cơng trình trước đây[24] 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffaction) SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh Hình 2-13: Giản đồ XRD: (a) ZSM-5, xY/ZSM-5 HY; (b) DeAl-ZSM-5, DeAl-xY/ZSM-5 DeAl-Y; (c) 65%Y/ZSM-5 DeAl-65%Y/ZSM-5 với x=10%, 20%, 35%, 50% 65% Độ kết tinh tương đối ZSM-5 không thay đổi sau khử, cấu trúc tinh thể ZSM-5 bảo quản tốt ổn định thủy nhiệt tốt Hơn nữa, độ kết tinh tương đối zeolite mẫu khử nhôm cao so với mẫu mẫu trước nhơm Trong q trình khử nhôm thủy nhiệt, nguyên tử nhôm mạng khung zeolite Y phản ứng với nước, dẫn đến việc loại bỏ nhơm khỏi lưới hình thành chỗ trống Một số vị trí trống khắc phục cách chèn loại silicon di động, dẫn đến ổn định khung Độ kết tinh tương đối ZSM5 Y DeAl-50%Y/ZSM-5 55% 75%, rõ ràng cao so với độ kết tinh 50%Y/ZSM-5 32% 48%, điều cấu trúc tinh thể vật liệu tổng hợp sửa chữa sau bị phá hủy phần trình hấp SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh 2.2.2 Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM: Scanning Electron Microscope) Hình 2-14: Hình ảnh SEM: (a) ZSM-5; (b) DeAl-10%Y/ZSM-5; (c) DeAl-20%Y/ZSM-5; (d) DeAl-35%Y/ZSM-5; (e) DeAl-50%Y/ZSM-5 (f) DeAl-65%Y/ZSM-5 Hình 2-14a cho thấy hạt ZSM-5 ngun chất có hình lục giác giống phiến nhẵn với kích thước 0,3–0,7 μm Từ Hình 2-14(b-d) , ta thấy kích thước hạt không đồng chứng tỏ hàm lượng zeolite Y ngày tăng Hầu hết, hạt zeolite Y bao phủ zeolite ZSM-5 Ở Hình 2-14e, hạt ZSM-5 nhỏ có kích thước 0,2–0,5 μm phát triển bề mặt hạt zeolit Y bát diện có kích thước khoảng μm; hạt mẫu DeAl-65%Y/ZSM-5 khơng có hình thái bát diện dạng phiến hình lục giác, chúng có dạng hình cầu khơng Các mẫu khử nhơm có lỗ trung bình lỗ lớn nằm rãi rác bề mặt gồ ghề ăn mòn nước HCl SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh 2.2.3 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET thể tích lỗ rỗng (Brunauer – Emmett – Teller) Các mẫu vật liệu đo diện tích bề mặt riêng thể tích lỗ rỗng phương pháp phân tích BET kết pử bảng sau: Bảng 2-2: Kết phân tích BET mẫu vật liệu Mẫu Diện tích lỗ trống (m2/g) Thể tích lỗ trống (cm3/g) SBET Snhỏ Vtỗng Vnhỏ Vtrung bình ZSM-5 392 244 0.179 0.113 0.066 50%Y/ZSM-5 596 423 0.259 0.196 0.063 65%Y/ZSM-5 580 443 0.252 0.206 0.046 DeAl-ZSM-5 351 106 0.184 0.058 0.126 DeAl-50%Y/ZSM-5 580 348 0.307 0.165 0.142 DeAl-65%Y/ZSM-5 596 414 0.304 0.192 0.112 Từ Bảng 2-1 thấy sau khử nhơm, diện tích bề mặt BET ZSM-5 giảm từ 392 m2/g 351 m2/g q trình khử nhơm, zeolite ZSM-5 bị axit HCl ăn mòn, với kết SEM đưa ra; thể tích lỗ trung bình tăng từ 0,066 cm3/g đến 0,126 cm3/g Chứng tỏ q trình khử nhơm mở rộng lỗ rỗng ZSM-5 mà không phá hủy cấu trúc tinh thể Nếu tăng tỷ lệ Y so với ZSM-5 vật liệu DeAl-Y/ZSM-5 diện tích bề mặt lỗ nhỏ thể tích lỗ nhỏ có xu hướng ngày tăng 2.3 Khả ứng dụng vật liệu zeolite DeAl-Y/ZSM-5 2.3.1 Ứng dụng hấp phụ dung môi hữu Vật liệu DeAl-Y/ZSM-5 tỗng hợp nhầm mục đích hấp phụ dung môi hữu chẳng hạn benzen, toluene, xylene ethanol Ngồi ra, cịn hấp phụ dung mơi khí khí SO2, NOx VOCs Các dung mơi khí thường coi chất nhiễm khơng khí[24] 2.3.2 Ứng dụng làm chất xúc tác Được sử dụng làm chất xúc tác nhiều phản ứng hóa học, bao gồm phản ứng tổng hợp metanol, phản ứng cracking dầu phản ứng hydro hóa Vật liệu composite SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh DeAl-Y/ZSM-5 sử dụng sản xuất metanol từ khí carbon dioxide hydro Phản ứng gọi phản ứng tổng hợp Fischer-Tropsch Vật liệu zeolite composite DeAl-Y/ZSM-5 cải thiện hiệu suất phản ứng, giúp làm giảm chi phí sản xuất metanol[25] 2.3.3 Lọc nước Vật liệu sử dụng để lọc nước sinh hoạt, xử lý nước thải nước cơng nghiệp Ngồi ra, loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, vô vi sinh vật khỏi nước Đồng thời, Chuyển đổi hydroxit xúc tác phần hòa tan Ethanol từ trình Ethan phân cặn khai thác than subbitum Hecaogou có xúc tác niken để làm nhiên liệu lỏng làm nhiên liệu lỏng [26] SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Ở đồ án này, nhóm chúng em tìm hiểu nội dung bản, tổng quát sở khoa học để tổng hợp thành công nên vật liệu zeolite composite DeAl-Y/ZSM-5 Từ zeolite Y ZSM-5 ban đầu với ưu nhược điểm tồn vật liệu, chúng em tìm hiểu nguồn tài liệu đưa phương pháp tổng hợp vật liệu DeAl-Y/ZSM-5, vật liệu zeolite composite sau tỗng hợp có diện tích lỗ rỗng thể tích lỗ rỗng cao, thể khả hấp phụ VOCs kiện khô ướt tốt Ứng dụng vật liệu vào trong đời sống, sản xuất hóa chất chí quân để góp phần giảm thiểu ảnh hưởng dung môi hữu sức khỏe người với môi trường xung quanh SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Koppmann, Volatile organic compounds in the atmosphere, Blackwell Publishing (2007) [2] T.U Đặng, Nghiên cứu khả hấp phụ dung môi hữu zeolite composite tỗng hợp sở zeolite Y tributyl phosphat, tricresyl phosphat, Đại học Quốc gia Hà Nội, Việt Nam, (2017) [3] Technical Overview of Volatile Organic Compounds , 2009) [4] A.B Angela Luengas, Cecile Hort, Gorka Gallastegui, Vincent Platel, Ana Elias, "A review of indoor air treatment technologies", Rev Environ Sci Biotechnol, DOI 10 1007/s11157-015-9363-9, (2015) [5] C.H Benoit Guieysse, Vincent Platel, Raul Munoz, Michel Ondarts, Sergio Revah, "Biological treatment of indoor air for VOC removal: Potential and challenges", Biotechnology advancees, 26, pp 398-410, (2008) [6] K.H.N Guo H, Cheng R H, Lee C S, Hung T W, Li S Y, "Formaldehyde and volatile organic compounds in Hong Kong homes concentrations and impact factors", Indoor Air, 19, pp 206-2017, (2009) [7] B.M Feng-Chiao Su, Stuart Batterman, Determinants of personal, indoor and outdoor VOC concentrations: An analysis of the RIOPA data, 126, pp 192 - 203 (2013) [8] D.T Win, Zeolites-earliest solid acids, AUJT 11(1) (2007) [9] E.M.F P Jacobs, J Jansen, H van Bekkum, Introduction to zeolite science and practice, Elsevier, 2001 [10] E.M.F H V Bekkum, P A Jacobs, J C Jasen, Introduction to zeolite science and practice, 2nd completely revised and expanded edition, studies in surface scien and catalysis 137, (2001) [11] W.M C Baerlocher, D Olson, Altas of zeolite structure types, Elsevier, Amsterdam 156 (2001) [12] M Tuyên, Xúc tác zeolite hóa dầu, NXB Khoa học kĩ thuật, 2004 [13] M.A Leila Roshanfekr, Zeolite-based composites for the adsorption of toxic matters from water: A review, 9(5) (2021) [14] P.T Dũng, Nghiên cứu cấu trúc, tính chất xúc tác zeolite Y ứng dụng phản ứng cracking xúc tác lọc hóa dầu, NXB Hàng Hải, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, (2016) [15] C.B L.B MeCusker, W.W Nik, Preparation of zeolite Y using local raw material rice husk as a silica source, Journal of Scientific Research I(2), (2009) SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang CBHD: Huỳnh Thu Hạnh [16] C.B L.B MeCusker, Zeolite structures, Studies in Surface Science and Catalysis, Elsevier, pp 37-67, (2001) [17] T.N Đôn, Vật liệu mao quản từ cao lanh Việt Nam - Tỗng hợp, đặc trưng ứng dụng, NXB Bách Khoa Hà Nội, (2012) [18] H.S.Y D.J Moon, Y.H Kim, W T Lim, Facile synthesis of sub-nanometer Cd4S6+ Cd2S2+ cluster in zeolite Y and its structural characteration, Journal of Porous Materials 28 1361-1369, (2021) [19] G.T.M Tuyên, Zeolite-rây phân tử khả ứng dụng thực tế đa dạng, Viện hóa học Cơng nghiệp Việt Nam, (2009) [20] C.J Bernal M P, Menéndez M and Santamaría J, "Separation of CO2/N2 mixtures using MFI-type zeolite membranes", AIChE Journal, (1), pp 127 - 135 (2004) [21] K.Y NajibTijani, Said Lamsiah and Abdelhadi EI Krounk "Synthesis of type A zeolite membrance: Application for retention of heavy metals", Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology (JOSR-JESTFT), 8, pp 90 - 93, (2014) [22] S.N.a.M Tsapatsis, Synthesis and properties of zeolitic membrance, Chapter 17, Handbook of zeolite science and technology, University of Massachusetts Amherst, Massachusetts, USA-Marce Dekker, Inc, (2003) [23] N.R Ahmad Fausi Ismail, Sunarti Abdul Rahman, "Latest development on the membrance formation for gas separation", Membrance Sci&Tech, 24, pp 1025 - 1043, (2002) [24] Y.W Shuhui Wu, Chao Sun, Novel preparation of binder-free Y/ZSM-5 zeolite composites for VOCs adsorption, 417 (2021) [25] S.Z Prof. Dr Guang Xiong, Liping Liu, Ji Qian, Prof. Dr Jiaxu Liu, Prof Leping Zhao, Aerosol Assisted Synthesis of Y/ZSM-5 Composite Zeolite and Its Application in Cracking Reaction, (2022) [26] X.-Y.W Yu-Hong Kanga, Guang-Hui Liub, Yong Gaoa, Yan-Jun Lia, XiangRong Maa, Zhi-Fang Zhanga, Zhi-Min Zongb, Catalytic hydroconversion of soluble portion in the extraction from Hecaogou subbituminous coal to clean liquid fuel over a Y/ZSM-5 composite zeolite-supported nickel catalyst, (2020) Do thời gian nội dung tìm hiểu có giới hạn nên chúng em tìm hiểu phương pháp tổng hợp zeolite composite sở zeolite Y từ kết hợp zeolite Y ZSM-5 Ngồi ra, theo nhóm em có tìm hiểu cịn có phương pháp tỗng hợp vật liệu zeolite composite sở zeolite Y từ oxit kim loại tạo nên vật liệu Y@MxOy (với M=Ni, Co, Cu Mn) kết hợp với cacbon tạo thành zeolite/ carbon composite ứng dụng hấp phụ VOCs,… SVTH: Văn Kiệt-Trúc Lam-Phương Lam Trang