Nghiên ứu phản ứng oxi hoá hoàn toàn toluen trên hệ xú tá oxit vanadizeolit

Cỏc thụng số cụng nghệ của qỳa trỡnh đốt chỏy khớ thải [14] Khoảng nhiệt độ 800 – 1000 °C Thời gian lưu khoảng 1 s Độ chuyển húa >99.5 % Nhiệt tiờu thụ 90 97 – % Lưu lượng thể tớch khớ 5

bộ giáo dục và đào tạo Trờng Đại học bách khoa hà nội



luận văn thạc sĩ khoa học ngành công nghệ hoá học

“NGHIấN CỨU PHẢN ỨNG OXI HOÁ HOÀN TOÀN

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Cho phép tôi được gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TS Đào Văn Tường,

TS Phạm Thanh Huyền cùng các thày cô trong bộ môn CN tổng hợp hữu cơ hoá dầu, Trường đại học Bách khoa Hà nội những người đã trực tiếp hướng - dẫn, đọc, nhận xét và góp ý cho bản luận văn khoa học này

Cũng cho tôi bày tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu Trường đào tạo nhân - lực dầu khí Vũng tàu đã hết sức ủng hộ và tạo các điều kiện thuận lợi để tôi

có thể hoàn thành bản luận văn

Bản luận án chắc chắn còn có những sai sót Rất mong được sự nhận xét, góp

ý của các thầy cô, các đồng nghiệp để được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

1.4.1 Giới thiệu chung về vật liệu zeolit 24 1.4.2 Giới thiệu về zeolit Y 33Chương 2 Phương pháp nghiên cứu– 39 2.1 Phương pháp điều chế xúc tác 39 2.1.1 Điều chế bằng phương pháp trao đổi ion 392.1.2 Điều chế bằng phương pháp ngâm tẩm 40 2.2 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng xúc tác 40 2.2.1 Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 40

Trang 3

2.2.2 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA- Thermo Gravimetric Analysis)

và nhiệt vi sai (DTA – Differential Thermal Analysic) 42 2.2.3 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) 43 2.2.4 Phương pháp phân tích phổ tử ngoại khả kiến (UV VIS)- 452.3 Phương pháp nghiên cứu phản ứng oxi hóa toluen trong pha khí 46 2.3.1 Sơ đồ phản ứng 46 2.3.2 Phân tích sản phẩm phản ứng 47 Chương 3 Kết quả và thảo luận– 50 3.1 Nghiên cứu đặc trưng xúc tác 50 3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy, nung 50 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trao đổi ion 56 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trao đổi ion 58 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng V2O5 trao đổi 623.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp trao đổi ion 63 3.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp điều chế xúc tác 64 3.2 Nghiên cứu phản ứng oxi hóa toluen trên hệ xúc tác V2O5/NaY 673.2.1 Độ chọn lọc sản phẩm phản ứng của xúc tác 67 3.2.2 Nghiên cứu hoạt tính của hệ xúc tác V2O5/NaY 69

Phụ lục

Trang 4

DANH MỤC CÁC BẢNG

CHƯƠNG 1.

Bảng 1.1 Một số loại phản ứng làm sạch khí thải

Bảng 1.2 Các thông số công nghệ của qúa trình đốt cháy khí thải

Bảng 1.3 Nhiệt độ tối đa cho các qúa trình dùng xúc tác

Bảng 1.4 Một vài phản ứng tiêu biểu cho qúa trình oxi hóa hoàn toàn

Bảng 1.5 Hệ xúc tác Pt, Pd cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn VOCs

Bảng 1.6 Hệ xúc tác Pt, Pd Oxit kim loại cho phản ứng oxi hóa h– oàn toàn

Bảng 2.1 Thành phần các mẫu xúc tác V5+/ zeolit NaY điều chế bằng phương

pháp trao đổi ion và ngâm tẩm

CHƯƠNG 3.

Bảng 3.1 Độ hấp thụ A của các dung dịch có hàm lượng V2O5 thay đổi đo

bằng phương pháp UV VIS tại bước sóng 272 nm

-Bảng 3.2 Độ hấp thụ A của các dung dịch trao đổi ion trong 10h, 16h và 20h

đo bằng phương pháp UV-VIS tại bước sóng 272 nm

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới độ chuyển hóa toluen

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới độ chuyển hóa toluen

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng V2O5 tới độ chuyển hóa của phản ứng

oxi hóa toluen trên các xúc tác VxY-a

Trang 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

CHƯƠNG 1.

Hình 1.1 Độ chuyển hoá benzen tại 2000C trên hệ xúc tác Au [38]

Hình 1.2 Độ chuyển hoá benzen tại 2000C trên hệ xúc tác V2O5 [38]

Hình 1.3 Đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolit [6]

Hình 1.4 Các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) trong Zeolit

Hình 1.5 Sự hình thành cấu trúc zeolit A, Y từ các kiểu ghép nối khác nhau.Hình 1.6 Khối bát diện cụt Lồng sodalit.-

Hình 1.7 Cấu trúc không gian của tinh thể Zeolit NaY

Hình 1.8 Cấu trúc không gian của zeolit Y

Hình 1.9 Lỗ hổng của faujasit

Hình 1.10 Lỗ hổng trong tinh thể faujasite

CHƯƠNG 2.

Hình 2.1 Sơ đồ điều chế xúc tác V2O5/ NaY

Hình 2.2 Sơ đồ phản ứng oxy hóa toluen trong pha khí

CHƯƠNG 3.

Hình 3.1 Phổ hồng ngoại của NaY và mẫu xúc tác V8Y a sau khi sấy và

-nung tại bước sóng 1400- 400 cm-1

Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của NaY và mẫu xúc tác V8Y a sau khi sấy và

-nung tại bước sóng từ 4000- 400 cm-1

Hình 3.3 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu xúc tác V8Y-a

Hình 3.4 Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu xúc tác V8Y-a sấy, V8Y-a nung và

mẫu NaY

Hình 3.5 Phổ hồng ngoại của NaY và mẫu xúc tác V8Y a sau khi sấy và

-nung tại bước sóng từ 1300- 400 cm-1

Trang 6

Hình 3.6 Phổ UV-VIS của dung dịch oxalat vanadi chuẩn

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thụ A và hàm lượng

V2O5 trong dung dịch tại bước sóng 272 nm

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian trao đổi ion đến lượng V2O5 trao đổi.Hình 3.9 Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu xúc tác VY-a và NaY

Hình 3.10 Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu xúc tác V8NaY và V8HY

Hình 3.11 Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu xúc tác V8Y-a và V8Y-b

Hình 3.12 Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu xúc tác NaY,

V8Y-a và V8Y b -

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới độ chuyển hóa toluen trong

phản ứng oxi hóa toluen trên xúc tác V8Y-a

Hình 3.14 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới độ chuyển hóa toluen trong

phản ứng oxi hóa toluen trên xúc tác V8Y-a

Hình 3.15 Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét của mẫu V8Y-a trước và sau

khi phản ứng oxi hóa toluen

Hình 3.16 Ảnh hưởng của hàm lượng V2O5 tới độ chuyển hóa của phản ứng

oxi hóa toluen trên các xúc tác VxY- a

Một trong những khí có hàm lượng phát tán lớn vào khí quyển là các hợp chất hydrocacbon dễ bay hơi (VOCs) Cùng với tốc độ phát triển của các ngành công nghiệp thì hàm lượng phát tán các hợp chất này ngày càng cao, điều này kéo theo sự ô nhiễm không khí, thay đổi khí hậu, tác động trực tiếp tới thiên nhiên và con người ngày càng nghiệm trọng.

Chính vì vậy hiện nay, việc đánh giá hàm lượng các khí trên trong khí quyển, cũng như tìm ra các biện pháp hạn chế sự phán tán của chúng vào khí quyển là một vấn đề vô cùng quan trọng và cấp thiết Một trong những biện pháp hiệu quả nhất và được quan tâm rất rộng rãi trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hiện nay đó là qúa trình oxy hóa sâu sử dụng xúc tác [57] Hiện nay đã có nhiều loại xúc tác được nghiên cứu, ứng dụng trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như các kim loại quý (Pt, Pd…), các oxit kim loại (MoO3, CoO, ZnO,V2O5…)

Sau Pt và Ag, xúc tác V2O5 là hệ xúc tác công nghiệp được sử dụng lâu nhất cho phản ứng oxi hóa và là đối tượng nghiên cứu cho rất nhiều phản ứng oxi hóa khác bởi hoạt tính cao của xúc tác này trong phản ứng oxi hóa

Zeolit là một xúc tác quen thuộc trong lĩnh vực lọc dầu, ngoài khả năng

là xúc tác axit rắn còn có nhiều đặc điểm rất thú vị: với bề mặt riêng lớn và

Trang 8

bền vững, cấu tạo tinh thể có lỗ xốp đều đặn, zeolit là một chất mang vô cơ lý tưởng đồng thời có tác dụng như một chiếc “rây” phân tử có khả năng chọn lọc cao đối với nhiều sản phẩm mong muốn [13]

Trên cơ sở muốn tạo ra một hệ xúc tác kết hợp giữa zeolit và oxit vanadi

để tận dụng các đặc tính tốt của zeolit như độ chọn lọc hình dạng, khả năng trao đổi ion… và hoạt tính cao đối với phản ứng oxi hóa của oxit vanadi chúng tôi tiến hành tổng hợp nghiên cứu hệ xúc tác V2O5/NaY nhằm tìm ra một hệ xúc tác có hoạt tính cao đối với phản ứng oxi hóa hoàn toàn hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Trong khuôn khổ luận án này chúng tôi nghiên cứu cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn toluen một hydrocacbon thơm dễ bay hơi điển - hình, đồng thời nghiên cứu các đặc trưng, hoạt tính của hệ xúc tác điều chế được để tìm ra các điều kiện điều chế xúc tác tối ưu và các điều kiện tiến hành phản ứng oxi hóa tối ưu

Trang 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Các phương pháp xử lý –

1.1.1 Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile Organic Compounds -

VOCs)

1.1.1.1 Định nghĩa:

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có thể được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau Theo uỷ ban Châu Âu thì VOCs là những hợp chất hữu cơ có nhiệt

độ sôi đầu nhỏ hơn hoặc bằng 2500C ở điều kiện áp suất khí quyển Còn theo

tổ chức EPA CFR của Mỹ thì VOCs là hợp chất của cacbon (ngoại trừ carbon monoxide, carbon dioxide, carbonic acid, cacbua kim loại, cacbonate kim loại hoặc amoni cacbonat) có thể tham gia phản ứng quang hóa trong bầu khí quyển

Định nghĩa đơn giản và phổ biến hơn cả là: VOCs là những hợp chất hữu

cơ có áp suất hơi đủ lớn, ở điều kiện bình thường chúng bay hơi một lượng đáng kể và phát tán vào bầu khí quyển [16]

1.1.1.2 Các thành phần chính của VOCs

VOCs được chia làm 2 loại: [14 5,1 ,16]

- Metan

- Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi khác (non-metan NMVOCs):-

 Các hợp chất aldehit, xeton, acid hữu cơ

 Các hợp chất hữu cơ halogen (HHCs), đặc biệt là các hợp chất clo (CHCs), ví dụ như pecloetylen, tricloetylen, diclometan, 1,1,1-tricloetan: Các hợp chất này được ứng dụng làm trong lĩnh vực sản xuất dung môi, mỡ bôi trơn các chi tiết kim loại, chất kết dính,

Trang 10

plastic, tổng hợp các chất hóa học, làm sạch sơn & vải sợi Năm

1990, tại Tây Âu, tổng lượng tiêu thụ dung môi CHCs là

600 10 × 3 t

 Các hợp chất thơm như Benzen, Toluen, Xylen: Benzen được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất các chất hữu cơ; dùng làm dung môi hoà tan mỡ, cao su, vecni; tẩy xương, da, sợi, vải len dạ; lau khô, tẩy dầu mỡ bám trên các dụng cụ, vật liệu.Toluen được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất các chất hữu cơ,

có trong sơn, nhựa, keo dán và là chất xúc tác trong công nghệ ảnh

1.1.1.3 Nguồn phát sinh VOCs [14 6] ,1

Nguồn sinh VOCs chủ yếu là từ ngành công nghiệp hóa chất, công nghiệp sơn, dung môi, nhiên liệu, bồn bể & tầu chứa dầu, xăng…

Ví dụ: theo số liệu thống kê và tính toán năm 1995 tại Đức, lượng VOCs phát tán ra khí quyển là khoảng 2.1x106 tấn Khoảng 40% trong số đó là do sản phẩm của qúa trình cháy không hoàn trong các động cơ đốt trong gây ra Khoảng 20% là do VOCs phát tán trong qúa trình tồn chứa, bảo quản, trong qúa trình xuất nhập sản phẩm và do sự tự bay hơi của các hợp chất từ các động cơ Khoảng 50% sự phát tán VOCs còn lại là do các qúa trình sử dụng dung môi, trong số đó khoảng 40% là từ các qúa trình sản xuất, sử dụng sơn, 8% từ ngành công nghiệp kim loại, 8% từ ngành công nghệ in, 7% từ ngành sản xuất chất kết dính [14]

Ngoài ra còn phải kể đến một lượng VOCs sinh học đáng kể do cây cối sinh ra (chủ yếu là các hợp chất iso pren và tecpen), và lượng metan sinh ra từ -các lĩnh vực trồng trọt, chăn nuôi (ước tính lượng metan sinh ra từ ngành nông nghiệp khoảng 100 triệu tấn/năm) [16]

1.1.1.4 Ảnh hưởng của VOCs [14 5 6] ,1 ,1

Trang 11

a Ảnh hưởng tới môi trường

- Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi là một trong những tác nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính, đặc biệt là khí metan, điều này dẫn tới hiện tượng trái đất ngày càng nóng lên

- Gây ô nhiễm nguồn không khí, nguồn nước ngầm

- Phá hoại mùa màng, đất trồng trọt

b Ảnh hưởng tới sức khoẻ con người

- Khi nồng độ VOCs vượt quá 25mg/m3 có thể gây nhức đầu cấp tính

và các tác động trung gian khác Tuỳ thuộc vào thành phần của VOCs mà tác hại đến sức khoẻ khác nhau Nếu tỷ lệ benzen cao sẽ liên quan đến ung thư

- Các VOCs làm hủy tế bào máu, tế bào gan, thận; gây ung thư, viêm

da, tổn hại đến hệ thần kinh trung ương, buồn nôn, mất phương hướng; mệt mỏi; ảnh hưởng đến khả năng sinh sản (hiếm muộn, vô sinh) và giảm tỉ lệ sinh sản (khó đậu thai, sinh ít con); gây chết nếu hít vào với lượng lớn ở nồng độ cao

1.1.2 Các phương pháp giảm sự phát tán VOCs ra khí quyển [14 5 6] ,1 ,11.1.2.1 Giới thiệu chung:

Hiện nay nhiều biện pháp nhằm giảm thiểu, xử lý lượng VOCs phát tán

ra khí quyển đã được xây dựng và phát triển, đó là:

- Phát triển công nghệ, thiết bị nhằm hạn chế, giảm lượng VOCs phát tán

ra môi trường Ví dụ lượng dung môi sử dụng trong ngành công nghệ sơn được hạn chế, giảm dần, chuyển các loại sơn dùng dung môi sang sơn nước, sơn bột, sơn phủ rắn, sản xuất các loại dung môi thân thiện với môi trường như dung môi được sản xuất từ dầu thực vật…

- Nghiên cứu, sản xuất ra các hợp chất thay thế phù hợp, các tác nhân tự nhiên sạch, thân thiện với môi trường, an toàn với con người

Trang 12

- Nghiên cứu, tìm ra các biện pháp xử lý, làm sạch nhằm giảm thiểu lượng VOCs phát tán

1.1.2.2 Phương pháp xử lý vật lý và phương pháp xử lý hóa học:

Từ kết quả nghiên cứu nguồn gốc phát sinh VOCs ở trên, ta nhận thấy một lượng lớn (khoảng 50%) lượng VOCs phát tán ra môi trường là từ khí thải của động cơ Để làm giảm hàm lượng khí thải thải ra môi trường, góp phần bảo vệ môi trường, hiện nay có nhiều công nghệ xử lý làm sạch khí khác nhau Có thể phân loại ra phương pháp xử lý vật lý và phương pháp xử lý hóa học

- Qúa trình đốt cháy khí thải

Qúa trình đốt cháy hoàn toàn khí thải để chuyển hóa các hợp chất hydrocacbon thành CO2, cũng được ứng dụng khá rộng rãi, với nhiệt độ đốt cháy cao Nếu trong thành phần khí thải có S, hay halogen thì cần phải có giai đoạn xử lý tiếp theo do có sự tạo thành các sản phẩm SO2, HCl, Cl2

Thời gian lưu 0.42 – 0.02 s

Thời gian lưu 0.2 0.3 – s

Thời gian lưu 0.42 – 0.02 s

Trang 14

Nếu trong khí thải có chứa các hợp chất clo thì cần phải chú ý đến sự tạo thành các hợp chất polyclo Nếu có sự tồn tại các tiền chất, ví dụ như clobenzen, thì hợp chất polyclo dibenzodioxin và dibenzofuran có thể được tạo thành ( trong điều kiện thiếu oxy, nhiệt độ thấp: 300 – 6000C, hoặc thời gian lưu không thích hợp)

Qúa trình đốt cháy khí thải thường được thực hiện trong lò đốt, các thông

số vận hành chính của lò được cho trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Các thông số công nghệ của qúa trình đốt cháy khí thải [14]

Thích hợp cho nguồn khí thải sinh ra liên tục

Không thích hợp cho nguồn khí thải sinh ra không liên tục

- Phản ứng oxi hóa hoàn toàn dị thể pha khí:

Các hợp chất có hại cho môi trường sẽ được chuyển hóa thành các sản phẩm không gây độc hại nhờ phản ứng oxi hóa với sự có mặt của xúc tác rắn Các chất xúc tác này có cấu trúc lỗ xốp với diện tích về mặt lớn, thúc đẩy tốc

độ phản ứng, giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, do đó cho phép phản ứng diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn, thiết bị phản ứng nhỏ hơn, thời gian lưu ngắn hơn so với phương pháp xử lý nhiệt (đốt cháy) thông thường Bởi vậy phản

• Xúc tác không thay đổi cấu trúc trong khoảng nhiệt độ phản ứng

• Xúc tác phải có độ bền cần thiết chống lại sự mài mòn, va chạm trong qúa trình nạp liệu và phản ứng

Mặc dù trong qúa trình phản ứng xúc tác không bị tiêu hao, nhưng dưới tác dụng của nhiệt độ, hay các chất gây ngộ độc xúc tác xúc tác sẽ dần bị mất hoạt tính, giảm diện tích bề mặt, mất các tâm hoạt tính, cốc hóa, thay đổi cấu trúc Do đó, trong công nghiệp nhiệt độ cao nhất cho các qúa trình dùng xúc tác được cho trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Nhiệt độ tối đa cho các qúa trình dùng xúc tác [14]

1 Xúc tác là oxit kim loại Nhiệt độ tối đa

- Xúc tác không dùng chất mang 500 °C

- Xúc tác dùng chất mang 700 °C

2 Xúc tác là kim loại q ý

- Xúc tác mang trên chất mang nhôm oxit 700 °C

- silicat Xúc tác mang trên chất mang nhôm 1000 °C

Trang 16

Hiện tượng xúc tác bị ma sát, mài mòn là do sự rung, lắc của thiết bị; sự tăng áp đột ngột, lớp xúc tác bị lỏng hay do các hạt bụi rắn gây ra Nếu nhiệt

độ phản ứng tăng qúa nhanh sẽ gây ra hiện tượng sốc nhiệt, xúc tác có thể bị

vỡ do chịu ứng suất nhiệt qúa lớn Ngoài ra sự chuyển động sôi của lớp xúc tác cũng làm tăng sự ma sát, mài mòn và vỡ xúc tác Nếu trong thiết bị phản ứng lớp xúc tác là cố định, thì để tránh hiện tượng xúc tác sôi ta có thể cho dòng vào từ trên đỉnh thiết bị Một số phản ứng tiêu biểu cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn được cho trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Một vài phản ứng tiêu biểu cho qúa trình oxi hóa hoàn toàn [14]

sulfua H2S + O1.5 2 →SO2 + H2O 15 355

Trong các phương pháp xử lý làm sạch khí thải ở trên thì qúa trình oxi hóa hoàn toàn VOCs có trong khí thải đang là đề tài nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu trên thế giới, bởi khả năng ứng dụng, hiệu quả cao, chi phí thấp hơn Tuy nhiên qúa trình này hiện nay cũng đang đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật như sự ngộ độc xúc tác, nhiệt độ phản ứng còn cao, xúc tác bị qúa nhiệt….Do đó tìm ra những loại xúc tác mới, bền nhiệt, có hoạt tính cao, thời gian hoạt động dài, cho phép phản ứng oxi hóa hoàn toàn xảy ra ở nhiệt độ

và các sản phẩm tự nhiên, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất, tráng men, sơn, y dược, làm dung môi chiết tách, làm nguyên liệu để sản xuất chất keo dính, mực in và một số hóa chất quan trọng như thuốc nổ TNT Ngoài ra, toluen còn sử dụng là nguồn nguyên liệu cho các quá trình hóa học như các quá trình oxy hóa, đặc biệt là quá trình oxy hóa chọn lọc tạo các sản phẩm có giá trị như benzaldehit, axit benzoic, anhydric, …[1].

Sự rò rỉ của toluen trong đất hoặc nước gây nên hiện tượng ô nhiễm nghiêm trọng Độ hòa tan của toluen trong nước là rất thấp (0,1 g/l ở 20°C) ở 20°C áp suất hơi của toluen là 2,9kPa, toluen bay hơi tương đối nhanh vào không khí, bên cạnh các tác dụng trực tiếp thì các phản ứng thứ cấp với các tác nhân ô nhiễm không khí khác cũng đáng được quan tâm Phản ứng với oxit nitơ dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời dẫn đến sự tạo thành ozôn và sương mù và có thể gây ra các vấn đề ô nhiễm sinh thái nghiêm trọng, mặc dù toluen tham gia các phản ứng này tương đối chậm Hàm lượng các chất ô nhiễm này tăng dần tại những nơi sử dụng toluen làm dung môi như các khu vực sản xuất sơn, các khu vực sản xuất nhiên liệu (trong đó sự thoát ra của toluen trong khí quyển là đáng được chú ý) Khi toluen có mặt trong nhiên liệu nó làm ảnh hưởng đến thành phần các khí thải Khi hít phải hơi toluen sẽ ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, làm tăng các triệu chứng như đau đầu, hoa mắt, chóng mặt,…Sự mất ý thức cũng có thể xảy ra khi nồng độ

Sự chuyển hóa trao đổi chất của toluen xảy ra chủ yếu trong gan Sự giảm lượng toluen xảy ra theo nhiều mức độ, bao hàm sự hình thành của benzaldehyt, axit benzoic và sự kết hợp với glyxin để tạo thành axit hippuric.

Vì vậy việc làm giảm hàm lượng toluen- một trong những hợp chất hữu

cơ dễ bay hơi trở nên cấp thiết

1.3 Xúc tác cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn VOCs.

1.3.1 Hệ xúc tác dựa trên các kim loại quý (Pt, Pd, Au…)

[29,30,31,32,33,34,3 ,35 6]

Các kim loại quý được ứng dụng rất rộng rãi trong qúa trình oxi hóa đặc biệt là các phản ứng oxi hóa hoàn toàn hydrocacbon do hoạt tính cao của các xúc tác này, trong đó được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất là các kim loại

Pt, Pd, Au, Ag…

Các kim loại quý thường được mang trên chất mang Al2O 3, SiO 2, TiO2, CeO2, Zeolit… với hàm lượng từ 0.01 – 5% khối lượng Bảng 1.5 thể hiện độ chuyển hóa một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thành CO2 tại các nhiệt độ khác nhau trên các hệ xúc tác Pt, Pd

Bảng 1.6 Hệ xúc tác Pt, Pd – Oxit kim loại cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn

0.014% Pt - 3.7%

0.014% Pt - 9.1%

Độ hoạt động của xúc tác trong phản ứng trên giảm dần theo dãy Au/Co3O4 > Au/NiFe2O4 > Au/ZnFe2O4 > Au/Fe 2O 3 Độ chuyển hóa benzen trên xúc tác 3% Au/CeO2 đạt trên 80% tại 2000C (hình 1.1) Khi cho thêm oxit vanadi vào hệ xúc tác Au, độ chuyển hóa của benzen tăng mạnh, với hệ Au-V/CeO2 độ chuyển hóa của benzen đạt gần 100%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Au/TiO2 Au/ZrO2 Au/CeO2

Trang 22

Hình 1.1: Độ chuyển hoá benzen tại 2000C trên hệ xúc tác Au [37]

1.3.2 Hệ xúc tác dựa trên các oxit kim loại chuyển tiếp

Để giảm bớt giá thành xúc tác do các kim loại quý rất đắt tiền, nhiều nhà nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào hướng sử dụng các oxit kim loại chuyển tiếp thay thế hoặc sử dụng cùng với các kim loại quý để tạo ra các hệ xúc tác mới với giá thành rẻ hơn, bền hơn, ít bị ngộ độc hơn và có hoạt tính cao

Các oxit kim loại chuyển tiếp thường được sử dụng nhất đó là V, Ni, Cu,

Mn, Fe, Co, Cr, Ti, Ce, Zr,….Các oxit kim loại này có thể được sử dụng một mình trên chất mang thích hợp, hoặc kết hợp với nhau tạo thành các hệ xúc tác đa oxit Đã có nhiều nghiên cứu về các hệ xúc tác này và cho kết quả tương đối khả quan như trình bày trong bảng 1.7 [34 6,3 ]

Bảng 1.7 Hệ xúc tác oxit kim loại cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn VOCs

1.3.3 Hệ xúc tác dựa trên oxit kim loại Vanadi (V2O5) [9 3 7 ,1 ,3 ].

Sau các kim loại quý, xúc tác V2O5 là hệ xúc tác công nghiệp được sử dụng lâu nhất cho phản ứng oxi hóa V2O5 lần đầu tiên được sử dụng cho phản ứng oxi hóa SO2 thành SO 3 Sau đó hệ xúc tác trên cơ sở V 2O5 được ứng dụng thành công cho nhiều phản ứng oxi hóa chọn lọc khác như phản ứng oxi hóa naphtalen thành anhydric phtalic, oxi hóa benzen thành anhydric maleic…Ngoài ra còn nhiều công trình nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào hướng dùng hệ xúc tác này cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn VOCs Xúc tác V2O5 có thể dùng đứng một mình hoặc kết hợp với các kim loại, oxit kim loại khác trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn [9,13]

Trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn benzen ở 2000C, hoạt tính của hệ xúc tác giảm dần theo dãy sau: V2O5/CeO2 > V 2O5/TiO 2 > V2O5/ZrO 2 Khi thêm Au vào hệ xúc tác này thì hoạt tính của hệ tăng cao, với hệ Au-V/CeO2 độ chuyển hóa của benzen đạt gần 100%, điều này thể hiện qua b u đồ hình 1.2 [37iể ]

Trang 24

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

V2O5/TiO2 V2O5/ZrO2 V2O5/CeO2 V2O5 - Au/TiO2 V2O5 - Au/ZrO2 V2O5 - Au/CeO2

Hình 1.2: Độ chuyển hoá benzen tại 2000C trên hệ xúc tác V2O5 [37]

1.4 Xúc tác Zeolit

1.4.1 Giới thiệu chung về vật liệu zeolit

1.4.1.1 Khái niệm và phân loại zeolit

- Khái niệm:

• Stilbile là zeolit tự nhiên đầu tiên được nhà khoáng vật học Bronsted (Thụy Điển) tìm ra từ năm 1756 [44] Bronsted gọi khoáng vật đó là “zeolit” dựa trên 2 từ cổ Hy Lạp, “zeo” và

“lithos” có nghĩa là “ làm sôi một hòn đá”, bởi khi đun nóng người ta thấy khoáng vật bị phồng rộp lên

• Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về zeolit nhưng một cách chung nhất, zeolit có thể được định nghĩa như sau: “zeolit là các

aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian 3 chiều, với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự’’ Hệ mao quản trong zeolit

có kích cỡ phân tử dao động trong khoảng 12Ǻ [38, 393÷ ]

Ký hiệu trong móc vuông [] là thành phần cơ bản của một ô mạng cơ sở tinh thể.

Đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolit là các tứ diện TO4, với T là Al hoặc

Si Có thể biểu diễn đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolit như sau:

Hình 1.3 Đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolit [5]

- Phân loại:

Có nhiều cách để phân loại zeolit nhưng thông thường người ta phân loại theo 3 cách sau:

• Phân loại theo nguồn gốc;

• Phân loại theo kích thước mao quản;

• Phân loại theo thành phần hóa học

a Phân loại theo kích thước mao quản.

Phân loại theo kích thước mao quản rất thuận tiện trong việc nghiên cứu ứng dụng của zeolit, theo cách này ta chia zeolit thành 3 loại:

Trang 26

• Zeolit có mao quản rộng: đường kính mao quản lớn hơn 8Ǻ;

• Zeolit có mao quản trung bình: đường kính mao quản từ 5Ǻ÷8Ǻ;

• Zeolit có mao quản nhỏ: đường kính mao quản nhỏ hơn 5Ǻ

b Phân loại zeolit theo tỷ lệ Si/ Al

Phân loại theo cách này cho ta biết về những biến đổi tính chất của zeolit Zeolit được phân thành 3 loại sau:

• Loại giàu Al;

• Loại có hàm lượng Si trung bình: Với zeolit loại này tỷ lệ Si/Al

từ 1,2 đến 2,5 ta có các zeolit thuộc họ này là zeolit Y, X;

• Loại giàu Si

Trong đó zeolit Y là một dạng của zeolit tổng hợp, có tỷ số SiO2/Al2O3≥2,5, có kích thước mao quản rộng, từ 7÷10Ao

1.4.1.2 Cấu trúc tinh thể zeolit

Các zeolit tự nhiên cũng như các zeolit tổng hợp đều có cấu trúc không gian ba chiều, được hình thành từ các đơn vị sơ cấp là các tứ diện TO4 (T: Si, Al) Trong mỗi tứ dịên TO4, cation T được bao quanh bởi 4 ion O2- và mỗi tứ diện liên kết với 4 tứ diện quanh nó bằng cách ghép chung các nguyên tử oxy

ở đỉnh Khác với tứ diện SiO4 trung hòa về điện, mỗi một nguyên tử Al phối trí tứ diện trong AlO4- còn thừa một điện tích âm, vì vậy, khung mạng zeolit tạo ra mang điện tích âm và cần được bù trừ bởi các cation kim loại Mn+ nằm ngoài mạng

Sự liên kết các tứ diện TO4 theo một trật tự nhất định sẽ tạo ra các SBU khác nhau Hình 1.4 trình bày 9 loại SBU mà mỗi cạnh trong SBU biểu thị một liên kết cầu T- O- T [48]

Bảng 1.8 Dữ liệu cấu trúc cơ bản của một số zeolit thông dụng [38, 39, 41]

xứng

Nhóm không gian

Đường kính mao quản

6- 2

Cubic Fd3m 7,4; 2,2(**)

Mordenit 6 5- 1 Orthorhombic Cmcm 6,5x 7,0;

2,6x 5,7 ZSM- 5 6 5- 1 Orthorhombic Pnma 5,3x 5,6;

5,1x 5,5 (*) Các SBU thường gặp, (**) Đường kính mao quản thứ cấp

1.4.1.3 Ứng dụng của zeolit [3 7] ,

Ứng dụng của zeolit tổng hợp và các oxyt vi mao quản khác từ 1950 đã được sử dụng trong cửa sổ cách nhiệt, điều hòa không khí, tủ lạnh, bột giặt … Thể tích lỗ xốp lớn, kích thước mao quản đồng đều, việc điều khiển thành phần hóa học bộ khung cho phép điều khiển cấu trúc và tính chất zeolit Zeolit đã được ứng dụng rộng rãi làm vật liệu xúc tác có độ chọn lọc và hoạt

Trang 29

tính cao, chất hấp phụ cà chất trao đổi ion với dung lượng lớn Trong tinh chế dầu mỏ và công nghiệp hóa dầu, các zeolit được sử dụng trong các quá trình sản xuất xăng không chì, sợi và nhựa tổng hợp và nhiều quá trình khác với giá thành thấp hơn, chất lượng và hiệu quả cao hơn Các zeolit cũng được sử dụng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường để xử lý khí thải động cơ và các chất gây ô nhiễm trong không khí, hấp phụ các chất thải độc hại (trong các nhà máy hạt nhân và chất thải phóng xạ) Ngoài ra zeolit còn được sử dụng trong

kỹ thuật làm lạnh để loại bỏ CFC (một chất bị cấm theo hiệp ước Montreal Protocol)

Các zeolit được ứng dụng rộng rãi làm xúc tác trong nhiều quá trình chuyển hóa hóa học nhờ có 4 tính chất đặc trưng sau:

- Zeolit có khả năng trao đổi ion: nhờ tính chất này mà người ta có thể đưa vào trong cấu trúc của zeolit các cation có tính chất xúc tác như: cation kim loại kiềm cho phản ứng bazơ, cation kim loại chuyển tiếp như: Cu, Co, Fe, Mn…cho phản ứng oxy hóa hay trao đổi với các axit chuyển sang dạng H+ cho các phản ứng cần xúc tác axit…

- Các zeolit sau khi trao đổi H+ trở thành các axit rắn có nhiều tâm axit

và lực axit tương ứng, có khả năng xúc tác rất tốt cho nhiều quá trình chuyển hóa hóa học

- Thể tích xốp trong các zeolit rất lớn, cho phép chúng hấp thụ một lượng lớn các chất phản ứng Như vậy, nồng độ phân tử ở xung quanh tâm hoạt tính sẽ lớn hơn trên bề mặt ngoài, khả năng tương tác và phản ứng cao hơn, đặc biệt thuận lợi cho các phản ứng như: oligome hóa, chuyển hóa hydrua

- Với hệ cấu trúc mao quản đồng nhất, các zeolit thể hiện tính chọn lọc rất cao Quá trình khuếch tán của các tác nhân phản ứng và các sản phẩm trong lỗ xốp của zeolit đóng vai trò quan trọng trong phản ứng

Zeolit đã được sử dụng trong các quá trình:

a Ứng dụng của zeolit trong công nghệ lọc dầu [3]

Công nghiệp lọc dầu đang phải đối mặt với nhiều thách thức quan trọng Trong đó có những luật môi trường yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng của nhiên liệu và cách hoạt động của các nhà máy lọc dầu

Để sử dụng có hiệu quả các sản phẩm dầu mỏ thì việc chế biến chúng

có vai trò rất quan trọng, nhằm để nâng cao chất lượng cũng như hiệu suất sản phẩm, đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế quốc dân

Việc tìm ra và tổng hợp được zeolit đã tạo nên một bước ngoặt quan trọng trong ngành công nghiệp hóa học và đặc biệt là trong ngành công nghiệp dầu khí Sự ứng dụng của zeolit không những làm tăng cả về số lượng, chất lượng của sản phẩm dầu khí mà còn góp phần nâng cao hiệu suất của các quá trình chế biến một cách đáng kể

Lượng zeolit được sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến dầu ngày càng tăng về số lượng, chủng loại và khối lượng sử dụng Theo thống kê về việc sử dụng zeolit trong các công đoạn lọc hóa dầu, người ta đã đưa ra bảng 1.9 [3]

Do có những đặc tính ưu việt nên zeolit đã trở thành một loại xúc tác không thể thiếu được trong công nghệ lọc hóa dầu Nó được sử dụng hầu hết trong các công đoạn như [3]:

Trang 31

+ Cracking xúc tác;

+ Alkyl hóa các hydrocacbon thơm;

+ Izome hóa cấu trúc n- buten, các alkan mạch thẳng;

+ Oligome hóa alken;

+ Thơm hóa các alkan, alken…

Bảng 1.9 Lượng xúc tác zeolit sử dụng trong lọc hóa dầu [3- ]

Quá trình tinh chế Xúc tác Lượng xúc tác sử dụng, T/ năm

1978 1985 Cracking xúc tác Zeolit 280.000 350.000 Alkyl hóa Zeolit 175.000 240.000

Hydrocracking Zeolit 19.000 46.000

b Trong lĩnh vực hóa dầu

Zeolit được sử dụng trong quá trình tổng hợp cumen, tách paraxylen từ hỗn hợp hydrocacbon C8, đồng phân hóa xylen, trong quá trình bất phân bố toluen, tổng hợp p- xylen từ toluen, sản xuất hydrocacbon thơm từ các hydrocacbon nhẹ, chuyển hóa metanol thành olefin (MTO), đồng phân hóa olefin, hấp phụ loại bỏ các hợp chất chứa O2, sử dụng trong quá trình sản xuất bột giặt

- Trong quá trình sản xuất và làm sạch khí công nghiệp: Rây phân tử được sử dụng để loại H2O và CO2 khỏi không khí trước các quá trình hóa lỏng và tách loại bằng chưng cất nhiệt độ thấp Rây phân tử còn được sử dụng trong quá trình hấp phụ thay đổi áp suất, làm sạch không khí và H2

- Trong quá trình sản xuất hóa chất tinh khiết và dược phẩm: Sử dụng trong quá trình sấy, tách loại các tạp chất, khử mùi và một số ứng dụng đặc biệt khác

Ngoài các ứng dụng chính nêu trên, zeolit còn sử dụng cho các mục đích khác nhau như:

- Dùng làm khô không khí (khả năng làm khô của zeolit có thể đạt tới lượng ẩm còn xấp xỉ 0,1 ÷ 0,3 gam hơi ẩm/ gam chất);

- Dùng để tinh chế chất lỏng, khí, tách các hỗn hợp hydrocacbon;

- Làm chất mang trong tác nhân lưu hóa cao su và chất dẻo;

- Làm hạt trao đổi ion để tách đồng vị phóng xạ trong công nghệ hạt nhân…

d Ứng dụng của zeolit trong bảo vệ môi trường

- Xử lý khí thải: Sử dụng Cu- ZSM 5 hoặc zeolit trong bộ ba lớp để đưa chất thải về dạng không độc: CO2, NO2 Ngoài ra còn có Cu và Zeolit

có nguồn gốc vô cơ, clenoptilonit có thể lọc được nước có độ đục cao ≈

30÷70 mg/l

- Xử lý kim loại trong nước: Dựa vào đặc tính zeolit có khả năng trao đổi ion người ta sử dụng zeolit tự nhiên và tổng hợp để xử lý các cation độc hại trong nước như NH4+, Cu2+, Pb2+…

1.4.2 Giới thiệu về zeolit Y

1.4.2.1 Khái niệm và cấu trúc zeolitY:

Zeolit Y được Breck D.W phát minh năm 1964, công thức hóa học tiêu biểu của zeolit NaY là [50]:

Na56[(AlO2)56(SiO2)136].250H2O Zeolit Y thuộc họ vật liệu faujasit, mã cấu trúc quốc tế là FAU [49] Các dữ liệu tinh thể học cơ bản của zeolit Y bao gồm:

- SBU: Vòng đơn 4 cạnh (S4R), vòng đơn 6 cạnh (S6R), và vòng kép 6 cạnh (D6R)

- Hệ thống mao quản 3 chiều, cửa sổ vòng gồm 12 nguyên tử oxy đường kính mao quản 7,4Ǻ

- Mỗi ô mạng cơ sở dạng hình lập phương: a = b = c = 24,188Ǻ; α= õ =

ó = 90°;

- Kiểu đối xứng: Fd3m

Một cấu trúc thông dụng của zeolit Y là loại có SBU là vòng kép 6 cạnh (D6R) Đơn vị cấu trúc cơ bản là sođalit, là một khối bát diện cụt gồm 8 mặt

Trang 34

lục giác và 6 mặt vuông (hình 1.6) Mỗi nút mạng của zeolit Y đều là các sođalit và mỗi sođalit liên kết với 4 sodalit khác tại mặt 6 cạnh, thông qua liên kết cầu oxy (hay liên kết với nhau thông qua) vòng kép 6 cạnh D6R (hình 1.7)

Hình 1.6 Khối bát diện cụt- Lồng sodalit

Hình 1.7 Cấu trúc không gian của tinh thể Zeolit NaY

Zeolit NaY cấu trúc faujasite là một aluminosilicat tinh thể, được sử dụng từ năm 1960 đến nay và là thành phần chính (80%) chưa thể thay thế được trong xúc tác cracking dầu mỏ (FCC)

Cấu trúc của zeolit Y được tạo thành từ sự kết hợp của các đa diện được gọi là sođalit Các sođalit có hình bát diện cụt: 8 mặt lục giác và 6 mặt vuông,

24 đỉnh ở mỗi đỉnh là một nguyên tử silic hoặc nhôm nối với nhau qua nguyên tử oxy chung Trong zeolit Y, các sođalit ghép với nhau qua mặt 6 cạnh tạo thành cấu trúc tinh thể kiểu kim cương

Mỗi nút mạng lưới của zeolit Y đều là các bát diện cụt và mỗi bát diện cụt đó lại liên kết với 4 bát diện cụt khác ở mặt 6 cạnh thông qua liên kết cầu

Trang 35

oxy, số mặt 6 cạnh của bát diện cụt là 10 Do vậy, luôn tồn tại 4 mặt 6 cạnh còn trống của bát diện cụt trong zeolit Y

Số tứ diện SiO4 hoặc AlO4- trong mỗi tế bào cơ bản của zeolit Y là 192,

số nguyên tử oxy là 348 nguyên tử

Tỷ lệ Si/Al của zeolit Y lớn hơn 2, cao hơn so với zeolit X

Zeolit Y thuộc loại zeolit lỗ rộng, đường kính cửa sổ là 7,4Ǻ, được tạo thành bởi vòng 12 nguyên tử oxy

Đối với zeolit Y, tổng số Si+ Al =192

Hình 1.8 Cấu trúc không gian của zeolit Y

Do sự ghép nối giữa các sodalit qua mặt 6 cạnh nên trong zeolit Y đường kính hốc lớn khoảng 13Ǻ (hình α 1.8) Mặt khác, do sự liên kết thông qua các mặt 6 cạnh nên tồn tại 3 dạng cửa sổ tương ứng với các mặt thông nhau của các hốc α và õ Khi 2 hốc thông nhau, cửa sổ được giới hạn bởi αvòng 12 oxy sẽ có đường kính là 7,4Ǻ (hình 1.9) Khi hốc thông với hốc õ αhoặc hai hốc õ thông nhau, cửa sổ được giới hạn bởi vòng 6 oxy sẽ có đường

793°C [45 ].

Trang 37

1.4.2.2 Ứng dụng của zeolit Y

Zeolit Y là loại xúc tác quan trọng trong ngành công nghiệp lọc hóa dầu, nó được sử dụng trong hầu hết trong các quá trình như: cracking xúc tác, alkyl hóa, hydrocacking, isome hóa,…Ngày nay, xúc tác như ZSM- 5, HY được sử dụng chủ yếu trong quá trình cracking xúc tác [6] Đặc biệt là zeolit

Y, hiện nay, zeolit Y vẫn là xúc tác quan trọng nhất của công nghệ cracking xúc tác pha lưu thể FCC (Fluid Catalytic Cracking), xúc tác của quá trình này gọi là xúc tác FCC, mà chưa có loại zeolit nào thay thế được

Từ tổng quan tài liệu về qúa trình oxi hóa hoàn toàn, các hợp chất hữu

cơ dễ bay hơi VOCs, các hệ xúc tác sử dụng cho qúa trình oxi hóa hoàn toàn VOCs, xúc tác - chất mang zeolite, chúng tôi nhận thấy:

- Đã có nhiều tác giả nghiên cứu các phương pháp xử lý VOCs, đặc biệt

là dùng qúa trình oxi hóa hoàn toàn để chuyển hóa VOCs thành CO2

và H2O Tuy nhiên phương pháp này còn gặp hạn chế do các hệ xúc tác dùng cho qúa trình oxi hóa hoàn toàn VOCs cần phải có hoạt tính cao ở nhiệt độ thấp, độ bền cao, ít bị ngộ độc, giá thành rẻ, và có độ ứng dụng cao trong công nghiệp Do vậy tìm ra các hệ xúc tác mới đáp ứng các yêu cầu trên đang là hướng nghiên cứu của nhiều tác giả

- Hệ xúc tác dùng cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn VOCs là các kim loại quý, các oxit kim loại chuyển tiếp, hỗn hợp các oxit kim loại, hoặc kim loại quý kết hợp với oxit kim loại và được mang trên các chất mang khác nhau có bề mặt riêng lớn Tuy nhiên, do các kim loại quý rất đắt tiền nên hiện nay các nhà nghiên cứu tập trung vào các hệ xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp trên các chất mang khác nhau Một trong những oxit kim loại thể hiện hoạt tính cao cho phản ứng oxi hóa

đó là V2O5

Trang 38

- Zeolit một xúc tác rất quen thuộc trong công nghệ lọc hóa dầu, ngoài - khả năng là một xúc tác axit rắn còn có những đặc điểm: bề mặt riêng lớn, cấu trúc bền vững với cấu tạo tinh thể có lỗ xốp đều đặn, là một chất mang lý tưởng, đồng thời zeolit còn có tác dụng như một chiếc rây phân tử có khả năng chọn lọc hình dáng cao

- Toluen là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi điển hình, là một trong những hợp chất có thành phần cao trong khí thải công nghiệp, gây ô nhiễm môi trường và có hại cho sức khoẻ con người

Vì vậy trong luận án này chúng tôi tập trung nghiên cứu hệ xúc tác

V 2 O 5 /Zeolit Y cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn Toluen.

- Nghiên cứu cấu trúc xúc tác bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

- Nghiên cứu phương pháp điều chế xúc tác, ảnh hưởng của phương pháp điều chế hưởng của tiền chất, nhiệt độ trao đổi ion tới hoạt tính của hệ xúc tác

- Nghiên cứu hoạt tính của xúc tác theo nhiệt độ, thời gian làm việc…

Trang 39

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp điều chế xúc tác

2.1.1 Điều chế bằng phương pháp trao đổi ion

Xúc tác được điều chế bằng phương pháp trao đổi cation giữa dung dịch VO(C2O4)2 0,1N và zeolit NaY

Zeolit NaY được đưa vào dung dịch oxalatvanadi 0,1N đã được điều chỉnh đến pH = 6, khuấy trên máy khuấy từ trong khoảng thời gian từ 10÷16h, đồng thời mẫu được gia nhiệt đến 80°C Tiếp theo, mẫu được lọc, rửa và đem sấy trong khoảng thời gian là 6 giờ, nhiệt độ tăng dần từ 60°C đến 110°C Sau khi sấy, mẫu được nung ở 400 C trong 2 giờ, tốc độ gia nhiệt °

Hình 2.1 : Sơ đồ điều chế xúc tác V 5+ / NaY