Khóa luận tổng hợp và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế zeolite x từ tro trấu

Trong khi tro trấu lại chứa hàm lượng SiO2 rất cao, đây là nguyên liệu được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp sản xuất xi măng, aerogel, zeolite, silicagel,… Zeolite là một t

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU

Việt Nam, quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới với sản lượng trên 29 triệu tấn, tạo ra nguồn trấu khổng lồ cần được xử lý hiệu quả.

Trấu là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, đa dụng Ứng dụng phổ biến nhất là làm chất đốt trong sinh hoạt và sản xuất công nghiệp, ngoài ra còn được trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng.

Trấu là lớp vỏ ngoài của hạt lúa, chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ cháy và 25% tro Thành phần chính của trấu là xenlulozơ (35-40%), lignin (25-30%) và hemi-xenlulozơ (chiếm 90% tổng lượng chất hữu cơ), cùng các hợp chất nitơ và vô cơ.

B ảng 1.1Thành phần hóa học của vỏ trấu [1]

SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O SO 3 MKN

Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic dioxit, đây là một thành phần nguyên liệu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực

Hai phương pháp chính tách chiết silic từ vỏ trấu là nhiệt phân và phân tách hóa học Nhiệt phân đốt cháy vỏ trấu ở nhiệt độ cao, cho tro trấu chứa trên 80% SiO2 vô định hình, hoạt tính cao nhưng cần nhiệt độ cao Phương pháp hóa học dùng NaOH hòa tan silic thành silicat, đơn giản hơn nhưng không được đề cập đầy đủ trong đoạn văn.

Khóa luận giáo dục học nhiệt độ thường, nhược điểm là phải dùng kiềm đặc, thời gian tiến hành dài, hiệu suất không cao bằng phương pháp nhiệt phân [4].

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN

Vật liệu mao quản sở hữu hệ thống lỗ xốp phát triển với kích thước nano (vài đến vài chục nm), có cấu trúc dạng lồng hoặc ống trụ Theo IUPAC, vật liệu này được phân loại thành 3 loại.

- Vật liệu vi mao quản (micropore): đường kớnh mao quản nhỏ hơn 2 àm

- Vật liệu mao quản trung bỡnh (mesopore): đường kớnh mao quản từ 2 – 50 àm

- Vật liệu mao quản lớn (macropore): đường kớnh mao quản lớn hơn 50 àm

Khoáng nhôm silicat tự nhiên, đặc biệt là zeolit, với hệ thống vi mao quản phát triển, được ứng dụng rộng rãi trong xúc tác và hấp phụ Nhiều loại zeolit được thương mại hóa và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa chất Nghiên cứu tổng hợp vật liệu vi mao quản, bao gồm zeolit, đang thu hút sự quan tâm lớn của giới khoa học.

1.2.1 Khái niệm và lịch sử phát triển của zeolite

Nhà khoáng vật học Thụy Điển Alex Fredrik Cronstedt phát hiện zeolite năm 1756, tên gọi bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp "đá sôi" Ứng dụng xúc tác trong công nghiệp dầu khí từ năm 1960 đã tạo nên bước ngoặt, thúc đẩy nghiên cứu toàn cầu về cấu trúc, tính chất và ứng dụng đa dạng của zeolite.

Tự nhiên sở hữu khoảng 56 loại zeolit trong các mỏ lớn, song song với đó là hơn 200 loại zeolit tổng hợp được phát triển, phản ánh nỗ lực nghiên cứu và sáng tạo không ngừng trong lĩnh vực này.

Zeolite là nhóm khoáng chất aluminosilicate có cấu trúc mạng lưới anion chứa nhiều lỗ xốp và kênh liên thông, tạo thành các khoang trống.

Khóa luận đề cập đến zeolite, một vật liệu vi mao quản với các khoang trống (0,2-2 nm) chứa ion kim loại trao đổi được (Na+, K+ ) Zeolite có khả năng giữ và trao đổi thuận nghịch các phân tử bên ngoài, công thức hóa học chung là Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y.zH2O.

M2/nO.Al2O3.xSiO2.yH2O, trong đó M là kim loại có hóa trị n [7]

1.2.2 Cấu trúc của zeolite Đơn vị cấu trúc sơ cấp của zeolite là các tứ diện silica [SiO4] 4- và tứ diện alumina [AlO4] 5- liên kết với nhau qua các đỉnh oxi chung Khi tất cả các oxi trong tứ diện silica được dùng chung thì tứ diện silica sẽ trung hòa về điện Sự thay thế Si bởi Al sẽ làm cho zeolite dư điện tích âm, nên cần phải có các cation dương để trung hòa về điện, thường là: Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ ,…nhờ đó mà zeolite có tính chất trao đổi ion [7, 11]

Hình 1 C ấu trúc mô phỏng liên kết của tứ diện silica [8]

Zeolite đa dạng nhờ các tứ diện cấu tạo nên chúng có thể dùng chung số oxi khác nhau, tạo ra các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) khác biệt [7] Hình 2 minh họa các SBU, được mô tả bằng mô hình mạng nút-cạnh, với nguyên tử trung tâm của tứ diện là nút mạng và cầu nối oxi là cạnh nối.

Khóa luận giáo dục học

Hình 2 M ột số đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU

Các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) vòng 4 và vòng 6 tạo thành đơn vị sodalite (β-cage) bát diện cụt, gồm 24 tứ diện SiO₂/AlO₂ Sự kết nối khác nhau giữa các đơn vị sodalite này tạo nên đa dạng các loại zeolite (Hình 3).

Hình 3 Mô t ả sự tạo thành các loại zeolite từ đơn vị cấu trúc sơ cấp [4]

Zeolite được phân loại dựa trên nguồn gốc, đường kính mao quản, tỉ lệ Si/Al, và cấu trúc kênh mao quản [12].

1.2.3.1 Phân loại theo nguồn gốc

Zeolite tự nhiên là aluminosilicat hình thành tự nhiên từ các quá trình địa chất trong điều kiện khắc nghiệt, trải qua hàng nghìn năm Nguồn gốc có thể từ trầm tích, pegmatit, dung nham núi lửa, với pH khoảng 9-10 Tuy nhiên, zeolite tự nhiên thường kém bền và không tinh khiết.

Khóa luận giáo dục học cao nên ít được thương mại hóa, chỉ được dùng hạn chế khi yêu cầu sử dụng không đòi hỏi sự tinh khiết cao

Zeolite tổng hợp, với hơn 200 loại, bao gồm các loại tiêu biểu như zeolite A, Faujasite (X, Y) và họ ZSM-5, sở hữu độ tinh khiết cao và thành phần đồng nhất, rất phù hợp cho nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp.

1.2.3.2 Phân loại theo thành phần hóa học

- Zeolite có hàm lượng Si thấp (Si/Al = 1 – 1,5) như zeolite A, X,…

- Zeolite có hàm lượng Si trung bình (Si/Al = 2 – 5) như zeolite Y, chabazite,…

- Zeolite có hàm lượng Si cao (Si/Al >5) như zeolite ZSM-5,…

1.2.3.3 Phân loại theo đường kính mao quản

Người ta chia zeolite làm 3 loại:

Loại zeolite Đường kính mao quản

Mao quản trung bình 5 – 6 ZSM-5

1.2.3.4 Phân loại theo hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản

Dựa theo hướng không gian của các kênh hình thành mao quản, người ta chia zeolite thành 3 loại:

+ Zeolite có hệ thống mao quản một chiều như Analcim, ZSM-22

+ Zeolite có hệ thống mao quản hai chiều như Mordenit, ZSM-5

+ Zeolite có hệ thống mao quản ba chiều như zeolite X, Y

1.2.4 Tính chất cơ bản của zeolite

1.2.4.1 Tính chất trao đổi ion

Tính trao đổi ion chọn lọc của zeolite bắt nguồn từ các cation bù trong cấu trúc Những cation này rất linh động và dễ dàng trao đổi với các cation khác.

Thông thường trong zeolite tự nhiên hay hỗn hợp ban đầu đều có cation bù là

Na + Phản ứng trao đổi ion có thể mô tả như sau: nNa + - Zeol - + M n+  M n+ -(Zeol - ) n + nNa +

M n+ là cation kim loại hóa trị n, Zeol - là một điểm mang điện tích âm trên khung zeolite

Zeolite dễ dàng trao đổi nhiều loại ion phổ biến Tuy nhiên, do hệ thống lỗ trống có kích thước đồng đều, quá trình trao đổi ion thể hiện tính chọn lọc, gọi là hiệu ứng lưới, chỉ cho phép các ion có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng kích thước lỗ trống đi qua.

Hấp phụ là sự gia tăng nồng độ chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ Do cấu trúc xốp với bề mặt bên trong phát triển, hấp phụ trong zeolite chủ yếu diễn ra ở bề mặt trong, đòi hỏi kích thước phân tử phải nhỏ hơn hoặc bằng kích thước lỗ trống Tính chất này minh chứng cho khả năng hấp phụ chọn lọc của zeolite.

GIỚI THIỆU VỀ ZEOLITE X

Zeolite X thuộc học vật liệu faujasite, có cùng kiểu cấu trúc tinh thể với mã cấu trúc quốc tế là FAU Zeolite X được Breck (hãng Carbide) tìm ra lần đầu tiên vào năm 1964

Công thức tế bào đơn vị (dạng natri): Na86[(AlO2)86(SiO2)106].260H2O

- SBU: vòng 4, vòng 6, vòng kép 6 – 6

Hệ thống mao quản faujasite ba chiều có cửa sổ vòng 12 nguyên tử oxy, đường kính 7,4 Å Đơn vị cấu trúc cơ bản là sodalit hình bát diện cụt.

Zeolite X được cấu tạo từ 24 tứ diện TO4 ghép lại thành các bát diện cụt Mỗi bát diện cụt liên kết với 4 bát diện cụt khác qua cầu oxy tại mặt 6 cạnh Một ô mạng cơ sở chứa 8 bát diện cụt, mỗi bát diện có 8 mặt 6 cạnh, dẫn đến 4 mặt 6 cạnh còn trống Tổng số tứ diện TO4 trong một ô mạng cơ sở là 24.

192 và chứa 384 nguyên tử oxy [16]

Hình4a C ấu trúc không gian của bát diện cụt [3]

Nhiều nghiên cứu tổng hợp zeolite X thành công từ các nguồn khác nhau đã được thực hiện Ví dụ, Ajay K Dalai và cộng sự đã tổng hợp zeolite X từ tro trấu với tỷ lệ mol SiO2/Na2O: SiO2/Al2O3: H2O/Na2O là 1,3:4:40, sử dụng phương pháp thủy nhiệt ở 95°C trong 6 giờ.

Nghiên cứu về zeolite đang thu hút sự chú ý đáng kể tại Việt Nam, với nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp zeolite X được công bố, điển hình là các công trình của PGS.TS

Các nghiên cứu về zeolite tại Việt Nam đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể Tạ Ngọc Đôn đã tổng hợp zeolite từ cao lanh, trong khi PGS.TS Đặng Tuyết Phương và cộng sự đã tổng hợp thành công zeolite 3A, 4A và ZSM-5 Nghiên cứu về cấu trúc tinh thể zeolite X cũng được thực hiện.

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong phạm vi đề tài này, tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề:

 Điều chế zeolite X từ tro trấu

 Xác định thành phần, cấu trúc và hình thái sản phẩm silica điều chế từ tro trấu bằng các phương pháp ICP – AES, XRD và SEM

 Khảo sát ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu nhôm, tỷ lệ Na 2 O/SiO 2 , tỷ lệ SiO 2 /Al 2 O 3 đến quá trình điều chế zeolite X từ tro trấu.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP – AES)

Phân tích kích hoạt neutron (NAA) là kỹ thuật phân tích định tính và định lượng nguyên tố trong nhiều mẫu vật, chủ yếu là kim loại và một số phi kim (Si, P, C), ứng dụng rộng rãi trong địa chất, hóa học, y dược và môi trường.

Nguyên tử ở trạng thái bền vững khi electron chuyển động trên quỹ đạo năng lượng thấp nhất Năng lượng bên ngoài kích thích electron lên mức năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích không bền) Quá trình trở về trạng thái cơ bản giải phóng năng lượng, tạo ra phổ phát xạ nguyên tử.

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử plasma cảm ứng (ICP-OES) sử dụng nguồn plasma cảm ứng nhiệt độ cao, ổn định và êm dịu hơn so với nguồn tia lửa điện và hồ quang, cho phép phân tích nguyên tố hiệu quả.

Bài báo này trình bày kết quả phân tích bằng phương pháp ICP-AES, được thực hiện tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm TP.HCM (2 Nguyễn Văn Thủ, phường Đa Kao, quận 1, TP.HCM).

2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction)

Nhiễu xạ là hiện tượng giao thoa sóng do vật cản trên đường truyền tạo ra, hình ảnh thu được là giản đồ nhiễu xạ với các vệt sáng trên nền tối.

Sự nhiễu xạ xảy ra khi kích thước của vật gây nhiễu xạ xấp xỉ với bước sóng bức xạ

Tia X chiếu vào tinh thể gây phản xạ trên các mặt mạng, chỉ các mặt mạng có khoảng cách d thỏa mãn điều kiện Bragg mới tạo nhiễu xạ.

Phương trình Bragg cho phép xác định khoảng cách mạng tinh thể (d) từ bước sóng tia X (λ) và góc tới (θ) So sánh giá trị d thu được với cơ sở dữ liệu chuẩn giúp nhận biết chất và cấu trúc pha tinh thể.

Kích thước hạt được xác định dựa trên độ rộng bán cực đại của pic trên giản đồ XRD, áp dụng định luật Debye-Scherrer.

𝝀𝝀 : bước sóng ánh sáng β : độ rộng bán phổ của pic cực đại (rad) θ: góc nhiễu xạ (rad)

Trong đề tài này giản đồ XRD được tiến hành đo tại Ban quản lý Khu Công nghệ cao (Địa chỉ: 35 Nguyễn Thông, phường 7, quận 3, TP.HCM)

2.2.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM:Scanning Electron Microscope)

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là phương pháp phổ biến xác định đặc tính vật liệu, cấu trúc vi tinh thể và phân bố kích thước hạt SEM tạo chùm điện tử hội tụ vào mẫu, tạo ra các tín hiệu phản ánh đặc điểm bề mặt Phân tích các tín hiệu này cho phép xác định hình dạng, độ đồng đều và kích thước hạt với độ phóng đại cao.

Trong đề tài này các ảnh SEM được tiến hành đo tại Ban quản lý Khu Công nghệ cao (Địa chỉ: 35 Nguyễn Thông, phường 7, quận 3, TP.HCM)

2.2.4 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET: Brunauer –

Phương pháp đo diện tích bề mặt bằng hấp phụ khí nitơ ở nhiệt độ 77K là kỹ thuật phổ biến, dựa trên nguyên lý hấp phụ-giải hấp phụ vật lý.

Phương trình BET được tổng quát:

P 0 : áp suất hơi bão hòa

V : thể tích khí hấp thụ ở áp suất P

V m : thể tích khí bị hấp phụ ở lớp thứ nhất

Diện tích bề mặt riêng của mẫu được tính theo công thức sau:

S S : diện tích bề mặt riêng của mẫu (cm 2 /g)

V m : thể tích khí để hình thành đơn lớp khí hấp phụ (cm 3 )

S0 : diện tích bề mặt của 1 cm 3 khí N2 cần để hình thành đơn lớp

Trong đề tài này, phương pháp BET được đo tại Trung Tâm Manar, Đại học Quốc gia TPHCM.

DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT

Dụng cụ Hóa chất, nguyên liệu Thiết bị

- Cốc thủy tinh, đũa thủy tinh

- Pipet các loại 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml, 25 ml,

- Máy lọc hút chân không

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

ĐIỀU CHẾ SILICA TỪ TRO TRẤU

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng tro trấu lấy tại khu phố 1, thị trấn Vàm Láng, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang [4]

Trấu được rửa sạch bằng nước, phơi khô, sau đó nung trấu ở 600 o C trong 60 phút rồi 800 o C trong 30 phút Sản phẩm tro thu được có màu trắng, khá mịn

B ảng 3.1 Phần trăm khối lượng tro trong trấu

Khối lượng (gam) Lần 1 Lần 2 Lần 3

Phần trăm khối lượng tro trong trấu (%)

Như vậy, phần trăm khối lượng tro trong trấu trung bình là 10,21%

3.1.2 Hàm lượng Silic có trong tro trấu

Tro trấu chứa 40,2% silic (ICP-AES), tương đương 86,14% SiO2 Mặc dù tro trấu chỉ chiếm 10,21% khối lượng trấu, hàm lượng SiO2 trong tro lại rất cao.

3.1.3 Thành phần pha và hình thái của tro trấu

Thành phần pha và hình thái SiO2 trong tro trấu được xác định bằng phương pháp XRD và SEM, dựa trên kết quả nghiên cứu của Nguyễn Bình Nguyên (2014) [5].

Hình 5 K ết quả đo XRD của tro trấu [5]

Phân tích XRD (Hình 5) cho thấy các pic của tro trấu nằm gần đường nền, chỉ ra sự hiện diện của SiO2 ở dạng vô định hình.

Hình 6 - 7 Ảnh SEM của tro trấu [5]

Kết quả SEM (Hình 6 -7) cho thấy silica trong tro trấu là những hạt kích thước nanomet, kết tụ thành đám

TỪ TRO TRẤU

Chuẩn bị dung dịch natri silicat từ tro trấu

Hỗn hợp 13,93 gam tro và 80 ml NaOH 5M được khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 18 giờ ở nhiệt độ phòng Sau đó, phần dịch lọc được thu hồi bằng máy hút chân không.

Xác định khối lượng riêng của dung dịch natri silicat bằng cân phân tích chính xác tới 0,0001 gam thu được kết quả d ≈ 1,26 (g/ml).

Khảo sát ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu nhôm ban đầu

Nghiên cứu tổng hợp zeolite X tại Việt Nam và quốc tế được tham khảo để xác định tỷ lệ tối ưu SiO2/Al2O3, Na2O/SiO2 và H2O/Na2O lần lượt là 4, 1,3 và [thêm giá trị H2O/Na2O nếu có].

40 Các hỗn hợp được khuấy trong 1 giờ, làm già 24 giờ, thủy nhiệt ở 95 o C trong 6 giờ [13]

Thay đổi nguồn nguyên liệu nhôm ban đầu Thành phần và ký hiệu các mẫu khảo sát được trình bày ở Bảng 3.2

B ảng 3.2 Nguồn nhôm ban đầu và tỷ lệ phối liệu

STT Nguồn NaAlO 2 Ký hiệu mẫu

Tỉ lệ mol SiO 2 /Al 2 O 3

Nghiên cứu thành phần pha tinh thể của sản phẩm (có chứa Al(OH)3, ZX03, với tỷ lệ 4:1,3:40) được thực hiện bằng phương pháp XRD và SEM Kết quả phân tích được thể hiện trong các hình bên dưới.

Hình 8 K ết quả XRD của mẫu ZX01

Giản đồ XRD của mẫu ZX01 (Hình 18) xuất hiện các pic nhiễu xạ đặc trưng của zeolite X

Hình 9 - 10 Ảnh SEM của mẫu ZX01

Phân tích SEM (Hình 9-10) xác nhận cấu trúc tinh thể lục phương của zeolite X, phù hợp với kết quả XRD Tuy nhiên, kích thước hạt chưa đồng đều.

Hình 11 K ết quả đo XRD của mẫu ZX02

Giản đồ XRD (Hình 11) cho thấy đều không xuất hiện các pic đặc trưng của zeolite X, mà xuất hiện các pic đặc trưng của zeolite A và zeolite P

Hình12 - 13 Ảnh SEM của mẫu ZX02

Kết quả SEM (Hình 12 – 13) cho thấy các hạt tinh thể kết tinh ở dạng lập phương đặc trưng cho zeolite A hay zeolite P, cấp hạt khá đồng đều

Giản đồ XRD của mẫu ZX03 (Hình 14) có xuất hiện các pic của zeolite X, tuy nhiên còn xuất hiện các pic của zeolite A, gibbsite, sodalite.

Hình 15 - 16 Ảnh SEM của mẫu ZX03

Kết quả SEM (Hình 15 – 16) cho thấy các hạt tinh thể kết tinh không đồng đều, chưa có hình dạng cụ thể

Kết quả XRD và SEM cho thấy nguồn natri aluminat từ bột NaAlO2.1,74H2O phù hợp để tiếp tục nghiên cứu.

Hình 17 Ph ổ IR của zeolite NaX [15]

Hình 18 Ph ổ IR của mẫu ZX01

Phổ IR của zeolite NaX (Hình 17, [15]), cho thấy zeolite X có các pic đặc trưng là 460, 560, 667, 674, 751, 980 và 1060 cm -1

Mẫu ZX01 (Hình 18) cho thấy các phổ hồng ngoại với các dải hấp thụ tại 462,93; 563,23; 678,97; 756,92 và khoảng 950-1100 cm⁻¹, phù hợp với giá trị đặc trưng của zeolite X trong tài liệu tham khảo.

Kh ả o sát ảnh hưở ng c ủ a t ỷ l ệ Na 2 O/SiO 2

Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol Na2O/SiO2 đến quá trình điều chế zeolite

X, chúng tôi chuẩn bị dãy mẫu nghiên cứu có tỷ lệ mol Na2O/SiO 2 như bảng dưới

Mẫu ZX125 ZX130 ZX135 ZX140

Các tỷ lệ SiO2/Al 2 O 3 ; H 2 O/Na 2 O vẫn giữ cố định lần lượt là 4; 40 như thí nghiệm trên Các hỗn hợp được khuấy trong 1 giờ, làm già 24 giờ, thủy nhiệt ở

Sản phẩm thu được được khảo sát XRD Kết quả XRD được trình bày như Hình 19-22 bên dưới

Phân tích XRD xác nhận sự hiện diện của zeolite X trong các mẫu ZX125, ZX130, ZX135 và ZX140 Kích thước hạt tinh thể trung bình của các mẫu này được tính toán dựa trên độ rộng bán phổ FWHM (Hình 23-26) theo công thức Scherrer, và kết quả được thể hiện ở Hình 27.

Hình 23 Độ rộng bán phổ mẫu ZX125

The Mau_ZX125 X-ray diffraction (XRD) data, collected at room temperature (25°C), reveals a 2θ range of 5.000° to 65.000° with a 0.050° step and 1-second step time Key parameters include a FWHM of 0.139°, observed maximum intensity (837 Cps) at 6.123° 2θ, corresponding to a d-spacing of 14.42333 Å The peak's left and right angles were 5.600° and 6.250°, respectively, with intensities of 10.9 and 12.0 Cps The net peak height was 825 Cps.

Mau_ZX130 XRD data (2θ range: 5.000°–65.000°, step size: 0.050°, step time: 1s, room temperature) shows a peak with FWHM 0.147°, observed maximum at 6.163° (d-spacing 14.32879 Å), and integrated intensity of 945 cps Left and right angles are 5.700° and 6.300°, respectively, each with an intensity of 7.30 cps.

The Mau_ZX135 sample, a 2Th/Th locked XRD scan (5.000°–65.000°, 0.050° steps, 1s step time, 25°C), yielded a FWHM of 0.145° The observed maximum intensity (662 cps) occurred at 6.124° 2-theta (d-spacing 14.42078 Å), with left and right angles at 5.600° and 6.250° respectively, exhibiting intensities of 6.91 cps and 22.8 cps.

Mau_ZX140 XRD data (2θ range: 5.000°–65.000°, step size: 0.050°, step time: 1s) shows a peak with FWHM 0.136°, observed maximum at 6.117° (d-spacing 14.43763 Å), maximum intensity 835 cps, and net height 825 cps Left and right angles of the peak are 5.700° and 6.250°, respectively, with corresponding intensities of 10.8 cps and 10.2 cps.

Mẫu 2θ FWHM (độ) Kích thước hạt D (nm)

Từ bảng số liệu trên, chúng tôi trình bày kết quả dưới dạng biểu đồ như sau

Hình 27 Kích thước hạt D của các mẫu từ ZX125 đến ZX140

Kết quả cho thấy mẫu ZX140 có kích thước hạt D lớn nhất, do đó chúng tôi chọn tỷ lệ Na2O/SiO 2 = 1,4 để tiếp tục tiến hành khảo sát.

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol SiO 2 /Al 2 O 3

Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol SiO2/Al2O3đến quá trình điều chế zeolite

X, chúng tôi chuẩn bị dãy mẫu nghiên cứu có tỷ lệ mol SiO2/Al2O3như bảng dưới

Chúng tôi cố định các tỷ lệ Na2O/Si2O ; H2O/Na2O lần lượt là 1,4; 40 Các hỗn hợp được khuấy trong 1 giờ, làm già 24 giờ, thủy nhiệt ở 95 o C trong 6 giờ

Sản phẩm thu được được khảo sát XRD Kết quả XRD được trình bày như các hình (Hình 28-30) bên dưới

Hình 28 K ết quả đo XRD của ZX30

Sodium Aluminum Silicate (Na96Al96Si96O384, 00-039-0223) and Sodium Aluminum Silicate Hydrate (Na2Al2Si2.5O9·6.2H2O, 00-038-0237) are cubic structures with similar lattice parameters, analyzed using X-ray diffraction (XRD) data (ZX30, 5-65° 2θ) Both materials exhibit a face-centered cubic structure (Fm3c for the anhydrous form), differing slightly in unit cell dimensions.

Khóa luận giáo dục học au_ 0

Sodium Aluminum Silicate Hydrate (00-038-0237), with chemical formula Na₂Al₂Si₂.₅O₉·6.2H₂O or Na₂O·Al₂O₃·2.5SiO₂·6.2H₂O, exhibits a cubic crystal structure (a=b=c=24.99000 Å, α=β=γ=90.000°) X-ray diffraction data (Mau_ZX140) was collected using a 2Th/Th locked method, ranging from 5.000° to 65.000° 2-theta at a step size of 0.050° The analysis was performed at room temperature (25°C).

Sodium Aluminum Silicate Hydrate (00-038-0237), with chemical formula Na₂Al₂Si₂.₅O₉·6.2H₂O or Na₂O·Al₂O₃·2.5SiO₂·6.2H₂O, exhibits a cubic crystal structure (a=b=c=24.99000 Å, α=β=γ=90.000°) X-ray diffraction data (ZX50, 2Th/Th locked scan from 5.00° to 65.00° 2θ at 0.050° steps) was collected at room temperature (25°C).

Phân tích XRD xác nhận sự hiện diện của zeolit X trong các mẫu ZX30, ZX40 và ZX50 Mẫu ZX30 thêm vào đó còn chứa zeolit A Kích thước hạt tinh thể trung bình của các mẫu được tính toán dựa trên độ rộng bán cực đại (FWHM) theo phương pháp Scherrer (Hình 31), cho phép so sánh mức độ tinh thể hóa giữa chúng.

Mẫu 2θ FWHM (độ) Kích thước hạt D

Từ bảng số liệu trên, chúng tôi trình bày kết quả dưới dạng biểu đồ như sau:

Hình 31 Kích thước hạt D của các mẫu từ ZX30 đến ZX50

Kết quả cho thấy mẫu ZX40 có kích thước hạt D lớn nhất, do đó chúng tôi chọn tỷ lệ SiO2/Al2O3 = 4

ĐẶC TRƯNG CỦA ZEOLITE X

Hình 32 Gi ản đồ TGA – DTA của zeolite X điều chế được

Phân tích TGA-DTA cho thấy zeolite X mất nước từ 50°C, hoàn toàn ở 400°C (thu nhiệt 50-400°C, giảm khối lượng) Cấu trúc zeolite X biến đổi từ 850°C (tỏa nhiệt 850-950°C, không giảm khối lượng).

 Hình dạng và kích thước hạt

Hình 33 thể hiện kết quả khảo sát hình thái sản phẩm bằng SEM, cho thấy sản phẩm có dạng lục phương và tồn tại ở dạng kết tụ.

Hình 33 Ảnh SEM của sản phẩm

Sản phẩm đạt diện tích bề mặt riêng lớn (193 m²/g), được xác định bằng phương pháp hấp phụ khí N2.

Hình 34 Đường biểu diễn kết quả diện tích bề mặt của zeolite (193 m 2 /g)

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã:

1 Điều chế đươc zeolite X từ tro trấu theo các điều kiện sau:

 Nguồn nhôm ban đầu đi từ bột NaAlO2.1,74H2O

 Tỷ lệ mol Na2O/SiO 2 : SiO 2 /Al 2 O 3 : H 2 O/Na 2 O là 1,4 : 4 : 40

 Cách tiến hành tổng hợp: hỗn hợp khuấy trong 1 giờ, làm già 24 giờ, kết tinh thủy nhiệt trong bình thủy tinh có nút chặt ở nhiệt độ 95 o C trong 6 giờ

2 Khảo sát được các đặc trưng về cấu trúc và hình thái của sản phẩm: dạng lục phương với kớch thước hạt từ 0,636 đến 1,06 àm

3 Diện tích bề mặt riêng của zeolite X: 193 m 2 /g

Nghiên cứu về tổng hợp zeolite X và ứng dụng của nó còn hạn chế do thời gian và kinh phí Để hoàn thiện nghiên cứu, cần tiếp tục khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của zeolite X trong thực tiễn.

Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol H₂O/Na₂O, thời gian làm già, nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt đến quá trình tổng hợp zeolite X.

 Nghiên cứu ứng dụng của zeolite X như: hấp phụ kim loại nặng trong nước thải công nghiệp, làm xúc tác cho các phản ứng hữu cơ,…

Tiêu đề	Khóa Luận Tổng Hợp Và Khảo Sát Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Điều Chế Zeolite X Từ Tro Trấu
Tác giả	Đào Thị Thu Hiền
Người hướng dẫn	TS. Phan Thị Hoàng Oanh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hóa Học
Thể loại	Khóa Luận Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2016
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	2,41 MB