NHIỆM VU VA NOI DUNG: " Khảo sát thành phan các chất trong nguy nligéuthan n hai thác 6 t nh nh Dương" Khảo sát anh hưởng của nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, nồng độ x c tác đến hiệu suất th
Trang 1TRUONG DAI HOC BACH KHOA
NGUYEN QUOC HAI
NGHIÊN CUU QU TR NH SAN XUẤT NHIÊN LIEU KHTU THAN B N BANG PHƯƠNG PH PNHIỆT PHAN C
X CTC
CHUYEN NGANH: MAY VA THIET BI CONG NGHE HOA HOCMA SO: 60.52.77
THÀNH PHO HO H MINH-TH NG N M
Trang 2Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS Hu nh QuyénCán bộ chấm nhận xét 1: TS Mai Thanh PhongCán bộ chấm nhận xét 2: TS Lê Anh KiênLuận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai Học Bách Khoa- DHQG-HCMNgày 09 tháng 01 năm 2012
Thành phan hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm:
1 PGS TS Phan Ð nh Tuan2 TS Hu nh Quyén
3 TS Mai Thanh Phong4 TS Lê Anh Kiên
5 TS.L Th Kim PhungXác nhận của chủ t ch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quan lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN ÁN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Quốc Hải MSHV: 10291081Ngày, tháng, năm sinh: 20-01-1987 Nơi sinh: Đồng NaiChuyên Ngành: Quá Trình và Thiết Bị Công Nghệ Hoá Học Mã số: 60.52.77I TEN DE TÀI: in uu rn dnut iniu an on
n won p it n
II NHIỆM VU VA NOI DUNG:
" Khảo sát thành phan các chất trong nguy nligéuthan n hai thác 6 t nh
nh Dương" Khảo sát anh hưởng của nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, nồng độ x c tác đến
hiệu suất thu hồi sản phẩm, hiệu suất chuy n hoá của quá tr nh nhiệt ph nthan n
" Nghi n cứu phương pháp sử ung x c tác cho quá tr nh nhiệt ph n than
n
" Nghi n cứu ảnh hưởng của một số loại x c tác đến quá tr nh nhiệt ph n
than n
Il NGÀY GIAO NHIỆM VULUAN N: 04/07/2011
IV NGAY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2011.V HO TÊN NGƯỜI HƯỚNG DAN: TS Huỳnh Quyền
CÁN BỘ HƯỚNG DAN Tp.HCM, Ngày tháng năm 2011
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
TRUONG KHOA
Trang 4Luận văn thạc sĩ này hoàn thành là nhờ sự đóng góp vàh tro của nhiều ngườiăng t nh cảm chân thành tôi xin gởi lời cảm ơn.
Tôi xin bày tỏ lòng iết ons u sắc đến thay giáo hướng ẵn là TS Hu nh QuyềnNgười đã tận t m hướng 4n, gi p d , động vi n và tạo điều iện thuận lợi cho tôihoàn thành luận văn này
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô giáo môn Quá tr nh và Thiếtnói ri ng, các thầy cô giáo hoa Kỹ Thuật Hoá Học nói chung ác thầy cô đã nhiệttình giảng ay và truyền đạt những ién thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian họctập, đó chính là nền tảng đ tôi thực hiện tốt luận văn này
Tôi xin cảm ơn các anh ch và các ạn trong Trung Tâm Nghĩ n tu ông NghệLọc Hóa Dau - Trường Đại Học ach Khoa TP.Hồ hi Minh đã gi p d , đóng gópnhững ý ién hữu ich đ luận văn của tôi được hoàn thiện hơn
uối c ng, tôi muốn cảm ơn đến gia đ nh tôi đã luôn ủng hộ tính than, dong vi n,
gi p tôi vượt qua những hó han trong suốt quá tr nh thực hiện luận văn
Tp.Hồ híMinh ngày tháng năm l
Nguyễn Quốc Hải
Trang 5TOM TAT LUAN VAN THAC SI
Năng lượng tai tao trở thành một mục tiêu quan trọng được tập trung nghiên cứutrong những năm gan đ y, trong đó iomass được xem như một nguồn năng lượng táitạo day tiềm năng cho một sự phát tri n bền vững Trong khuôn khổ nội dung luận vănthạc sĩ này, chúng tôi giới thiệu kết quả nghiên cứu quá trình nhiệt phân với nguồnnguy n liệu than nđược hai thác tạtnh nh Dương: kết quả nghỉ n cứu về sựảnh hưởng của các điều iện nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt,t lệ x c tác than n đối vớiquá tr nh nhiệt ph nthan n Nghi n cứu cũng tiến hành so sánh hai phương pháp sửung x c tác là trộn lẫn và tách rời Đồng thời, ết quả về ảnh hưởng của các loại x etac: entonite thô, entonite hoạt hoa, Zeolite A, H-ZSM-5 cũng được nghi n cứu vatrnh ày Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp trộn lẫn nguy n liệu vớibentonite thô tăng cường hiệu suất chuy n hóa của than bùn thông qua hiệu ứng tăngcường quá trình truyền nhiệt các tầng nguyên liệu trong quá trình nhiệt phân Bên cạnhđó hiệu ứng xúc tác của entonife thô là tăng cường hiệu suất thu hồi sản phẩm hí, đặcbiệt là hydro và CHy Kết quả nghỉ n cứu cũng đưa ra điều iện thích hợp cho quá tr nh
(e)
nhiét ph nthan nla: nhiétdd ° , tốc độ gia nhiệt ph t,t lệx c tac thann la Với điều ién này, hiệu suất chuy n hoá dat, , hiệu suất sản phẩmhis, ham lượng hydro trong san phẩm hi đạt , % Trong cùng một điềukiện nhiệt phân, x c tác H-ZSM-5 cho hiệu suất chuy n hoá, hiệu suất sản phẩm hivà hàm lượng Hy ro cao nhất So với x ctác entonite thô, x ctác entonite hoạt hoách làm tăng hiệu suất chuy nhoaln , và hiệu suất hí tăng , lần nhưng lại làmgiảm hàm lượng Hy ro và tăng hàm lượng O; trong sản phẩm hi Tính chất của sảnphẩm lỏng trong trường hợp nhiệt ph n cóx ctác entonite thô và hông có x c táccũng được ph n tích và trnh ày
Trang 6In recent years, the renewable energy is important objective and biomass is one ofthe most abundant renewable energy sources for a sustainable development In thisthesis, we present the results of studying peat pyrolysis process, and peat of BinhDuong province is used; the result about the effects of temperature, heating rate, ratioof Crude Bentonite catalyst/ peat on peat pyrolysis process We also compared twomethods using catalyst such as: mixing and separating Simultaneous, the effects ofcatalysts such as: Crude Bentonite, activated Bentonite, Zeolite 4A, H-ZSM-5 werealso studied and presented Our obtained results showed that, the crude bentonite —mixed peat has increased the conversion of peat by increasing thermic conduction inlayer of peat inside the reactor Peat pyrolysis process with catalyst also increased therecovery efficiency of gas products, mainly for hydrogen and methane The results ofstudying were also given the suitable conditions of peat pyrolysis process: the
temperature was 450°C, the heating rate was 15°C/min, the ratio of Crude Bentonite
catalyst/peat was 30% With these conditions, the conversion efficiency reached97.45%, the recovery efficiency of gas product was 27,26% and concentration ofhydrogen of gas product was 39,27% By comparison with the effects of catalysts atthe same conditions of reaction, the highest conversion efficiency, the highest recoveryefficiency of gas product and the highest concentration of hydrogen of gas productwere given when H-ZSM-5 catalyst was used By comparison with Crude bentonite,activated bentonite only increased the conversion efficiency to 1.01 times andincreased gas efficiency 1.03 times but reduced the concentration of hydrogen andincreased the concentration of CO, in the gas products Properties of liquid products intwo cases have catalytic pyrolysis of crude bentonite and without catalyst were alsoanalyzed and presented.
Trang 7LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan răng tất cả những kết quả nghiên cứu được nêu trong luận án này làdo tôi thực hiện, các ý tưởng tham khảo và những kết quả trích dẫn từ các công trình
hac đêu được nêu ro trong luận án.
Thành phố H6 hi Minh, năm
Nguyễn Quốc Hải
Trang 8WEC: Ủy an Năng Lượng Thế GiớiHa: hecta
Mont: MontmorillioniteSBU: Secondary Building UnitsFat: thành phan chat o
GFF: Glass fiber filterNDS: Neutral detergent solutionNDF: Neutral Detergent FiberCTAB: Cetyl trimethylammonium bromideADF: Acid Detergent Fiber
ADL: Acid Detergent LigninHHV: Higher heating valueLHV: Lower Heating Value
Trang 9DANH MUC CAC BANG
ang II : Luong than n hai thác và tỉ u thụ tr n thé giới năm -[7] Bảng II.2: Thành phan các nguyên tố trong các loại than khác nhau-[36] -|1-Bang II.3 Thanh phan hóa học than bin-[10] cccccccseesesessescsessesesesseseseeseseseeseeen -12-Bang II.4: Thanh phan các nhóm chat trong than bin-[10] -. - 2-5555 -12-Bảng II.5 : Thành phan hóa học của bentonite của một số mỏ trên thé gidi-[34] - 21 -Bang Il : o cấu sản phẩm nhiệt phan c.cccccccsescssesessesessessseseesesessesesesseseseeesesen - 35 -Bảng III.1: Tính chất Zeolite c.c.ccccccscscsssscssssssessssssessesesessesesesesesessesssesseseseeseseseesesen -55-Bảng III.2: Hóa chat sử dụng trong NDF .c.c.cccscscssessssesesseseseesesescsessssesesessesesesseseeen - 65 -Bang III.3: Hóa chat sử dụng trong ADF ceccccscsccsessssesesseseseesssesessesessesesessesesesseseees - 68 -Bang II] : Điều kiện thí nghiệm CO SO c.ccccecscscssssessssesesssessssesesssesessesesssessesesessscseees - 73 -Bang III: Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ - 74 -Bang III: Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt - 75 -Bang III: Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ xúc tác - 76 -Bang III 8 : Điều kiện thi nghiệm khảo sát ảnh hưởng phương pháp sử dung xúc tác- 77Bang III: Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng loại xúc tác - - 78 -Bảng IV.1: Kết qua thành phan nguyên liệu than bùn - 2 2552 25s: - 86 -Bang IV 2: Diện tích bé mat riéng cua mot số mẫu XÚC tÁC - ¿2+ xxx sxsxse xe - 88 -Bang IV.3: Hiệu suất các sản phẩm trong khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ - 90-Bảng IV 4: Hiệu suất các sản phẩm trong khảo sát ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt - 92 -Bang IV.5: Hiệu suất sản phẩm trong khảo sát anh hưởngt_ lệ xúc tác/ than bùn - 95 -Bang IV.6: Hiệu suất các sản phẩm trong khảo sát ảnh hưởng phương pháp sử dụng xúcBảng IV.7: Kết quả phân tích thành phần sản phẩm khí trong khảo sát ảnh hưởngphương pháp sử dụng XÚC LC - 19999010 - 100 -
Trang 109Bảng IV.8: Ảnh hưởng của các loại x c tac hac nhau đến hiệu suất sản phẩm 103 Bảng IV.9: Thanh phan khí trong khảo sát ảnh hưởng của các loại xúc tác khác nhau -105-
-ảngIV : Tính chất sản phẩm âu nhiệt ph n - 2 2 555+cc2£22£+EzEzcze 109
Trang 11-DANH MUC CAC HINH VE, DO THI
Hình II.1: Phan bố than bùn trên thé giGi-[7] c.ccccccscccsessesesessesesesssseseesesseesseseeeeees - Hình II.2: Than bùn Việt Nam - - << 3331111111111 1111111551111 1 1115555 -lI1-Hình II.3: Cau tạo hóa học của cellulose-[37] -¿ ¿+ xxx sE+E+E+E+E£eEsEsxsxzesecee - l3-Hình II.4: Ki u Fringed fibrillar và ki u Folding chatn-[3S] - «<< 55 - 14-Hình II.5: Cau tạo hóa học của các thành phân chính của hemicellulose -l5-Hình II.6: Cau tạo hóa học của hemicelÏuÏOSe- - - - - + + +S+E+E+E££sEsxsxzezecxe - l6-Hnhll : ácđơnv cơ ản của ÏIØnIT G55 G5 0 11 n krre - [7 -Hnh II 8: Sơ đỗ cau trúc phân tử của lignin - ¿5-5 2 5s+++S++s+x+£e£szxeeerxrrees - [7 -Hình II.9: Cấu trúc tinh th của Montmorillionite- [29] - 22s +s+s£+s+exe£zse: -19-Hnhll :Đơnv cấutr ctứ i@n a va at lện _ -19-HnhllÐ :Đơnv cấutr c mạng tứ lện S1)⁄{ cv eg -19-Hnhll : 4utrc hong gian a chiều của Mont - 2] -HnhllÐ :Donv cautr cco ản của Zeolite cccccccccscssssssesssesseessseseseeeseees - 25 -Hnhll : ác đơnv cấu trúc SUB của Zeolite ecceccesessesesssesesssesesssesseeseens - 26 -Hình II.15: Mô tả sự hình thành cấu trúc zeolite A, X hoặc Y ceeeecescsseeeeeseseeeeeees - 27-Hình II.16: Cau trúc tinh th của zeolite H-Z⁄SM-5 - 2 25555+c+cscz£szxccee - 28 -Hình II.17: Cau trúc kênh trong zeolite H-ZSM-5 ccccccsscsssssessssesesseesesesseseseesesen - 29 -Hình 1.18: Tinh axit cua zeolite H-Z2SÌM-Š HH re -3l-HnhlI : Độ chọn lọc hình dạng của xúc tác zeolite H-ZSM-Š - 32 -Hình 11.20: o chế quá tr nh ph n tách cellulose-[27] - ¿2-55 2+ £s+szs+ss¿ - 39 -HnhIl_ : Sơ dé thí nghiệm cua L.Vlyacheslav- [I Ï] << «««««+++esss - 50 -Hnhll : Sự phụ thuộcth tích khí nhiệt ph n đối với thời ØIAH: «<< - 50 -Hnhll : Lượng hydrocacbon trong h n hợp khí thu được trong quá trình nhiệt phânthan bùn với nồng độ nhôm silicat là 30%% - +25 ++s+£+S+£s+xzeezxcsee - 51 -HnhIl_ : So đồ tiễn hành thí nghiệm cua Hale Sutcu- [28] - - - - 52 -Hình III.1: Sơ đồ hệ thống thiết b thí nghiệm + 2 2555 22 £2£E+E+£z£zsced - 57 -
Trang 1210-Hình III.2: Hệ thống thiết b thí nghiệm + 2 252 2 2£2£E+E£E+Ez£z£E£Erxzevee 57 Hình III.3: Cau tạo thiết b nhiệt phan 5-52 5252 SE+E+E2E£E£E£E+EzEEErkrererree -58-Hình LII.4: Glass fiber ÍIÏf€T - 2003110301001 1n ke - 59 -Hinh HIS: Gooch Crucible i5 - 59 -HnhÏlÏII : n điện tur ecsssseececcccceeecceeeeeeseeeeeeccceeeeesseeaaeesseeeeeceeeeeees - 59-Hình IIL.7: Bình chiết SoxhÏet - 5c series - 60 -H nh III 8: Dụng cụ hoàn lưuvà nh cầu a cỔ 5-55 55555525525 - 60 -inn:0008507-127 77 ‹::-‹1 - 60 -Hnhll[ : om tạo chân không - - <5 5 E190 1 99 vn re - 60 -Hình III.11: Quy trình phân tích thành phan béo của than bùn - - 62 -Hình III.12: Quy trình phân tích các thành phan của than bùn -. - - 64-Hình HI.13: xúc tac Dentonite S000 SH 0v ke - 7] -HnhIll : So đồ hoạt hóa Bentonite cccceescecesessssecececessesevscecececsevevscsceeeecaeees - 7] -HnhIll : Sơ đồ khối quy trình thực nghiệm ccccecccssessesesesesesesseseseeseseseesesen - 72 -Hình III.16: Chế độ nhiệt độ phân tích máy CC - << 111v vkeeeeee -S]-Hình III.17: Cau tao máy đo é mặt riềng Nova 2200 -ẶĂ Ăn, - 85 -Hình IV.1: Thanh phan nguyên liệu Than bùn c.cccccsccsescssesessesesessssesesscsesssseseeeeees - 87 -Hình IV.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt ph n đến hiệu suất sản phẩm ¬— - 90 -Hình IV.3: Anh hưởng của tốc độ gia nhiệt đến hiệu suất sản phẩm - 93 -Hình IV.4: Ảnh hưởng cuat Iéx ctác than n đến hiệu suất sản phẩm ¬— - 95 -Hình IV.5: Ảnh hưởng của x ctác entonite thô và phương pháp sử dụng xúc tác- 98 -HnhIV : Thanh phan hi trong sản phẩm hí trong hảo sát phương pháp sử ungx CtAC €nfOnIf€ thÔ - cọ re - 100 -Hình IV.7: Ảnh hưởng của cdc x ¢ tac hac nhau đến hiệu suất sản pham - 103 -Hình IV.8: So sánh thành phan các khí khi sử dung các xúc tác khác nhau - 106 -
Trang 13-TOM TAT LUAN V N THA | Sloueccccccccccccscscscscscscecesecscscecscscacecececececececsevecaracacacacececees iiABSTRACT wicccccccccscscsscscscscsscscssscsscsescssscsscscscsssvsscsescsssesscscscssssssescsesvsssscsesssessssssseseeseess iiiLOL AM DOAN oieeccccccccccccscscssssescscscsscscscscsssscscscscsssscscscscscsscscscsssssssscscscsssssscscasscesseesees ivDANH MỤC CÁC KY HIEU VIET TAT cceccccssecececescssssecscecessseevscscecevevavscececsesecnseees VDANH MUC CAC BANG 9 viDANH MỤC CAC HINH VE, DO THI uu cccccccscesececcssscscececescevecsceceesevevacececeevevsceees viii
MU LỤ ceececcccccccsccccscscscsssscscscscsssscscscscssscsescsvsssscsesesvsvsssscsesssvssesescsssssesseesesessssssaeseseeess X
HƯƠNG I: MỞ ĐẦU E1 2222121 1511111111111 11111 11111110101 110111011111 y0 I ĐẶT VAN Đ: HT 11T T T11 TT HT TH HT ng -]-II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - s SE E 93128 EESE 3E gi -2-II MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU 6 SE SE SE EESESE£ESEEEeEeEeEeeEseeereei -3-IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - - sSsEE 98k EESESESE SE EeEsEeEevEseserees -3-V PHƯƠNGPH PNGHIEN ỨU -2-5-5- 2 5252+E+E+Escerererrsree -4-VỊ Y NGHĨA KHOA HỌỌCC G- G + tt E3 919198 E 318v v19 ng: -5-VII Ý NGHĨA THUC TIEN - + sEsEsE9EE SE EEESE SE Esegkrxei -5-HUONG II: TONG QUAN 1 2 -6-[ Vật Liệu nghiÊn CỨU << < << s 999999 0 30 0 ke -6-l — Than Dine cece ceccccccccesscccessccesscceeccceusceeessceescceescseeescseeceseesceeeseee -6-PEED, 00 ( Clk F: | CP -|7-TL ở sở lý thuyte.cccccccccscssesssesscsessesssesescsessesssessesesessesesesssseseeseseseesesen - 33 -] Qua trinh nhigt Phan 1 - 34 -2 ơ chế nhiệt Phan ccccccccccscsescsescscssssesessssssesesessssssesesssesssesseseseeeses - 35 -3, ơ chế nhiệt phân XÚC tác ¿+ - 2 2 2 +E+E+E+EEE£E£E+ESEEEEEEErkrrrrees -37-4 ơ chế của quá trình tách cellulOSe ¿- - ¿2s 2 2+s+s+£++s+x+szxzxze: - 38 -5 Các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phan - 40 -TIL Ứng dụng sản phẩm - ¿6 5256292 SE‡E#EEEEEEEEEEEEEEEEErkrkerkrkrrerrree - 42 -
Trang 1411 Ung ung của Hy rogen Hy): cccccccccscesssessssssessssssssesessssssssesesseeeeeees 42 2 Ung dụng cacbon momoxit (C): - - + ++x+c++tezezterervererxererxees - 43 -3 Ứng dụng khí metant cccccccccscssssessssssssscscsesesssessesssesecsssessescseseescseseees - 44 -4 Ứng dụng sản phẩm dau nhiệt phan c.ccccccsccsessssssessesesessesessesesessesesees - 44 -5 Ứng dụng sản phẩm răn o.ceccccsccccsessssssessesesesscsssesscsescsesesscscsesesseseeesscseseees -45-IV Tinh hình nghiÊn CỨU - GĂ G0000 0 ve - 45 -[ NgOài nƯỚC Gà - 45 -2 TOMY HƯỚC -G G SH ke - 52 -HUONG III: PHƯƠNG PH P, THIẾT BI, VAT LIEU TRONG NGHIÊN CUU
¡018/98/6010 55
-Il Đối tượng nghiên cứu- Thiết b sử dụng cccccccceccseessessesesesssessseeeseseees | Vat liỆU KG HHgg nọ - 55 -2 _ Hệ thống thiẾt b ¿55c St 3 S212 2111112111111 1111111 te - 56 -TH Phương pháp thực hiỆn (c1 1111133101011 1 1 0 vn kg - 59 -1 Phuong pháp tiền xử lý than bùn wees esessesesessesessescseesessseeseseesees - 59 -2 Phuong pháp ph n tích thành phan than bùn: - 2-2 55552: - 59 -3 Phuong pháp chuẩn b XÚC tác o.cccccccccccscsssscscsessssssescssssssesescsssssesescesees - 7] -4 Phuong pháp thực hiện thí nghiệm eee essecccceeeeesneeeeeeeseesnneeeeeees - 72-5 Phuong pháp ph n tÍch - G < s00 ng ke - 78 -HƯƠNG IV: KET QUA VA BAN LUAN 5-5 5 6S SE verersesesees - 86 -I Kết quả phân tích thành phan than bùn - ¿2 + 2 5s+s+e+s+x+zzxzxee: - 86 -II Kết quả phân tích tính chất XÚc tác o.cceecsccsessssessssssessesssessesesesseseseeseseeeesesen - 87 -Ill Két quả nghiên cứu quá trình nhiệt phân than bùn -+5- - 89 -1 _ Kết quả nghiên cứu các yếu tô ảnh hưởng -. - 2 2 55525255252 - 89 -2 Két quả nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp sử dung xúc tác - 97 -3 Kết quả nghiên cứu anh hưởng của các loại xúc tác khác nhau - 102-4 Kếtquảph n tích tính chất sản phẩm âu nhiệt ph n - - 109 -HƯƠNG V: KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ cceccccccececcccececescececesceceecscecestsceeeeeaes - 110 -
Trang 15-55-DANH MU NG TR NH — —1NNG O0 LieeeecesccecessesecscececessscececeevevacsceceeesTAI LIEU THAM KHẢO G61 5391198 1E 11121 1E 11111211 gi
Trang 16CHUONG I: MỞ DAU
I DAT VAN DEHién nay, viéc tiết kiệm sử dụng năng lượng hoá thạch, tìm kiếm nguồn nhiênliệu đ thay thé được nguyên liệu cổ đi n được sản xuất từ dầu mỏ, tìm kiếm nguồnnhiên liệu tái tạo, nguồn nhiên liệu xanh sạch đang là vấn đề đang được quan tâm hàngđầu của các Quốc gia trên thé giới, nhằm góp phân vào việc giải quyết van dé thiếu
nhiên liệu và ô nhiễm môi trường trong tương lai Lời giải cho ài toán, đó là tm
nguồn năng lượng mới, năng lượng xanh, sạch được sản xuất từ nguồn biomass rất déidào hiện nay Than bùn là một trong những nguồn nguyên liệu biomass cóth giảiquyết một phần về năng lượng và môi trường vì nó có những ưu đi m sau: lượng thanbùn hiện nay déi ao, ham lượng cacbon trong than cao, nhiệt tr tương đối cao Thann như là một nhiên liệu biomass cung cấp nguồn năng lượng sạch, giảm lượng khíthai COs, ít gây 6 nhiễm môi trường Đối với việc thu nhi n liệu từ iomass, việc chọnqui tr nh cho ph hợp là rất cần thiết Tr n thực tế, có a quá tr nh chuy n hóa biomassd thu năng lượng: hi hóa, đốt cháy và nhiệt ph n Quá trnh hi hóa là quá tr nhchuy n những vật liệu chứa cacbon như than, âu hí sinh hối thành hí tổng hợp(CO, H; ở nhiệt độ cao với sự 1 m soát lượng oxy hoặc ong hơi nước Ð y là quá
tr nh xảy ra ở nhiệt độ cao, ti u tốn nhiều năng lượng Đốt cháy là một chu 1 phản ứng
giữa nhi n liệu va oxy =m theo qua tr nh sinh ra năng lượng và làm chuy n hóa cácthành phần hóa học Thông thường, quá tr nh này được áp ung đối với nhi n liệu cóchứa nhiều hy rocac on Nhiệt ph nla ước đầu của quá trnh hi hóa được thực hiệntrong điều iện hong có oxy, ở nhiệt độ trung nh
Trong những năm trở lai đây, với sự biên động theo chiêu hướng tăng ân giá daumo, hi đốt dag y ra rât nhiêu ho han cho các nhà sản xuât có sử dụng năng lượng.Hiện nay, nguôn dâu mỏ của Việt Nam ngày càng cạn kiệt, theo đánh giá của các
Trang 17chuyên gia, néu như tốc độ khai thác như hiện nay thi trong vòng khoảng năm nữa,Việt Nam chúng ta phải nhập dau thô và hi đốt Chính vì thế việc nghiên cứu timkiếm công nghệ đ cóth sản xuất nhiên liệu đi từ các nguồn nguyên liệu có sẵn khácnhau là một van dé cần thiết Việt Nam với lợi thé là có trữ lượng than bùn déi dào,năm rải rác khắp nơi Theo các nghiên cứu, th đ y là một nguồn nguyên liệu hoàn toàncóth sản xuất ra các loại nhiên liệu sạch khí, lỏng và được sử dụng làm chất đốt Tuynhiên vẫn chưa có một nghiên cứu cụth nào về van dé sản xuất nhiên liệu từ than bùntại Việt Nam Chính vì vậy, nghiên cứu công nghệ có th áp dụng vào quá trình nhiệtph nthan nd sản xuất nhiên liệu là một vấn dé cấp bách và cần thiết đối với tìnhhình hiện nay tại Việt Nam Việc nghiên cứu công nghệ nhiệt phân than bùn khôngnhững góp một phan vào việc giải quyết van dé nhiên liệu hiện nay và trong tương laicủa Việt Nam mà bên cạnh đó công nghệ nhiệt phân than bùn góp phan vào việc nângcao giá tr nguồn tài nguyên déi ào nay chưa được hai thác đ ng mức tại Việt Nam,góp phần đưa ra một loại nhiên liệu sạch giảm thi u tình trạng ô nhiễm môi trường từviệc sử dụng các nguồn nhiên liệu chế bién từ dầu mỏ và việc sử dụng đốt trực tiếpnhiên liệu răn của các quá trình công nghệ.
Trên cơ sở nhận thức đó, dé tài luận văn thạc sĩ “ nghin 1ú guả trnh sản u fnhìn iu ht than m ng phương pháp nhỉ t ph n ta ” được thực hi n.H.ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Như đã dé cặp ở tr n, đối tượng nghiên cứu trong dé tài này bao gồm:
> Vật liệu nghiên cứu:
Nguyên liệu than bùn khai thác tạ tnh nh Duong
vxX c tác được sử dụng là xúc tác Bentonite nh Thuận được cung
cấp bởi công ty TNHH Hương ảnh, Tp Hỗ Chí Minh, xúc tácZeolite 4A, xúc tac H-ZSM-5 được cung cấp i công tyPINGXIANG XINTAO CHEMICAL PACKING CO.,LTD - Trung
Trang 18Quéc> Thiết : hệ thống thiết phản ứng nhiét ph n ang tầng cố đ nh được thiết
é và lắp đặt tại Trung T mNghin ứu ông Nghệ Loc Hoá Dầu Đại Họcách Khoa Thành Phố Hồ hi Minh
> Quá trình nhiệt phân: nhiệt ph n trong điều kiện không có oxy, có xúc tácvà không có xúc tác.
> Sản phẩm: khí nhiệt phân và dầu nhiệt phânI MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU
Mục ti u đặt ra trong luận văn này là:
> Xây dựng cơ sở dữ liệu về thành phần than bùn khai thác tại tnh Bình
Dương
> Nghiên cứu lựa chọn quy trình cho quá trình nhiệt phân than bùn.
> Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, nồng độ xúctác _ đến quá trình nhiệt phân than bùn
> Nghiên cứu tác động của một vài xúc tác khác nhau đến quá trình nhiệtphân than bùn.
IV NOIDUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung 1: Nghiên c u tổng quan, xây dựng o sở dit li u, xây dựng quytrình công ngh
1.1 Nghiên cứu tong quan lý thuyết về công nghệ sản xuất nhi n liệutừ than n tại Việt Nam và trên thé gidi nhằm tao ra một co sở khoa hoccho viéc thuc hién dé tai
1.2 Phân tích thành phần hóa lý, đặc đi m than n lay tạ nhDuong của Việt Nam.
Noi dung 2: Nghiénc u va h nquytrnhvaxdadydungh th ng thi! thnghỉ m ho quatrnhnhi tph nthan n
Trang 19Nội dung 3: Nghiên c u thực nghĩ m.3.1 Nghi n cứu ảnh hưởng các điều iện nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, tlệx ctác than n đến hiệu suất thu hồi sản phẩm, hiệu suất chuy n hoácác thành phan trong than n.
3.2 _ Nghiên cứu so sánh phương pháp sử dung x c tác đến hiệu suất vàthành phan sản phẩm hi
3.3 Nghiên cứu khảo sat ảnh hưởng cua x c tac Bentonite thô,Bentonite hoạt hoá, zeolite 4A, H-ZSM-5 đến thành phan và hiệu suấtthu hồi nhiên liệu khí
V PHUONG PH P NGHIEN CỨUNghĩ n cứu này được thực hiện tr n cơ sở phương pháp nghi n cứu thực nghiệmtr n hệ thống pilot được x y ung ác phương pháp được sử ung trong nghỉ n cứuquá tr nh nhiệtph nthan n ao gồm:
Nghiên cứu, phân tích, tong hop, so sanh két qua đã thực hiện nồi bật nhất trênthé giới về công nghệ nhiệt ph nđ chọn lựa một quy trình công nghệ tiêu bi u.Nghiên cứu, tổng hợp, phân tích kết quả nghiên cứu thực nghiệm và kết quảnghiên cứu tong quan về công nghệ d đưa ra một công nghệ phù hợp vớinguyên liệu than bun của Việt Nam.
Xây dựng cong nghệ dựa tr n cơ sở cụth_ của nguyền liệu và phù hợp với trìnhđộ khoa học Việt Nam.
Nghi n cứu hao sát thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố của quá trình nhiệtphân than _n đến hiệu suất thu hỏi nhiên liệu
Tổng hợp ph n tích, đưa ra điều kiện tối ưu cho công nghệ tr n cơ sở công nghệvà thiét b da chế tạo
Phương pháp ph n tích sản phẩm trên máy sắc ký khí, sắc ký lỏng cao áp
Trang 20VI YNGHIA KHOA HOCNghiên cứu đã tién hành xác đ nh thành phan than bùn khai thác tại t nh BinhDương Bên cạnh đó nghi n cứu này còn nhằm đưa ra quy trình hệ thống thí nghiệmsản xuất nhiên liệu lỏng và khí từ than bùn, xem xét những điều kiện ảnh hưởng đếnquá trình nhiệt phần nhằm t m ra các điều kiện sản xuất nhiên liệu thích hợp cho nguồnnguy n liệu than bùn ở Việt Nam Nghỉ n cứu còn tiễn hành tr n một số loại x ¢ táchac nhau nhăm đưa ra hả năng sử ung của x c tác trong quá tr nh nhiệt ph n thann Với những kết quả có th thu được, nghiên cứu này hy vọng sẽ là một đóng gópquan trong trong cơ sở dữ liệu li n quan đến than bùn và việc sản xuất nhiên liệu lỏngvà khí từ than bùn thông qua quá trình nhiệt ph n và qua đ y vạch ra nhiều hướngnghiên cứu mới cho các nghiên cứu tiép theo.
Dé tài còn tao cơ sở hoa học cho việc ứng ung công nghệ nhiệt ph n vào việcnghi n cứu tm ra nguôn nhi n liệu mới từ các nguôn nguy n liệu iomass hac nhaunhư trâu, m n cưu, Ì 1 ngô, hạt cao su
VII Ý NGHĨA THỰC TIENTrước hết, việc nghiên cứu đặc đi m than bùn ở Việt Nam giúp chúng ta có cáchnhìn tong quát về tiềm năng của nguồn than _n trong nước và nâng cao nhận thức củach ng ta đối với việc sử dụng nguyên liệu than bùn làm nhiên liệu thông qua quá trìnhnhiệt phân.
Việc nghỉ n cứu thành công quá tr nh sản xuất nhi nliệu hítừthan n ang quátr nh nhiệt ph n nhằm đưa ra phương thức sử ung nguồn nhi n liệu than n 6i àotr n thế giới và Việt Nam góp phần giải quyết van đề thiếu hụt năng lượng trong tươnglai — n cạnh đó, nó còn góp phan giải quyết van dé về ô nhiễm môi trường o việc sửung quá nhiều nguồn nhi n liệu hoá thạch Ngoài ra, kết quả nghiên cứu có ý nghĩa ratlớn đối với việc đảm bảo van dé an ninh và đa ang hóa nguồn năng lượng, góp phan6n đ nh và th _c day tăng trưởng kinh tế của đất nước và giảm sự suy thoái môi trường
Trang 21CHUONG II: TONG QUAN
I Vat Liệu nghiên cứu1 Than bùn
1.1 Đại cương về than bùna D nh nghĩaThan bùn là sản phẩm phân hu của thực vật, màu đen hoặc nâu Ð y là mộth nhop của thực vật đầm lay đủ loại: min, vật liệu vô co và nước, trong đó i tích thực vậtchiếm hơn Nếu trong đất chứa từ 10-60% di tích thực vậtth được gọi là đất thanb nhay đất hữu cơ Than ncóth chứa từ 50-60% cacbon khi khô, nên than bùn làloại nhiên liệu đốt cháy và sau hi cháy đ lại khoảng 5-50% chất tro
b Phân loại than bùnNhìn chung, than n được phân loại theo nhiều cách khác nhau dựa vào mức độphân hủy, điều kiện hình thành, thành phan tro và nguồn gốc vật chất hữu co củachúng Do đó ta cóth phân loại ch ng theo các đặc đi m như sau:
Trang 22- Loại trung gian: được hình thành do những ong nước trên mặt chảyqua Do đó loại than bùn này có chứa nhiều thành phan các nguyên tố
hác như nhôm, sắt.- Loại thấp: được tạo thành ở những v ng dam lây, ở những nơi chủng
thấp, ở đó nguồn nước thường xuyên chảy qua, loại này cũng có chứacác kim loại hác như nhôm, sắt ngoài ra còn chứa một lượng vôi dangk Độ tro loại than này cao.
s* Thứ ba, căn cứ vào thành phan tro cua than bun ma ta co than bun cat,than nst than nluu hu nh, than bùn vôi.
s* Ngoài ra, căn cứ vào nguôn gốc tạo thành những thành phan hữu cơ trongthan mà ta có than bùn tại ch hoặc là than bùn ngoại lai.
€ Tinh ch t than bùns*_ Tinh ch t vat lý:
- Mau sắc của than n thay đổi theo thành phan cấu tạo, tudi của thann và các điều kiện khống chế khi hình thành Do sự phân hu không
hoàn toàn, than bùn là một chất xOp, nhẹ, màu nâu hoặc den Than n
phân hu càng cao, càng sam màu và sự nén dé càng lớn
- Than bùn khôngth hnh thành được nếu hông có nước Do đó, thann có tính h t nước một cách mạnh mẽ.
- T trọng của than nhường hó xác đnh vit trọng than thay doitheo cau trúc và mức độ khô của than bùn
s* Tinh chất hoá học:- Than bùn là h n hợp các hợp chất hữu cơ trong đó thành phần các
chất hữu cơ hoản toan phụ thuộc vào thực vật tạo than, mức độ phânhu và môi trường hình thành Các hợp chất hữu cơ căn ản là:
+ Các hợp chất hữu cơ hoa tan trong nước.+ Các hợp chất hữu cơ hoà tan trong ete và rượu.+ Xenlulozo và hemixenlulozo.
Trang 23+ Lignin va các dẫn xuất từ lignin.+ Hop chat nito.
- Ngoài ra than bùn còn gồm một số khoáng chat khác Các nguyên tổ
trong than bùn gôm: , H, O, N, P, K, S, Zn, Mg, Al, Fe, P , u
- Than n cũng chứa một hàm lượng tro lớn Thanh phan của tro rat dadạng: sét, bột, cát và các chất khác
d D nh hướng su dung* Chế biến than bùn làm phân bón: Qua các quy trình sản xuất, than bùnđược chế biến thành phân vi sinh hữu cơ va phn hoáng hữu cơ Ngày nay, có nhiềucơ sở sản xuất và cung cấp phân bón chất lượng cao từ than bùn, góp phần nâng caonăng suất cây trồng, bố sung nguồn inh w ng hữu cơ cho đất [14]
* Chế biến than bùn làm chat ích thích tăng trưởng cây trồng: Than bùnđược dùng đ sản xuất các muối humat hòa tan do trong than bùn có chứa các thànhphan khoáng vô cơ như K, Na, P ác muối này được tạo thành vưới dạng bột hoặcdung d ch, dùng đ phun trực tiếp lên lá và thân cây, giúp cây trồng tăng trưởng nhanh,nâng cao chất lượng nông sản
s* Chế biến than bùn làm than hoạt tính: Sau khi qua công đoạn than hóavà hoạt hóa, than n được loại bỏ các chất có nhựa và tạo ra các | xốp trong than.Sản phẩm thu được này được gọi là than hoạt tính, ngd lọc nguồn nước sinh hoạt,xử lý nguồn nước mặt và nước ngầm b 6 nhiễm, lọc mùi, lọc màu, lọc các chất hữu cohoà tan, lọc các ion kim loại nặng, khử trùng v.v [14]
Nhìn chung, than bùn ở nước ta được sử dụng chủ yếu đ sản xuất phân bón, cácchất ích thích tăng trưởng cây trồng, than hoạt tính xử lý nước sinh hoạt Hiện nay,một số nơi đã sử dụng than bùn phối trộn với than anxatrit Tây Ninh làm chất đốt, tuynhiên vân chưa được ứng dụng rộng rãi.
1.2 Tình hình khai thác va sử dụng than bùn trên thé giới
Trang 24Trong những năm thập ni n than nđược hai thác và sử ung làm nhi nliệu rất rộng rãi và phát tri n mạnh ở Trung Phi và Đông Nam (bảng II.1).
angIl.l ượọng than m haithá và uthutr nth giớinăm l -Ƒ7]u—ia ait tn Ti u hu 1000 ấn
Burundi 12 12
Falkland Islands 15 15China 600 600Indonesia 536 520
Austria 1 1SBelarus 3.090 2.157
Estonia 575 345Finland 7.927 6.849Germany 20 8Ireland 2.927 2.232Latvia 383 139Lithuania 98 87
Romania II IIRussian 3.220 2.347
FederationSweden 1.117 1.100
Ukraine 716 502
United Kingdom 20 10
Trang 25Tong thé gidi 21.268 17.435
Số liệu cho thay hầu hết lượng than bùn khai thác ở các nước đều được tiêu thụhết, trong giai đoạn này than n được sử dung làm nhiên liệu cho các lò hơi đ tạo rađiện [7] Tuy nhiên viéc ngthan n đốt trực tiếp cho nhiệt cháy hông cao, đồngthời do vẫn đề về kinh tế mà than bùn càng về sau ít được quan tâm [7]
1.3 Trữ lượng than bùn trên thế giới và Việt Nam1.3.1.Thé giới
Tr n thé giới, trữ lượng than nrất 6i ào tập trung đáng ở Bắc Mỹ, hu, lrung u, ac u, An Độ Trong đó, trữ lượng than bùn ở Bắc Mỹ lớn nhất thếgiới, gấp 1.5 lần so với Châu Âu và gấp 4 lần so với Châu A (Hình II.I) Than nthường ph n ố tr n mặt trái đất, tuy nhiên ở một số nơi, chúng năm su ưới lòng đất,trung bnh ay dén m [7] Theo hao sát của Ủy an Nang Lượng Thế Giới
(WEC), nam trữ luong than ntoànthếgiớilà triệu m*, chiém hoảng 2%
diện tích é mặt trái đất [7]
1400001200001000008000060000
ha*(1000)
Hình IL]: Phânb than bun trén th gidi-[7]
Trang 261.3.2.Viet NamỞ Việt Nam, nguôn tai nguy nthan n ước tính khoảng 7.100 triệu mét khối,trong đó Nam Bộ là 5.000 triệu m” đồng bằng ven miền Trung là 450 triệu m” và đồngbằng Bắc Bộ là 1.650 triệu m” Với trữ lượng đồi dào và chất lượng cao, than bùn ởViệt Nam cần được chú trọng khai khác và chế biến cho mục đích đáp ứng nhu cầunăng lượng, nhu cầu phát tri n kinh tế, công nghiệp hóa hiện đại hóa, thay thế nguồnnăng lượng hóa thạch sắp cạn kiệt và đây | i nguy co ô nhiễm môi trường.
1.4 Đặc đi m than bùn Việt NamThan n là giai đoạn dau của quá trình hình thành than mỏ Do đó,than n từngđược xem là một loại than đá đang được hình thành Sự khác nhau giữa than bùn và cácloại than khácth hiện như sau:
Bảng II.2: Thanh phan các nguyên t_ trong các loại than khác nhau-[36]Thành phân Cacbon Hydro OxyLoại than
Than bùn 59 6 35Than nâu 70 6 24Than đá itum 82 5 13Than da anthraxit 95 2 3
Trang 27Bảng trên cho thấy thành phan của hydro va oxy giảm dan từ than n đến thananthraxit, trong hi đó thành phan của cac on tang! n o cường độ than hoá càng caotừthan n đến than anthraxit.
Bảng II.3 Thành phan hóa h c than bùn-[ 10]
Thanh phan nguyên tố (%)C H O N S30-60 5-6.5 1-3 30-40 0.1-1.5
Bang 11.4: Thanh phan các nhóm ch t trong than bùn-[ 10]Nhóm chat Thanh phan, %Những chat tan trong nước 1-5
Những chat dé thủy phân 20-40Lignin 5-20Bitumen 2-10
Cellulose 4-10
Axit humic 15-50Hàm lượng tro 5-25
Trang 2814.1 CelluloseCellulose là một polymer mach thang của D-glucose, các D-glucose được liên kếtvới nhau bằng liên kết -4 glucosid Cellulose là loại polymer phố biến nhất trên tráiđất, độ trùng hợp đạt được 3.500 — 10.000 DP Các nhóm OH ở hai đầu mạch có tínhchất hoàn toàn khác nhau, cau trúc hemiacetal tại C¡ có tính khử, trong hi đó OH tạiCa có tính chất của rượu [37].
Ọ “ beta-glucose B- C1-to-C4 bonds
Trang 29b Kiéu Folding chain: phân tử cellulose gấp khúc theo chiều soi M i donv lặp lại có độ trùng hợp khoảng 1.000, giới hạn bởi hai đi m a và b như tr n hình II 4.ác đơn v đó được sắp xếp thành chu ¡ nhờ vào các mạch glucose nhỏ, các v trí nàyrất dễ b thủy ph n Đối với các đơn v lặp lại, hai đầu là v ng vô đ nh hình, càng vàogiữa, tính chất kết tỉnh càng cao Trong v ng vô đ nh hình, các liên kết B - glucosidgiữa các monomer b thay đổi góc liên kết, ngay tại cuối các đoạn gấp, 3 phân tửmonomer sắp xếp tạo sự thay đối 180° cho toàn mạch [38]
ellulose được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, điều này làm cho cellulosekhá bên vững với tác động của enzyme cũng như hóa chât.
1.4.2 Hemicellulose
Cong thức tong quát cua nó là (CzHgOx)ạ Hemicellulose là những polysaccarided th acdonv cơ sở của nó cóth là đường hexose (D-glucose, D-mannose, D-
Trang 30galactose) hoac duong pentose (D-xylose, L-arabinose, va D-arabinose), deoxyhexose.Độ bền hóa học và bền nhiệt của hemicenllulose thấp hơn so với cellulose vì chúng cóđộ kết tinh và trùng hợp thấp hon độ trùng hợp khoảng <90 trong hi độ trùng hợp củacellulose là 600-1500) Nó có th tan trong môi trường kiềm loãng So với cellulose nódễ b thủy ph n hon rất nhiều lần trong môi trường kiểm hay axit do hemicellulosethường tổn tại ở dạng mạch nhánh dễ b tan công hon, và ch ng ở trạng thái vô đ nhhình.
Tlucc4e Galactose Manose
Xilose Arabmnose Gheurome Acid
Hình II.5: C utao héah c cua các thành phan chính của hemicelluloseCau tạo của hemicellulose phức tap tùy theo dạng nguyên liệu, nhưng có một sốđi m chung:
> Xylose là thành phan chiếm nhiều nhất> au tạo gdm hai phan: Mạch chính gồm các B - D xylopyranose lin ết vớinhau ăng lin ét B-(1 4)-xylanase Mach nhánh cầu tạo từ các nhóm đơn giản, thôngthường là disaccharide hoặc trisaccharide Sự liên kết của hemicellulose với cácpolysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này.
> Nhóm thế pho biến nhất là nhóm acetyl O — liên kết với v trí 2 hoặc 3> Nối pectin với cellulose đ h nh thành n n mạng lưới xơ sợi
Trang 31HO¿C 0 œ-D-glucuronidaseCHẠO TS oa
Lignin là polymer, được cau thành từ các đơn v phenylpropene, vài đơn v cautr c đi nhnh được dé ngh là: guaiacyl (G), chất gốc là rượu trans-coniferyl; syringly(S), chất gốc là rượu trans-sinapyl; p-hydroxylphenyl (H), chất gốc là rượu trans-p-
courmary.
Câu trúc hóa học của li gnin rat dé b thay đôi trong điều kiện nhiệt độ cao và pHthấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước Ở nhiệt độ phản ứng caohơn °C,ligninb kết khối thành những phan riêng biệt và tách ra khỏi cellulose
Trang 32OH OHZ Z
OH OH
p-coumaryl alcoho! Coniferyl alcohol Sinapyl alcohol
Hình l7 Ca đơnv ởơ án của lignin
Trang 33lĩnh vực công nghiệp như hai thác và chế ién au mỏ, sản xuất các sản phẩm tay rửa,luyện im, x y ựng Đặc lệt trong những năm đầu thế , entonite đã đượcnghỉ n cứu làm chất hap phụ, trao doi ion, làm x c tác và chất mang x c tác cho mộtsố phan ứng tong hợp hữu cơ, làm s t tay màu các loại au động thực vật.
Việt Nam có nguồn entonie há 6i ao chất lượng ở Di Linh LmĐồng, 6Đnh Thanh Hóa, Trong đó đặc lệt là mỏ entonite ở nh Thuan có trữ lượnghoảng triệu tan, là một tiém năng đang được hai thác Tuy nhi n ha năng sửụng của nó còn hạn chế, van dé đặt ralà hai thác và chế iến cũng như tăng hả năngứng ung của nó vào nhiều lĩnh vực hac entonite tự nhi n có nhiều tạp chất lap daycấu tre hông giann n hả năng hấp phụ hông cao Việc loại 6 các tạp chat, trả lạicấu tr c hông gian xốp và cóth đínhth m cáct m hấp phụ cho enfonite sẽ làm tănghoạt tinh x ctác, hả năng hấp phụ và tay màu của entonite
entonite là một lọai hoáng s t tự nhi n, thành phan chinh la montmorillioniteAlzOs.4SiOsz.nH;O, và một số hoáng s t hac như saponite Al,O3.[MgO].4Si0,.nH,O;nontronite- AlzOa.[FFe;O» |.4S1Os.nH;O; beidellite- Al,O3.3Si0,.nH,O.
Dựa tr n ét qua ph n tích thành phần hóa hoc của entonite, ngoài nguy n tốSi, Al, người ta còn phát hiện thay su có mặt của các nguy n tố Fe, a, Mg,Ti, K, NaHam lượng nước trong entonite thường ao động trong hoảng n 8 vat lệ Al,O3: SiO, = 1: 4.
2.1.1 autr ctinh thMontmorillionite là aluminosilicat tự nhi n có cau tr c lop, ang iocta, đượccâu tạo từ hai mạng lưới tứ lệnlin êt với một mạng lưới at lện ở giữa tạo n n mộtlớp cau tr c Giữa các lớp cau tr c là các cation trao đôi và nước hap phụ
Trang 34Hình IIL9: Cu trúc tinh thé của Montmorillionite- [29]
nhilll0 Donv utr t inava atina) 4utr ctứ ién
áctứ ién SiOslin ếtthành mạng tứ ién qua nguy nttrO theo hông gianchiều của nguy n tử O góp chung năm tr n một mặt phăng gọi là oxi đáy ác oxiday lin ết sắp xếp sao chotaonn | canhmamidnhhnh cạnhlà nguy ntử O và được gọi là oxI ở đ nh như trong h nh sau:
Trang 35b) autre at iénác at ién Allin ét với nhau qua nguy ntti O ng chung hnh thành mạngkhông gian hai chiều Trong đó m ¡nguy n tử Al được phối trí với nguy n tử O vanhóm OH
HnhIII2 ưới đ y cho thấy cau tre hông gian của mont, Trong đó m i lớpcấu tr c được phát tri n trong hông gian theo hướng trục a va ác lớp cau tr cđược chồng xếp song song với nhau và tự ngắt quãng theo hướng trục c, các lớp cationvà nước hấp phụ tạo n n một mạng lưới hông gian chiều của tinh th mont hiéuay một lớp cấu tr ecủa montlà A° Nếu cả lớp cation trao đối và nước hap phụth chiều ày của lớp hoảng A”
Trong mạng lưới cấu tr c của mont thường xảy ra sự thay thế đồng h nh của cáccation Ở mạng lưới at ién, chủ yếu là sự thay thế của cation Al’* ởi cation Mg””ứng voit lệ Mg: AI : - Omang lưới tứ ién, một phan hông lớn cation Si”
thay thé ởi cation AI “hoặc Fe" voit lệAI:Sĩ : -30)
Do đó điện tích m xuất hiện trong mạng lưới mont chủ yếu ở mạng at lênnam s u trong lớp cau tr c, n n năng lượng li n ết của các cation trao đổi nam giữacác lớp với lớp cau tr c của mạng thấp, các cation co th chuy n động tự o giữa cácmặt phăng tích điện m và cóth trao đổi với các cation hac tạo hả năng ién tínhmont ang cách trao đổiion ác ph ntử nước ễ ang x m nhập vào hoảng hônggian giữa các lớp và làm thay đổi hoảng cách giữa ch ng theo hướng trục c Khoảngcách này e ng với chiều ay một lớp cấu tr c gọi là hoảng cách cơ an, cóth thaydoi từ dén~ t y vào lượng nước hấp phụ Khoảng cách nảy cóth tăng đến~ hi thay thế các cation trao đổi ởi các ion vô cơ ph n cực, các phức cơ im, cácph n tử oligomer, các polimer vô cơ, các ph n tử hữu cơ
Trang 36© Oxygens Hydroxyls @ Aluminum, iron, magnesiumeand 9 Silicon, occasionally aluminum
nhilll2 Cut h nggian a hi u uamont2.1.2 Tinh chat:
e entonite có mau xám xanh, xám trắng, éomn, hảnăng am inh mạnh
e 6 tinh trương nd, tinh é0 sét hing m trong nước hoặc chất long, o các ph ntử có tinh ph n cực và ha năng trao đối cation cao
e© 6 tính trao đổi ion va tính hap phụ cao được ứng ung nhiều trong các ngànhcông nghiệp
e entonite hông độcvà hôngg y íchthích hi tiếp x c trực tiếpe Độ axit cao, diện tích mặt lớn Do đó, entonite được ung ung nhiéu tronglinh vực x c tác.
Bảng II.5 : Thành phan hóa h c của bentonite của mộts mỏ trênth gidi-[34]Tênmỏ |S1O; | AlzOx | FeaO | FeO CaO |K;O HO
2 O O C
Vakhruse
67.84 | 15.22 | 1.28 | 0.14 | - 12 |1.17 10 249 | 6.14 | 4.72v (Nga)
Trang 37Cherkas ,
52.82 | 19.27 | 7.58 | - 0.35 |} 18 | 1.53 | vét 0.20 |9.38 | 740(Ucraina)
Keless(Kazakta | 65.67 | 14.34 | 6.74 | - - 1.66 | 1.32 | 1.35 | 2.27 | - 5.87
n)
Azkamar(Uzbekist | 57.92 | 18.89 |5.77 | - - 0.01 |0.72 | 2.63 | 2.63 | - 6.02an)
Khanlar(Azekbai | 53.64 | 16.39 | 2.73 | - 0.26 | 4.32 | 2.12 |0.77 | 1.19 | 11.04 | 7.36zan)
Sarigius(Acmenia | 50.96 | 15.36 | 6.73 | 0.05 | 0.42 | vét | 4.78 | 3.35 | 0.84 | - 7.92
)
Gumbri
56.94 | 15.15 | 2.57 | 0.12 | 0.31 | 2.59 | 1.36 | 1.06 | 0.14 | 14.36 | 6.09(Grudia)
-Waioning- 55 44 | 20.14 |3.67 | 0.30 | - 2.43 |0.50 | 0.60 | 2.75 | 4.81 | 7.99
(My)
Tatatila
52.09 | 18.98 | 0.06 | - - 3.80 | 3.28 | - - 14.75 | 7.46(Mehico)
Beidel „
53.96 |15.H |[1.12 | Vét {0.19 |6.99 |0.50 | 0.54 | 0.94 | 14.22 | 6.34(Phap)
Bavapi 54.28 | 17.92 |3.88 | - 0.20 | 3.76 | 1.80 | 0.25 | 0.10 | 10.84 | 7.32
Trang 38-Xilaxiram (Nhat)
ViétNam
Bảng số liệu trên ch ra răng thành phan khoáng sét khác nhau ở m i nước Sựcầu thành đ a chất và điều kiện đ a lý, khí hậu ở các nước khác nhau sẽ dẫn đến cácthành phan đất sét khác nhau Thành phan bentonite ở Việt Nam có day đủ các khoángs t và tương ứng với sự khác biệt của các thành phan sẽ quyết đ nh đến tính chất vàứng dụng của chúng Trong các thành phan có trong bentonite thì nhôm silicat chiếmchủ yếu và chúng có câu tr c vô đ nh hình [11], bentonite th hiện khả năng x c táctrên cả tâm axit Lewis và Bronted [11].
2.2 Zeolite
s* Khai niệm
Zeolite là hợp chất vô cơ ang aluminosilicat tinh th có cau trúc không gian bachiều, 1 xốp đặc biệt và trật tự cho phép chúng phân chia (Ray) phân tử theo hìnhdạng và ích thước Vì vậy, Zeolite còn được gọi là hợp chất rây phân tử
Thành phan chủ yếu của Zeolite là Si, Al, Oxi và một số kim loại kiểm, kiềm thổkhác.
Công thức chung cua Zeolite là:
69.50 | 16.50 10/70 | - - 1.00 | 2.00 | - 1.00 | - 9.30
65.94 |13.42 1045 | - 0.11 | 042 | 2.58 | 3.56 | 2.92 | - 5.55
57.21 | 10.25 | 2.80 | 0.30 | 0.30 | 1.76 | 9.13 | 1-71 | 2.37 | 4.70 | 9.80
Trang 39Trong dé: M: ationcd hả năng trao đối.
n: Hoá tr của cacbon.x: T số mol SiOz/AlzOa.y: Số phân tử nước trong đơn v cơ sở ( khoảng từ 1 +12 ).T số x>2 là sự thay đổi đối với từng loại Zeolite cho ph p xác đ nh thành phanvà cầu trúc của từng loại
Ví dụ: Zeolite A có x = 2.
Zeolite X có x = 2,3+ 3.Zeolite Y có x = 3,1+ 6.Mordenit tong hợp có x ® Dac biệt các Zeolite ho pentasit có x=20+1000.Ri ng đối với Zeolite ZSM-5 được tong hop dùng chat cau trúc có 7<x<200
Gan d y người ta đã tong hợp được các loại Zeolite có thành phan da ang có tlệ mol SiO,/AI,O3 cao thậm chí có những loại câu tr c tương tự Zeolite mà hoàn toànkhông chứa các nguyên tử nhôm như các silicatic
% Dp i ấu
Zeolite có câu trúc tinh th , các Zeolite tự nhỉ n cũng như Zeolite tong hop có bộkhung được tạo thành bởi mạng lưới không gian 3 chiều của các tứ diện TO, (T là Sihoặc Al ).
M itu diện TO, có 4 ion O* bao quanh mot cation T(Si, Al) M i tứ dién liên kétvới 6n tứ diện bên cạnh bằng cách góp chung các nguyên tử oxy ở d nh Trong tứ diệnAlO¿ có hoátr nhưng số phối trí là 4 nên tứ diện AlOx mang một điện tích âm
Trang 40Điện tích m này được bù tru băng cation kim loại, còn gọi là cation bù trừ điệntích hung và thường là cation kim loại kiềm Vì vậy, số cation kim loại hod tr 1 trongthành phan hoá hoc của Zeolite chính bang số nguyên tử nhôm (Al).
Đơn v cấu tr cco ản của Zeolite là các tứ diện TO, với T là AI hoặc Si Có thbi u diễn đơn v câu tr cco ản của Zeolite như sau:
a p=
Tw điện SiO, Tứ điện AlOy
Hình II l3 Tơn v c utr o đn của ZeoliteCau trúc không gian 3 chiều của zeolite được hình thành bởi sự ghép nối các tứdiện TO, Tao thành các vòng 4, 6, 8, [0 hoặc 12 cạnh hoặc hình thành các vòng khép4x2 hoặc 6x2 cạnh tạo ra các mặt lập phương hoặc mặt lăng trụ 6 cạnh D y là nhữngđơn v cấu trúc thứ cấp (Secondary Building Units - SBU) Những SUB sẽ hình thànhkhung các zeolite.