ổng hợp zeolit từ tro trấu và nghiên cứu tính chất của chúng

  *****&*****  TỔNG HỢP ZEOLIT TỪ TRO TRẤUVÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG  - N   *** *** NGUYỄN THỊ HUYỀN TỔNG HỢP ZEOLIT TỪ TRO TRẤU VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số:60440113   PGS. TS. Triệu Thị Nguyệt - N LỜI CẢM ƠN  c ti PGS.TS Triu Th Nguy ng d     trong b   u kin cho em trong su   Cui li ci c  o mu kin vt chn   t lu Hà Nội, ngày 3 tháng 6 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Huyền MỤC LỤC MƠ ̉ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Vài nét về lịch sử phát triển vật liệu zeolit 3 1.2. Khái niệm và phân loại zeolit 4 1.2.1. Khái niệm về zeolit 4 1.2.2 . Phân loại zeolit 5 1.3. Cấu trúc tinh thể zeolit 8 1.4. Giới thiệu về cấu trúc một số zeolit thông dụng 9 1.4.1.Zeolit A 9 1.4. 2. Zeolit faujasite (X, Y) 11 1.4.3. Zeolit ZSM-5 13 1.5. Tính chất của zeolit 14 1.5.1. Tính chất trao đổi cation 15 1.5.2. Tính chất hấp phụ 17 1.5.3. Tính chất xúc tác [13] 19 1.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp zeolit 20 1.6.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ Si/Al 20 1.6.2. Ảnh hưởng của nguồn silic 20 1.6.3. Ảnh hưởng của độ pH 20 1.6.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian 21 1.6.5. Ảnh hưởng của chất tạo cấu trúc [13] 22 1.7. Ứng dụng của zeolit 23 1.7.1. ng du ̣ ng trong công nghiê ̣ p 23 1.7.2. ng dụng trong nông nghiệp 25 1.7.3. ng dụng trong x lí ô nhiễm môi trường 25 1.7.4. ng dụng trong y dưc 26 1.8. Giới thiệu về trấu và tro trấu 26 CHƢƠNG 2. MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu 31 2.2 . Phƣơng pháp nghiên cứu 31 2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (TG – DSC) 31 2.2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên t (AAS) 31 2.2.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 32 2.2.4. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 33 2.2.5. Ảnh hiển vi điện t quét (SEM) 33 2.3. Thực nghiệm 33 2.3.1. Nguyên liệu và hóa chất 33 2.3.2.Xác định độ ẩm và độ tro hóa của trấu 34 2.3.3. Xác định hàm lưng oxit kim loại trong tro trấu. 35 2.3.4.Tổng hp zeolit 35 2.3.5. Nghiên cứu khả năng trao đổi ion của zeolit 38 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1. Xác định độ ẩm và độ tro hóa của trấu 39 3. 2. Kết quả xác định hàm lƣợng oxit kim loại trong tro trấu. 39 3.2.1. Kết quả phân tích nhiệt của tro trấu 39 3.2.2. Hàm lưng SiO 2 trong tro nung 41 3.3. Tổng hợp zeolit A 42 3.4. Tổng hợp zeolit X 45 3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 45 3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng 47 3.5. Tổng hợp zeolit ZSM – 5. 50 3.6. Khả năng trao đổi ion của zeolit 53 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 69 DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Sự thay đổi cấu trúc và tính chất hóa lý của zeolit theo tỉ lệ Si/Al. Bảng 1.2: Các thông số dữ liệu tinh thể học đặc trưng của zeolit A. Bảng1.3: Dung lượng trao đổi cation của một số zeolit. Bảng 1.4: Ảnh hưởng của bản chất nguồn silic tới quá trình kết tinh zeolit ZSM-5. Bảng 2.1: Điều kiện chuẩn đo AAS xác định hàm lượng ion kim loại. Bảng 2.2: Các hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm. Bảng 2.3.Điều kiện chiếu SiO 2 từ tro trấu. Bảng 2.4.Các điều kiện tổng hợp zeolit X. Bảng 3.1: Thành phn hóa học trong tro trấu (TĐ). Bảng 3.2: % SiO 2 trong tro nung. Bảng 3.3: Kết quả XRD của các mẫu zeolit A. Bảng 3.4: Kết quả XRD của các mẫu zeolit X . Bảng 3.5: Kết quả XRD của các mẫu zeolit ZSM-5. Bảng 3.6: Hàm lượng các cation trong dịch lọc sau trao đổi. Bảng 3.7: % ion kim loại trao đổi. Bảng 3.8: Dung lượng trao đổi ion của các zeolit tổng hợp được DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1.Các đơn vị cấu trúc sơ cấp của zeolit – tứ diện TO 4 : SiO 4 và AlO 4 - Hình 1.2. Các đơn vị cấu trúc thứ cấp của zeolit khác nhau. Các tứ diện TO 4 nằm ở giữa các nút (các đỉnh) còn oxi nằm giữa các đường kết nối Hình 1.3.SBU D4R (a); ; sự kết hợp các lồng sodalit tạo thành zeolit A (b); vòng 8 oxi nhìn theo hướng <100> (c) Hình 1.4.a) Cấu trúc không gian của bát diện cụt b) Cấu trúc mạng tinh thể của zeolit X,Y Hình 1.5.Hệ thống mao quản của zeolit ZSM-5 và mặt cắt nhìn từ mặt [010] Hình 1.6. Mô tả sự chuyển pha faujusite thành pha ZSM-4 theo thời gian Hình 2.1.Vỏ trấu Hình 2.2.Trấu đốt (a) và trấu nung (b) Hình 3.1.Giản đồ TG/DSC của mẫu: a) TĐ, b) TN550, c) TN700 Hình 3.2.Phổ XRD của mẫu zeolite A từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Hình 3.3Ảnh SEM của các mẫu zeolite A được tổng hợp từ: a) TĐ, b) TN550 và c) TN700 Hình 3.4.Phổ IR của mẫu zeolite A1 Hình 3.5.Phổ XRD của mẫu zeolite X theo nhiệt độ phản ứng khác nhau Hình 3.6.Ảnh SEM của zeolit X ở nhiệt độ phản ứngnhau: a) ở 60 0 C (X60) , b) ở 80 0 C (X80), c) ở 100 0 C ( X100) Hình 3.7.Phổ XRD của mẫu zeolite X với thời gian phản ứng khác nhau: 8h(X8), 10h( X80) và 12h (X12) Hình 3.8.Ảnh SEM của zeolit X với thời gian phản ứngkhác nhau: a) 8h , b) 10h, c) 12h Hình 3.9. Phổ IR của mẫu tổng hợp X80-10 Hình 3.10.Phổ XRD của mẫu zeolite ZSM- 5 theo thời gian phản ứng khác nhau Hình 3.11.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu ZSM-5 chuẩn [55] Hình 3.12.Ảnh SEM của zeolite ZSM-5 với thời gian phản ứngkhác nhau: a) 36h, b) 48h, c) 60h, d) 72h Hình 3.13.Phổ IR của mẫu zeolit Z72 Hình 3.14. % trao đổi ion kim loại của các zeolit tổng hợp Hình 3.15.Biểu đồ dung lượng trao đổi ion của các zeolit tổng hợp được Hình 3.16.Phổ XRD của mẫu zeolit A1 trước (a) và sau (b) khi trao đổi ion Ca 2+ ln 2. Hình 3.17.Phổ XRD của mẫu zeolit X 80 trước (a) và sau (b) khi trao đổi ion Ca 2+ ln 2. Hình 3.18.Phổ XRD của mẫu zeolit Z72 trước (a) và sau (b) khi trao đổi ion Ca 2+ ln 2. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AAS: Atomic Absorption Spectrometry (Ph hp th ) CEC: Cation Exchange i ion) D4R: Double 4-nh) D6R: Double 6-6 cnh) IR: Infrared (Hng ngoi) n ph XRD)  c cp) SEM: Scanning Electron Microscopy (Hin t  TPABr: Tetra Propyl Amoni Bromua TG -DSC : t vi sai XRD: X-Ray diffraction (Nhiu x tia X). [...]... trình nghiên cứu về zeolit cũng bắt đầu từ những năm 60 của thế kỉ trước và cho đến nay, lĩnh vực nghiên cứu này vẫn luôn là đề tài hấp dẫn các nhà khoa học tham gia vào nghiên cứu và tổng hợp chúng từ các nguồn nguyên liệu có sẵn trong nước [28] Zeolit tự nhiên được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1756, còn zeolit tổng hợp đầu tiên là zeolit A vào năm 1949 tại chi nhánh Linde (Linde division) của hãng... tán vào trong các mao quản của zeolit [21] Do đó khả năng hấp phụ của zeolit không những phụ thuộc vào bản chất phân tử chất bị hấp phụ và kích thước hệ mao quản trong zeolit, mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như áp suất, nhiệt độ, bản chất của mỗi loại zeolit [21] Zeolit có khả năng hấp phụ một cách chọn lọc Tính chất hấp phụ chọn lọc xuất phát từ 2 yếu tố chính: - Kích thước cửa số mao quản của. .. hơn 48 loại zeolit tự nhiên được tìm thấy và trên 200 loại zeolit được tổng hợp [23] Việc nghiên cứu về zeolitngày càng tăng Đã có khoảng hơn 15.000 công trình đã công bố và hơn 10.000 phát minh sáng kiến nghiên cứu về tổng hợp cấu trúc và ứng dụng của zeolit Mỗi năm trên thế giới tiêu thụ khoảng vài triệu tấn zeolit Ví dụ như năm 2001, cả thế giới tiêu thụ khoảng 3,5 triệu tấn, trong đó 3 zeolittự nhiên... đi qua zeolit sẽ là mô ̣t dòng khí giàu oxi tố t cho sức khỏe [28] - Khả năng kháng khuẩn của zeolit [28] - Tác dụng trong thẩm tích máu và truyền máu [28] 1.8 Giới thiệu về trấu và tro trấu Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu... còn tính đến vấn đề bảo vệ môi trường được ưu tiên hàng đầu và nguồn nguyên liệu để tổng hợp zeolit từ vỏ trấu đã đáp ứng được các yêu cầu đó Việc sử dụng tro trấu làm nguồn cung cấp silic cho quá trình tổng hợp zeolit được nghiên cứu các nước Châu Á như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, Indonesia… Tuy nhiên ở Việt Nam việc sử dụng tro trấu làm nguồn nguyên liệu cung cấp silic cho quá trình tổng hợp zeolit. .. 0 Zeolit có nhiều tính chất quí giá, trong đó có 4 tính chất cơ bản là: trao đổi cation, hấp phụ, xúc tác và chọn lọc hình dạng 1.5.1 Tính chất trao đổi cation Zeolit có khả năng trao đổi ion Nguyên tắc sự trao đổi ion của zeolit là trao đổi thuận nghịch hợp thức giữa các cation trong dung dịch với các cation bù trừ điện tích âm trong khung mạng zeolit Nhờ có tính chất này mà người ta có thể đưa vào... quản của zeolit thì sự trao đổi có thể diễn ra chậm trên bề mặt zeolit Sự trao đổi cation trong zeolit dẫn tới sự thay đổi độ bền, tính chất hấp phụ, độ chọn lọc, hoạt tính xúc tác và các tính chất quan trọng khác của zeolit Những zeolit có tỷ lệ SiO2/Al2O3 thấp, từ 2÷6 thì không bền trong môi trường axit có pH ≤ 4 Các zeolit A, X, Y ít có khả năng trao đổi cation trong môi trường axit vì chúng sẽ... quản của zeolit ZSM-5 và mặt cắt nhìn từ hướng [010] 1.5 Tính chất của zeolit Zeolit tổng hợp chứa các cation kim loại kiềm và kiềm thổ thườngkhông màu Màu chỉ xuất hiện khi zeolit chứa các kim loại chuyển tiếp ởdạng tạp chất hoặc do trao đổi cation Ví dụ khi zeolit NaA trao đổi với ion Cu2+ thì sau khi trao đổi zeolit có màu xanh dương là màu của ion Cu2+.Với các zeolit tổng hợp kích thước hạt thường... do đô ̣ bề n zeolit cao nên chúng có những ưu thế nổi bật trong việc tách và tinh chế các chấ t phóng xa ̣ [28] - Xử lý các kim loại trong nước [2,8,12,14,26,28,45,48,54]: dựa vào đặc điểm của zeolit có khả năng trao đổi ion, khả năng hấp phụ, zeolit tự nhiên và zeolit tổng hợp được sử dụng để xử lý các cation độc hại trong nước như NH4+, Cu2+, Ca2+,Pb2+, Zn2+vì trong zeolit tổng hợp thường có chứa... mordenit và cũng chỉ phù hợp khi sử dụng với số lượng lớn, không cần độ tinh khiết cao Zeolit tổng hợp: Do zeolit tự nhiên không đáp ứng được những yêu cầu đặt ra trong quá trình sử dụng nên người ta tìm cách tổng hợp zeolit Cho đến nay có hơn 200 loại zeolit đã được tổng hợp, tiêu biểu như zeolit A, Faujazit (X,Y), họ ZSM-5 Các zeolit tổng hợp đã khắc phục được những hạn chế của zeolit tự nhiên, với những . và hóa chất 33 2.3.2.Xác định độ ẩm và độ tro hóa của trấu 34 2.3.3. Xác định hàm lưng oxit kim loại trong tro trấu. 35 2.3.4.Tổng hp zeolit 35 2.3.5. Nghiên cứu khả năng trao đổi ion của.  *** *** NGUYỄN THỊ HUYỀN TỔNG HỢP ZEOLIT TỪ TRO TRẤU VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số:60440113 .  *****&*****  TỔNG HỢP ZEOLIT TỪ TRO TRẤUVÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG  - N 