Nghiên cứu khả năng xử lý NH3 bằng hệ xúc tác quang hóa tio2

Tom t t TÓM TẮT t i nghi n cứu v kh n ng x l NH3 qua đường oxy hóa NH3 thành N2 s dụng h x c t c quang hóa TiO2 v i h ph n ứng li n tục v h gi n đo n C cy ut nh hưởng đ n hi u su t x l NH3 c ch thức ti n h nh ph n ứng, h m lượng x c t c, thời gian ph n ứng đ kh o s t Kh n ng chuy n hóa NH3 tr n h li n tục v i x c t c c đ nh cho hi u su t th p y u t h n ch v thời gian lưu NH3 tr n b mặt x c t c Vi c bi n tính x c t c v i crom oxit có th l m t ng ho t tính x c t c độ chuy n hóa NH3 h li n tục ch có th đ t Kh n ng chuy n hóa NH3 tr n h gi n đo n v i x c t c c đ nh cho hi u su t r t cao v đ t đ n h n sau x l , cho th y ti m n ng ứng dụng lo i v t li u n y x l môi trường Từ khoá: TiO2, quang x c t c, x l khí NH3, h li n tục x c t c c đ nh, h gi n đo n x c t c c đ nh i Tom t t ABSTRACT This study focuses on the NH3 elimination via oxidation pathway using TiO2 photocatalytic system Influence of different parameters of TiO2 photocatalytic system such as catalyst mass, NH3 concentration, reaction time and the contact modes on the process efficiency was also examinated The NH3 conversion of the continuous fixed bed reactor gave a low efficiency due to the limitation of the contact time of NH3 on the surface of catalyst The modification of catalyst by oxide chrome can enhance the process but the NH3 conversion can not be better than 19% The NH3 conversion of the discontinuous fixed bed reactor gave a very high efficiency, which could reach 90% after hours of treatment that show the very promissing application of this process Keywords: TiO2, photo-catalyst, NH3 removal, continuous fixed bed reactor, discontinuous fixed bed reactor ii Muc luc MỤC LỤC T M T T i ABSTRACT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VI T T T vi DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ẦU x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 TỔNG QUAN VỀ AMONIAC .1 T ng quan v amoniac ộc tính amoniac T nh tr ng ô nhi m Amoniac không khí 1.2 CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO AOPs G c t hydroxyl 1.2.2 Các trình t o g c hydroxyl •OH 1.2.3 Phân lo i trình oxy hóa nâng cao TỔNG QUAN VỀ QUÁ TR NH QUANG XÚC TÁC TiO2 10 1.3.1 T ng quan v ch t bán dẫn TiO2 10 1.3 Tính ch t v t l 10 1.3.1.2 Tính ch t hóa học 13 1.3.2 Ứng dụng TiO2 13 1.3.2.1 V t li u t l m s ch 14 1.3.2.2 C c v t li u ch ng b m sư ng 15 1.3.2.3 Ti u di t c c t b o ung thư 15 1.3.2.4 S n phẩm di t khuẩn, kh trùng, ch ng r u m c 15 1.3.2.5 S n xu t nguồn n ng lượng s ch H2 .15 1.3.2.6 Kh mùi, l m s ch không khí 16 1.3.2.7 X l nư c nhi m bẩn 16 1.3.3 C sở lý thuy t v trình quang xúc tác TiO2 16 iii Muc luc 1.3.3.1 Nguyên lý trình quang hóa xúc tác TiO2 16 C cy ut nh hưởng đ n qu tr nh quang x c t c TiO2 20 C cy ut nh hưởng đ n ho t tính quang hóa TiO2 .22 ặc m TiO2 s dụng cho qu tr nh quang x c t c b n dẫn 24 Nguồn nh s ng UV .25 CÁC C NG NGHỆ XỬ LÝ AMONIAC 26 T ng quan c c công ngh x l Amoniac 26 X l Amoniac b ng quang x c t c TiO2 27 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 29 2 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC .29 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC 30 H li n tục v i x c t c c đ nh 30 H gi n đo n v i x c t c c đ nh 30 QUY TR NH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG NH3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP INDOPHENOL (TCVN 5293:1995) .31 HOÁ CHẤT DỤNG CỤ .33 Ho ch t 33 Dụng cụ 35 26 B TRÍ THÍ NGHIỆM 35 H li n tục v i x c t c c đ nh continuous fixed bed reactor 36 H gi n đo n x c t c c đ nh 37 CÁC KHẢO SÁT KHÁC 40 Kh o s t tính n đ nh h th ng 40 Kh o s t c c u ki n nh hưởng 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 KHẢ NĂNG XỬ LÝ NH3 TRÊN HỆ LIÊN TỤC 42 Ảnh hưởng x 42 Ảnh hưởng c c lo i x c t c TiO2 kh c 42 Ảnh hưởng h m lượng x c t c 43 Ảnh hưởng lưu lượng khí NH3 44 Hi u su t chuy n hóa NH3 v i c c c ch đặt Reactor kh c 45 iv Muc luc ộ b n xúc tác 47 KHẢ NĂNG XỬ LÝ NH3 TRÊN HỆ GIÁN ĐOẠN 48 Ảnh hưởng x 48 Ảnh hưởng c c lo i x c t c TiO2 kh c 48 Ảnh hưởng h m lượng x c t c 50 Ảnh hưởng độ ẩm không khí 51 3 NHẬN X T CHUNG 52 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 v Danh muc ch viêt t t DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AOPs Advanced Oxidation Processes – C c qu tr nh oxy hóa n ng cao CFC Chlorofluorocarbon EEA European Environment Agency – C quan môi trường châu Âu HC Hydro Carbon IEA International Energy Agency – C quan n ng lượng qu c t IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry NMVOCs Non-methane volatile organic compounds SCR Selective Catalytic Reduction – Kh x c t c chọn lọc SCO Selective Catalytic Oxidation – Oxy hóa x c t c chọn lọc vi Danh muc hình DANH MỤC BẢNG Tên bảng TT Trang 01 B ng Kh n ng oxy hóa s t c nh n oxy hóa 02 B ng Ph n ứng t o g c •OH c c qu tr nh oxy hóa n ng cao 03 B ng Ph n lo i c c qu tr nh oxy hóa n ng cao 10 04 B ng Một s tính ch t v t l TiO2 d ng anatase v rutile 11 05 B ng C c bư c d ng đường chuẩn 32 06 B ng Gi tr d y chuẩn 33 07 B ng Quy tr nh chuẩn b mẫu 34 08 B ng ặc tính c c mẫu TiO2 kh o s t 34 09 B ng C c bư c ti n h nh thí nghi m tr n h li n tục 38 10 B ng C c bư c ti n h nh thí nghi m tr n h gi n đo n 40 B ng Hi u su t x l NH3 tr n h li n tục c c TiO2 kh c 11 nhau, , 44 g x c t c, lưu lượng 100 ml/phút B ng Hi u su t x l NH3 tr n mô h nh li n tục v i , 12 0,75g xúc tác Ti-M CrTi-M , v Lưu lượng dòng khí l 45 ml/phút B ng Hi u su t x l NH3 tr n mô h nh li n tục v i c c lưu 13 45 lượng khí kh c B ng Hi u su t x l NH3 tr n mô h nh li n tục v i 14 Reactor khác Xúc tác Cr-Ti-M c ch đặt , , g x c t c, lưu lượng 20 47 ml/phút B ng 15 ộ b n h x c t c qu tr nh chuy n hóa NH3 tr n mô h nh li n tục i u ki n ph n ứng lưu lượng ml ph t, 48 2000 ppm NH3, mxúc tác = 0,5 g B ng ộ chọn lọc qu tr nh oxy hóa NH3 b ng h quang x c 16 tác TO TO-Cr Phân tích sau 120 ph t ph n ứng tr n h UV-A 51 viii Danh muc hình DANH MỤC H NH TT Tên hình Trang 01 H nh C u tr c ph n t Amoniac 02 H nh S đồ h th ng SCR hi n đ i [cyberchemvn.com 03 Hình 1.3 C u tr c Rutile 12 04 H nh C u tr c Anatase 12 05 Hình 1.5 C u tr c Brookite 13 06 Hình 1.6 C c ứng dụng TiO2 14 07 H nh S đồ n ng lượng qu tr nh quang x c t c TiO2 18 08 H nh th đường chuẩn 33 09 H nh Mô h nh x l NH3 li n tục 37 10 H nh Mô h nh h gi n đo n l y mẫu theo thời gian 39 H nh Mô h nh h li n tục v i Reactor th ng đứng x c t c 11 t ng 47 c đ nh 12 H nh Mô h nh h li n tục v i Reactor đặt n m ngang 47 H nh Hi u su t x l NH3 h gi n đo n theo thời gian 13 50 Ti-M v CrTi-M500 v i h UV h VIS H nh Hi u su t x l NH3 tr n h gi n đo n , g 14 g 51 CrTi-M500 H nh Hi u su t x l NH3 CrTi-M 15 gv th m nư c th m v không 52 ix Phân mở đâu MỞ ĐẦU nhi m không khí tr n th gi i hi n g y nhi u nguy n nh n, t nhi u nguồn kh c v nh hưởng đ n t ng vùng v i mức độ kh c Trong nguồn g y ô nhi m l n l t ho t động giao thông v n t i Ho t động n y g y ô nhi m không khí qua s ph t th i c c khí độc h i l s n phẩm qu tr nh ch y b n c c động c Trong đó, đ ng b o động nh t l lượng CO kh ng lồ sinh t nguồn ô nhi m n y không ng ng g y c c hi n tượng b t thường cho môi trường s ng, l hi n tượng nóng l n tr i đ t v góp ph n hi n tượng Bi n đ i khí h u to n c u C c gi i ph p k thu t nh m gi m thi u lượng CO2 n y l i đưa đ n nhi u v n đ ô nhi m kh c c n gi i quy t đồng thời, l ph t th i khí Amoniac, lo i khí g y độc c p tính nh hưởng tr c ti p đ n sức kh e người v c c h sinh th i t i n y l y v n đ x l amoniac t c c động c đ t b ng c c oxy hóa chọn lọc quang x c t c ứng dụng th c ti n l m c sở đ ti n h nh nghi n cứu Khảo sát khả n ng NH3 h tá qu ng h TiO2” Mục ti u đ t i l x y d ng phư ng ph p th c nghi m phù hợp v x y d ng mô h nh x l NH tư ng ứng đ ti n h nh nghi n cứu kh o s t c c y u t nh hưởng đ n ho t tính chuy n hóa NH3 h x c t c quang tr n c sở TiO2 Nghiên cứu s dụng TiO2 t s nguồn kh c v c c h TiO2 bi n tính đ x l NH3 Kh n ng s dụng TiO2 tr n h li n tục x c t c c đ nh v h gi n đo n x c t c c đ nh l mục ti u quan trọng đ t i x Ch ơng 1: Tông quan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 TỔNG QUAN VỀ AMONIAC 1 T ng qu n oni Amoniac l hợp ch t vô c IUPAC l có công thức ph n t NH3, danh ph p Ammonia , Azane Hydrogen nitride Ở u ki n ti u chuẩn, amoniac l ch t khí độc, có mùi khai, tan nhi u nư c Amoniac hóa l ng -340C v hóa r n -780C, l ch t khí tan nhi u nh t nư c 200C ho tan v i lít nư c lít NH3 Amoniac có tính baz y u cặp electron t tr n nguy n t Nit , có tính kh , v có tính k m b n nhi t ph n hủy - 7000C) H nh 1 Cấu tr ph n tử A oni Trong thi n nhi n, ph n nh amoniac sinh qu tr nh ph n r động th c v t, t qu tr nh trao đ i ch t c th c c động v t, v không khí NH3 sinh t N2 dư i x c t c c c enzim nitrogenases Trong công nghi p, amoniac ứng dụng chủ y u u ch ph n bón r n v l ng – chi m s n lượng NH3 to n th gi i v s hóa ch t c b n acid nitric B n c nh NH3 s dụng công nghi p đông l nh s n xu t nư c đ , b o qu n th c phẩm v l môi ch t l nh chủ đ o trư c c c hợp ch t CFC đời v cho đ n Trong thời k chi n tranh th gi i thứ 2, NH3 l ng t ng thi t k s dụng đ s n xu t N2H4 l m thu c phóng t n l a Ngo i NH3 s dụng c c phòng thí nghi m, t ng hợp h u c v hóa dược, y t v cho c c mục đích d n dụng kh c th nh ph n bột nở l m b nh bao Trong công ngh môi trường, NH3 dùng đ lo i b khí Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KHẢ NĂNG XỬ LÝ NH3 TRÊN HỆ LIÊN TỤC Phư ng ph p th c hi n ph n ứng tr n h li n tục x c t c c đ nh l phư ng ph p m i mẻ v có tính ti n nh t, th hi n s linh động v tính th c ti n cao mô h nh C c u ki n ti n h nh cho h li n tục n y l ppm lưu lượng dòng khí NH3 - nồng độ ml ph t kh i lượng x c t c , - 0,75g 1 Ảnh hưởng b u ti n, đ có nh ng đ nh gi x c v ho t tính quang x c t c c c h x c t c, ch ng ti n h nh kh o s t nh hưởng x l n độ chuy n hóa NH3 u ki n không x c t c K t qu thu cho th y nồng độ NH3 tr n h li n tục không x c t c u ki n t i không thay đ i v gi m u ki n có chi u đèn UV Như v y, nh hưởng x đ n nồng độ NH l r t ít, coi đ y l m đ tính hi u su t c c h sau Chính v th , nh ng kh o s t ti p theo tr n h có x c t c v x UV, th hi u su t chuy n hóa NH3 l ho t tính x c t c TiO2 Ảnh hưởng o i tá TiO2 nh u Ch ng ti n h nh kh o s t ho t tính chuy n hóa NH3 tr n c c h x c t c v i s hi n di n x UV v x t i B n lo i x c t c TiO kh c nghi n cứu ph n n y bao gồm Ti-T, Ti-M, Ti-MF M v CrTi- Hi u su t x l NH3 tr n mô h nh li n tục v i lo i x c t c TiO2 kh c nhau, kh i lượng x c t c s dụng l , g, lưu lượng dòng khí l ml ph t u ki n có v đèn tr nh b y b ng C c k t qu b ng cho th y mẫu x c t c đ u cho hi u su t x l NH3 r t th p t – Trong u ki n x th CrTi-M cho hi u su t x l l , cao nh t b n lo i x c t c s dụng K t qu n y l vi c bi n tính v i Cr đ l m t ng tính axit v t li u n n t ng kh n ng h p phụ NH3 N u so v i u ki n có chi u đèn th hi u su t qu tr nh quang x c t c mẫu x c t c bi n tính v i Cr ch kho ng , tư ng đư ng mẫu Ti-M Trong u ki n có 42 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân x th CrTi-M cho hi u su t x l l , cao nh t b n lo i x c t c s dụng Bảng Hi u suất NH3 h iên tụ 25 g X tá tá TiO2 nh u ưu ượng 100 ml/phút H kh ng n H n Ti-T 0% 2% Ti-M 0% 4% Ti-MF500 0% 6% CrTi-M500 7% 11 % Như v y, v n đ h n ch h n y có th thời gian lưu NH TiO2 không đủ nồng độ NH3 c n x l qu l n Tuy nhi n, c n lưu th m NH3 có tính baz m nh v l ph n t r t b n, TiO2 có tính baz tr n b mặt, s h p phụ ban đ u có th không t t n n qu tr nh quang hóa x y không hi u qu Qua thí nghi m n y, kh n ng x l NH3 TiO2 chưa chứng minh Do đó, đ t ng kh n ng ti p x c NH3 v TiO2, ch ng ti n h nh c c thí nghi m v i kh i lượng x c t c t ng l n 3.1.3 Ảnh hưởng hà ượng tá Ch ng ti n h nh t ng h m lượng x c t c CrTi-M t , đ n , v , mẫu đ i di n l Ti-M v g kh i lượng x c t c không t ng cao h n n a khó kh n v trở l c u ki n có v chi u đèn UV K t qu tr nh b y b ng cho th y vi c t ng kh i lượng x c t c không l m t ng độ chuy n hóa NH3 Cụ th đ i v i x c t c Ti-M th vi c t ng x c t c ch l m t ng M l n kh i lượng độ chuy n hóa h có đèn Còn tr n h x c t c CrTi- th ho t tính t ng kho ng kh i lượng x c t c t ng t , l n , g Như v y, vi c oxy hóa nhanh ph n t b n NH3 tr n h quang x c t c TiO2 nhi t độ thường không đủ hi u qu v i h ph n ứng li n tục x c t c c đ nh C c v n đ h n ch h li n tục n y chưa gi i quy t Sau đ y, ch ng ti p tục gi m lưu lượng dòng khí NH3 nh m t o u ki n t t h n v thời gian lưu cho h 43 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân Bảng Hi u suất NH3 h nh iên tụ v i 25 75g xúc tác Ti-M CrTi-M500 Lưu ượng Kh i ượng g Xúc tác Ti-M CrTi-M500 3.1.4 Ảnh hưởng ng kh 100 H kh ng n /ph t H n 0,25 0% 4% 0,50 1% 5% 0,75 1% 5% 0,25 7% 11% 0,50 10% 15% 0,75 10% 15% ưu ượng kh NH3 Trong chu i thí nghi m ti p theo, ti p tục gi m lưu lượng dòng khí nh m mục đích c i thi n y u t thời gian lưu Trong chu i thí nghi m n y th lưu lượng dòng đ u v o gi m t 100 ml/phút xu ng l n lượt giá tr 70; 40 20 ml/phút Kh i lượng x c t c c đ nh 0,5 g (giá tr 0,75 g gây v n đ v trở l c) K t qu trình bày b ng 3.3 cho th y vi c gi m lưu lượng dòng khí đ c i thi n y u t v thời gian lưu v độ chuy n hóa NH3 có th t ng t lưu lượng gi m l n đ i v i x c t c TO v t ng t đ n đ n đ iv i Như v y h xúc tác liên tục, xúc tác c đ nh th độ chuy n xúc tác CrTi-M hóa NH3 cao nh t có th đ t u ki n ch 19% Bảng 3 Hi u suất Xúc tác TO NH3 h nh iên tụ v i ưu ượng kh nh u Lưu ượng (ml/phút) %NH3 chuy n hóa - H UV 100 70 5% 6% 40 9% 20 10% 44 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân CrTi-M500 100 15% 70 17% 40 17% 20 19% Chúng ti n h nh kh o s t s n phẩm v độ chọn lọc qu tr nh oxy hóa NH3 b ng h quang x c t c tr n c sở TiO2 tư ng ứng v i u ki n cho độ chuy n hóa t i ưu x c t c CrTi-M , lưu lượng ml ph t , g x c t c K t qu cho th y s xu t hi n NOx NO NO2 s n phẩm ph n tích b ng GC-MS C c s n phẩm chứa N ngo i NH3 chưa chuy n hóa th ch có N2 N2O K t qu ph n tích GC cho th y thành N2 l n đ n NH3 b chuy n hóa th độ chọn lọc Như v y, qu tr nh oxy hóa chọn lọc NH3 thành N2 có th th c hi n qua h quang x c t c tr n c sở TiO2 C c k t qu b ng l n n a l i cho th y hi u su t x l NH h li n tục không c i thi n gi m lưu lượng dòng khí đồng nghĩa v i vi c gi m lượng NH3 c n x l Nh m c i thi n h n n a v kh n ng ti p x c h thời gian lưu , ch ng thay đ i c ch đặt Reactor h ph n ứng 3.1.5 Hi u suất hu n h NH3 v i á h ặt R tor Ph n kh o s t n y ti n h nh v i mục đích t m phư ng ph p c i thi n đ ng k hi u su t chuy n hóa h li n tục Có c ch đặt Reactor kh c dùng ph n kh o s t n y, ngo i c ch đặt h th ng đứng thi t k t đ u qu tr nh th c nghi m C ch thứ nh t l đặt Reactor th ng đứng v i x c t c đ nh v c ch thứ đặt n y V i l đặt Reactor n m ngang H nh v t ng c mô t s lược hai c ch c ch đặt n y hy vọng s ti p x c gi a NH3 v TiO2 thời gian lưu lượng x TiO2 nh n s t ng l n đ ng k C c thí nghi m ti n h nh v i , g x c t c Cr-Ti-M , lưu lượng dòng khí ml ph t Hi u su t x l NH3 v i c ch đặt Reactor tr nh b y b ng 45 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân H nh M h nh h iên tụ v i R tor th ng H nh M h nh h iên tụ v i R ng tor ượ tá tầng ặt nằ nh ng ng Bảng Hi u suất NH3 h nh iên tụ v i h ặt R tor Xúc tác Cr-Ti-M500 g tá ưu ượng 20 ml/phút Reactor N m ngang H kh ng 7% n H n 19 % 46 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân Th ng đứng v i x c t c t ng 8% 19 % V i c c k t qu tr n cho th y v n đ h n ch v hi u su t x l NH3 h li n tục x c t c c đ nh đ n u tr n chưa c i thi n Chính v th , ph n ti p theo đ t i t p trung x y d ng h ph n ứng gi n đo n x c t c c đ nh nh m c i thi n t i đa v n đ thời gian lưu NH3 tr n x c t c 3.1.6 Đ bền tá Trong c c nghi n cứu tr n h li n tục, ch ng kh o s t độ b n ho t tính c c h x c t c Trong kh o s t n y th u ki n ph n ứng l a chọn l u ki n cho độ chuy n hóa NH3 cao nh t K t qu b ng cho th y h Ti-M có độ b n ho t tính r t t t, sau xu ng ph n ứng th ho t tính ch gi m t Trong đó, vi c ho t tính h Cr-Ti-M gi m t xu ng có th li n quan đ n vi c qu tr nh h p phụ NH3 đ đ t b o hòa Tuy nhi n gi tr cao h n h TO không bi n tính Bảng Đ bền c a h xúc tác tr nh hu n h NH3 mô h nh iên tụ Điều ki n phản ng: ưu ượng 20 Th i gi n gi /ph t 2000ppm NH3, mxúc tác = 0,5 g % NH3 hu n h - % NH3 hu n h xúc tác TO xúc tác TO-Cr 10% 19% 10% 19% 9% 19% 9% 15% 14 9% 12% 20 9% 12% - 47 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân Như v y, c c kh o s t tr n h li n tục, x c t c c đ nh cho th y H quang x c t c tr n c sở TiO2 có kh n ng th c hi n qu tr nh oxy hóa chọn lọc NH3 (SCONH3 v i độ chọn lọc l n đ n đ t t i đa Tuy nhi n ho t tính h li n tục th p h n ch v y u t thời gian lưu Qu tr nh bi n tính v i oxit crôm nh m c i thi n kh n ng h p phụ NH3 nh m t ng thời gian lưu có th gi p l m t ng độ chuy n hóa NH3 Ngo i ra, h quang x c t c tr n c sở TiO2 cho độ b n ho t tính r t t t KHẢ NĂNG XỬ LÝ NH3 TRÊN HỆ GIÁN ĐOẠN Phư ng ph p th c hi n h gi n đo n n y l phư ng ph p thụ động có tính n đ nh cao v có thời gian lưu NH3 tr n x c t c cao h n so v i h li n tục Trong qu tr nh kh o s t nh hưởng lo i x c t c TiO2 Ti-T, Ti-M, TiMF v CrTi-M tr n h li n tục th h x c t c Cr-Ti-M NH3 t t nh t Chính v th , ch ng ch s dụng M cho hi u su t x l lo i x c t c l Ti-M v CrTi- đ i v i h gi n đo n 3.2.1 Ảnh hưởng b Tư ng t h li n tục, h gi n đo n n y c c kh o s t ho t tính x c t c l y m g c s hi n di n x gi theo k t qu c c h không x c t c i t i v ii dư i s hi n di n x UV đ đ nh nh hưởng ri ng x l n độ chuy n hóa NH3 C c k t qu tr nh b y b ng sau K t qu thu cho th y nồng độ NH tr n h gi n đo n không x c t c u ki n t i không thay đ i v ch gi m u ki n có chi u đèn UV Chính v th , nh ng kh o s t ti p theo tr n h có x c t c v x UV, th hi u su t chuy n hóa NH3 l ho t tính quang x c t c TiO2 2 Ảnh hưởng o i tá TiO2 nh u Trong nội dung n y, ch ng ti n h nh kh o s t kh n ng oxy hóa NH3 b ng h quang x c t c tr n h gi n đo n nh m đ m b o qu tr nh không b gi i h n v y u t thời gian lưu Nồng độ NH3 h gi t c s dụng l gam Sau m i ppm v kh i lượng x c ph t, ch ng ti n h nh r t mẫu khí v ph n tích h m lượng s n phẩm đ x c đ nh độ chuy n hóa NH3 K t qu tr nh b y h nh 48 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân cho th y tr n h UV th c hai h x c t c TO v Cr-Ti-M hóa NH3 r t cao Sau đ u cho độ chuy n ph t th độ chuy n hóa NH3 đ t đ n v sau ph t 100% NH3 đ chuy n hóa K t qu tr nh b y b ng cho th y qu trình oxy hóa NH3 ch cho s n phẩm N2 N2O độ chọn lọc N2 l n đ n cho th y ti m n ng r t l n vi c s dụng qu tr nh quang x c t c đ th c hi n vi c oxy hóa NH3 thành N2 UV#A% %NH3 chuyển hóa (%) 100%# 80%# Ti-M TO 60%# CrTi-M500 TO-Cr 40%# Không xúc tác 20%# 0%# 0# 30# 60# 90# 120# 150# Thời gian (phút) VIS$ %NH3 chuyển hóa (%) 100%# 80%# 60%# 40%# Ti-M TO TO-Cr CrTi-M500 20%# Không xúc tác 0%# 0# 30# 60# 90# 120# 150# Thời gian (phút) H nh 3 Hi u suất NH3 h gián o n th o th i gi n Ti-M CrTi-M500 v i h UV h VIS 49 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân Bảng Đ h n tr nh o h NH3 h qu ng tá TO TO-Cr Ph n t h s u 120 ph t phản ng h UV-A Xúc %NH3 chuy n % t o thành % t o thành ộ chọn lọc N N2 N2 O (%) 90% 80% 10% 89% 91% 82% 9% 90% hóa; tác H UV-A TiCrTiM500 3 Ảnh hưởng hà ượng tá Kh o s t n y th c hi n v i h m lượng l , g gv u ki n có x UV M i h m lượng ti n h nh v i g mẫu CrTi-M thí nghi m chi u đèn v không chi u đèn Hi u su t m i thí nghi m ho t tính tính theo m chọn tr n Hi u su t x l NH3 , g gv g CrTi-M đ tr n h gi n đo n tr nh b y h nh UV-A %NH3 chuyển hóa (%) 100% 80% CrTi-M500 (2 g) 60% CrTi-M500 (1 g) 40% CrTi-M500 (0,5 g) 20% 0% 30 60 90 120 150 Thời gian (phút) H nh Hi u suất NH3 h gián o n 5g 1g 2g CrTi-M500 50 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân Tr n đồ th l đường hi u su t ứng v i lượng x c t c , g gv g Kh o s t cho th y v i mô h nh h gi n đo n cho hi u su t chuy n hóa NH mẫu CrTiM c c h m lượng kh c đ u r t cao tr n kh i lượng x c t c t ti p t Trong n u vi c t ng , g l n g l m t ng rõ r t hi u su t x l NH3 th vi c t ng g l n g ch l m t ng nh hi u su t K t qu n y có th gi i thích v i lượng x c t c g l qu nhi u so v i b mặt tr i x c t c buồng ph n ứng, n n hi u su t t ng n tính theo kh i lượng x c t c l không đ ng k Ảnh hưởng kh ng kh Trong c c u ki n thu n lợi cho ph n ứng quang hóa x y ra, đ i v i h khí, l độ ẩm không khí Do đó, đ t i th c hi n th m kh o s t v nh hưởng độ ẩm đ i v i s chuy n hóa NH3 qu tr nh ph n ứng C ch thức l m l đặt th m ch n nư c nh dư i qu t ph n gi p cho s khu ch t n đồng đ u h n hợp khí Reactor mô h nh Thí nghi m ti n h nh v i g x c t c mẫu CrTi-M u ki n có th m nư c v không th m nư c Hi u su t x l NH3 mẫu CrTi-M th m v không th m nư c th hi n h nh UV-A %NH3 chuyển hóa (%) 100% 80% 60% Không thêm nước 40% Thêm nước 20% 0% 30 60 90 120 150 Thời gian (phút) H nh Hi u suất NH3 CrTi-M500 thê kh ng thê nư 51 Ch ơng 3: Kêt qua va thao luân th tr n cho th y v i h ph n ứng không cung c p th m nư c, hi u su t x l NH3 theo thời gian không kh c bi t nhi u so v i h không th m nư c Hi u su t x l NH3 đ t gi tr r t cao có th k t lu n bư c đ u r ng s b sung h i nư c n y l không c n thi t K t qu n y có th li n quan đ n vi c độ ẩm không khí t i Vi t Nam l kh cao n n lượng nư c không khí đ đủ đ qu tr nh quang x c t c x y 3 NHẬN X T CHUNG Trong nghi n cứu n y, kh n ng s dụng h quang x c t c tr n c sở TiO đ th c hi n qu tr nh chuy n hóa NH3 thành N2 đ kh o s t K t qu cho th y tr n h li n tục - x c t c c đ nh th y u t thời gian lưu l y u t h n ch NH3 có th chuy n hóa th nh N2 v i độ chọn lọc l n đ n độ chuy n hóa t i đa ch l đ gi p c i thi n y u t v Vi c bi n tính v i Cr x c t c CrTi-M thời gian lưu thông qua vi c t ng kh n ng h p phụ NH3 Ngo i ra, c c h x c t c cho th y độ b n ho t tính r t t t i v i h gi n đo n, y u t h n ch v thời gian lưu không còn, th h quang x c t c cho th y kh n ng oxy hóa đ n h n 90% NH3 ch sau ph t v i độ chọn lọc s n phẩm N2 l n đ n x c t c bi n tính v i Cr x c t c CrTi-M H n n a, h cho th y ho t tính vùng VIS cao 52 Ch ơng 4: Kêt luân CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN t i ti n h nh nghi n cứu kh n ng x l NH3 b ng h quang x c t c TiO2 tr n h li n tục x c t c c đ nh v h gi n đo n x c t c c đ nh K t qu nghi n cứu cho th y kh n ng x l NH3 b ng h quang x c t c TiO2 tr n h li n tục x c t c c đ nh th p h n nhi u so v i h gi n đo n x c t c c đ nh Bức x có nh hưởng r t đ n kh n ng x l NH3 Chính v th , hi u su t x l NH3 l ho t tính x c t c TiO2 K t qu cho th y tr n h li n tục - x c t c c đ nh th y u t thời gian lưu l y u t h n ch NH3 có th chuy n hóa th nh N2 v i độ chọn lọc l n đ n độ chuy n hóa t i đa ch l Vi c bi n tính v i Cr đ gi p c i thi n y u t v thời gian lưu thông qua vi c t ng kh n ng h p phụ NH3 Ngo i ra, c c h x c t c cho th y độ b n ho t tính r t t t Thay đ i h m lượng x c t c, thời gian lưu khí NH3 c ch đặt Reactor không c i thi n hi u qu x l tr n h li n tục x c t c c đ nh i v i h gi n đo n, y u t h n ch v thời gian lưu không còn, th h quang x c t c cho th y kh n ng oxy hóa đ n h n chọn lọc s n phẩm N2 l n đ n NH3 ch sau ph t v i độ H n n a, h x c t c bi n tính v i Cr cho th y ho t tính vùng VIS kh cao đ t độ chuy n hóa sau ph t chi u đèn Kh o s t v i h gi n đo n có đặt th m ch n nư c đ b sung độ ẩm th thời gian đ t hi u su t t i đa không nhanh h n so v i h không th m nư c Khi ứng dụng TiO cho c c ph n hay công tr nh x l NH3 ngo i khí trời, th Vi t N kh ng kh ph hợp v không c n b sung th m h i nư c Kh n ng x l NH3 b ng h quang x c t c TiO2 tr n mô h nh h gi n đo n x c t c c đ nh cho k t qu r t t t cho th y có ti m n ng ứng dụng th c t Tuy nhi n, c n có th m nh ng kh o s t c c kho ng nồng độ NH3 đ u v o kh c c n nh ng kh o s t v ph t th i NH3 ngo i th c t đ nghi n cứu đ y đủ v có c sở th c ti n h n X c t c TiO2 có tính baz , đ i tượng x l l NH3 l baz , n n v n đ bi n tính TiO2 v i c c ch t thích hợp tùy theo đ i tượng x l l v n đ c n thi t ph i t p trung nghi n cứu h n Hư ng nghi n cứu ti p theo c n t p trung tr n x c t c TiO2 kích thư c nano nh m c i thi n b mặt ti p x c gi a 53 Ch ơng 4: Kêt luân pha khí v pha r n nghi n cứu có th ứng dụng cho x c t c x l NH3 động c ôtô, c n th m nh ng nghi n cứu x c h n v độ chọn lọc s n phẩm chuy n hóa 54 Tai liêu tham khao TÀI LIỆU THAM KHẢO A TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] L Ti n Khoa , Nghi n cứu th nh công phư ng ph p bi n tính c u tr c TiO2 b ng KF, T p Chí ph t tri n Khoa học v công ngh , 13, 19-23 [ Bùi V n Ga, V n Th Bông, Ph m Xu n Mai, (1993) NXB Gi o dục, [ nước gi nhi i ường, tr ặng Th Hồng Phượng, PP N hể ứng c B i ch n l p Nghiên x ng nâng c ng c C l oni hoạ động củ ng x l Vi n T i nguy n - Môi trường Tp.HCM [4 ặng Mai Tuy t Trang, Bước đầ nghiên phân lập vi h ẩn c ng NH3, H2 ong h hải ng ồn ch inh ưỡng Vi n T i nguyên - Môi trường Tp.HCM [ [ Trư ng H u Tr , (2008) ản phẩ o V n Tường, ầ ộng h c xúc ỏ hương phẩ , NXB Nẵng, tr c, NXB Khoa học v K thu t H Nội B TÀI LIỆU TIẾNG ANH [7] Department of Chemical Engineering and Institute of Chemistry, Tallinn Technical University, (2001) Advanced oxidation processes – current status and prospects, Proc Estonian Acad Sci Chem., 50, 2, 59–80, 22ps [8] G Ramis, Li Yi, G Busca, (1996) Ammonia activation over catalysts for the selective catalytic reduction of NOx and the selective catalytic oxidation of NH3 An FT-IR study, Catalysis Today 28 (1996) 373-380, 8ps [ H.M.J Kušar, A.G Ersson, M Voseck , S.G Järås, Selective catalytic oxidation of NH3 to N2 for catalytic combustion of low heating value gas under lean/rich conditions, Applied Catalysis B: Environmental 58 (2005) 25–32, 8ps [10] Lu Gang, B.G Anderson, J van Grondelle, R.A van Santen, (2000) NH3 oxidation to nitrogen and water at low temperatures using supported transition metal catalysts, Catalysis Today 61 (2000) 179–185, 7ps 55 Tai liêu tham khao [11] Mark A Sutton, Jan Willem Erisman, Frank Dentener, Detlev Mo¨ ller, (2008) Review: Ammonia in the environment: From ancient times to the present, Environmental Pollution 156 (2008) 583–604, 22ps [12] Martin, C., Martin, I & Rives, (1995) Effect of sulfate removal on the surface texture and acid-base properties of TiO2 (anatase), J Math Sci., 3847–3852, 30ps [13] Michael P Ramage, (2008) Transitions to Alternative Transportation Technologies; a Focus on Hydrogen, Committee on Assessment of Resource Needs for Fuel Cell and Hydrogen Technologies, 14ps [14] N Le Phuc, X Courtois, F Can, S Royer, P Marecot, D Duprez, (2011) NOx removal efficiency and ammonia selectivity during the NOx storage-reduction process over Pt/BaO(Fe, Mn, Ce)/Al2O3 model catalysts Part I: Influence of Fe and Mn addition, Université de Poitiers, France, 8ps [15] Nick Serpone, (1995) Brief introductory remarks on heterogeneous Photocatalysis, Solar Energy Materials and Solar Cells 38 (1995) 369-379, 11ps [16] Noel W Cant And John R Cole, (1992) Photocatalysis of the Reaction between Ammonia and Nitric Oxide on TiO2 Surfaces, Journal of catalysis 134, 317 330 (1992), 14ps [17] J.M Thomas, W.J Thomas, (1997) Principles and practice of Heterogeneous catalysis, Federal Republic of Germany, 8ps [18] O Carp, C.L Huisman, A Reller, (2004) Photoinduced reactivity of titanium dioxide, Progress in Solid State Chemistry 32 (2004) 33–177, 11ps [19] Seiji Yamazoe, Taro Okumura, Tsunehiro Tanaka, (2007) Photo-oxidation of NH3 over various TiO2, Catalysis Today 120 (2007) 220-225, 6ps [20] Soo-Keun Lee, Andrew Mills, (2004) Detoxification of water by semiconductor photocatalysis, J Ind Eng Chem, Vol.10 No.2, (2004), 173-187, 14ps [21] Yuejin Li, John N Armor, (1997) Selective NH3 oxidation to N2 in a wet stream, Applied Catalysis B: Environmental 13 (1997) 131-139, 9ps 56 [...]... quan tâm nghiên cứu t nh ng n m Một trong nh ng c sở quan tâm nghiên cứu s m v TiO2 c u tr c anatase v đưa v o ứng dụng l c c nh Khoa học trong Vi n V t lý Ứng dụng và thi t b Khoa học (TS Tr n Tr n ức, TS Nguy n Trọng Tĩnh Sau đó một s nhóm nghiên cứu trong Vi n Khoa học v t li u cũng đ tri n khai nghiên cứu TiO2, đ ng ch l một s k t qu v kh n ng x lý di t khuẩn của v t li u quang xúc tác TiO2 anatase,... n qu tr nh quang xúc tác TiO2 Quá trình quang xúc tác trên TiO2 l qu tr nh x c t c d th , n n cũng gồm giai đo n theo thứ t như sau chuy n c c ch t ph n ứng trong pha l ng đ n b mặt xúc tác, h p phụ ch t ph n ứng tr n b mặt x c t c, ph n ứng trong pha h p phụ, gi i h p phụ c c s n phẩm ph n ứng v chuy n c c s n phẩm ph n ứng kh i b mặt ph n gi i gi a hai pha[5,13] Quá trình quang xúc tác TiO2 có th... dẫn, hi u qu kho ng hóa th p đ i v i lo i x c t c TiO2 có n ng lượng vùng c m cao h n hoặc có s lượng l n khuy t t t trong th kh i [3,21] Trong qu tr nh nghi n cứu v qu tr nh ph n hủy quang hóa trichloroetylen b ng TiO2 cho th y r ng khi độ tinh th hóa cao s l m t ng ho t tính quang hóa Nung ở nhi t độ cao l một phư ng ph p thường được s dụng đ t ng cường độ tinh th hóa, Nhóm nghi n cứu của L Ti n Khoa... nh t đ n hi u qu của qu tr nh quang hóa x c t c l ho t tính quang hóa của v t li u x c t c được s dụng hay nói chính x c l phụ thuộc v o tính ch t hóa l của v t li u x c t c TiO2 ặc bi t ta th y qu tr nh quang x c t c TiO2 mở ra một tri n vọng l s dụng nh s ng mặt trời – nguồn vô t n, th n thi n v i môi trường cho qu tr nh x l nư c th i nhi m bẩn[3,8] 1 4 CÁC C NG NGHỆ XỬ LÝ AMONIAC 1 4 1 T ng qu n á... 4 2 Xử A oni T n m bằng qu ng tá TiO2 kh i ni m x c t c môi trường ra đời b ng nh ng th nh công trong vi c dùng x c t c đ x l khí th i trong xe h i Sang th p k , qu tr nh kh chọn lọc ki m so t NOx được thư ng m i hóa v nh ng nghi n cứu v TiO2 v x c t c quang hóa đ x l c c hợp ch t ô nhi m cũng đ được b t đ u T t c nh ng nghi n cứu ti n đ của vi c Kh o s t kh n ng x l NH 3 b ng h quang x c t c TiO2. .. c Kh n ng oxy hóa của c c t c nh n oxy hóa được th hi n qua th oxy hóa v được s p theo thứ t trong b ng Nhìn v o b ng ta th y g c t do hydroxyl • OH l t c nh n oxy hóa r t m nh v th oxy hóa của g c n y cao , Clo v , l n so v i l n so v i th oxy hóa của ozone [8,25] Bảng 1 1 Khả n ng o h t s tá nh n o h [8,25] STT Tác nhân oxy hóa Thế oxy hóa (V) 1 L tr ng mang đi n tích dư ng tr n TiO2 3,20 2 G c... n tr n, x c t c TiO2 ch có kh n ng h p thụ bức x có bư c sóng λ ≤ , nm v v i c c bư c sóng l n h n , nm qu tr nh quang hóa s không x y ra [17] Do b n ch t của qu tr nh quang x c t c l c c h t mang đi n quang sinh e /h+ tham gia v o c ch ph n ứng, n n t c độ ph n ứng của qu tr nh quang hóa x c tác t l tư ng ứng v i bức x n m trong vùng bư c sóng UV-A λ ≤ , nm T c độ qu tr nh quang hóa t ng một c ch... c ch ly người d n v phun nư c pha loãng  X lý hoá học: D a vào tính ch t hoá học của NH3 ta có th x lý NH3 b ng cách phun các dung d ch acid loãng (HCl, H2SO4 đ h p thụ hoá học NH3; NH3 26 Ch ơng 1: Tông quan pha khí hoặc l ng có th được oxy hóa ở nhi t độ cao hoặc th p v i s hi n di n của các xúc tác kim lo i (Pt, Pd, Cu, Ag, Ni, Fe Cr2O3, CuO, Fe2O3, TiO2 hay oxide kim lo i (Cr3O4, có độ chọn lọc... e- v l tr ng cũng t ng lên [24] Nhóm nghi n cứu Maira [23] x c đ nh kích thư c h t TiO2 t i ưu đ i v i ph n ứng oxy quang hóa pha khí của trichloretylen kho ng nm Ảnh hưởng của kích thư c h t l n ho t tính quang hóa đ i v i c c ph n ứng quang hóa trong môi trường nư c l r t đ ng k , đặc bi t l kích thư c nh h n nm Ở kích thư c nh h n nm, ho t tính quang hóa t ng l n cùng v i kích thư c h t, do nh hưởng... t s m C c nghi n cứu tr n th gi i v độ quang x c t c của TiO 2 trong x l c c ch t ô nhi m kh c nhau cũng như c c nghi n cứu v x l NH 3 b ng c c h x c t c kh c nhau đ được th c hi n kh nhi u Nhưng nh ng nghi n cứu dùng TiO2 đ x l tr c ti p NH3 còn h n ch v m i được th c hi n trong quy mô phòng thí nghi m Ở Vi t Nam, nghiên cứu v t li u nano TiO2 c u trúc anatase và ứng dụng ch ng đ x lý ô nhi m môi trường ... 16 1.3.3 C sở lý thuy t v trình quang xúc tác TiO2 16 iii Muc luc 1.3.3.1 Nguyên lý trình quang hóa xúc tác TiO2 16 C cy ut nh hưởng đ n qu tr nh quang x c t c TiO2 20 C cy... nghi n cứu kh o s t c c y u t nh hưởng đ n ho t tính chuy n hóa NH3 h x c t c quang tr n c sở TiO2 Nghiên cứu s dụng TiO2 t s nguồn kh c v c c h TiO2 bi n tính đ x l NH3 Kh n ng s dụng TiO2 tr... tính quang hóa ch t b n dẫn l TiO2 Tuy nhi n, ho t tính quang x c t c TiO2 l i c c th nh ph n pha, tính ch t b mặt, kích thư c h t TiO2 1.3.3.2 C c y u t nh hưởng đ n qu tr nh quang xúc tác TiO2