Quy trình tổng hợp cordierite

ĐồĐồ ánán tốttốt nghiệp nghiệp V 1.1 Nhôm oxyt .20 MỤC LỤC V 1.2.Nhôm nitrat 22 V 2.GÌÓ1 thiệu Magiê oxyt nguyên liệu để tổng hợp 24 V.2.1.Magiê oxyt .24 Trang V.2.2.Magiê nitrat 26 V.3.GÌÓ1 thiệu Silic oxyt nguyên liệu để tổng hợp 28 MỤC LỤC V.3.1.SÌ1ĨC oxyt .28 MỞ ĐẦU V.3.2.GÌỚĨ thiệu thủy tinh lỏng (TEOS) 31 PHẦN I: TỐNGvềQUAN LÝ THUYẾT THIỆU VÈ CITRIC AXIT 32 I.V.4.cơGIỚI SỞ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN cứu VAl.Tính chất vật lý axit citric 32 I.I Ô nhiễm khí thải: tổng quan V.1.1.1 4.2.Tính chất hoá học axit citric 34 v.4.3.ứng dụngphần citric Các thành gây ô axit 35 nhiễm từ khí thải VI CÁC PHƯƠNG PHÁP TỐNG HỢP xúc TÁC 35 1.1.2 .Tì VI 1.Phương phản ứngkhí trạng thái rắn .35 nh hình ôpháp nhiễm không VI 1.1 Cơ chế phản ứng pha rắn .36 1.2 Phương pháp xử lý ô nhiễm không khí VI 1.2.Quá trình phát triển tinh sản phẩm .36 VI 2.Phương pháp kết tủa 37 1.2.1 Xử lý N0X VI.3.Phương pháp kết tinh thủy nhiệt 37 VI.4.Phương pháp phân hủy trực tiếp từ muối 37 1.2.2 XỬ lý hydrocacbon VI.5.Phương pháp sol-gel .38 VI.5.1 Khái niệm sol 38 1.2.3 XỬ lý CO VI.5.2.Khái niệm gel 39 VI.5.3.Ưu nhuợc điểm phuơng pháp sol - gel .39 I 2.3.1.2.4 Xử lý đồng thời ba thành phần ô nhiễm VI.5.4.Các giai đoạn trình sol-gel 39 II XÚC TÁC CHỨC NẢNG xử LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG 11 PHẦN II: THỰC NGHIỆM 44 III.CHẤT NỀN CORDIERITE 13 I HÓA CHẤT SỬ DỤNG 44 III.1.Giới thiệu Cordierite 13 I.l Hóa chất 44 111.2 Một số phương pháp nghiên cứu 13 111.3 ứng dụng làm chất 14 IV GIỚI THIỆU VỀ CHÁT MANG 15 IV lGiói thiệu Ỵ- AI2O3 .15 IV 1.1 Cấu trúc Ỵ- AI2O3 15 IV 1.2.Cấu tạo bề mặt Y-AI2O3 18 IV 2.ứng dụng gamma oxyt nhôm 19 V NGUYÊN LIỆU ĐẾ TỒNG HỢP CHÁT NỀN CORDIERITE 19 V l.Giói thiệu Nhôm oxyt nguyên liệu để tổng hợp .19 Sv: Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN Sv: LêLê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp 1.2 Thiết bị 44 II QUY TRÌNH TỐNG HỢP CORDIERITE .44 II 1.Tiến hành theo phuơng pháp phản ứng pha rắn 44 II 1.1 Quá trình tổng họp AI2O3 44 II 1.2.Quá trình tổng họp MgO 45 II 1.3.Quá trình tổng họp Si02 từ thủy tinh lỏng 46 11.2 Tổng họp Cordierite phuơng pháp hóa học (sol-gel tù’ đầu) 7 47 11.3 Tạo hình sản phẩm đưa chất mang lên chất 48 III.CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA-LÝ NGHIÊN cứu ĐẶC TRƯNG xúc TÁC .49 111.1 Phương pháp phân tích nhiệt (Thermal Analysis _TA) 49 111.2 Phương pháp nhiễu xạ ronghen (X-ray diííaction: XRD) 51 111.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 52 111.4 Phương pháp đắng nhiệt hấp phụ nhả hấp phụ N xác định diện tích bề mặt * * ! 52 PHẢN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 I KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NHIỆT .54 1.1 Ket phân tích nhiệt mẫu Cordierite theo phương pháp phản ứng pha rắn 55 I 2.Ket phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp theo phương pháp sol-gel 55 II KẾT QUẢ PHÂN TÍCH RƠNGHEN III.KẾT QUẢ ĐO DIỆN TÍCH BÈ MẶT IV KẾT QUẢ CHỤP SEM Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Ngày ô nhiễm môi trường ngày trở thành vấn đề nhức nhối với người Trong phần không nhỏ nguyên nhân có nguồn gốc từ khí thải động Các thành phần khí gây ô nhiễm oxyt nitơ, oxyt lưu huỳnh, hydrocacbon dễ bay hơi, cacbon monoxyt, ngày gia tăng gây tượng mưa axit, hiệu ứng nhà kính, lỗ hổng tầng ozon, đặc biệt thay đổi khí hậu Do vấn đề xử lý khí thải trình đốt cháy nhiên liệu, đặc biệt khí thải xe giới thu hút nhiều nghiên cứu Đa số nghiên cứu sử dụng chuyển hóa xúc tác với xúc tác kim loại quý bạch kim, paladi, rhodi Xúc tác thường gồm lớp: chất làm từ loại gốm Cordierite từ phoi kim loại, chất mang phố biến Ỵ- AI2O3 phủ bên lớp chất cuối lóp xúc tác kim loại Xúc tác phải có khả xử lý đồng thời ba thành phần ô nhiễm CO, NOx hydrocacbon dễ bay Cordierite loại vật liệu thuộc hệ cấu tử Mg0-Al203-Si02 Thành phần hóa học Cordierite Mg 0.2Al203.5Si02 Cordierite loại vật liệu phổ biến, có độ bền nhiệt bền cao nên ứng dụng làm chất điều chế xúc tác xử lỷ khí thải trình đốt cháy nhiên liệu Các nghiên cún chủ yếu tổng họp Cordierite từ nguồn nguyên liệu tự nhiên cao lanh, talc, alumosilicat tự nhiên chưa đạt thông số mong muốn Đồ án đặt vấn đề tổng họp Cordierite theo hướng nhằm tăng diện tích bề mặt, tăng khả hoạt động giảm xuống tối thiểu lượng chất xúc tác cần dùng giá thành đắt Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp PHẦN I: TỎNG QUAN LÝ THUYẾT I.co SỞ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN cứu 1.1 Ô nhiễm khí thải: tổng quan Ồ nhiễm không khí hậu từ hoạt động sống đại như: gia tăng tiêu thụ luợng, phát triển ngành công nghiệp mũi nhọn: công nghiệp luyện kim, hóa học, giao thông đường hàng không, nhiễm có nguồn gốc từ ba nguồn chính: nguồn gốc thiên nhiên (thực vật, đất), nguồn gốc cố định (sưởi ấm gia đình, sản xuất điện, công nghiệp), giao thông Trong đó, ôtô phương tiện vận chuyển phần nguyên nhân tình trạng môi trường ô nhiễm ngày 1.1.1 Các thành phần gây ô nhiễm từ khí thải Các họp chất ô nhiễm khí thải chia làm hai nhóm: khí hạt rắn Người ta phân biệt chất ô nhiễm sơ cấp thải từ nguồn xác định (CO, HC, ) với chất ô nhiễm thứ cấp (0 3, ) sản sinh từ phản ứng chất ô nhiễm sơ cấp với tác động điều kiện môi trường xạ mặt tròi Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải từ động gồm chất sau: ■ Carbone dioxyde (C02), sản phẩm trình oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu ■ Carbone monoxyde (CO), đến từ trình oxi hóa không hoàn toàn nhiên liệu ■ Oxyt Nitơ bao gồm NO, N02 ■ Các hạt rắn, sản phẩm trình hình thành phức tạp ■ Các hợp chất hữu dễ bay (COV-composes organiques volatils), họp chất hóa học hữu có áp suất đủ cao để điều kiện bình thường bay lượng đáng kể vào không khí thành phần cov kết hợp hydrocarbure (như alkan, alken, aromatic ) hợp chất chứa oxi (aldehyde, xetone, ) Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp Những chất ô nhiễm thải môi trường dẫn đến nhiều ảnh hưởng tai hại cho sức khỏe môi trường Một vài chất góp phần hình thành sương mù đô thị (brouillards urbains), mưa acide từ S0 NOx Trong NOx VOCs nguyên nhân gây phản ứng khác dẫn đến hình thành ozone tầng đối lưu khí Các hydrocarbon chưa cháy gây bệnh ung thư, hạt rắn, đặc biệt hạt rắn nhỏ, nguy hiểm cho sức khỏe, vào phổi, gây bệnh hô hấp Ket nghiên cún đô thị lớn nước ta, nồng độ bụi vượt tiêu chuẩn cho phép 1,5-s-3 lần, nồng độ S02 gấp 2-K3 lần Tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu khí thải xe giới, lượng khí thải từ ống xả phương tiện giao thông chiếm tới 90% Chì, 25% khí N02 khoảng 98% khí co Khí thải môtô, xe máy kết họp với chất ô nhiễm thứ cấp gây nguy hại đến sức khỏe người dân gây nên bệnh như: ngạt thở, viêm phù phối, lao phổi, ung thư phổi, bệnh tim mạch bệnh thần kinh Báo cáo trạng môi trường quốc gia (2005) cho thấy, 70-^90% ô nhiễm không khí đô thị hoạt động giao thông vận tải, 10-^30% công nghiệp sinh hoạt Trong khí thải từ xe giới khí thải xe mô tô, xe máy chiếm phần chủ yếu 1.1.2 Tình hình ô nhiễm không khí Theo số liệu thống kê Bộ Tài nguyên & Môi trường, khí thải từ loại xe giới nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nguy hại Hầu hết tất chất khí độc thải môi trường như: Chì, oxyt Lưu huỳnh, loại bụi lơ lửng, bụi hạt trình đốt cháy nhiên liệu phương tiện giao thông Thời gian Ẹần đây, số địa phương, đặc biệt Hà Nội TP.HCM bắt đầu xuất nhiều đám mây mù, sương nồng độ chất khí thải lớn tích tụ Tình hình ô nhiễm không khí trở nên khó kiểm soát số lượng xe giới tăng nhanh với tốc độ chóng mặt Tính đến cuối năm 2004, số lượng ô tô qua trung tâm đăng kiểm toàn quốc lên tới 523 nghìn chiếc, số xe máy lưu hành vượt số 13 triệu Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp Hầu hết xe giới phuơng tiện giao thông cá nhân phân bố rộng khắp vùng miền, nên việc triển khai công tác kiểm tra siết chặt giới hạn khí thải gặp nhiều khó khăn tốn Thêm vào đó, giới hạn khí thải áp dụng cho loại xe qua sử dụng nuớc ta so với nuớc khu vực thấp Một số nuớc nhu Thái Lan, Malaisia, Singapore, Trung Quốc, áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu 1, chí khí thải xe giới đường từ nhiều năm nước ta dừng lại việc áp dụng TCVN từ năm 1998 (tiêu chuẩn Việt Nam) với hàng rào kỹ thuật mức thấp Đặc biệt với nhóm người có tiền sử hen nhạy cảm với môi trường dễ có nguy mắc bệnh nguy hiểm khác không khí ô nhiễm • Áp dụng tiêu chuẩn châu Ầu - Một yêu cầu thiết Kinh nghiệm nước giới cho thấy, áp dụng siết chặt thêm mức tiêu chuẩn cắt giảm mức phát thải 30% lượng khí co, 55% HC NOx từ khí thải xe giới Riêng nước ta, năm 2001 việc loại bỏ hoàn toàn xăng pha chì kiện đánh dấu bước quan trọng việc cắt giảm mức phát thải ô nhiễm phương tiện tham gia giao thông Việc áp dụng tiêu chuẩn châu Âu siết chặt quản lý cắt giảm khí thải xe giới thiết Theo đánh giá chuyên gia môi trường giới, thòi điểm Việt Nam đưa vào áp dụng tiêu chuẩn châu Âu thích họp, so với nước khác áp dụng trước Việt Nam có nhiều lợi thế, nguồn nhiên liệu nước chủ yếu nhập từ nước áp dụng tiêu chuẩn châu Ầu Nhà máy lọc dầu Dung Quất trình xây dựng vào hoạt động nên áp dụng công nghệ mới, đại Thêm vào đó, ngành công nghiệp ô tô giai đoạn đầu với công nghệ linh kiện chủ yếu nhập từ nước nên áp dụng nhiều kinh nghiệm nước trước Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp I.2 Phương pháp xử lý ô nhiễm không khí Có nhiều biện pháp xử lý khác thành phần gây ô nhiễm khác Ở đây, đề cập đến biện pháp xử lý ba thành phần ô nhiễm khí thải động xăng:CO, NOx, hydrocacbon 1.2.1 Xử lý NOx Có hai phuơng pháp để loại bỏ oxyt nitơ: a Phuơng pháp 1: oxy hóa NO thành nitrat nitrit nhung trường hợp cần phải xử lý sản phẩm tạo b Phương pháp 2: Khử NOx thành N2 Đây cách thường chọn Tác nhân khử NH3, nhiệt độ xử lý từ 900°c -H000°c, không cần xúc tác Nhung tác nhân cần tỷ lệ NH3/NOx cao mà độ chuyển hóa không cao Các chất khử CH4, CO, H2 xem có hiệu hon Cơ chế phản úng khử có mặt oxy là: NO + NH3 + 02 -►-» N2 + 3H20(1) NO + N02 + 8/3 NH3 + 1/2 -► 7/3 N2 + 4H20 (2) đó, vận tốc phản úng (2) > vận tốc phản ứng (1) Xúc tác cho phản úng thường V 2Os chất mang Ti02, Fe203 A1203 Còn tác nhân khử co, CH4 hydrocacbon chất xúc tác zeolit trao đổi với ion kim loại chuyển tiếp kim loại chất mang Đe loại bỏ oxyt nitơ động diezen động xăng hoạt động với hỗn họp nhiên liệu nghèo, xúc tác cần có hoạt tính, độ chọn lọc (N 2, N20, N02) Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp dạng nitrat Sau đó, người ta thực phép loại bỏ cách nâng cao nhiệt độ để phân huỷ khử hydrocacbon đưa thêm vào Việc cần thực nhanh để lượng tiêu hao co hydrocacbon không tăng mạnh Độ chọn lọc theo nito thay đổi theo hệ sử dụng Các xúc tác nghiên cứu nhiều Pt/Al 203 biến tính với kim loại kiềm, kiềm thổ (Ba) oxyt đất hiếm, oxyt BaO, CuO, YSrCuO, MoZr02 1.2.2 Xử lý hydrocacbon Có ba cách xử lỷ a Phưong pháp 1: Khi nồng độ hydrocacbon cao sử dụng biện pháp thu hồi dựa vào trình vật lỷ ngưng tụ, hấp thụ, tách màng b Phương pháp 2: Dựa oxy hóa trình hoá học Quá trình đốt cháy cov thường sử dụng xúc tác co sở Pd, Pt, Rh hay xúc tác oxyt crôm, sắt, molipđen, vônửam, đồng, niken Chất mang thường dùng oxyt nhôm c Phưong pháp 3: Xử lý sinh học Các cov sử dụng co chất cho vi sinh vật Vi sinh vật tiêu thụ cov nguồn cacbon để tạo sinh khối lượng: Cơ chất + Sinh khối + 02 —>Sinh khối Hoặc —>Sản phẩm oxy hóa, H20, C02 1.2.3 Xử lý CO a Phương pháp 1: Oxy hóa co oxy: CO + 1/2 02 ^C02 Xúc tác cho phản ứng kim loại quý Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN Đồ án tốt nghiệp a.Phương pháp 1: Có thể xử lý đồng thời ba khí N0 X, co hydrocacbon dễ bay cách thiết kế hai hộp xúc tác oxy hóa khử Các phản ứng hóa học trình xử lý là: Phản ứng khử: NO —>1/2N2 + 1/2Ơ2 Các phản ứng oxy hóa: C0 + H20 -^CO2 + H2 NO + 5/2 H2 -► NH3 + H20 NH3 + 5/4 02 —► NO + 3/2 H20 Theo phuơng pháp này, hộp khử hoạt động tốt môi truờng du nhiên liệu Ngoài ra, môi truờng khử hình thành NH 3, chất chuyển qua hộp oxy hóa bị oxy hóa thành NO, nghĩa tái tạo lại chất ô nhiễm.[l] b.Phuơng pháp 2: Phưong pháp un việt phương pháp sử dụng phổ biến giới Phương pháp sử dụng xúc tác ba nhiệm vụ (three ways catalyst), nghĩa xúc tác vừa có khả oxy hóa co hydrocacbon vừa có khả khử NOx Phản ứng tổng cộng là: NO + co + cov ^N2 + C02 + H20 Xúc tác phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Chuyển hóa tốt NOx với tác nhân khử co hydrocacbon chưa cháy hết khí thải, co hydrocacbon dư phải bị oxy hóa hoàn toàn thành C02 H20 Hoạt tính xúc tác cao để đạt độ chuyển hóa mong muốn vận tốc thể tích khí thải cao (lSO.OOOh1) - Có thể làm việc nhiệt độ thấp cần thiết vài giây khởi Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN 10 Đồ án tốt nghiệp - Hoạt động ổn định khoảng thời gian xe chạy 50.000 dặm khoảng 5năm Xúc tác phải làm việc tốt điều kiện tỉ số không khí/nhiên liệu thay đối liên tục nên thành phần khí thải thay đổi liên tục nhệit độ xúc tác không ổn định Xúc tác phải không đòi hỏi chế độ quan tâm, bảo dưỡng đặc biệt hoàn nguyên xúc tác.[23] II XŨC TÁC CHỨC NĂNG xử LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG Đa số xe đại trang bị lọc chức (three way catalyst) Chúng tập trung vào việc làm giảm lượng phân tử carbon monoxide, voc NOx có khí thải Bộ trung hòa khí sử dụng hai lớp xúc tác, làm giảm khí thải oxy hóa chúng Cả hai bao gồm cấu trúc ceramic tráng phủ lớp kim loại, thường platinum, rhodium, palladium Người ta cố gắng tạo bề mặt tiếp xúc lớn lóp ceramic với dòng khí thải chạy ngang, giảm xuống tối thiểu lượng chất xúc tác cần dùng giá thành đắt l.vỏ, 2.lớp đệm, 3.lõi, 4.lớp chất mang, 5.1ớpxúctác Hìnhl : cẩu tạo xử ỉý chức Hệ thống xúc tác bao gồm khối chất nền,lớp chất mang lóp kim loại hoạt tính Ngày khối chất chế tạo gốm hay kim loại liền khối, gọi monolithe, dùng rộng rãi Khối chất monolithe ống trụ tiết diện tròn, bầu dục, bên chia nhỏ vách ngăn song song với trục Mặt cắt ngang khối chất có dạng tổ ong với tiết diện tam giác hay vuông Đối với động có công suất khoảng 100kW, tiết diện tổng cộng cần thiết pha hoạt động khoảng 130cm Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN 11 Đồ án tốt nghiệp Hìnhll : Sơ đồ trình tổng họp ẢI2O3 theo phương pháp sol-geỉ Cân 44,532 g muối A1(N03)3.9H20 49,461 g Citric axit vào cốc 500ml theo tỉ lệ Ci/ A1(N03)3, thêm lOOml nước cất vào cốc Dung dịch khuấy trì nhiệt độ 60 °C-80°C.Khi dung dịch bay hoi hết ta thu gel,sấy gel 120°c 4h,thu sản phẩm rắn phồng xốp Nghiền vụn sau đem nung mẫu 600°c có thổi oxy vòng 5h, tốc độ gia nhiệt 2°c/phút, ta thu A1203 II 1.2.Quá trình tổng hợp MgO Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN 45 Đồ án tốt nghiệp Hình 12 : Sơ đồ trình tống họp MgO theo phương pháp sol-gel Cân 39,474 g muối Mg(N03)2 63,123 g Citric axit theo tỉ lệ Ci/Mg(N03)2 =2 hòa tan lOOml nước cất.dung dịch khuấy cốc 500ml trì nhiệt độ khuấy 60°080°c Dung dịch bay hoi hết ta thu gel,sấy gel 120°c 4h tạo sản phẩm rắn phồng xốp Tiếp tục nghiền vụn nung sản phẩm 600°c 5h có thổi oxy với tốc độ gia nhiệt 2°c /phút thu MgO II 1.3.Quá trình tổng hợp Si02 từ thủy tinh lỏng Đong lOOml TEOS pha loãng 25 ml cồn tuyệt đối vào cốc 500ml Thêm tiếp 80ml nước cất vào cốc tiến hành khuấy nhiệt độ thường 2h, sau gia nhiệt lên 60°c khuấy Vì TEOS không phản ứng tốt với H20 nồng độ đặc nên chúng thường pha loãng vói cồn tuyệt đối trước cho tiến hành phản ứng thuỷ phân Theo thời gian, phản úng liên tục diễn ra, độ nhớt dung dịch tăng lên phản ứng polymer hoá đông đặc, hình thành gel rắn Đem sấy gel 120°c 5h,sau nghiền nhỏ sản phẩm nung 550°c thu Si02 Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN 46 Đồ án tốt nghiệp Hìnhl3 : Sơ đồ trình tổng họp Si02 bằngphưongpháp sol-gel II.2 Tổng hợp Cordierite phương pháp hóa học (sol-gel tù’ đầu) Chúng tiến hành tống hợp Cordierite cho hỗn họp muối A1(N03)3.9H20 Mg(N03)2.6H20 với TEOS sol-gel từ đầu Dung dịch chuẩn bị cách cho TEOS với nước cất cồn tuyệt đối để pha loãng vào cốc Tiến hành khuấy dung dịch nhiệt độ thường 2h Sau thêm muối A1(N03)3.9H20 Mg(N03)2.6H20 với Citric axit vào cốc theo tỉ lệ tính toán Gia nhiệt khuấy dung dịch 60°080°c, ta thu gel rắn Đem sấy khối gel 120°c 5h, tiếp tục nung 600°c có dòng oxy thổi qua Thu sản phẩm, tạo viên đưa phân tích để đánh giá kết Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN 47 Đồ án tốt nghiệp Hìnhl4: Tổng họp Cordierite theo phưoĩigpháp sol-geỉ II.3 Tạo hình sản phẩm đưa chất mang lên chất Sau tổng họp oxyt tiến hành phối trộn oxyt theo tỉ lệ hợp thức Cordierite 2Mg0.2Al203.5Si02.Hỗn họp nghiền nhỏ, trộn cối nhỏ 30 phút Tạo hình sản phẩm: Sử dụng máy nén ép xúc tác tạo viên hình trụ có đường kính 9mm ■ Mầu 1: hỗn họp oxyt ■ Mầu 2: hỗn họp oxyt + 10% tinh bột ■ Mầu 3:xúc tác tổng họp theo phương pháp sol-gel Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN 48 Đồ án tốt nghiệp -Chuẩn bị dung dịch muối A1(N03)3.9H20 -Tẩm dung dịch lên mẫu chất nung -Sấy khối chất tẩm 80°c 15 phút Lấy mẫu lặp lại trình đến hàm lượng Ỵ-A1203 đạt 10% khối lượng chất -Nung sản phẩm 600°c 3h III.CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA-LÝ NGHIÊN xúc cứu ĐẶC TRƯNG TÁC Có nhiều phương pháp ứng dụng để nghiên cứu đặc tính cấu trúc tinh thể vật liệu Việc lựa chọn phương pháp để nghiên cứu vật liệu tùy thuộc vào loại cấu trúc mục đích nghiên cúu Hìnhl5: Sơ đồ khối thiết bị phân tích nhiệt A phận lập chương trình làm việc cho lò nung B, điều chỉnh, chọn lọc tốc độ đốt nóng nhiệt độ tối đa Chén I đựng mẫu nghiên cứu đặt lò nung B, với chất so sánh chén II Chất so sánh thường dùng A1203 MgO Khi đun nóng lò B theo chương trình định sẵn , thiết bị c ghi thông số từ lò B biểu diễn dạng hàm Y = f(t) gọi giản đồ nhiệt, Y tính chất mẫu nghiên cứu, t thời gian (phút),nhưng tốc độ đốt nóng lò giữ không đổi, nên phụ thuộc Y theo thời gian chuyển thành phụ thuộc Y theo nhiệt độ T Sv: Lê Quang Linh - Lóp Hóa dầu K49-QN 49 Đồ án tốt nghiệp Neu Y hiệu số nhiệt mẫu nghiên cứu chất so sánh : Y = ÀT = Tp T2, giản đồ nhiệt ta có đuờng DTA ( Differential Thermal Analysis) Neu Y biến thiên khối luợng mẫu theo nhiệt độ ta có đường TG (Thermogravimetry) Neu Y đạo hàm bậc đuờng TG theo thời gian (liên quan đến tốc độ thay đổi khối luợng mẫu ) ta có đuờng DTG( Differential Thermogravimetry) Neu Y cho biết giá trị hiệu ứng nhiệt phản ứng mẫu xảy trình nung, ta có đường DSC ( Differential Scanning Calorimetry) Neu Y thông tin cho biết thể tích khí thoát từ mẫu trình nung ta có đường RGA ( Evolve Gas Analysis ) Thiết bị phân tích nhiệt thường có kèm theo phận phân tích khí thoát (Chromatographic, Mass spectrometry) Lúc giản đồ nhiệt ta có thêm đường EGD ( Evolved Gas Detection) Neu Y thông tin cho biết thay đổi kích thước mẫu theo nhiệt độ, ta có đường TD ( Thermodilatometry) Neu Y đạo hàm bậc kích thước mẫu theo nhiệt độ ( Tốc độ thay đổi kích thước mẫu) ta có đường DTD (Differential thermodilatometry) Có thiết bị có khả cho biết biến thiên nhiều tính chất học mẫu trình nung ( giãn nở, sức kháng nén, kháng uốn, tính kéo dãn ) lúc ta có tên chung đường TMA ( Thermal Mechanic Analysis) Tùy theo mức độ hoàn thiện mà loại thiết bị phân tích nhiệt cho khả giải vấn đề nghiên cứu cách khác Trước tiên, giản đồ nhiệt cho phép giải thích trình xảy Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN 50 Đồ án tốt nghiệp III.2 Phương pháp nhiễu xạ rơnghen (X-ray diffaction: XRD) Nguyên lý: Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen phương pháp sử dụng phổ biến để nghiên cứu vật liệu, đặc biệt nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật chất Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể cấu tạo từ nguyên tử hay ion phân bố đặn không gian theo quy tắc xác định Khi chùm tia Ronghen (X) tới bề mặt tinh thể sâu vào bên mạng tinh thể mạng lưới đóng vai trò cách tử nhiễu xạ đặc biệt Các nguyên tử, ion bị kích thích chùm tia X Hìnhl 6: Sơ đồ tỉa tới tia phản xạ tinh thể Mặt khác, nguyên tử, ion phân bố mặt song song, hiệu quang trình tia phản xạ mặt song song cạnh tính sau: À = 2d sin Trong đó: d khoảng cách hai mặt phang song song Là góc chùm tia X mặt phang phản xạ À hiệu quang trình tia phản xạ Theo điều kiện giao thoa, để sóng phản xạ mặt phang song song pha hiệu quang trình phải nguyên lần độ dài sóng(X) Do đó: Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN 51 Đồ án tốt nghiệp phương pháp sử dụng rộng rãi nghiên cún cấu trúc tinh thể vật chất [3 3] 111.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét ( SEM) Phương pháp nghiên cứu xúc tác kính hiển vi điện tử quét cho phép xác dịnh hình dáng, kích thước hạt ,bề mặt vật liệu vật liệu xúc tác Nguyên lý: Hiển vi diện tử quét sử dụng chùm tia điện tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu, ảnh đến hình quang đạt độ phóng đại theo yêu cầu Chùm tia điện tử tạo từ catôt qua hai tụ quang hội tụ lên mẫu nghiên cún, chùm điện tử đập vào mẫu, bề mặt mẫu phát chùm điện tử thứ cấp Mỗi điện tủ’ phát xạ qua điện gia tốc vào phần thu biến đổi thành tín hiệu ánh sáng, tín hiệu khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng ảnh, điểm mẫu cho điểm tương ứng ảnh Độ sáng tối ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử thứ cấp phát tới thu phụ thuộc vào hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu [3] 111.4 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ nhả hấp phụ N xác định diện tích bề mặt Nguyên tắc: Dung tích hấp phụ đơn lóp chất rắn sử dụng để tính diện tích bề mặt riêng nó, S(m2/g) Dung tích hấp phụ đon lớp định nghĩa lượng chất bị hấp phụ chứa lóp điền đầy phân tử, bề mặt gam chất rắn Nó liên hệ với diện tích bề mặt riêng theo công thức: s =nm.am.L Trong đó: : lượng chất bị hấp phụ đon lóp bề mặt gam chất hấp phụ (mol/g) : diện tích trung bình chiếm phân tử chất bị hấp phụ lớp (diện tích cắt ngang trung bình phân tử bị hấp phụ, m2) Sv: Lê Quang Linh - Lớp Hóa dầu K49-QN 52 Đồ án tốt nghiệp - Mỗi trung tâm hấp phụ hấp phụ phân tử - Số trung tâm hấp phụ chất hấp phụ không đổi Các phân tử bị hấp phụ có tuơng tác với tao lực, lực tạo điều kiện cho lớp hấp phụ thứ 2,3, n Tốc độ hấp phụ ( ra) lớp hấp phụ thứ i với tốc độ nhả hấp phụ lớp (i+1) - Nhiệt hấp phụ lớp lớn so với nhiệt hấp phụ lớp Nhiệt hấp phụ từ lớp thứ trở lên đến lớp ngung tụ nhiệt ngung tụ AHd2 = AHd3 = = AHdn Diện tích bề mặt xúc tác xác định dựa vào phưong trình BET sử dụng chất hấp phụ khí nitơ Phương trình BET khoảng áp suất tương đối [...]... NÈN CORDIERITE 2,19bằng hoặcphương 2,79 pháp sol -gel đi từ Na 2Si03 và muối • Tổng hợp Cordierite III.1.Giói thiệu về Cordierite 3 có chứa Nhôm.[21,22,25] Khối lượng riêng của vật liệu, g/cm : Magiê và 1,68 III.3 chất phần nền là loại vật0,58 liệu hoặc thuộc0,41 hệ 3 cấu tử Mg 0ứng -Al20dụng Thành Khối lượng riêng biểu kiến, Cordierite g/cm3: 3-Si02làm hóa học của Cordierite là 2 Mg0.2Al203.5Si02 Cordierite. .. nhiều công trình nghiên cứu phát triển nhằm hạ thấp nhiệt độ nung và kéo dài khoảng nung của loại vật liệu này Ngoài nhu cầu trong công nghệ hàn trong đóng tàu, công nghiệp hàn nói chung cũng có nhu cầu rất lớn về loại vật liệu này Ở Việt Nam đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cún để tổng họp Cordierite nhưng ứng dụng chưa nhiều Việc phát triển công nghệ sản xuất Cordierite nói chung và Cordierite. .. rất cần thiết Cordierite là loại vật liệu thuộc hệ 3 cấu tử Mg0-Al 203-Si02 Thành phần hóa học của Cordierite là 2 Mg0.2Al203.5Si02 Cordierite chứa 13,7% MgO; 34,9% A1203 và 54,1% Si02.VỚi thành phần này, Cordierite thuộc nhóm gốm có thành phần mullite (3A1203.2SÌ02) cao.[21] III.2 Một số phương pháp đã được nghiên cứu Rất nhiều các nghiên cứu khoa học đã tổng họp thành công vật liệu gốm Cordierite đi... trong tổng hợp vật liệu vô cơ Phương pháp là cho phép dụnglẫn nhiều quámô trình hóa dầu trộn các trong chất ởcác quy nguyên tử và có thể điều khiển được tất cả các giai đoạn để thu được sản phẩm có tính chất như mong muốn Sv: Sv: Lê Lê Quang Quang Linh Linh Lớp Lóp Lớp Hóa Hóa dầu dầu K49-QN K49-QN 39 37 38 Đồ án tốt nghiệp Quá trình thuỷ phân xảy ra khi hoà tan muối kim loại vào trong nước Khi quá trình. .. Trong quá trình gel hoá, các quá trình thuỷ phân tạo phức hydroxo, phức 0X0 xảy ra đồng thời Khi pH của dung dịch tăng dạng kết tủa 0X0 hydroxo thường hình thành trước khi gel xuất hiện Gel chỉ tạo thành khi quá trình tạo phức 0X0, hydroxo và quá trình ngưng tụ của chúng xảy ra chậm hơn Do đó để quá trình tạo gel xảy ra thuận lợi thì cần thiết phải có biện pháp kỹ thuật làm chậm lại quá trình tạo phức... nhiên trong quá trình sấy nhiệt độ không đủ cao để quá trình cháy xảy ra hoàn toàn, đồng thời tại nhiệt độ này quá trình hình thành các pha của xúc tác không thực hiện được, vì vậy cần thiết thực hiện quá trình nung xúc tác Trong quá trình nung xúc tác, nhiệt độ nung duy trì khoảng 500°c -ỉ- 600°c tuỳ thuộc vào yêu cầu nhiệt độ của từng pha xúc tác Trong môi trường nhiệt độ cao quá trình tự bắt cháy... nhiệt độ phòng và được giữ ổn định trong suốt quá trình kết tinh Sau khi già quyHệ trình cũng phagọitạplà của cácphù loạinếu vậtđộ liệu khác phân tán như trongnồng chất độ lỏng huyền phân tánnhau thấp Nhược ( nước hóa, dung dịch kết tinhlàđược nung đếnđộnhiệt độ kếtcao tinh hợp Quá điểm của phương pháp đòi hỏi hoánóng chất có tinh khiết và thích đắt tiền trình kết tinh xảy ra o khoảng 370°c Sau kết tinh,... già hoả) OH OR Mục đích của quá trình này nhằm triệt để hoá quá trình tạo gel Thiết lập mạng lưới không gian của hệ , ổn định cấu trúc và kích thước mao quản của hệ gel Khi quá trình ổn định hoá không được thực hiện các cấu tử có thể bị co cụm lại, độ phân tán của các cấu tử thấp sẽ làm giảm bề mặt riêng và hoạt tính của xúc tác e Quá trình gel hóa được thực hiện nhờ quá trình đun bốc hơi Dung dịch sau... bốc hơi tạo gel Nhiệt độ của quá trình thông thường tiến hành ở 60°O 80°c Trong giai đoạn đầu của quá trình đun bốc hơi, nước trong dung dịch bay hơi, nồng độ gel trong dung dịch tăng dần, độ nhớt của dung dịch tăng lên Cuối quá trình bay hơi là quá trình tách một phần ấm liên kết vật lý trên bề mặt cấu trúc gel và tách một phần trong các mao quản Khi nhiệt độ cuối quá trình bay hơi duy trì cao quá,... 400°c cho quá trình chuyển hóa đầy đủ thành oxy Trong công nghiệp Magie nitrat được sử dụng là sản phẩm nhân tạo Nó có thể được tổng hợp theo nhiều cách Phản úng giữa Mg,MgO và acid nitric tạo ra magie nitrat: 2HN03 + Mg —■» Mg(N03)2 + H2 2HN03 + MgO -> Mg(N03)2 + H20 Sv: Lê Quang Linh - Lớp Lóp Hóa dầu K49-QN 26 27 Đồ án tốt nghiệp V.3.GÌÓ1 thiệu về Silic oxyt và nguyên liệu để tổng hợp V.3.1.SÌ1ÌC ... II QUY TRÌNH TỐNG HỢP CORDIERITE .44 II 1.Tiến hành theo phuơng pháp phản ứng pha rắn 44 II 1.1 Quá trình tổng họp AI2O3 44 II 1.2.Quá trình tổng họp MgO 45 II 1.3.Quá trình tổng. .. Đồ án tốt nghiệp Hìnhl3 : Sơ đồ trình tổng họp Si02 bằngphưongpháp sol-gel II.2 Tổng hợp Cordierite phương pháp hóa học (sol-gel tù’ đầu) Chúng tiến hành tống hợp Cordierite cho hỗn họp muối A1(N03)3.9H20... nhiều công trình nghiên cún để tổng họp Cordierite ứng dụng chưa nhiều Việc phát triển công nghệ sản xuất Cordierite nói chung Cordierite làm chất cho xúc tác xử lý khí thải cần thiết Cordierite