Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính xúc tác của vật liệu ôxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 có kích thước nanomet trong phản ứng oxi hóa CO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đoàn Trung Dũng TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU ƠXÍT HỖN HỢP CeO2-Fe2O3 CĨ KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG PHẢN ỨNG OXI HÓA CO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2016 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đoàn Trung Dũng TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU ƠXÍT HỖN HỢP CeO2-Fe2O3 CĨ KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG PHẢN ỨNG OXI HÓA CO Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GVHDC: TS ĐÀO NGỌC NHIỆM GVHDP:GS.TS NGUYỄN TRỌNG UYỂN Hà Nội – Năm 2016 ii Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Lời cám ơn Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn TS Đào Ngọc Nhiệm, GS.TS Nguyễn Trọng Uyển giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp Trong trình học tập Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội, cám ơn giảng dạy giúp đỡ thầy cô giáo Tơi xin cảm ơn đồng nghiệp Phịng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện cho tơi hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp Bản luận văn thực phịng Vật liệu vơ cơ, Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam với tài trợ phần từ Cơng trình nằm khuôn khổ đề tài Khoa học Công nghệ cấp Bộ Giáo dục Đào tạo năm 2014-1015 Mã số B2014-04-12 Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ Giáo dục Đào tạo tài trợ kinh phí cho nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 2016 Học viên Đoàn Trung Dũng iii Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học MỤC LỤC Mở đầu Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng nhiễm khơng khí 1.1.1 Các đặc điểm khơng khí 1.1.2 Vai trò khơng khí 1.2 Ơ nhiễm khơng khí 10 1.3 Tổng quan khí CO 14 1.3.1 Đặc điểm lý hóa khí cacbon monoxit 14 1.3.2 Tác hại CO 15 1.3.4 Nguồn gốc khí CO Error! Bookmark not defined 1.4 Tổng quan vật liệu xử lý CO Error! Bookmark not defined 1.5 Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu Error! Bookmark not defined 1.5.1 Phƣơng pháp phản ứng pha rắn (phƣơng pháp gốm) Error! Bookmark not defined 1.5.2 Phƣơng pháp kết tủa Error! Bookmark not defined 1.5.3 Phƣơng pháp thủy nhiệt Error! Bookmark not defined 1.5.4 Phƣơng pháp sol - gel Error! Bookmark not defined 1.5.5 Phƣơng pháp đốt cháy gel Error! Bookmark not defined Chƣơng Error! Bookmark not defined THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 2.1 Hóa chất thiết bị Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.1.2 Thiết bị Error! Bookmark not defined 2.2 Tổng hợp vật liệu Error! Bookmark not defined 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu vật liệu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phƣơng pháp phân tích nhiệt Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử Error! Bookmark not defined 2.3.4 Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt riêng Error! Bookmark not defined 2.3.5 Phƣơng pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác Error! Bookmark not defined iv Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Chƣơng Error! Bookmark not defined KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Error! Bookmark not defined 3.2 Nghiên cứu tổng hợp ôxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 phƣơng pháp đốt cháy gel với chất tạo gel PVA Error! Bookmark not defined 3.2.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung Error! Bookmark not defined 3.2.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe đến hình thành pha CeO2-Fe2O3 Error! Bookmark not defined 3.3 Nghiên cứu tổng hợp ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 phƣơng pháp đốt cháy gel với chất tạo gel citric Error! Bookmark not defined 3.3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung Error! Bookmark not defined 3.3.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol kim loại đến q trình hình thành pha ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 Error! Bookmark not defined 3.4 Nghiên cứu khả xử lý CO Error! Bookmark not defined 3.4.1 Khả xứ lý CO ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined v Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Mở đầu Ngày môi trƣờng trở thành mối quan tâm tất quốc gia giới Trong năm gần với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp gia tăng dân số nhiễm mơi trƣờng ngày nặng nề Sự ô nhiễm môi trƣờng làm cân sinh thái Ở nhiều nơi giới, ngƣời phải đối mặt với thảm họa môi trƣờng nhƣ hiệu ứng nhà kính, suy giảm tầng zơn, elnino, mƣa axit…Do đó, việc phát triển kinh tế, xã hội gắn với bảo vệ môi trƣờng đƣợc quan tâm nghiên cứu toàn giới năm gần Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng không khí, đặc biệt thị khơng cịn vấn đề riêng lẻ quốc gia hay khu vực mà trở thành vấn đề toàn cầu Thực trạng phát triển kinh tế- xã hội quốc gia giới thời gian qua có tác động lớn đến môi trƣờng, làm cho môi trƣờng sống ngƣời bị thay đổi ngày trở lên suy thoái Những năm gần nhân loại phải quan tâm nhiều đến vấn đề ô nhiễm môi trƣờng không khí Đó biến đổi khí hậu – nóng lên tồn cầu, suy giảm tầng ơzơn mƣa axít Ở Việt Nam nhiễm mơi trƣờng khơng khí vấn đề xúc môi trƣờng đô thị, công nghiệp làng nghề Đặc biệt thủ đô Hà Nội phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trƣờng không khí nặng nề Ở khu cơng nghiệp, trục đƣờng giao thông lớn bị ô nhiễm với cấp độ khác Oxi hoá CO thành CO2 để xử lý khí q trình hóa học có ý nghĩa liên quan đến lĩnh vực mơi trƣờng Phản ứng xảy nhiệt độ gần 1000oC Để phản ứng xảy nhiệt độ thấp hơn, tiết kiệm lƣợng phản ứng phải thực có mặt xúc tác Chính vậy, ngƣời ta tiến hành phát triển xúc tác oxi hóa có hoạt tính cao để loại bỏ lƣợng nhỏ CO môi trƣờng ô nhiễm Có nhiều vật liệu, hệ vật liệu đƣợc nhà khoa học nghiên cứu Đặc biệt hệ vật liệu xúc tác kim loại, ơxít kim loại ngày đƣợc nghiên cứu sâu rộng Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Nhận thấy tính cấp thiết vấn đề, nên em lựa chọn đề tài “Tổng hợp nghiên cứu hoạt tính xúc tác vật liệu ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 có kích thước nanomet phản ứng oxi hóa CO” Nhằm mục đích xử lý lƣợng khí thải CO độc hại mơi trƣờng Đồn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Chương TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng ô nhiễm không khí 1.1.1 Các đặc điểm khơng khí Khí Trái Đất lớp chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất đƣợc giữ lại lực hấp dẫn Trái Đất Thành phần khí gồm có nitơ (78,1% theo thể tích) ơxy (20,9%), với lƣợng nhỏ agon (0,9%), cacbon điơxít (dao động, khoảng 0,035%), nƣớc số chất khí khác Bầu khí bảo vệ sống Trái Đất cách hấp thụ xạ tia cực tím mặt trời tạo thay đổi nhiệt độ ngày đêm Bảng 1.1: Thành phần phần trăm khơng khí khơ theo thể tích - ppmv: phần triệu theo thể tích Chất khí Theo NASA Nitơ 78% Ơxy 21% Agon 0,9340% Cacbon điơxít (CO2) 390 ppmv Neon 18,18 ppmv Hêli 5,24 ppmv Mêtan 1,745 ppmv Krypton 1,14 ppmv Hiđrô 0,55 ppmv Nitơ 78% Ơxy 21% Agon 0,9340% Khơng khí ẩm thường có thêm Hơi nƣớc Dao động mạnh; thơng thƣờng khoảng 1% Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Cacbon điơxít mêtan theo IPCC bảng 1.1 Tuy nhiên, theo báo cáo gần nhà khí tƣợng Mỹ NOAA ghi nhận nồng độ CO2 bầu khí gia tăng tới mức kỷ lục Nồng độ CO2 cao đo đƣợc khoảng 400 ppmv Các nhà khí tƣợng lo ngại nhân tố gây thay đổi bất ngờ khí hậu Khối lƣợng phân tử trung bình khơng khí khoảng 28,97 g/mol Bầu khí khơng có ranh giới rõ ràng với khoảng khơng vũ trụ nhƣng mật độ khơng khí bầu khí giảm dần theo độ cao Ba phần tƣ khối lƣợng khí nằm khoảng 11 km bề mặt hành tinh Tại Mỹ, ngƣời lên tới độ cao 50 dặm (80,5 km) đƣợc coi nhà du hành vũ trụ Độ cao 120 km (75 dặm hay 400.000 ft) đƣợc coi ranh giới hiệu ứng khí nhận thấy đƣợc quay trở lại 1.1.2 Vai trị khơng khí Khơng khí có vai trị quan trọng, một yếu tố thiếu sinh tồn phát triển sinh vật trái đất Con ngƣời nhịn ăn, nhịn uống vài ngày nhƣng nhin thở phút Khơng khí lớp áo giáp bảo vệ sinh vật trái đất khỏi bị tia xạ nguy hiểm thiên thạch từ vũ trụ Khơng khí với thành phần nhƣ khí O2, CO2, NO2 , cần cho hô hấp ngƣời động vật nhƣ trình quang hợp thực vật, nguồn gốc sống Không khí giúp trì cháy có vai trị quan trọng lĩnh vực sản xuất ,y tế công nghiệp Cùng với phát triển kinh tế q trình cơng nghiệp hóa – đại hóa, năm gần đây, vấn đề nhiễm khơng khí ngày trở nên trâm trọng ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sống ngƣời Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học 1.2 Ơ nhiễm khơng khí Ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí có mặt chất lạ biến đổi quan trọng thành phần khơng khí, làm cho khơng khí khơng gây mùi khó chịu, giảm thị lực nhìn xa bụi Hiện nay, nhiễm khí vấn đề thời nóng bỏng giới riêng quốc gia Mơi trƣờng khí có nhiều biến đổi rõ rệt có ảnh hƣởng xấu đến ngƣời sinh vật Ơ nhiễm khí đến từ ngƣời lẫn tự nhiên [20] Hàng năm ngƣời khai thác sử dụng hàng tỉ than đá, dầu mỏ, khí đốt Đồng thời thải vào môi trƣờng khối lƣợng lớn chất thải khác nhƣ: chất thải sinh hoạt, chất thải từ nhà máy xí nghiệp làm cho hàm lƣợng loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng Ơ nhiễm từ xe gắn máy loại ô nhiễm khí đáng lo ngại [25,55] Ơ nhiễm mơi trƣờng khí tạo nên ngột ngạt "sƣơng mù", gây nhiều bệnh cho ngƣời Nó cịn tạo mƣa axít làm huỷ diệt khu rừng cánh đồng Điều đáng lo ngại ngƣời thải vào khơng khí loại khí độc nhƣ: CO2, gây hiệu ứng nhà kính Theo nghiên cứu chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính CO2, đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 13%, nitơ 5%, CFC 22%, nƣớc tầng bình lƣu 3% Nếu không ngăn chặn đƣợc tƣợng hiệu ứng nhà kính vịng 30 năm tới mặt nƣớc biển dâng lên từ 1,5 – 3,5 m (Stepplan Keckes) Có nhiều khả lƣợng CO2 tăng gấp đôi vào nửa đầu kỷ sau Điều thúc đẩy q trình nóng lên Trái Đất diễn nhanh chóng Nhiệt độ trung bình Trái Đất tăng khoảng 3,60°C (G.I.Plass), thập kỷ tăng 0,30°C Theo tài liệu khí hậu quốc tế, vòng 130 năm qua nhiệt độ Trái Đất tăng 0,40°C Tại hội nghị khí hậu châu Âu đƣợc tổ chức gần đây, nhà khí hậu học giới đƣa dự báo đến năm 2050 nhiệt độ Trái Đất tăng thêm 1,5 – 4,50°C nhƣ ngƣời khơng có biện pháp hữu hiệu để khắc phục tƣợng hiệu ứng nhà kính 10 Đồn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Một hậu nhiễm khí tƣợng lỗ thủng tầng ôzôn CFC "kẻ phá hoại" tầng ơzơn Sau chịu tác động khí CFC số loại chất độc hại khác tầng ơzơn bị mỏng dần thủng [15] + Nguyên nhân gây ô nhiễm: Tự nhiên: Do tƣợng tự nhiên gây ra: núi lửa, cháy rừng Tổng hợp yếu tố gây ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên lớn nhƣng phân bố tƣơng đối đồng tồn giới, khơng tập trung vùng Trong trình phát triển, ngƣời thích nghi với nguồn Cơng nghiệp: Đây nguồn gây ô nhiễm lớn ngƣời Các q trình gây nhiễm q trình đốt nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí đốt tạo ra: CO2, CO, SO2, NOx, chất hữu chƣa cháy hết: muội than, bụi, trình thất thốt, rị rỉ dây truyền cơng nghệ, q trình vận chuyển hóa chất bay hơi, bụi Đặc điểm: nguồn cơng nghiệp có nồng độ chất độc hại cao, thƣờng tập trung không gian nhỏ Tùy thuộc vào quy trình cơng nghệ, quy mơ sản xuất nhiên liệu sử dụng lƣợng chất độc hại loại chất độc hại khác Giao thông vận tải: Đây nguồn gây ô nhiễm lớn khơng khí đặc biệt khu thị khu đơng dân cƣ Các q trình tạo khí gây nhiễm q trình đốt nhiên liệu động cơ: CO, CO2, SO2, NOx, Pb, CH4 Các bụi đất đá theo trình di chuyển Nếu xét phƣơng tiện nồng độ nhiễm tƣơng đối nhỏ nhƣng mật độ giao thông lớn quy hoạch địa hình, đƣờng xá khơng tốt gây ô nhiễm nặng cho hai bên đƣờng Sinh hoạt: Là nguồn gây ô nhiễm tƣơng đối nhỏ, chủ yếu hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu nhƣng đặc biệt gây ô nhiễm cục hộ gia đình vài hộ xung quanh Tác nhân gây nhiễm chủ yếu: CO, bụi, khí thải từ nhà máy, xe cộ, Thực trạng ô nhiễm khơng khí Việt Nam nay: Cơng nghiệp cũ (đƣợc xây dựng trƣớc năm 1975) công nghiệp vừa nhỏ, công nghệ sản xuất lạc hậu, số sở sản xuất có thiết bị lọc bụi, hầu nhƣ chƣa có thiết bị xử lý khí thải độc hại Nói chung, cơng nghiệp cũ khơng đạt tiêu 11 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học chuẩn chất lƣợng môi trƣờng Công nghiệp cũ lại phân tán, q trình thị hố, phạm vi thành phố ngày mở rộng nên phần lớn công nghiệp cũ nằm nội thành nhiều thành phố Ví dụ thành phố Hồ Chí Minh, khơng kể sở thủ cơng nghiệp, có khoảng 500 xí nghiệp tổng số 700 sở công nghiệp nằm nội thành, thành phố Hà Nội có khoảng 200 xí nghiệp tổng số khoảng 300 sở công nghiệp nằm nội thành Trong năm gần nguồn ô nhiễm từ hoạt động cơng nghiệp nằm nội thành có phần giảm bớt tỉnh, thành tích cực thực thị xử lý triệt để sở gây ô nhiễm nghiêm trọng nằm xen kẽ khu dân cƣ Ví dụ nhƣ Hà Nội đầu tƣ xây dựng kỹ thuật hạ tầng 10 cụm công nghiệp nhỏ huyện ngoại thành với tổng diện tích đất quy hoạch 2,573 để khuyến khích xí nghiệp cũ nội thành di dời cụm cơng nghiệp Đặc biệt, thành phố Hà Nội có chế độ sách thƣởng tiến độ di chuyển sớm giai đoạn từ 2003 - 2004, mức thƣởng từ 10 triệu đến 500 triệu đồng/đơn vị sản xuất Cho đến Hà Nội di chuyển đƣợc 10 sở sản xuất gây ô nhiễm nặng ngoại thành nhƣ: Công ty Cổ phần Dệt 10/10, Công ty Thuỷ tinh Hà Nội, Công ty Giầy Thụy Kh, Hiện có cơng ty di chuyển Công ty Nhựa Hà Nội, Dệt kim Hà Nội, Xe đạp xe máy Đống Đa, Kỹ thuật điện thơng, Dệt kim Thăng Long Thành phố Hồ Chí Minh đƣa sách thƣởng 500 triệu đồng (mức cao nhất) cho doanh nghiệp di dời năm 2002, mức thƣởng 50% doanh nghiệp di dời vào năm 2003 40% di dời vào năm 2004 Tỉnh Bắc Ninh số tỉnh khác đầu tƣ kỹ thuật hạ tầng xây dựng số cụm công nghiệp nhỏ để tập trung doanh nghiệp gây ô nhiễm môi trƣờng nặng nề đô thị làng nghề vào cụm công nghiệp này, Hoạt động cơng nghiệp gây nhiễm khơng khí cịn từ khu, cụm công nghiệp cũ, nhƣ khu công nghiệp: Thƣợng Đình, Minh Khai - Mai Động (Hà Nội), Thủ Đức, Tân Bình (thành phố Hồ Chí Minh), Biên Hồ I (Đồng Nai), Khu Cơng nghiệp Việt Trì, Khu Gang thép Thái Ngun, nhiễm khơng khí cục xung quanh xí nghiệp, nhà máy xi măng (đặc biệt xi măng lò đứng), lò 12 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học nung gạch ngói, xí nghiệp sản xuất đồ gốm, nhà máy nhiệt điện đốt than đốt dầu FO, nhà máy đúc đồng, luyện thép, nhà máy sản xuất phân hố học, Các chất nhiễm khơng khí cơng nghiệp thải bụi, khí SO2, NO2, CO, HF số hố chất khác Ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí nhiều làng nghề tới mức báo động, số báo đánh giá cách đáng lo ngại "sống giàu, nhƣng chết mịn" làng tái chế nilơng Minh Khai (Nhƣ Quỳnh, Hƣng n); "hít khói ăn tiền" xã Chỉ Đạo (Văn Lâm, Hƣng Yên) - tái chế chì, "những khói độc" làng gốm Bát Tràng (Gia Lâm, Hà Nội) Ở nhiều làng nghề, đặc biệt làng nghề vùng Đồng Bắc Bộ, kêu cứu ô nhiễm mơi trƣờng khơng khí Cơng nghiệp mới: Phần lớn sở công nghiệp đƣợc đầu tƣ tập trung vào 82 khu công nghiệp Trƣớc xây dựng dự án tiến hành đánh giá tác động môi trƣờng, dự án thực đầy đủ giải pháp bảo vệ mơi trƣờng đƣợc trình bày báo cáo đánh giá tác động mơi trƣờng đảm bảo đạt tiêu chuẩn chất lƣợng môi trƣờng Tuy vậy, cịn nhiều xí nghiệp mới, đặc biệt nhà máy nhiệt điện đốt than, chƣa xử lý triệt để khí thải độc hại (SO2, NO2, CO), nên gây nhiễm mơi trƣờng khơng khí xung quanh Cùng với q trình cơng nghiệp hố thị hố, phƣơng tiện giao thơng giới nƣớc ta tăng lên nhanh, đặc biệt đô thị Trƣớc năm 1980 khoảng 80 - 90% dân đô thị lại xe đạp, ngày nay, ngƣợc lại khoảng 80% dân đô thị lại xe máy, xe ôtô Nguồn thải từ giao thông vận tải trở thành nguồn gây nhiễm mơi trƣờng khơng khí thị, đô thị lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phịng, Đà Nẵng Theo đánh giá chun gia mơi trƣờng, nhiễm khơng khí đô thị giao thông vận tải gây chiếm tỷ lệ khoảng 70% Theo số liệu Phòng Cảnh sát giao thơng Hà Nội, năm 1990 có 34.222 xe ôtô, năm 1995 có 60.231 xe, năm 2000 có 130.746 xe tham gia giao thông Nhƣ sau 10 năm số lƣợng ôtô Hà Nội tăng lên gần lần Về xe máy Hà Nội năm 13 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học 1996 có khoảng 600.000 xe máy, năm 2001 gần triệu, năm 2002 tăng tới 1,3 triệu xe máy, bình quân khoảng xe máy/2 ngƣời dân Ở thành phố Hồ Chí Minh năm 1997 có khoảng 1,2 triệu xe máy, năm 2001 gần triệu xe, năm 2002 gần 2,5 triệu xe máy Bình quân số lƣợng xe máy đô thị nƣớc ta năm tăng khoảng 15 - 18%, số lƣợng xe ôtô năm tăng khoảng - 10% Do số lƣợng xe máy tăng lên nhanh, làm tăng nhanh nguồn thải gây nhiễm khơng khí, mà cịn gây tắc nghẽn giao thông nhiều đô thị lớn Ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh có hàng chục điểm thƣờng xuyên bị ùn tắc giao thông Khi tắc nghẽn giao thông, mức độ ô nhiễm xăng dầu tăng lên - lần so với lúc bình thƣờng Ở Việt Nam , khoảng 75% số lƣợng ôtô chạy nhiên liệu xăng, 25% số lƣợng ôtô chạy dầu DO, 100% xe máy chạy xăng Ơ nhiễm khí CO xăng dầu (HC) thƣờng xảy nút giao thông lớn, nhƣ ngã tƣ Cầu Giấy, ngã tƣ Kim Liên (Hà Nội), ngã tƣ Điện Biện Phủ - Đinh Tiên Hoàng, vịng xoay Hàng Xanh (thành phố Hồ Chí Minh), ngã tƣ Cầu Đất - Nguyễn Đức Cảnh (thành phố Hải Phịng), Trƣớc năm 2001 nút giao thơng cịn bị nhiễm chì (Pb) Ở nƣớc ta hoạt động xây dựng nhà cửa, đƣờng sá, cầu cống, mạnh diễn khắp nơi, đặc biệt đô thị Các hoạt động xây dựng nhƣ đào lấp đất, đập phá công trình cũ, vật liệu xây dựng bị rơi vãi q trình vận chuyển, thƣờng gây nhiễm bụi trầm trọng mơi trƣờng khơng khí xung quanh, đặc biệt ô nhiễm bụi, nồng độ bụi khơng khí nơi có hoạt động xây dựng vƣợt trị số tiêu chuẩn cho phép tới 10 - 20 lần 1.3 Tổng quan khí CO 1.3.1 Đặc điểm lý hóa khí cacbon monoxit - Cacbon monoxit có cơng thức phân tử CO, - Khối lƣợng phân tử 44 - Công thức cấu tạo: C=O - Cacbon monoxit chất khí khơng màu, khơng mùi, nhẹ khơng khí - Nhiệt độ sơi: -191,5oC 14 Đồn Trung Dũng - Cháy khơng khí với lửa màu xanh sáng - Trọng lƣợng riêng: 1,25 g/l 0oC, 1atm - 1,145g/l 25oC, 1atm - Tỷ trọng so với khơng khí : 0,967 - Hịa tan nƣớc : Luận văn tốt nghiệp cao học 0oC, 1atm: 3,54ml/100ml 25oC, 1atm: 2,14ml/100ml 37oC, 1atm: 1,83ml/100ml - CO khí độc 1.3.2 Tác hại CO Khí CO loại khí khơng màu, khơng mùi không vị, tạo cháy không hoàn toàn nhiên liệu chứa carbon Con ngƣời đề kháng với CO khó khăn Những ngƣời mang thai đau tim tiếp xúc với khí CO nguy hiểm lực CO với hemoglobin cao gấp 200 lần so với oxy, cản trở oxy từ máu đến mô phải nhiều máu đƣợc bơm đến để mang lƣợng oxy cần thiết Một số nghiên cứu ngƣời động vật minh hoạ cá thể tim yếu điều kiện căng thẳng trạng thái dƣ CO máu, đặc biệt phải chịu đau thắt ngực lƣợng CO bao quanh nâng lên Ở nồng độ khoảng 5ppm CO gây đau đầu, chóng mặt Ở nồng độ từ 10ppm đến 250ppm gây tổn hại đến hệ thống tim mạch, chí gây tử vong Ngƣời tiếp xúc với CO thời gian dài bị xanh xao, gầy yếu Khí CO bị oxy hoá thành cacbon đioxyt (CO2) nhƣng phản ứng xảy chậm dƣới tác dụng ánh sáng mặt trời CO bị oxy hố bám vào thực vật chuyển dịch qúa trình diệp lục hố Các vi sinh vật mặt đất có khả hấp thụ CO từ khí Tác hạicủa khí CO ngƣời động vật xảy hồ hợp thuận nghịch với hemoglobin (Hb) máu – Hemoglobin có lực hoá học CO mạnh O2, CO O2 có mặt bão hồ số lƣợng với hemoglobin thí nồng độ HbO2(oxi hemoglobin) HbCO (caroxihemoglobin) có quan hệ theo đẳng thức Haridene nhƣ sau : 15 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Trần Ngọc Chấn (1999), Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải tập 1, NXB khoa học kĩ thuật, Hà Nội Lƣu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh, Phạm Ngọc Chức (2008), “Tổng hợp NiFe2O4 kích thƣớc nanomet phƣơng pháp bốc cháy gel nhiệt độ thấp”, Tạp chí Hóa học, T.46 (4), 675 – 680 Lƣu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh, Phạm Ngọc Chức, Nguyễn Thị Tố Loan (2008), “Tổng hợp NiO kích thƣớc nanomet phƣơng pháp đốt cháy gel”, Tạp chí Hóa học, T.46 (5), 614-618 Lƣu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh, Phạm Ngọc Chức (2009), “Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến kích thƣớc hạt oxit niken đƣợc điều chế q trình tự bốc cháy gel”, Tạp chí Hóa học, T.47 (3), 333 - 337 Đào Ngọc Nhiệm, Nguyễn Đức Văn, Đoàn Trung Dũng, Nguyễn Thị Hà Chi (2013) “Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung, tỷ lệ mol kim loại Bi/Fe đến hình thành pha perovskit BiFeO3 đƣợc tổng hợp phƣơng pháp đốt cháy gel polyvinil ancol” Tạp chí hóa học T.51(3AB) 59-61 Vũ Thế Ninh(2014), Nghiên cứu tổng hợp nano oxit hỗn hợp sở niken thăm dò khả xúc tác oxi hóa, luận án Tiến sĩ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội Hồ Sĩ Thoảng, Lƣu Cẩm Lộc (2006), Chuyển hóa hiđrocacbon cacbon monoxit hệ xúc tác kim loại oxit kim loại, NXB Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội Phan Văn Tƣờng (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại học Quốc gia hà nội, Hà Nội Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Tài liệu tiếng Anh 16 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học 10 A G Merzhanov (1993), “Theory and Practice of SHS: Worldwide state of the art and Newest Results”, International Journal of Self Propagating High Temperature, vol.2 (2), 113 - 158 11 A G Merzhanov (1995), “History and Recent Developments in SHS”, Ceramics International, vol.21, 371 - 379 12 Abadian, L., Malekzadeh, A., Khodadadi, A A., & Mortazavi, Y (2008) “Effects of excess cobalt oxide nanocrystallites on LaCoO3 catalyst on lowering the light off temperature of CO and hydrocarbons oxidation” Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 27(4), 71-77 13 B Cornils, W.A Herrmann, R Schögl, C.H Wong (2000), Catalysis from A to Z, Wiley-VCH, Weinhheim 14 Belessi V., Trikalitis P., Ladavos A., Bakas T and Pomonis P (1999), "Structure and catalytic activity of La1- xFeO3 system (x= 0.00, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.35) for the NO + CO reaction", Applied Catalysis A, 177(1), pp 53-68 15 Beychok, Milton R (1987) “A data base for dioxin and furan emissions from refuse incinerators” Atmospheric Environment 21 (1): 29–36 16 C.P Kashinath, S.T Aruna, M Tanu (2002), “Combustion synthesis: an update”, Current Opinion in Solid State annd Materials Science, 6, 507 - 512 17 Ciambelli, P., Cimino, S., De Rossi, S., Lisi, L., Minelli, G., Porta, P., & Russo, G (2001) “AFeO3 (A= La, Nd, Sm) and LaFe1-xMgxO3 perovskites as methane combustion and CO oxidation catalysts: structural, redox and catalytic properties” Applied Catalysis B: Environmental, 29(4), 239-250 18 Chen, C S., You, J H., Lin, J H., Chen, C R., & Lin, K M (2008) “The effect of a nickel promoter on the reducibility of a commercial Cu/ZnO/Al2O3 catalyst for CO oxidation” Catalysis Communications, 9(6), 1230-1234 19 Chu C M and Wan C C (1993), "Effect of citric acid as a chelating agent on anodic behavior of pure iron with potentiostatic polarization and cyclic voltammetry methods", Materials chemistry and physics, 33(3-4), pp.189-196 17 Đoàn Trung Dũng 20 Declaration Luận văn tốt nghiệp cao học of the United Nations Conference on the Human Environment,1972 21 Dharanipragada, NVR Aditya, Maria Meledina, Vladimir V Galvita, Hilde Poelman, Stuart Turner, Gustaaf Van Tendeloo, Christophe Detavernier, and Guy B Marin (2016) "Deactivation Study of Fe2O3–CeO2 during Redox Cycles for CO Production from CO2." Industrial & Engineering Chemistry Research 55, no 20 : 5911-5922 22 Dulaurent, O., & Bianchi, D (2001) “Adsorption model and heats of adsorption for linear CO species adsorbed on ZrO2 and Pt/ZrO2 using FTIR spectroscopy” Applied Catalysis A: General, 207(1), 211-219 23 Dulaurent, O., Chandes, K., Bouly, C., & Bianchi, D (2000) “Heat of adsorption of carbon monoxide on a Pd/Rh three-way catalyst and on a Rh/Al2O3 solid” Journal of Catalysis, 192(2), 262-272 24 El-Shobaky, G A., & Deraz, N A M (2001) “Surface and catalytic properties of cobaltic oxide supported on an active magnesia Materials Letters”, 47(4), 231-240 25 Environmental Performance Report (2001) (Transport, Canada wedsite page) 26 Ertl, Gerhard (1991) “Oscillatory Kinetics and Spatio-Temporal SelfOrganization in Reactions at Solid Surfaces”, Science,vol 254 (5039) 1750 27 G.Will (2006), “Powder Diffraction - The Rietveld Method and the Two Stage Method to Determine and Refine Crystal Structures from Powder Diffraction Data”, Springer, Germany 28 Gai, P L., & Boyes, E D (2003).“Electron microscopy in heterogeneous catalysis” CRC P 29 H.J Kweon, D.G Park, S.T Kuk, H.B Park, K Kim (1996), “Synthesis of La1xSrxCoO3 (x ≤ 0,2) at low temperature from PVA-polymeric Gel Precursors”, Bulletin of the Korean Chemical Society, 18 (12), 1249 - 1255 18 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học 30 Halim, K A., Khedr, M H., Nasr, M I., & El-Mansy, A M (2007) “Factors affecting CO oxidation over nanosized Fe2O3” Materials research bulletin,42(4), 731-741 31 Heck, R M., & Farrauto, R J (2002) Catalytic pollution control WileyInterscience, New York.Chap 6, pp 69 – 129 32 Hench, L L., & West, J K (1990) “The sol-gel process” Chemical Reviews,90(1), 33-72 33 Huizhi Bao, Xin Chen, Jun Fang, Zhiquan Jiang, Weixin Huang (2008) “Structure-activity Relation of Fe2O3–CeO2 Composite Catalysts in CO Oxidation” Catal Lett,125:160–167 34 Hussain, G (2009) “Oxidation of CO by 0; over ZnO Studied by FTIR Spectroscopy” J Chem Soc Pak, 31(5), 719 35 I Chorkendorff, J.W Niemantsverdriet (2003) Concepts of moderm Catalysis and Kinetics, Wiley-VCH, , Weinheim 36 Jacquin M., Jing Y., Taillades G., Jones D J and Roziere J (2007), "Flash Combustion Synthesis and Characterisation of Nanosized Proton Conducting Yttria-doped Barium Cerate", Journal of new materials for electrochemical systems, 10(4), pp 243-248 37 Kang, M., Song, M W., & Lee, C H (2003) “Catalytic carbon monoxide oxidation over CoOx/CeO2 composite catalysts” Applied Catalysis A: General, 251(1), 143-156 38 Kweon H J., Park D G., Kuk S T., Park H B and Kim K (1996), "Synthesis of La1-xSrxCoO3 (x≤0.2) at Low Temperature from PVA-polymeric Gel Precursors", Bulletin of the Korean Chemical Society, 18(12), pp.1249-1255 39 Lakeman, C D., & Payne, D A (1994) “Sol-gel processing of electrical and magnetic ceramics” Materials Chemistry and Physics, 38(4), 305-324 40 Langlet, M., Joubert, J C., & Rao, C N R (1993) “Chemistry of Advanced Materials” Blackwell Science, Oxford, England 19 Đoàn Trung Dũng Luận văn tốt nghiệp cao học 41 Lessing P A (1989), "Mixed-cation oxide powders via polymeric precursors", American Ceramic Society bulletin, 68(5), pp.1002-1007 42 Luo, J Y., Meng, M., Li, X., Li, X G., Zha, Y Q., Hu, T D., & Zhang, J (2008) “Mesoporous Co3O4–CeO2 and Pd/Co3O4–CeO2 catalysts: synthesis, characterization and mechanistic study of their catalytic properties for lowtemperature CO oxidation”, Journal of Catalysis, 254(2), 310-324 43 M.C.N Thais A.C Rosemany, J.A.S Paulo, M.B.Q Ana, S.F Javier (2008), “The effect of the degree of hydrolysis of the PVA and the plasticizer concentration on the color, opacity, and thermal and mechanical properties of films based on PVA and gelatin blends”, Journal of Food Engineering, 87, 191 - 199 44 M.R Ammar, G Legeay, A Bulou, J.F Bardeau (2009), “Adhesion improvement of poly (vinyl alcohol) coating on silicon substrate”, Surfaace & Coatings Technology, 203, 2202-2206 45 Meyer, Randall, Sh K Shaikhutdinov, and H-J Freund (2004), "CO oxidation on a Pd/Fe3O4 (111) model catalyst”, Zeitschrift für Physikalische Chemie/International journal of research in physical chemistry and chemical physics 218.8/2004 : 905-914 46 Niemantsverdriet, J W (2007), Spectroscopy in catalysis, John Wiley & Sons 47 Patil K C and Aruna S T ( 2002), Redox methods in SHS practice in selfprop¬agating high temperature synthesis of materials, Taylor & Francis, New York 48 Patil, K C., & Aruna, S T (2002), “Redox Methods in SHS Practice' Selfpropagating high-temperature synthesis of materials”, Combustion Science & Technology Book Series, 5, 189-201 49 Pathak, A., & Pramanik, P (2001), “Nano-particles of oxides through chemical methods”, proceedings-indian national science academy part a, 67(1), 47-70 20 ... Dũng TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU ƠXÍT HỖN HỢP CeO2-Fe2O3 CĨ KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG PHẢN ỨNG OXI HÓA CO Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 60520301... chọn đề tài ? ?Tổng hợp nghiên cứu hoạt tính xúc tác vật liệu ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 có kích thước nanomet phản ứng oxi hóa CO? ?? Nhằm mục đích xử lý lƣợng khí thải CO độc hại mơi trƣờng Đồn Trung... thực có mặt xúc tác Chính vậy, ngƣời ta tiến hành phát triển xúc tác oxi hóa có hoạt tính cao để loại bỏ lƣợng nhỏ CO môi trƣờng ô nhiễm Có nhiều vật liệu, hệ vật liệu đƣợc nhà khoa học nghiên cứu