Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc vật liệu nano - zeolit nax có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc vật liệu Nano - Zeolit NaX có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Tạ Ngọc Đôn NCS.ThS Lê Văn Dương Hà Nội 06/2016 NỘI DUNG Phần 1: Tổng quan Phần 2: Lý chọn, mục tiêu đề tài Phần 3: Thực nghiệm Phần 4: Kết thảo luận Phần 5: Kết luận TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Nanozeolit thực chất zeolit thơng thường với kích thước hạt nhỏ cỡ nanomet Nên chúng có đầy đủ tính chất zeolit thơng thường cịn có tính chất trội kích thước hạt nhỏ cỡ nanomet Việc tổng hợp ứng dụng nanozeolit tạo nên bước ngoặt lớn cơng nghiệp lọc hố dầu ngành liên quan nông nghiệp, y tế Mao quản trung bình thứ cấp TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VỎ TRẤU Việt Nam nước nông nghiệp có sản lượng lúa gạo hàng năm lớn 43 triệu tấn/năm (số liệu năm 2013), Sản lượng trấu khoảng 8.5 triệu tấn/năm sử dụng khoảng 4.5 triệu lại thải trực tiếp môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng Một số ứng dụng vỏ trấu: Làm nhiên liệu Khí hóa Làm gỗ Phụ gia xi măng Sản xuất điện Hình 2: Tro trấu Hình 1: Vỏ trấu Hình 3: Gỗ trấu Hình 4: củi trấu LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Nguyên Liệu Vật Liệu Vỏ Trấu phụ phẩm ngành nông nghiệp Là nguyên liệu rẻ tiền chứa tro trấu có tỷ lệ SiO2 cao, trữ lượng lớn nên có tiềm để tổng hợp zeolit nanozeolit Là vật liệu có đồng thời vi mao quản mao quan trung bình nên có ưu điểm họ vật liệu: tính axit mạnh, độ bền nhiệt thủy nhiệt cao, mao quản rộng với độ trật tự cao bề mặt lớn Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano – zeolit NaX có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Tổng hợp vật liệu nano – meso – zeolit X có chứa đồng thời vi mao quản mao quản trung bình từ nguyên liệu vỏ trấu rẻ tiền, sẵn có Việt Nam Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu nano – meso – zeolit X hàm lượng silic, hàm lượng kiềm hàm lượng nước THỰC NGHIỆM Vỏ trấu thô Lọc, rửa NaOH, H2O Vỏ trấu sơ chế Xử lý H2SO4 Trong Tro trấu Dung dịch Vỏ trấu Lọc, rửa Nung 700oC, Tro trấu Dung dịch NH4AlO2, NaCl, NaOH, H2O Gel phản ứng Làm già nhiệt độ phịng Gel già hóa Kết tinh thủy nhiệt Gel tinh thể hóa Lọc, rửa, sấy, nghiền, nung Nano-Meso-zeolit NaX Tỉ lệ Na2O : H2O : SiO2 : NaCl : Al2O3 = : 150 : : : Thời gian khuấy trộn 72h, nhiệt độ kết tinh 95oC thời gian kết tinh 24h KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết tổng hợp vật liệu nano – meso – zeolit X Lin (Cps ) VNU-HN-SIEMENS D5005 – Nguyên liệu meso X tổng hợp 1000 Đường phẳng, thấp cho thấy Q 900 800 (a) 700 X mẫu tổng hợp có độ tinh thể cao 600 Q+X 500 (b) 400 Pic đặc trưng góc 2θ = 6,2 giống X 300 mẫu chuẩn Có độ rộng chân pic 200 100 (c) lớn → chứng tỏ kích thước hạt nhỏ 10 20 2-Theta - Scale 30 40 File: Don-2013-Nguyên liệu Meso-X- Ảnh hưởng thời gian kết tinh – Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 44.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/04/13 10:12:22 Giản đồ XRD mẫu tro trấu (a), meso-zeolit X (b) micro-zeolit X (Pháp) (c) Kích thước hạt 45nm theo XRD KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh SEM cho thấy có chuyển biến từ cấu trúc vơ định hình tro trấu thành cấu trúc tinh thể zeolit X Tinh thể có dạng hình lập phương, kích thước đồng đều, độ tinh thể cao, giống với mẫu chuẩn Ảnh SEM mẫu tro trấu (a) Ảnh SEM TEM tương ứng nano-meso-zeolit X (b) (d), micro-zeolit X (Pháp) (c) (e) Kích thước hạt theo SEM 70nm Theo TEM 45nm (phù hợp với kích thước theo XRD) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Vùng phổ 560 ÷ 566 cm-1 (a) 755 (b) 675 566 464 1056 993 752 đặc trưng cho dao động Phổ IR mẫu mesozeolit X (a) micro-zeolit X (Pháp) (b) 672 liên kết ngồi tứ diện TO4 vịng kép cạnh 565 1300 1200 1000 800 CEC, TT Ký hiệu mẫu Nano-Meso-zeolit X tổng hợp Micro-zeolit X (Pháp) 400 cm−1 600 có độ tinh thể cao Độ hấp phụ, % Kích thước hạt tinh thể, trọng lượng nm meq/100 g zeolit X → mẫu tổng hợp 462 989 320 310 Mẫu tổng hợp có độ xốp lớn xuất Nước Toluen XRD TEM SEM 29,1 27,8 50 50 70 25,0 24,6 328 350 1.000 nhiều tâm kim loại trao đổi so với mẫu chuẩn KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mẫu tổng hợp có bề mặt riêng lớn SBET = 492 m2/g Có vùng trễ nhỏ giá trị P/Po cao ứng với lượng nhỏ mao quản thứ cấp vùng 17-18nm nằm vùng mao quản trung bình Cịn hệ thống mao quản vùng micro mẫu chuẩn Giản đồ hấp phụ - giải hấp phụ N2 Như vậy, qua trình xử lý tổng hợp điều kiện thích hợp, chế tạo thành công vật liệu nano meso zeolit X chất lượng tốt, có chứa hệ thống vi mao quản mao quản trung bình từ nguyên liệu đầu rẻ tiền vỏ trấu NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Ảnh hưởng hàm lượng silic Lin (Cps) VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng silic 1000 X 900 Q+X (a): SiO2/Al2O3 = 800 X 700 Q+X (b): SiO2/Al2O3 = 600 500 X Q+X 400 (c): SiO2/Al2O3 = 300 Hy 200 (d): SiO2/Al2O3 = 100 Q 10 20 2-Theta - Scale 30 40 File: Don-2013-Meso-X-từ vỏ trấu- Ảnh hưởng hàm lượng silic – Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 44.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/04/13 11:15:14 Giản đồ XRD mẫu nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng silic: MX-2S (a), MX-3S (b), MX-4S (c) MX-5S (d) Hàm lượng SiO2 thích hợp tỷ lệ Ảnh SEM TEM mẫu nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng silic: MX-2S (a) (e), MX-3S (b) (f), MX-4S (c) (g), MX-5S (d) (h) SiO2/Al2O3 = ứng với mẫu MX-4S Ảnh hưởng hàm lượng kiềm Lin (Cps) VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng kiềm 1000 X Q+X 900 (a): Na2O/Al2O3 = 4,5 800 X 700 Q+X (a): Na2O/Al2O3 = 5,0 600 500 X Q+X 400 P1 (a): Na2O/Al2O3 = 5,5 P1 (a): Na2O/Al2O3 = 6,0 300 X 200 Q+X 100 10 20 30 40 2-Theta - Scale Giản đồ XRD mẫu nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng kiềm: MX-4.5N (a), MX-5.0N (b), MX-5.5N (c) MX-6.0N (d) Ảnh SEM TEM tương ứng mẫu nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng kiềm: MX-4.5N (a) và( e), MX-5.0N (b) và( f), MX5.5N (c) và( g), MX-6.0N (d) (h) Hàm lượng kiềm thích hợp tỷ lệ Na2O/Al2O3 = 5,0 ứng với mẫu MX-5.0N Ảnh hưởng hàm lượng nước Lin (Cps) VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng nước 1000 X Q+X 900 (a): H2O/Al2O3 = 110 800 X 700 Q+X 600 (b): H2O/Al2O3 = 130 500 X Q+X 400 (c): H2O/Al2O3 = 150 300 X Q+X 200 (d): H2O/Al2O3 = 170 100 10 20 30 40 2-Theta - Scale Giản đồ XRD mẫu nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nước: MX-110H (a), MX-130H (b), MX-150H (c) MX-170H (d) Ảnh SEM TEM tương ứng mẫu nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nước: MX-110H (a) (e), MX-130H (b) (f), MX150H (c) (g), MX-170H (d) (h) Hàm lượng nước thích hợp tỷ lệ H2O/Al2O3 = 150 ứng với mẫu MX-150H KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công vật liệu Nano-meso-zeolit NaX tốt từ nguồn nguyên liệu ban đầu vỏ trấu Việt Nam phương pháp kết tinh thủy nhiệt với điều kiện thích hợp Vật liệu tạo thành có độ tinh thể tốt, dung lượng trao đổi ion cao 320 meq/100g, độ hấp phụ cao với nước 29,1%, toluen 27,8%, tinh thể tạo thành có kích thước khoảng 45nm theo XRD TEM, bề mặt riêng lớn (492m2/g) phân bố lỗ xốp tập trung vùng vi mao quản (7,4Å) mao quản trung bình (18 Å) Tiến hành nghiên cứu số yếu tố ảnh hướng tới trình tổng hợp Nano – Meso – Zeolit NaX như: hàm lượng silic, hàm lượng kiềm hàm lượng nước Và tìm điều kiện thích hợp là: - Khi tăng hàm lượng SiO2/Al2O3 làm giảm kích thước hạt Mặt khác tăng SiO2 cao làm giảm pH nên đủ tạo mầm tinh thể mà chưa hình thành tinh thể zeolit X hồn chỉnh Và hàm lượng SiO thích hợp tỷ lệ SiO2/Al2O3 = KẾT LUẬN - Khi tăng hàm lượng kiềm, pic zeolit X tăng dần đạt cực trị mẫu MX-5.0N, đồng thời xuất pic zeolit P1 Mẫu MX-5.0N ứng với tỷ lệ Na2O/Al2O3 = 5,0 có CEC độ hấp phụ đạt cực đại, mẫu cho kết XRD, TEM SEM tốt Chứng tỏ mẫu kết tinh với tinh thể đồng Zeolit X - Khi tăng hàm lượng nước làm tăng độ tinh thể làm tăng q trình chuyển hóa pha vơ định hình sang pha tinh thể zeolit đồng thời tinh thể có xu hướng lớn dần lên Mẫu MX-150H ứng với tỷ lệ H2O/Al2O3 = 150 có CEC độ hấp phụ cao nhất, kích thước hạt đồng có độ tinh thể cao nhất, nên mẫu xem tốt mẫu nghiên cứu Đã áp dụng phương pháp phân tích đại vào phân tích mẫu XRD, SEM, TEM, IR, CEC BET thu kết phù hợp, đáng tin cậy LOGO CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE! ... mao quản rộng với độ trật tự cao bề mặt lớn Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano – zeolit NaX có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Tổng hợp vật liệu nano – meso – zeolit X có. .. nguyên liệu rẻ tiền chứa tro trấu có tỷ lệ SiO2 cao, trữ lượng lớn nên có tiềm để tổng hợp zeolit nanozeolit Là vật liệu có đồng thời vi mao quản mao quan trung bình nên có ưu điểm họ vật liệu: ... lý tổng hợp điều kiện thích hợp, chế tạo thành cơng vật liệu nano meso zeolit X chất lượng tốt, có chứa hệ thống vi mao quản mao quản trung bình từ nguyên liệu đầu rẻ tiền vỏ trấu NGHIÊN CỨU