Nghiên cứu xử lý hợp chất Clo hữu cơ bằng quá trình Hydrodeclo hóa trên xúc tác sử dụng than hoạt tính làm chất mang

Header Page of 166 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG………… Đồ án Nghiên cứu xử lý hợp chất Clo hữu trình Hydrodeclo hóa xúc tác sử dụng than hoạt tính làm chất mang Footer Page of 166 Header Page of 166 P Điều em muốn nói lời cám ơn sâu sắc đến Tiến sỹ Nguyễn Hồng Liên Cô tận tình hƣớng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp, từ ý tƣởng cho đồ án đến bƣớc nghiên cứu phân tích cụ thể, tất tâm huyết ngƣời nghiên cứu quan tâm đến sinh viên nhà giáo Em muốn dành lời cám ơn chân thành đến Thạc sỹ Chu Thị Hải Nam Chị hƣớng dẫn em nhiều tác phong cán nghiên cứu phòng thí nghiệm Bên cạnh nhiều góp ý quý giá chị dành cho đồ án tốt nghiệp em Điều cuối lời cám ơn em tới anh chị cán PTN Công nghệ Lọc hóa dầu Vật liệu xúc tác hấp phụ, gia đình bạn bè - ngƣời bên cạnh, giúp đỡ động viên em suốt trình học tập, nghiên cứu Hà Nội, ngày 06 tháng 07 năm 2010 Sinh viên: Footer Page of 166 - HD1001 Trang Header Page of 166 P Trang Ơ II TETRACLOETYLEN II.1.Tetracloetylen II.2 Sản xuất II.3.Ứng dụng TCE II.4 CƠ III.3 Phƣơng pháp hydrodeclo hóa III.4 Phƣơng pháp Oxi hóa – Khử kết hợp IV Sinh viên: Footer Page of 166 - HD1001 Trang Header Page of 166 P IV IV IV.4.1 Chất mang xúc tác phản ứng HDC IV.4.2.Xúc tác Ni/C* IV.4.2.1.Kim loại Niken IV.4.2.2.Than hoạt tính (C*) IV.4.2.3 Xúc tác Ni/C* IV.5 Các phƣơng pháp tổng hợp xúc tác cho phản ứng HDC IV.5.1 Phƣơng pháp trao đổi ion IV.5.2 Phƣơng pháp xerogel IV.5.3 Phƣơng pháp ngâm tẩm V HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI I SEM (Field Emission Scanning Sinh viên: Footer Page of 166 - HD1001 Trang Header Page of 166 P Electron Microscopy) (AAS) (AAS) SEM Sinh viên: Footer Page of 166 - HD1001 Trang Header Page of 166 P Sinh viên: Footer Page of 166 - HD1001 Trang Header Page of 166 P LỜI MỞ ĐẦU Các hợp chất hữu chứa clo đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp nhƣ là: sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, làm dung môi cho trình hóa học, làm kim loại, dùng công nghiệp thuốc nhuộm… Tuy nhiên, chất sau qua sử dụng đƣợc thải vào môi trƣờng gây hậu nghiêm trọng nhƣ: ô nhiễm nguồn nƣớc, phá hủy tầng bình lƣu, gây mƣa axit… Tuy hợp chất hữu chứa clo gây ảnh hƣởng xấu cho môi trƣờng nhƣng hợp chất đƣợc sử dụng công nghiệp tính chất lý hóa ƣu việt chúng mà chƣa có chất thay đƣợc Vì vậy, việc tìm biện pháp xử lý hợp chất trƣớc thải vào môi trƣờng vấn đề thu hút đƣợc nhiều quan tâm nhà khoa học Một phƣơng pháp xử lý có hiệu hợp ch điểm nha Tuy nhiên kim loại quý nhƣ Pt, Pd lại có nhƣợc cao Vì việc sử dụng kim loại làm xúc tác giải đƣợc vấn đề Cũng nhằm mục tiêu giảm thiểu chi phí sản xuất, than hoạt tính đƣợc lựa chọn làm chất mang xúc tác nghiên cứu c ch Sinh viên: Footer Page of 166 Tetracloetylen - HD1001 Trang Header Page of 166 P I.1 Clo nhƣ sau: Clo RClx : l :  : Clo : CH3 – CH2Cl Clo : Cl  : Clo : H Cl C Cl Sinh viên: Footer Page of 166 - HD1001 C Cl Trang Header Page of 166 P Cl :  : Cl Cl Cl I.2 ) 1,1,1 – trichloroethane Sinh viên: Footer Page of 166 600000 - HD1001 ) Trang Header Page 10 of 166.P 1,2,4 – trichlorobenzene 143000 Carbon tetrachloride 59691 Chloroform 240259 gi 1,1 – dichloroethene 60000 (Vinylidene chloride) (HCFC – 141b) – chloro - 1,1 – difluoroethane (HCFC – 142b) - Dichloromethane 100000 ung gian - Hexanchlorobenzene - Hexancholobutadiene Sinh viên: Footer Page 10 of 166 - HD1001 Trang Header Page 34 of 166.P Khi chùm điện tử đập vào mẫu, bề mặt mẫu phát chùm điện tử thứ cấp Điện tử phát xạ đƣợc thu nhận detector, tín hiệu điện đƣợc khuếch đại hiển thị cho ta ảnh mẫu hình, điểm mẫu tƣơng ứng với điểm sáng ảnh Độ sáng tối ảnh phụ thuộc vào lƣợng điện tử thứ cấp phát tới detector phụ thuộc vào hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu Do phƣơng pháp cho ta kết địa hình bề mặt mẫu Đây công cụ hữu ích việc phân tích xác định hình thái học bề mặt loại vật liệu (AAS) II.2.1 Ngu (AAS) AAS (Atomic Absorption Spectrophotometric) phƣơng pháp phân tích đƣợc ứng dụng để xác định hàm lƣợng kim loại thực tế mẫu xúc tác Nguyên lí phƣơng pháp axit hóa, đ tự thông qua mức độ hấp thụ nguyên tử kim loại tần số qua Trong đồ án này, mẫu xúc tác đƣợc phân tích hàm lƣợng kim loại đƣa lên chất mang AAS Phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc Hóa dầu Vật liệu Xúc tác trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đo AAS Cân 0.05g 10ml HNO3 = 180o Sinh viên: Footer Page 34 of 166 - HD1001 Trang 33 Header Page 35 of 166.P III HDC HDC TTCE tiến hành áp suất thƣờng, hệ thống sơ đồ phản ứng làm thép không gỉ Xúc tác thử nghiệm đặt trung tâm ống phản ứng (làm thạch anh, dài 500 mm, đƣờng kính 5mm) Nhiệt độ vùng phản ứng đƣợc điều khiển lò điện, với sai số ± 1OC, sử dụng thiết bị điều khiển nhiệt Các khí sử dụng cho phản ứng khí mang đƣợc kiểm soát điều khiển lƣu lƣợng Omega FMA5400/5500 Sơ đồ nguyên lý hệ phản ứng đƣợc mô tả hình 4, & Hình 1: Sơ đồ hệ phản ứng HDC : 5–L – – – – – Sinh viên: Footer Page 35 of 166 - HD1001 g Trang 34 Header Page 36 of 166.P Hình 2: Hệ thống phản ứng HDC IV Nguyên liệu TTCE đƣợc giữ 31o dạng bão hòa khí mang Argon Sản phẩm phản ứng đƣợc phân tích trực tiếp sắc kí khí (Trace GC Ultra – Italy), cột TR5 – 260E143P (Thermo Electron Corporation) detector FID có khả nhận biết hợp chất hydrocacbon chứa clo với nồng độ > ppm Các thông số nghiên cứu trình phản ứng: - Lƣợng xúc tác: 10, 25, 50, 75mg - Lƣu lƣợng dòng H2: 80, 100, 12 t (10% H2/Ar) - : 300oC - : 3h - Nhiệt độ vùng phản ứng: 300oC Chế độ phân tích sản phẩm sắc kí khí đƣợc đƣa bảng: Sinh viên: Footer Page 36 of 166 - HD1001 Trang 35 Header Page 37 of 166.P Bảng 4: Điều kiện phân tích sản phẩm phản ứng HDC TTCE FID Detectơ Cột Nhiệt độ 250 oC Không khí 130 ml/phút H2 40 ml/phút N2 30 ml/phút Cột mao quản, cột Thermo TR-5 30x0,32mm ID x 0,25μm film Nhiệt độ 45 oC Thời gian 12 phút Lò Có chia dòng Tốc độ chia dòng 54 ml/phút Dòng vào Nhiệt độ Tỉ lệ chia dòng Khí mang 150 oC 67 0,8ml/phút Hoạt tính xúc tác đƣợc đánh giá qua độ chuyển hóa nguyên liệu Độ chuyển hóa nguyên liệu (C) đƣợc tính theo công thức: C (%) = 100% Hay Sinh viên: Footer Page 37 of 166 - HD1001 Trang 36 Header Page 38 of 166.P – C (%) = Sinh viên: Footer Page 38 of 166 100% - HD1001 Trang 37 Header Page 39 of 166.P C I.1 a b d e c a - C*; b - T1 (1%Ni/C*); c - T5 (5%Ni/C*); d - T10 (10%Ni/C*); e - T15 (15%Ni/C*) 3a * 3b Sinh viên: Footer Page 39 of 166 - HD1001 Trang 38 Header Page 40 of 166.P 3c 3d 3e , Hàm lƣợng (AAS) - Sinh viên: Footer Page 40 of 166 - HD1001 Trang 39 Header Page 41 of 166.P H C* II II.1 300o 50mg, 2 , Hình 5: Độ chuyển hóa TTCE Sinh viên: Footer Page 41 of 166 - HD1001 mẫu xúc tác Ni/ C* Trang 40 Header Page 42 of 166.P 10 15 cho 13% 30 - 45% 15 15 10 75mg 6 ta th 75mg Sinh viên: Footer Page 42 of 166 - HD1001 Trang 41 Header Page 43 of 166.P Hình 10 80.8 Sinh viên: Footer Page 43 of 166 - HD1001 Trang 42 Header Page 44 of 166.P II.2.2 E - 2 thay 10 2 ch 10) Sinh viên: Footer Page 44 of 166 - HD1001 Trang 43 Header Page 45 of 166.P 15 H2 Đ H2 T - n Đ T15 Sinh viên: Footer Page 45 of 166 - HD1001 Trang 44 Header Page 46 of 166.P HCD TTCE, em : E tỷ l ng Ni Ni cao 10 (10%Ni/C* 75mg N c Ni/C*, , Sinh viên: Footer Page 46 of 166 - HD1001 Trang 45 Header Page 47 of 166.P Effects of Oxide Promoters on Metal Dispersion and Metal-Support Interactions in Ni Catalysts Supported on Activated Carbon Shaobin Wang and G Q (Max) Lu Ind Eng Chem Res 1997, 36, 5103-5109 Performance of supported nickel and other metal catalysts in the hydrodechlorination of chlorobenzene and 1-chlorohexane Vincent de Jong, Robert Louw Applied Catalysis A: General 271 (2004) 153–163 Gas phase catalytic hydrodechlorination of chlorophenols using a supported nickel catalyst Eun-Jae Shin, Mark A Keane Applied Catalysis B: Environmental 18 (1998) 241±250 Formation of two metal phases in the preparation of activated carbonsupported nickel catalysts Lu´ıs M.S Silva, José J.M Órfão, José L Figueiredo Applied Catalysis A: General 209 (2001) 145–154 Hydrodechlorination of 1,2-dichloroethane and dichlorodifluoromethane over Ni/C catalysts: The effect of catalyst carbiding Anna S ´ re˛bowata, Wojciech Juszczyk, Zbigniew Kaszkur, Janusz W Sobczak, Leszek Ke˛pin´ski, Zbigniew Karpin´ski Applied Catalysis A: General 319 (2007) 181–192 Liquid-phase hydrodechlorination of chlorinated benzenes over active carbon supported nickel catalysts under mild conditions.Wenhai Wu, Jie Xu Catalysis Communications (2004) 591–595 Studies of Ni-Impregnated Active Carbon Part I Effect of Thermal Treatment on the Texture of Active Carbon and the State of the Active Phase E BEKYAROVA1 AND D MEHANDJIEV JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE 179, 509–516 (1996) Activated carbons as supports for nickel catalysts M DomingoGarcia*, I Fernfindez-Morfiles, F.J L6pez-Garz6n.Applied Catalysis A: General 112 (1994) 75-85 EFFECTS OF ACIDIC TREATMENTS ON THE PORE AND SURFACE PROPERTIES OF NI CATALYST SUPPORTED ON ACTIVATED Sinh viên: Footer Page 47 of 166 - HD1001 Trang 46 Header Page 48 of 166.P CARBON SHAOBIN SOOW6223(97)00187-5 WANG and G Q (MAX) Lu* PII: 10 SUBSTANCE PROFILES Tetrachloroethylene (Perchloroethylene) CAS No 127-18-4 Reasonably anticipated to be a human carcinogen First Listed in the Fifth Annual Report on Carcinogens (1989) 11 Complete hydrodechlorination of chlorobenzene and its derivatives over supported nickel catalysts under liquid phase conditions Wenhei Wu, Jie Xu, Ryuichiro Ohnishi Applied Catalysis B: Environmental 60 (2005) 129–137 12 Dechlorination of Tetrachloroethylene in Aqueous Solutions using Metal-Modified Zerovalent Silicon Chun-chi Lee and Ruey-an Doong 13 ; 2006 ; 14 Hóa học hữu tập hai, Hoàng Trọng Yêm-Nguyễn Thị ThanhDƣơng Văn Tuệ-Vũ Đào Thắng-Hồ Công Xinh, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội-2002 Sinh viên: Footer Page 48 of 166 - HD1001 Trang 47 ... cacbon hoạt tính /C* xúc tác tốt cho trình hydro hóa, hydrodeclo hóa hợp chất hữu Trong trình nghiên cứu nhà khoa học nhận thấy bị hoạt tính xúc tác thời gian ngắn Đ cacbon hoạt tính có bề mặt... cacbon hoạt tính chất thƣờng đƣợc dùng làm chất mang xúc tác phản ứng công nghiệp đặc biệt phản ứng hydro hóa hydrodeclo hóa : Bảng 3: Một số loại xúc tác nghiên cứu cho phản ứng HDC LOẠI XÚC TÁC... AlF3 Clometan, clobenzen IV.4.1 Chất mang xúc tác phản ứng HDC Hiện có bốn loại chất mang đƣợc ý đến nghiên cứu phản ứng HDC cacbon hoạt tính, γ-Al2O3, SiO2 zeolit Xúc tác mang cacbon hoạt tính