Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột TiO2 để ứng dụng làm chất xúc tác quang hóa

HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒNG MINH NAM NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT TIO2 ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG HĨA Chun ngành: Q trình Thiết bị Cơng nghệ hố học Mã số chun ngành: 62527701 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2015 Cơng trình hồn thành Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Phan Đình Tuấn Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Ngô Mạnh Thắng Phản biện độc lập 1: GS.TS Phạm Văn Thiêm Phản biện độc lập 2: PGS.TS Nguyễn Đình Thành Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển Phản biện 2: PGS.TSKH Thái Bá Cầu Phản biện 3: PGS.TS Lê Thị Kim Phụng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp HCM - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Phan Đình Tuấn, Hồng Minh Nam, Hà Vi Huynh, Ngơ Mạnh Thắng, Mơ hình hố tốn học q trình sản xuất TiO2 từ TiCl4 thiết bị phản ứng liên tục, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Tập 51, Số 5C, 2013, Tr 184-199 Phan Đình Tuấn, Hồng Minh Nam, Ngơ Mạnh Thắng, Nghiên cứu ứng dụng TiO2 nano làm chất xúc tác quang xử lý hợp chất dễ bay hơi, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Tập 51, Số 5C, 2013, Tr 358-363 H Hoang, T.P Mai, M.N Hoang, D.T Phan, F Couenne, Y Le Gorrec, Stabilization of non insothermal chemical reactors using two thermodynamic Lyapurvov functions, J Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology (VAST), Vol 49, No.2, 2011, PP 45-61 Phan Đình Tuấn, Lê Xuân Mẫn, Hoàng Minh Nam, Chế tạo nano dioxit titan TiO2 anatase phương pháp thủy phân pha hơi, Bộ KH&CNChương trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng công nghệ vật liệu: NXB Bách Khoa Hà Nội, (KC.02/06-10), Mã số 47-2010/CXB/01-01/BKHN, 2009, Tr 231-238 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài TiO2 nano từ lâu sản xuất với nhiều phương pháp khác Trong đó, phổ biến phương pháp clo hóa Hầu TiO2 nano sản xuất giới phương pháp này, thông qua việc thủy phân TiCl4 Tùy theo yêu cầu sử dụng, TiO2 ưu tiên chế tạo dạng thù hình rutil (cho pigment) anatase (cho chất xúc tác quang hóa) Việc tính tốn điều khiển q trình để tạo sản phẩm có dạng thù hình mong muốn, có phổ phân bố hạt tính chất vật lý đặc trưng hạt phù hợp yêu cầu công nghệ công nghiệp sản xuất TiO2 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng mơ hình phản ứng tạo TiO2 nano từ TiCl4 phương pháp thủy phân pha cách viết phương trình bảo tồn dòng cho hệ phản ứng nhiều pha, nhiều cấu tử thiết bị phản ứng dạng đẩy (hình ống) Giải mơ hình phương pháp Runghe-Kutta-Fehlsberg sử dụng Matlab làm sở Trên sở giải mơ hình, khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ nồng độ, nhiệt độ, thời gian lưu đến phân bố hạt theo kích thước, từ xác định chế dộ cơng nghệ phù hợp để sản xuất TiO2 nano làm chất xúc tác quang hóa Thực nghiệm thiết bị phản ứng hình ống tạo TiO2 nano, đo đạc đánh giá tính chất vật liệu này, so sánh với lý thuyết chạy mơ hình Từ đó, có hiệu chỉnh mơ hình thích hợp Nghiên cứu ứng dụng TiO2 nano sản xuất làm chất xúc tác quang hoá, xử lý hợp chất hữu dễ bay benzen, xylen, toluene 1.3 Nội dung nghiên cứu a Nghiên cứu lý thuyết phản ứng sản xuất TiO2 mô hình hố tốn học b Nghiên cứu phản ứng tạo hạt TiO2 phần mềm mô c Nghiên cứu thực nghiệm phản ứng sản xuất TiO2 nano để kiểm chứng cải tiến mơ hình tốn học d Nghiên cứu ứng dụng bột TiO2 nano làm chất xúc tác quang hóa 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.4.1 Ý nghĩa khoa học Luận án nghiên cứu xây dựng phần mềm mơ q trình phản ứng sản xuất TiO2 từ TiCl4 phản ứng hệ nhiều pha, nhiều cấu tử, làm công cụ để khảo sát trình vốn phực tạp Quá trình mơ hình hố tốn học giúp xây dựng nên công cụ mạnh để nghiên cứu phản ứng, thiết lập chế độ phản ứng tối ưu để tạo hạt TiO2 có kích thước nano ứng dụng làm chất xúc tác quang hố Luận án góp phần xây dựng nên cơng cụ mạnh mơ hình tốn học sở hệ phương trình bảo tồn dòng Damkoehler để khảo sát trình khác thực tế Đây phương pháp nghiên cứu công nghệ hoá học, vật liệu đại 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn Luận án chế tạo thành công vật liệu quang xúc tác TiO2 nano từ TiCl4 Vật liệu kiểm chứng cách xem xét hoạt tính sử dụng để khử hợp chất hữu dễ bay benzen, toluen, xylen Việc chế tạo thành công TiO2 nano làm vật liệu xúc tác từ TiCl4 mở triển vọng cho công nghiệp khai thác chế biến sa khoáng ven biển Việt Nam 1.5 Bố cục luận án Luận án bao gồm phần mở đầu phần nội dung có bốn chương: tổng quan, phương pháp nghiên cứu, kết thảo luận, kết luận, phần tài liệu tham khảo, phụ lục Nội dung luận án trình bày 100 trang, có 50 hình, 14 bảng biểu 114 tài liệu tham khảo Phần phụ lục gồm 50 trang Phần lớn kết luận án công bố báo đăng tạp chí Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt nam CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Trong chương trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu điều chế ứng dụng vật liệu TiO2 từ quặng, phương pháp mơ hình tốn học mơ tả trình phản ứng thiết bị hình ống, từ rút vấn đề chưa giải nhằm đưa định hướng nghiên cứu luận án Phƣơng trình bảo tồn dòng tổng qt Phương trình bảo tồn dòng cho cơng thức sau: v ∂n(v,t) ∂[G(v)n(v,t)] + = ∫ n(v − v′,t)n(v′,t)β (v − v′, v′)dv′ ∂t ∂v 20 ∞ − n(v,t)∫ n(v′,t)β (v, (3.1) v′)dv′ + S (v) Trong đó: v, v’ – thể tích hạt, cm ; t – thời gian, s; n(v,t) – hàm mật độ hạt có -6 thể tích v thời điểm t, cm ; G(v) – tốc độ lớn lên hạt có kích thước v, cm /s S(v) – tốc độ sinh hạt có kích thước v q trình tạo mầm; β(v,v’) – hệ số kết tụ hay gọi tần số va chạm Brownian, cm /s; β(v,v’) đặc trưng cho tốc độ kết tụ hai hạt với thể tích tương ứng v v’ để hình thành nên hạt có kích thước v+v’ β hàm đối xứng không âm + Tức ≤ β(v,v’) = β(v’,v); ∀v,v’∈R Tần số va chạm Brownian tính sau: 2k T 1 β (v, v′) = 1b  3µ    v +1 v′3 v 3 + v′3 ×1003     -2 -1 Trong đó: kb = 1,38065 – số Boltzmann, m kgs K ; T – nhiệt độ phản -1 -1 ứng, K; µ – độ nhớt động lực môi trường phản ứng, kgm s ; Hệ số 3 100 để chuyển đơn vị β cm /s Rời rạc hoá phƣơng trình trình kết tụ để giải máy tính Chia tồn miền kích thước thành nhiều phân đoạn (ơ) nhỏ (hình 3.1), kích thước chọn Vùng kích thước chứa vi vi+1 gọi ô thứ i Tập hợp hạt vùng kích thước đại diện kích thước xi gọi điểm lưới, vi < xi < vi+1 Hình 1.1: Phân bố kích thước hạt Thay đổi nồng độ hạt theo thời gian dNi (t) coa g dNi (t) = dt dt Trong đó: (3.15) = Bi − Di dNi (t) dt + dNi (t) dt nu c coag =1 vi +1 v vi ∫ ∞ vi +1 − vi dv∫ n(v − v′, t)n(v′, t) β (v − v′, v′)dv′ ∫ dv∫ n(v, t)n(v′, t)β (v, v′)dv′ vi dt +1 = ∫ S (v)dv dNi (t) nuc vi (3.16) (3.17) Các ký hiệu: dNi (t) dt coag dNi (t) dt nuc thành phần làm thay đổi nồng độ hạt trình kết tụ, tạo nên hai thành phần sinh hạt Bi làm hạt chết Di thành phần làm thay đổi nồng độ hạt trình tạo mầm phân đoạn i Thành phần sinh hạt (thành phần nguồn) Khi hạt x hình thành khơng trùng với kích thước đại diện xi ta gán cho hai kích thước đại diện bên cạnh Cụ thể sau: Hình 1.2: Mơ hình thành phần di chuyển Để bảo tồn thuộc tính số lượng hạt f1(x) khối lượng hạt f2(x) tương ứng hệ số gán phải thỏa mãn hệ phương trình sau: a(x, xi ) f1(xi ) + b(x, xi+1) f1(xi+1) = f1 (x) a(x, xi ) f2 (xi ) + b(x, xi+1) f2 (xi+1) = f2 (x) (3.18a) (3.18b) Do thành phần sinh hạt biến đổi sau: Bi = xi +1 x ∫ a(x, x )∫ β i xi (x − x′, x′)n(x − x′,t)n(x′,t)dx′dx ′ ′ ′ ′ ′ b(x, xi ) β (x − x , x )n(x − x ,t)n(x ,t)dx dx x xi ∫ +1 ∫ 2x i −1 (3.19) = B1i + B2i Giả sử x1= σ, với σ < minj(xj+1 – xj) thành phần phương trình viết thành: B1i = i−1 i +1 x ∫ ∑ ∫ x −σ j=1 x −σ x i β (x − x′, x′)n(x − j x′,t)n(x′,t)dx′dx +2 ∫ a(x, xi ) ∫ x x xi +1 Với j +1 a(x, xi ) β (x − x′, x′)n(x − x′,t)n(x′,t)dx′dx i −σ x (3.20) i Ta có: M n(x,t) = ∑ − xk ) Nk (t)δ (x k =1 (3.21) b) Ảnh hƣởng nồng độ Hình 3.3: Đồ thị so sánh ảnh hưởng nồng độ TiCl4 độ lên q trình Các thơng số đầu vào q trình mơ phỏng: C = 2% – màu xanh nước biển; C = 1,5% – màu đỏ; C = 1,0% – màu xanh Nồng độ TiCl4 giảm kích thước hạt nồng độ hạt giảm c) Ảnh hƣởng áp suất Hình 3.4: Đồ thị so sánh ảnh hưởng áp suất lên trình Các thơng số đầu vào q trình mơ phỏng: P = 1.2 atm – màu xanh nước biển; P = atm – màu đỏ; P = 0.8 atm – màu xanh Giống trường hợp trên, áp suất giảm làm cho kích thước nồng độ hạt giảm d) Ảnh hƣởng thời gian lƣu Hình 3.5: Đồ thị so sánh ảnh hưởng thời gian lưu lên q trình Các thơng số đầu vào q trình mơ phỏng: t = 0.1s – màu xanhda trời; t = 0.01s – màu xanh cây; t = 0.005s – màu đỏ; t =0.001s – màu xanh nước biển Giống ảnh hưởng nhiệt độ, ảnh hưởng thời gian lưu lớn lên trình Thời gian lưu lớn kích thước hạt lớn, hạt có thời gian để kết tụ với nhau, phát triển bề mặt để gia tăng kích thước 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm phản ứng sản xuất TiO2 nano để kiểm chứng cải tiến mô hình tốn học Quy trình cơng nghệ Sơ đồ quy trình cơng nghệ trình bày Hình 3.6 Thuyết minh quy trình Tiền chất TiCl4 lỏng hóa trộn với khí trơ pha lỗng (dùng khí N2) để đạt nồng độ TiCl4 định dẫn vào thiết bị phản ứng Nước (được định lượng bơm định lượng) hóa pha lỗng dòng khơng khí dẫn vào thiết bị phản ứng Trong thiết bị phản ứng, hai dòng tác chất phản ứng với Nhiệt độ phản ứng điều khiển cách gia o nhiệt cho lò phản ứng khống chế chế độ đặt trước, 550 C Điều chỉnh tỉ lệ tác chất phản ứng, nồng độ tác chất phản ứng dòng khí pha lỗng nhiệt độ phản ứng để kiểm sốt chất lượng sản phẩm đạt được, bao gồm: pha - tinh thể, kích thước hạt, độ nhiễm ion Cl … Dòng khỏi thiết bị phản ứng đưa vào cột thu hồi tháp đệm hoạt động nước để thu hồi hạt 25 TiO2, sau dẫn đến tháp đệm thứ hai hoạt động dung dịch NaOH lỗng để trung hòa axit HCl sinh phản ứng trước thải môi trường Một bơm chân không đặt cuối ngõ hệ thống nhằm mục đích giảm áp hệ thống hỗ trợ cho hoạt động hai tháp đệm Hạt TiO2 thu hồi từ tháp đệm nước sấy khô nung nhiệt độ định để đạt hạt Nano TiO2 thành phẩm Sản phẩm phân tích với phương pháp TEM, XRD BET Hình 3.6: Quy trình cơng nghệ Ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng: Hình 3.7: Hạt TiO2 thành phẩm o Ở nhiệt độ phản ứng xung quanh 285 C, có hình thành đồng thời ba pha: o o Anatase (d=3.5222, 2θ=25.35 ), Brookite (d=2.89668, 2θ =30.8 ) pha vô o o định hình, nhiệt độ phản ứng cao ( 370 C – 470 C) không xuất pha Brookite cung dạng vơ định hình Khi nhiệt độ phản ứng o o nâng lên đến 525 C, pha Rutil (d=3.34796, 2θ =27.5 ) tạo thành đồng thời với pha Anatase o Ảnh chụp TEM cho thấy nhiệt độ phản ứng 285 C, hạt TiO2 đạt có độ tinh thể hóa khơng cao, điều phù hợp với kết nhiễu xạ XRD Tuy o nhiên, nhiệt độ phản ứng nâng nhẹ lên 320 C, hình dạng hạt cụ thể xuất với góc cạnh rõ ràng Hạt có dạng hình bầu dục (tương đối nhọn) Đối chiếu với ảnh TEM mẫu hạt thu nhiệt độ phản ứng cao hơn, xuất dạng hạt pha Anatase Rutil (dạng hình cầu hình hộp), khẳng định hình dạng hạt đặc trưng cho tinh thể pha o Brookite Ở nhiệt độ phản ứng 285 C, xuất pha tinh thể Anatase Brookite (theo kết XRD), nhiên hạt khơng có hình dạng rõ ràng (theo ảnh TEM) (a) (b) (c) (d) (e) Hình 3.8: Ảnh TEM mẫu TiO2 đạt nhiệt độ phản ứng khác o o o o o nhau: a).285 C; b).320 C; c).420 C; d) 470 C; e).525 C Kết phân tích ảnh TEM (Hình 3.8) trình thủy phân TiCl4 nhiệt độ thấp phương pháp có triển vọng để sản xuất hạt TiO2 nano, hạt hình ln có kích thước vùng nanomet nhiệt độ tiến hành phản ứng thay đổi phạm vi rộng Đặc biệt nhiệt độ o phản ứng khoảng 470 C, kích thước hạt đạt 30nm o Kết phân tích BET (Bảng 3.1) cho thấy bề mặt riêng mẫu 285 C o o lớn Ở nhiệt độ phản ứng 370 C – 525 C, hạt đạt có kích thước khoảng 35-46 nm (ảnh TEM) Bảng 3.1 Diện tích bề mặt riêng hạt TiO2 nano thu nhiệt độ phản ứng khác 139 0.53 2.0 285 320 103 47.7 14 27 Tỷ lệ mol H2O/TiCl4 Nồng độ TiCl4 khí nitơ (% thể tích) Thời gian lưu (s) Nhiệt độ phản ứng ( C) Diện tích bề mặt riêng BET (m /g) Kích thước hạt (nm) 420 30 46 470 43 35 525 42 35 o Phân tích BET mẫu sản phẩm chế tạo 285 C, sau tiếp tục nung 30 phút nhiệt độ khác rằng: diện tích bề mặt riêng BET giảm xuống nhanh tăng nhiệt độ nung Kết phân tích X-ray cho thấy pha Rutile xuất nhiệt độ thấp o 370 C Có thể thấy xuất pha Rutile giảm hàm lượng pha vơ định hình làm giảm bề mặt riêng hạt Trong khoảng nhiệt o o độ 370 C – 450 C, mẫu hạt nung tồn hai pha Anatase o Brookite Ở nhiệt độ nung 525 C, pha Brookite diện với cường độ peak tương đối mạnh Hình 3.9: Ảnh XRD mẫu mẫu TiO2 thu nhiệt độ phản ứng o o o o khác nhau, từ xuống: 285 C, 370 C, 470 C, 525 C ( - Rutile, - Anatase, - Brookite) o Ở nhiệt độ nung 525 C, diện tích bề mặt riêng mẫu hạt 30,4m /g, kích thước hạt khoảng 46nm, có tồn đồng thời pha tinh thể Đây phương pháp có ý nghĩa thực tiễn lớn để chế tạo hạt TiO2 kích thước nanomet u cầu hình thành pha tinh thể khác mẫu hạt đạt Ảnh hƣởng tỷ lệ mol H2O/TiCl4 Các kết nghiên cứu bề mặt riêng BET tăng (kích thước hạt giảm) tăng tỷ lệ mol H2O/TiCl4 Quá trình sản xuất TiO2 nano cần tiến hành tỷ lệ mol H2O/TiCl4 cao nhằm giảm kích thước hạt Tỷ lệ mol H2O/TiCl4 thích hợp khoảng 100 – 200 lần Khi thay đổi tỉ lệ tác chất phản ứng, o thành phần pha thu không thay đổi Ở nhiệt độ khảo sát 470 C, xuất pha Anatase Ảnh hƣởng nồng độ TiCl4 Bảng 3.2 Bề mặt riêng BET hạt TiO2 nano thu nồng độ TiCl4 phản ứng khác Nồng độ TiCl4 (% thể tích) 0.47 0.61 0.72 0.80 1.00 1.50 2.00 103 90 90 83 80 74 63 Diện tích bề mặt riêng (m /g) Khảo sát thực tỷ lệ mol H2O/TiCl4 113 nhiệt độ phản ứng o 285 C Từ kết nghiên cứu (Bảng 3,3) thấy rằng: bề mặt riêng o hạt tạo thành giảm nồng độ TiCl4 dòng khí nitơ tăng lên Ở 285 C, có hình thành đồng thời pha Anatase, Brookite pha vơ định hình Bề mặt riêng BET mẫu 285oC nung nhiệt độ khác bề m ặt riê ng B ET (m 2/ g) 100 80 60 40 20 0 100 200 300 400 500 600 nhiệt độ nung (oC) o Hình 3.10: Bề mặt riêng mẫu thu nhận 285 C đem nung (a) (b) (c) (d) o Hình 3.11: Ảnh XRD mẫu TiO2 thu nhiệt độ phản ứng 285 C, o nung 30 phút nhiệt độ khác nhau: a) Mẫu tạo thành 285 C; b) o o o Nung 370 C; c) Nung 450 C; d) Nung 525 C Hình 3.12 Sự phụ thuộc diện tích bề mặt riêng BET kích thước hạt TiO2 vào tỷ lệ mol H2O/TiCl4 Ảnh hƣởng thời gian lƣu kết tụ Thời gian lưu nghiên cứu nhằm xem xét ảnh hưởng đến kích thước hạt Nghiên cứu tiến hành với thời gian lưu 1.7 (s), 15 phút 2h Thời gian lưu 1,7 s tính trung bình cho chất tham gia phản ứng, đó, mẫu hạt chế độ 15 phút 2h hạt bám thành lò phản ứng o nhiệt độ tiến hành phản ứng (525 C) với thời gian tương ứng Các hạt sản phẩm sau phân tích bề mặt riêng BET (Bảng 3.3) Bảng 3.3 Sự phụ thuộc diện tích bề mặt riêng kích thước hạt TiO2 nano vào thời gian lưu hạt thiết bị phản ứng Thời gian lƣu (s) 1.7 900 7200 Diện tích bề mặt riêng (m /g) 42 41 38 Kích thƣớc hạt (nm) 30 31 33 Các kết nghiên cứu thời gian lưu khơng có ảnh hưởng rõ rệt đến kích thước hạt sản phẩm Điều có nghĩa khơng xảy thiêu kết hạt tạo thành thuỷ phân TiCl4 nhiệt độ thấp Hình 3.13 Hạt TiO2 nano tạo thành thủy phân pha 3.3 Nghiên cứu ứng dụng bột TiO2 nano làm chất xúc tác quang hóa Một số chế độ thí nghiệm sau thực để kiểm tra khả xử lý TiO2 nano hợp chất VOC: – Xử lý Benzen lưu lượng 44ml/ph (tỉ lệ Oxy/Nitơ 1/4.5) – Xử lý Toluen lưu lượng 44ml/ph (tỉ lệ Oxy/Nitơ 1/4.5) – Xử lý Xylen lưu lượng 44ml/ph (tỉ lệ Oxy/Nitơ 1/4.5) – Kích thước nhựa sau phủ : 25 x 40 (cm ) = 1000 (cm ) – Lượng TiO2 phủ nhựa : 8,02 gr/mm 2 Các thí nghiệm sơ cho thấy: TiO2 nano phủ bề mặt nhựa có khả xử lý VOC a) Xử lý hợp chất hữu dễ bay (VOC) Hình 3.14: Hệ thống xử lí khí Chú thích: 1: Lưu lượng kế dầu (điều chỉnh lưu lượng oxy), 2: Lưu lượng kế dầu (điều chỉnh lưu lượng Nitơ), 3: Bình cầu hai cổ (đựng dung dịch chất hữu dễ bay ), 4: Giá đỡ, 5: ống thủy tinh cổ nhám (thiết bị xử lý), Van 1: điều chỉnh lưu lượng Oxy, Van 2: điều chỉnh lưu lượng Nitơ, Van van mở Biểu đồ q trình xử lý khí TiO2/nhựa đưa hình 3.15 Theo đó, q trình xử lý đạt cân lượng VOC lại khơng đổi (giai đọan 3) Trong giai đoạn này, đèn UV chiếu liên tục nên họat tính TiO2 nano trì ổn định Hình 3.15: Đồ thị mơ tả q trình xử lí VOC TiO2/nhựa b) Khảo sát khả xử lý TiO2 với cấu tử: - Xử lý Benzen (Nồng độ khí đầu vào (đơn vị diện tích): 202327) Bảng 3.4 Kết phân tích hàm lượng Benzen hai đầu thiết bị Thời gian 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 Trung bình Nồng độ khí đầu (đơn vị diện tích) 140633 140430 145601 146936 150586 159342 143134 152774 155319 154952 147247 144806 140528 138734 Hiệu suất xử lý khí (%) 30.49 30.59 28.03 27.38 25.57 21.24 29.25 24.49 23.23 23.41 27.22 28.42 30.54 31.43 27.23 - Xử lý Toluen (Nồng độ khí đầu vào (đơn vị diện tích): 19810) Bảng 3.5 Kết phân tích hàm lượng Toluen hai đầu thiết bị Thời gian 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Trung bình Nồng độ khí đầu (đơn vị diện tích) 8320 9088 9492 10080 10431 10618 10903 10861 10551 Hiệu suất xử lý khí (%) 49.11 47.34 46.40 44.96 45.17 46.73 48.22 43.89 46.55 46.49 - Xử lý Xylen (Nồng độ khí đầu vào (đơn vị diện tích): 1310) Bảng 3.6 Kết phân tích hàm lượng Xylen hai đầu thiết bị Thời gian 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Trung bình Nồng độ khí đầu (đơn vị diện tích) 207 171 178 211 203 202 187 200 216 198 197 200 198 Hiệu suất xử lý khí (%) 84.2 87.0 86.4 83.9 84.5 84.6 85.7 84.8 83.5 84.9 84.9 84.7 84.9% Theo kết thực nghiệm thu được, xử lý riêng cấu tử với lưu lượng tương đối ra, đồ thị diện tích pig không thay đổi nhiều so với xử lý đồng thời cấu tử Điều cho thấy khả xử lý TiO2 cấu tử tương đối độc lập, phụ thuộc không nhiều vào có mặt cấu tử lại Các kết giúp cho việc hình thành phương pháp tính tốn khả sử dụng chất xúc tác quang TiO2 để xử lý dung môi hữu c) Khảo sát khả xử lý đồng thời TiO2 với ba cấu tử: Việc xử lý đồng thời cấu tử thử nghiệm với chế độ sau: - Lượng Benzen, Toluen, Xylen nhau: VB = VT = VX = 35 ml - Lưu lượng Oxy ml/ph, Nitơ 36 ml/ph ( tỉ lệ oxy/nitơ 1/4.5 ) Kết thực nghiệm trình bày Bảng 3.7 Hình 3.15 Bảng 3.7: Kết xử lý đồng thời cấu tử Nồng độ khí vào hệ thống (đvdt) Nồng độ khí khỏi hệ thống (đvdt) Benzen Toluen Xylen Benzen Toluen Xylen 93238 109859 125402 115908 6331 9663 12305 12906 120655 12605 122 181 261 318 290 78353 86651 73499 89726 91610 4428 5274 4223 6025 6542 30 41 32 54 63 84567 90185 94990 93879 90101 87233 5947 6338 7064 7144 7135 6739 58 64 75 77 83 75 Thời gian lấy Hiệu suất (%) Benzen Toluen Xylen 30 60 90 120 150 28.18 25.63 24.07 29.91 25.25 58.16 52.21 48.10 52.82 49.72 85.84 81.48 78.28 79.90 78.04 180 210 240 270 300 330 21.27 22.19 25.32 27.70 25.50 28.18 43.96 43.33 43.40 46.54 48.69 58.16 74.15 73.34 71.44 73.99 77.39 85.84 Đồ thị mô tả hành vi BTX cột đệm chứa TiO2/nhựa cho thấy nồng độ khỏi hệ thống ổn định không đổi Điều chứng tỏ đầu thiết bị, hạt nhựa hấp phụ bão hòa VOC q trình xử lý xúc tác TiO2 tác dụng tia cực tím với tốc độ xử lý không đổi lượng TiO2 nhựa họat hóa hồn tồn CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu tổng hợp hạt TiO2 nano, rút số kết luận sau: Phản ứng tạo TiO2 phản ứng phức tạp, bao gồm q trình phản ứng pha khí tạo sản phẩm rắn dạng mầm, lớn lên hạt theo chế va chạm hiệu kết tụ Quá trình tạo hạt dẫn đến hình thành phân bố hạt theo kích thước bao gồm trình đối lưu, trình khuếch tán, trình chuyển khối, trình kết tụ phân rã hạt tạo thành, đồng thời thay đổi theo vị trí thiết bị phản ứng Với loại trình phản ứng phức tạp này, phương pháp mơ hình hố tốn học thích hợp có hiệu Luận án xây dựng mơ hình tốn học mơ tả q trình phản ứng nhiều pha nhiều cấu tử thiết bị phản ứng hình ống ứng dụng tốt cho phản ứng tạo TiO2 từ TiCl4 nước Trên sở mơ hình tốn học phát triển được, luận án xây dựng thuật toán giải sở ứng dụng thuật toán Runge-Kutta chương trình tính tốn Matlab Chương trình chạy ổn định dải đủ rộng thơng số cơng nghệ Với chương trình này, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu, nồng độ TiCl4, ảnh hưởng áp suất, nhiệt độ yếu tố quan trọng định đặc tính kích thước dạng thù hình sản phẩm tạo thành-yếu tố quan trọng định khả ứng dụng sản phẩm thực tế Luận án thành công việc xây dựng hệ thống thiết bị thực trình, vừa để kiểm chứng, cải thiện mơ hình, vừa để chứng minh cho khả chủ động thực phản ứng tạo TiO2 có tiêu kỹ thuật theo ý muốn Kết cho thấy: hệ thống thiết bị thuỷ phân pha hoạt động ổn định, hiệu suất cao Phản ứng hoàn tồn điều khiển sản phẩm TiO2 nano có kích thước nằm khoảng 20-80 nm, hành phần pha sản phẩm bao gồm rutil anatase, tùy thuộc vào chế độ nhiệt độ điều khiển tự động thiết bị phản ứng, với tỷ lệ anatase từ 70-90%, thích hợp cho việc ứng dụng làm chất xúc tác quang Hạt TiO2 tạo phủ bề mặt hạt nhựa có khả tạo nên loại vật liệu có khả xúc tác quang thu hồi Với lớp vật liệu hạt này, thiết kế chế tạo cột xử lý khí thải (VOC) cơng nghiệp đời sống Chúng hy vọng kết Luận án góp phần vào nghiên cúu chung phản ứng tạo TiO2, đồng thời mở hướng cho việc xử lý chế biến sâu quặng titan sa khống biển Việt Nam Hình 3.15 Kết xử lý đồng thời cấu tử BTX cột chứa TiO2/nhựa theo thời gian ... phản ứng sản xuất TiO2 nano để kiểm chứng cải tiến mơ hình tốn học d Nghiên cứu ứng dụng bột TiO2 nano làm chất xúc tác quang hóa 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.4.1 Ý nghĩa khoa học Luận án nghiên. .. hợp chất hữu dễ bay benzen, xylen, toluene 1.3 Nội dung nghiên cứu a Nghiên cứu lý thuyết phản ứng sản xuất TiO2 mơ hình hố tốn học b Nghiên cứu phản ứng tạo hạt TiO2 phần mềm mô c Nghiên cứu. .. cơng nghệ nồng độ, nhiệt độ, thời gian lưu đến phân bố hạt theo kích thước, từ xác định chế dộ công nghệ phù hợp để sản xuất TiO2 nano làm chất xúc tác quang hóa Thực nghiệm thiết bị phản ứng