Nghiên cứu xúc tác oxy hóa cho xử lý các hợp chất hữu cơ chứa clo

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cá n hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ VĂN TIỆP Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN HÒA Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/02/1980 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MSHV : 00504107 I- TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu xúc tác oxi hóa cho xử lý hợp chất hữu chứa clo II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Chế tạo xúc tác cở sở oxít vanadi vonfram Đặc trưng xúc tác phương pháp phân tích đại Khảo sát hoạt tính mẫu xúc tác với phản ứng oxi hóa chlorobenzene III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22/02/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS LÊ VĂN TIỆP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS LÊ VĂN TIỆP Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH tháng năm KHOA QL NGÀNH MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU I Tình hình ô nhiễm hợp chất hữu chứa clo phương pháp xử lý Tình hình ô nhiễm, nguồn gốc tác hại hợp chất hữu chứa clo 1.1 Tình hình ô nhiễm hợp chất hữu 1.2 Sản xuất, sử dụng tác hại chlorobenzene 1.2.1 Tính chất vật lý hóa học .2 1.2.2 Sản xuất sử dụng 1.2.3 Sự phát tá n chlorobenzene vào môi trường 1.2.4 Tác hại cuûa chlorobenzene II Các phương pháp xử lý khí thaûi Phương pháp hấp thụ .5 Phương pháp hấp phụ .6 Phương pháp đốt nhiệt Phương pháp oxy hóa có xúc tác Các xúc tác oxi hoùa chlorobenzene 5.1 Xúc tác Pt chất mang khaùc .9 5.2 Xúc tác oxít kim loại chất mang khaùc 10 III Giới thiệu xúc tác V2 O5 V2 O5 – WO3 chất mang TiO2 11 Chaát mang TiO2 11 Vanadi pent oxide (V2 O5) 12 Vonfram VI oxít (WO ) 14 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIEÄM 17 I Quy trình điều chế xúc tác 18 Hóa chất thiết bị 18 1.1 Hóa chất .18 1.2 Thiết bị 18 Chế tạo xúc tác .18 2.1 Taåm .18 2.2 Saáy .19 2.3 Nghiền râ y .19 2.4 Nung 19 II Các phương pháp hóa lý ng hiên cứu tính chất xúc tác 20 Phương pháp xác định bề mặt riêng 20 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 22 Phương pháp khử chương trình nhiệt độ (TPR) .24 Phương pháp quang phổ hấp thu hồng ngoại (IR) 25 III Nghiên cứu phản ứng oxi hóa chlorobenzen bằ ng phương pháp dòng vi lượng 27 Sơ đồ thí nghiệm 27 1.1 Bộ phận cung cấp khí mang, định lượng, nạp nguyên liệu, lấy nguyên liệu 27 1.2 Bộ phận phản ứ ng 28 1.3 Phân tíùch sản phẩm 28 Một số thông số vận hành 29 Cách xác định hàm lượng chlorobenzene có dòng khí phản ứng 29 Quy trình tiến hành phản ứng 30 Phương pháp tính độ chuyển hoùa 30 Chương 3: KẾT QUẢ – BÀN LUẬN 31 I Tính chất hóa lý hệ xúc tác 32 Diện tích bề mặt riêng xúc tác 32 Kết phân tích phổ nhiễu xạ rơnghen (XRD) .33 Kết phân tích hồng ngoại (IR) .39 Kết phân tích khử chương trình nhiệt độ (TPR) 43 II Hoạt tính hệ xúc taùc 46 Hoạt tính xúc tác TiO2 , V2 O5 , WO3 , γ-Al2 O3 vaø SiO2 46 Hoạt tính xúc tác V2 O5 , WO3 chất mang TiO2 , SiO2 γ-Al2 O3 47 Hoạt tính xúc tác V2 O5 / TiO2 49 Hoạt tính xúc tác WO / TiO2 51 Hoaït tính xúc tác WO + V2 O5 /TiO2 53 Hoạt tính xúc tác WO /V2 O5 /TiO2 55 6.1 Hoạt tính xúc tác 1WO3 / 4V2 O5 / TiO2 , 2WO / 3V2O5 / TiO2 , 3WO3 /2V2 O5 / TiO2 , 4WO / 1V2 O5 /TiO2 55 6.2 Hoạt tính xúc tác 12%WO / 5%V O5 / TiO2 , 10%WO / 5%V O5 / TiO2 , 8%WO3 / 5%V2O5 / TiO2 , 6%WO / 5%V2 O5 / TiO2 , 4%WO / 5%V2 O5 / TiO2 57 So sánh hoạt tính xúc tác V2 O5 /TiO2 , WO3/TiO2 WO3/V2 O5 /TiO2 59 Hoạt tính xúc tác 6%WO3 / 5%V2O5 / TiO2 theo thời gian 3000 C 60 Phân tích sản phẩm phụ trình oxi hóa chlorobenzene 62 Kết Luận 63 Kiến Nghị 65 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Văn Tiệp tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Tôi xin cảm ơn thầy cô hội đồng bảo vệ luận văn đọc có ý kiến đóng góp quý báu cho luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn cô chú, anh phòng Vật Liệu Xúc Tác Ứùng Dụng nhiệt tình giúp đỡ thực luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn tất người thân yêu động viên, giúp hoàn thành luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Quá trình oxi hóa chlorobenzene nghiên cứu xúc tác V2O5/TiO2, WO3/TiO2 WO3/V2O5/TiO2 Đặc tính xúc tác nghiên cứu phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD), hấp thu hồng ngoại (IR), khử chương trình nhiệt độ (TPR) đo bề mặt riêng (BET) Trong xúc tác đơn oxít, xúc tác 5%V2O5/TiO2 cho hoạt tính cao xúc tác khác Xúc tác oxít đa kim loại 6%WO3/5%V2O5/TiO2 cho hoạt tính cao chúng hình thành tương tác điện tử qua lại W, V Ti Bằng phương pháp tẩm thích hợp, xúc tác 6%WO3/5%V2O5/TiO2 có hoạt tính cao hoạt tính gần không thay đổi suốt 28 phản ứng liên tục ABSTRACT Catalytic oxidation of chlorobenzene has been investigated over some TiO2 supported catalyst systemes: V2O5/TiO2, WO3/TiO2 and V2O5/WO3/TiO2 catalysts characterisation has been defined by some analysis methods: XRD, IR, TPR and BET The single metal oxide catalyst that show the highest activity is 5%V2O5/TiO2 In the mixed metal oxide catalysts, 6%WO3/5%V2O5/TiO2 has highest activity due to its electronic interactions between W, V and Ti inside the catalyst structure When metal oxides were incipient in the support by suitable method, catalyst system 6%WO3/5%V2O5/TiO2 performed with high activity and the activity didn’t change significantly when reaction accused continuously in 28 hours MỞ ĐẦU Trong vài thập niên trở lại đây, vấn đề ô nhiễm không khí ô nhiễm môi trường nói chung vấn đề cấp bách quốc gia toàn giới Việc thải môi trường hợp chất hữu dễ bay (VOC), hợp chất hữu chứa Clo khó bay hơi, oxit nitrơ, oxit lưu huỳnh, bụi công nghiệp … gây nhiều vấn đề môi trường, chúng nguyên nhân làm tăng tượng sương - khói quang hóa, mưa axít, suy giảm tầng ozone … Hơn nữa, số hợp chất VOC có độc tính có khả tác nhân gây bệnh ung thư Theo thống kê tổ chức bảo vệ sức khỏe, năm có tới 250 triệu bụi, 200 triệu oxit cacbon, 150 triệu đioxit lưu huỳnh, 50 triệu oxit nitrơ 50 triệu hydrocacbon thải vào khí Năm 1994, nước Mỹ người ta ước lượng có khoảng 706.000 chất hữu ô nhiễm thải vào không khí Bên cạnh đó, việc sử dụng loại lò thiêu rác để thiêu hủy rác sinh hoạt rác y tế nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường đáng kể lẽ sản phẩm phụ trình cháy CO, NOx, SOx người ta phát dạng vết chất hữu chứa clo Polychlorua dibenzodioxin (PCDD) Polychlorua dibenzofuran (PCDF), chất nồng độ thấp độc tính cao Một số ngành công nghiệp sơn, dệt nhuộm, nhựa, giày da, thuốc trừ sâu … thường sử dụng lượng lớn dung môi hữu Trong trình sản xuất, bảo quản sử dụng, dung môi phát tán vào môi trường gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người Trong số dung môi clo hữu xem nguy hiểm nhất, chúng tồn bền vững môi trường, PHỤ LỤC 13: Phổ hồng ngoại xúc tác 5%WO3/TiO PHỤ LỤC 14: Phổ hồng ngoại xúc tác 6%WO3 /5%V2 O5/TiO PHỤ LỤC 15: Diện tích bề mặt riêng xúc tác 5%V O5/TiO PHỤ LỤC 16: Diện tích bề mặt riêng xúc tác 10%V 2O 5/TiO2 PHỤ LỤC 17: Diện tích bề mặt riêng xúc tác 5%WO3/TiO PHỤ LỤC 18: Diện tích bề mặt riêng xúc tác 10%WO 3/TiO PHỤ LỤC 19: Diện tích bề mặt riêng xúc tác 6%WO3/5%WO3/TiO2 PHỤ LỤC 20: Kết phân tích GC/MS sản phẩm phản ứng 300 C LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ Tên: Nguyễn Văn Hòa Ngày tháng năm sinh: 24/02/1980 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: Bộ môn công nghệ hóa vô cơ, Khoa Khoa học ứng dụng, Trường đại học bán công Tôn Đức Thắng, 98 Ngô Tất Tố phường 19 quận Bình Thạnh tp.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1998 – 2003: Học đại học trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh 2004 – 2006: Học cao học trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh QUÁ TRÌN H CÔNG TÁC 2003 – nay: Công tác Bộ môn công nghệ hóa vô cơ, Khoa Khoa học ứng dụng, Trường đại học bán công Tôn Đức Thaéng ... NGHỆ HÓA HỌC MSHV : 00504107 I- TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu xúc tác oxi hóa cho xử lý hợp chất hữu chứa clo II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Chế tạo xúc tác cở sở oxít vanadi vonfram Đặc trưng xúc tác phương... có khả xúc tác tốt cho phản ứng khử chọn lọc, phản ứng oxi hóa hợp chất hữu dễ bay đặc biệt phản ứng oxi hóa hợp chất hữu chứa clo Có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy vai trò xúc tác vonfram... hoạt tính cao cho phản ứng oxi hóa hợp chất hữu dễ bay Tuy nhiên chất xúc tác không thích hợp cho phản ứng oxi hóa hợp chất hữu chứa clo chúng đắt tiền, hoạt tính giảm nhanh đầu độc clorua kim loại