Nghiên cứu động học phản ứng oxy hóa co trên xúc tác cuo và cuo + dr2o3 mang trên y al2o3

Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Đề mục Trang MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nhiễm CO phương pháp xử lý CO 1.1.1 Tình hình nhiễm CO 1.1.2 Nguồn gốc tác hại CO 1.1.3 Tính chất CO 1.1.4 Các phương pháp xử lý CO 1.2 Oxi hóa CO 12 1.2.1 Xúc tác phản ứng oxi hóa CO 12 1.2.2 Động học chế oxi hóa CO 21 1.3 Các phương pháp nghiên cứu động học 27 1.3.1 Phương pháp tĩnh 27 1.3.2 Phương pháp dòng 29 1.3.3 Phương pháp xung 32 1.4 Năng lượng hoạt hóa phản ứng 32 PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Phân tích hỗn hợp - phương pháp sắc ký khí 34 2.2 Điều chế xúc tác 34 2.3 Đặc trưng hóa lý xúc tác 35 2.3.1 Xác định bề mặt riêng phân bố lỗ xốp xúc tác phương pháp BET (Brunauer – Emmett – Teller) 35 2.3.2 Phương pháp khử chương trình nhiệt độ (TPR) 38 2.3.3 Phương pháp chuẩn độ xung 39 2.4 Khảo sát hoạt độ xúc tác 40 Học Viên Thực Hiện: Nguyễn Hoàng Minh Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc Luận văn tốt nghiệp 2.4.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 40 2.4.2 Quy trình thực phản ứng 43 2.5 Xử lý số liệu thực nghiệm 45 2.5.1 Xác định độ chuyển hóa 45 2.5.2 Tính tốc độ phản ứng oxy hóa CO 45 2.5.3 Tính nồng độ ban đầu CO có dịng khơng khí 46 2.5.4 Tính áp suất riêng phần chất có mặt phản ứng 46 2.5.5 Phương pháp xác định lượng hoạt hóa thừa số trước hàm mũ 47 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 Điều chế xúc tác 49 3.2 Nghiên cứu tính chất hóa lý xúc tác 49 3.2.1 Diện tích bề mặt bán kính lỗ xốp xúc tác 49 3.2.2 Kết nghiên cứu nhiễu xạ tia X (XRD) 50 3.2.3 Phổ TPR (Phương pháp khử chương trình nhiệt độ) 51 3.2.4 Chuẩn độ xung 53 3.2.5 So sánh hoạt độ hai xúc tác 53 3.3 Động học phản ứng oxi hóa CO thành CO2 xúc tác 10% CuO/ γAl2O3 10% CuO + 10% Cr2O3/ γ-Al2O3 54 3.3.1 Trên xúc tác 10% CuO/ γ-Al2O3 54 3.3.2 Động học phản ứng oxy hóa CO xúc tác CuO-Cr2O3/ γ-Al2O3 70 3.4 So sánh động học phản ứng oxi hóa CO hai xúc tác CuAl CuCrAl 82 PHẦN IV: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 84 4.1 Kết luận 84 4.2 Kiến nghị 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Học Viên Thực Hiện: Nguyễn Hoàng Minh Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc Luận văn tốt nghiệp MỞ ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước ngày nay, ngành cơng nghiệp nước ta phát triển mạnh mẽ với hình thành 68 khu công nghiệp khu chế xuất tập trung thành phố lớn Mặt khác với xu đô thị hóa, có 90% dân thành thị sử dụng xe có động Khói khí thải từ nhà máy phương tiện giao thông gây nhiễm lớn Do phải đối mặt với vấn đề bảo vệ môi trường Để kiểm soát vấn đề quan trọng này, nhà nước ta ban hành tiêu chuẩn khí thải, có quy định nồng độ tối đa cho phép chất độc hại như: COx, NOx, SOx, dung mơi bụi… Ơ nhiễm mơi trường khí cịn vấn đề mang tính chất tồn cầu tác hại để lại cho nhân loại lớn vấn đề thay đổi nhiệt độ, khói quang hóa, mưa axit, tạo khí độc…Trong CO tác nhân quan tâm nhiều có ảnh hưởng nghiêm trọng trực tiếp đến sức khỏe người Việc tìm kiếm phương pháp xử lý triệt để CO vấn đề cấp thiết nhà khoa học nghiên cứu lâu Phương pháp oxi hóa xúc tác lựa chọn nhiều ưu điểm chi phí khả thi Xúc tác truyền thống để xử lý khí thải từ nhà máy hay phương tiện giao thông xúc tác kim loại quý mang chất mang Sự khan chi phí cao nguyên liệu kim loại quý Pt, Pd…nên hệ thống xử lý khí thải cho xúc tác đắt, đặt biệt Pt, Pd…dễ bị đầu độc lưu huỳnh, oxi nitơ… nhiệt độ thấp Đây động lực thúc đẩy xu hướng nghiên cứu tìm xúc tác rẻ hiệu từ oxit kim loại để thay kim loại quý Một số cơng trình khoa học nghiên cứu xử lý khí CO xúc tác oxit kim loại cho thấy xúc tác đồng oxit crơm oxit có hoạt tính xấp xỉ với kim loại quý Sự kết hợp vài oxit với cho xúc tác hỗn hợp có hoạt tính cao Với nồng độ bề mặt hoạt tính cao nên oxit kim loại khơng bị đầu độc Học Viên Thực Hiện: Nguyễn Hoàng Minh Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc Luận văn tốt nghiệp lưu huỳnh Tuy nhiên, xúc tác số hạn chế hoạt tính nhiệt độ cao, tạo trạng thái stinter, hoạt tính khơng cao kim loại q Vì để ứng dụng xúc tác oxit kim loại vào thực tế xử lý mơi trường cần phải xác định thành phần xúc tác quy luật động học phản ứng Kế thừa kết nghiên cứu trước, mục tiêu đề tài là: Thiết lập phương trình động học phản ứng oxi hóa cacbon monoxit xúc tác CuO CuO + Cr2O3 mang γ-Al2O3 Đề tài thực phòng Dầu khí - Xúc tác, Viện Cơng Nghệ Hóa Học Học Viên Thực Hiện: Nguyễn Hoàng Minh Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc Luận văn tốt nghiệp PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nhiễm CO phương pháp xử lý CO 1.1.1 Tình hình nhiễm CO Ngày với phát triển xã hội, ngành công nghiệp thị hóa kèm với thực trạng ô nhiễm môi trường sinh thái mà phải đối mặt Có thể nói giới chưa có quốc gia giải vấn đề môi trường cách trọn vẹn Do bảo vệ mơi trường tiêu chí cần quan tâm tồn nhân loại, bảo vệ mơi trường khơng khí vấn đề mang tính cấp bách ảnh hưởng hệ trọng người, động vật thực vật Nó nguyên nhân gây bệnh da, hô hấp, mắt … người, diệt vong loài động vật, khả chậm sinh trưởng thực vật, ảnh hưởng tới khí hậu kinh tế Trong chất nhiễm khơng khí CO chiếm tỷ lệ lớn, năm giới sinh khoảng 250 triệu CO Cụ thể thành phố Hồ Chí Minh có khoảng 700 nhà máy, sở công nghiệp, 300 sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp hàng trăm sở đầu tư nước ngồi Đa số sở chưa có hệ thống sử lý khí hồn chỉnh Theo thống kê chưa đầy đủ lượng khí nhiễm hàng năm thải 260 CO, hay tồn ngành cơng nghiệp thép Miền Nam hàng năm thải vào môi trường 994 - 1420 CO Hiện nay, Hà Nội có khoảng 318 xí nghiệp, 5000 sở sản xuất cơng nghiệp ngồi quốc doanh, hầu hết chưa có hệ thống xử lý khí thải đại Khu cơng nghiệp Thượng Đình có nồng độ bụi lơ lửng 3-4 mg/m3, khí SO2 từ 0,15-0,3 mg/m3, khí CO2 từ 6-10 mg/m3, khí CO từ 2-5 mg/m3 [13] Đó số thống kê cụ thể phản ánh tình hình nhiễm khí CO nước ta lớn Do bảo vệ môi trường biện pháp ngăn chặn xử lý khí vấn đề cần thiết Trong xử lý khí CO xem Học Viên Thực Hiện: Nguyễn Hoàng Minh Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc Luận văn tốt nghiệp tiêu hàng đầu tác hại nghiêm trọng đến mơi trường đặc biệt sức khỏe người 1.1.2 Nguồn gốc tác hại CO a Nguồn gốc Để có biện pháp giảm thiểu xử lý ô nhiễm cách có hiệu ta cần biết rõ nguồn phát sinh nó: CO chất thải nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt dầu mỏ, nguồn nguyên liệu cung cấp khoảng 80% lượng toàn giới Hằng năm giới sử dụng lượng nhiên liệu lớn: tỷ dầu tỷ khí Trong Mỹ sử dụng 800 triệu dầu Việt Nam 5,5 triệu Vì nói lượng khí CO thải lớn Bên cạnh CO cịn sinh từ q trình điều chế xử lý sản phẩm dầu mỏ Cụ thể q trình sau: Oxy hóa phần phân đoạn dầu nặng dầu đốt, cặn chân không… CnHm + n/2O2 nCO + m/2H2 Quá trình Steam reforming với ngun liệu khí thiên nhiên, LPG, naphta CH4 + H2O CnH2n+2 + nH2O CO + 3H2 nCO + (2n+1)H2 Lượng CO thải từ phương tiện giao thông vận tải ngày tăng mạnh Đặc điểm bật nguồn ô nhiễm phương tiện giao thông vận tải gây nguồn thấp, di động, số lượng lớn nên khó kiểm sốt Lượng CO sinh từ nhà máy nhiệt điện, đun nấu, rác thải…Đây nguồn ảnh hưởng nhiều có nhiều yếu tố chi phối lượng CO phát như: nhiệt độ cháy, lượng không khí, thời gian lưu cường độ phân phối khí Từ q trình sản xuất cơng nghiệp: hóa chất, luyện kim khai thác mỏ than Từ trình sinh hoạt, sản xuất nơng nghiệp, xây dựng… Từ vụ cháy rừng, phản ứng sinh hóa xảy tự nhiên Học Viên Thực Hiện: Nguyễn Hoàng Minh Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS TSKH Lưu Cẩm Lộc Luận văn tốt nghiệp b Tác hại CO CO loại khí độc có phản ứng mạnh với hồng cầu máu tạo cacboxy hemoglobin (COHb) làm hạn chế trao đổi vận chuyển oxi máu nuôi thể Ái lực CO hồng cầu gấp 200 lần so với oxi Vì CO gây ảnh hưởng hệ thần kinh trung ương hệ tuần hoàn máu, gây đau đầu, giảm trí nhớ, mệt mỏi, sút cân, ngủ Theo TCVN 5939 – 1995 giá trị tối đa cho phép CO khí thải cơng nghiệp: mức A 1500 mức B 500 mg/m3 Nồng độ giới hạn cho phép khu vực dân cư tối đa mg/m3 khu vực sản xuất 20 mg/m3 Bảng 1.1 Triệu chứng thể ứng với nồng độ COHb máu Triệu chứng % COHb máu Khơng có