Nghiên cứu hoàn thiện quy trình tổng hợp zeolite naa dùng trong công nghiệp sản xuất bột giặt

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN VĂN THÂN NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH TỔNG HỢP ZEOLITE NaA DÙNG TRONG CƠNG NGHIỆP SẢN XUẤT BỘT GIẶT Chun ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU LƯƠNG Cán chấm nhận xét 1:……………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:……………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN THÂN Ngày, tháng, năm sinh: 01/10/1980 Giới tính: Nam Nơi sinh: Quảng Nam Chun ngành: Cơng nghệ Hóa học Khố (Năm trúng tuyển): 2007 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH TỔNG HỢP ZEOLITE NaA DÙNG TRONG CƠNG NGHIỆP SẢN XUẤT BỘT GIẶT 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Tổng quan sở lý thuyết zeolite A, phương pháp tổng hợp nay, phân tích lựa chọn mơ hình thí nghiệm thích hợp  Tiến hành thực nghiệm xác định điều kiện tổng hợp zeolite 4A Ảnh hưởng yếu tố: nhiệt độ; áp suất; nồng độ tác chất, mầm xúc tác, thời gian lưu, chế độ công nghệ, đến chất lượng sản phẩm zeolite thu  Phân tích số tính chất sản phẩm zeolite thu được: cấu trúc mạng tinh thể zeolite, kích thước hạt, phân bố cỡ hạt, khả trao đổi ion So sánh với sản phẩm loại thị trường  Lựa chọn quy trình cơng nghệ Đánh giá hiệu kinh tế khả áp dụng thực tế công nghệ 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/06/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HỮU LƯƠNG Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cám ơn đến TS Nguyễn Hữu Lương, người Thầy truyền đạt cho kiến thức quý báu suốt thời gian thực Luận văn bục giảng đường năm qua Tôi xin cám ơn đến lãnh đạo Nhà Máy Hố Chất Biên Hồ tạo tạo điều kiện sở vật chất giúp tơi hồn thành phần thực nghiệm, đặc biệt anh Nguyễn Thăng Long tận tình giúp đỡ tơi q trình thực Tơi xin cám ơn đến thầy Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh dạy dỗ năm qua Tôi gửi lời tri ân đến gia đình, bạn bè, đặc biệt vợ gái bên cạnh, chia sẻ động viên tơi lúc khó khăn giúp cho tơi có niềm tin để hồn thành luận văn Trân trọng Nguyễn Văn Thân MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm phân loại 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc 1.1.2.2 Phân loại theo kích thước mao quản 1.1.2.3 Phân loại theo thành phần hoá học 1.2 Cấu trúc zeolite 1.2.1 Phương pháp kiến tạo cấu trúc zeolite 1.2.2 Phân loại cấu trúc zeolite 1.2.3 Cấu trúc kênh zeolite 1.2.4 Cấu trúc zeolite A 1.3 Tính chất zeolite 11 1.3.1 Tính hấp phụ 11 1.3.2 Tính chất trao đổi cation .11 1.3.3 Tính chất xúc tác .13 1.3.4 Tính chất chọn lọc hình dáng 13 1.3.5 Một số tính chất khác .14 1.3.5.1 Tính ổn định nhiệt 14 1.3.5.2 Tính ổn định axit 14 1.3.5.3 Tính ổn định dung dịch kiềm .14 1.4 Ứng dụng zeolite 14 1.4.1 Các ứng dụng công nghiệp 14 1.4.1.1 Ứng dụng zeolite sản xuất chất giặt rửa .14 1.4.1.2 Ứng dụng zeolite làm chất xúc tác 16 1.4.1.3 Ứng dụng zeolite để làm khan sản xuất cồn tuyệt đối 16 1.4.1.4 Ứng dụng zeolite q trình làm khơ khác .17 1.4.1.5 Ứng dụng zeolite trong phân tách hỗn hợp tinh chế 17 1.4.2 Ứng dụng zeolite xử lý ô nhiễm môi trường 18 1.4.3 Ứng dụng zeolite nông nghiệp 18 1.4.4 Ứng dụng zeolite y dược 19 Cơ chế trình tổng hợp zeolite A 19 2.1 Các phương pháp tổng hợp 19 2.1.1 Tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh 19 2.1.2 Tổng hợp thuỷ nhiệt từ nguồn Si Al riêng biệt .19 2.2 Cơ chế trình kết tinh zeolite A 20 2.2.1 Tạo dung dịch bão hoà 22 2.2.2 Tạo mầm tinh thể .23 2.2.3 Phát triển cỡ hạt tinh thể 23 2.3 Một số khảo sát chế trình tổng hợp zeolite A 24 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp zeolite 27 2.4.1 Thành phần mol gel 27 2.4.1.1 Ảnh hưởng tỉ lệ SiO2/Al2O3 27 2.4.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ Na2O/SiO2 28 2.4.1.3 Ảnh hưởng tỉ lệ H2O/Na2O 29 2.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian 30 2.4.3 Ảnh hưởng chất tạo cấu trúc 31 Tổng quan chất tẩy rửa sở zeolite 31 3.1 Một số khái niệm 31 3.1.1 Các chất hoạt động bề mặt 32 3.1.2 Chất xây dựng 32 3.1.3 Các phụ gia 34 3.2 Vai trị zeolite A q trình giặt tẩy 34 3.3 Vai trò zeolite trình tạo sản phẩm bột giặt 35 3.4 Yêu cầu zeolite A công nghiệp bột giặt 36 Thị trường sản xuất tiêu thụ zeolite 38 4.1 Thị trường sản xuất tiêu thụ zeolite giới 38 4.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ zeolite A thị trường Việt Nam 40 Chương 2: MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 43 Mục tiêu ý nghĩa đề tài .44 1.1 Một số cơng trình nghiên cứu .44 1.1.1 Các công trình nghiên cứu ngồi nước 44 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 45 1.2 Mục tiêu ý nghĩa đề tài 45 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 45 1.2.2 Ý nghĩa đề tài .46 1.2.3 Các kết cần đạt 46 Phương pháp nghiên cứu công tác chuẩn bị 46 2.1 Phương pháp nghiên cứu 46 2.2 Thiết bị vật tư nghiên cứu .46 2.2.1 Thiết bị nghiên cứu .46 2.2.2 Nguyên liệu hoá chất 47 2.3 Phương pháp xác định tiêu zeolite 4A dùng bột giặt .47 2.3.1 Xác định khả trao đổi cation Ca2+, Mg2+ .47 2.3.2 Đo phân bố cỡ hạt  tỉ lệ thô  .47 2.3.3 Đo SEM 48 2.3.4 Đo XRD 49 Nội dung nghiên cứu 49 Lựa chọn sơ đồ thí nghiệm 50 4.1 Một số sơ đồ tổng hợp tham khảo 50 4.1.1 Patent US 4,649,036 50 4.1.2 Patent US 5,474,753 51 4.2 Chọn sơ đồ thí nghiệm 52 4.3 Các thí nghiệm dự kiến 53 4.3.1 Nghiên cứu tỉ lệ tác chất thích hợp 53 4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ 54 4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian già hóa 54 4.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian kết tinh 55 4.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ rót 55 4.3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian rót .55 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 57 Nhận xét bàn luận 58 1.1 Thí nghiệm xác định tỉ lệ Na2O/Al2O3 tối ưu 58 1.2 Thí nghiệm xác định tỉ lệ SiO2/Al2O3 tối ưu .60 1.3 Thí nghiệm xác định tỉ lệ H2O/Al2O3 tối ưu 61 1.4 Thí nghiệm xác định nhiệt độ kết tinh tối ưu 64 1.5 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng thời gian già hoá 65 1.6 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng thời gian kết tinh 68 Các kết đạt .72 Chương 4: LỰA CHỌN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 76 Lựa chọn quy trình cơng nghệ .77 1.1 Lựa chọn quy mô công suất 77 1.2 Mơ tả quy trình cơng nghệ 77 1.2.1 Các thiết bị 78 1.2.2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 79 1.2.3 Cân vật chất 79 Đánh giá hiệu trình 82 2.1 Dự tốn chi phí đầu tư hạng mục chính: 82 2.2 Ước tính giá thành 84 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 Kết luận 87 Kiến nghị 88 Phụ lục 1: Tính tốn ngun liệu tổng hợp zeolite NaA 89 Phụ lục 2: Các kết đo 90 2.1 Kết XRD 90 2.2 Kết đo phân bố cỡ hạt 101 Phụ lục 3: Một số hình ảnh thí nghiệm 107 Tài liệu tham khảo 110 Trang 99 Trang 100 2.2 Kết đo phân bố cỡ hạt Trang 101 Trang 102 Trang 103 Trang 104 Trang 105 Trang 106 Phụ lục 3: Một số hình ảnh thí nghiệm Cơ cấu thí nghiệm tổng hợp zeolite A Máy lọc hút chân khơng Trang 107 Lị sấy Sản phẩm zeolite NaA Đo độ hấp thu Canxi Trang 108 Máy chuẩn độ KTS Các mẫu sản phẩm zeolite NaA thu Trang 109 Tài liệu tham khảo Donald W.Breck - Ullman,s Encyclo pedia of Industrial Chemistry – 1996 Donald W.Breck - Zeolite Molecular siveves : structure chemistry and use – ince 1974 Barrer R M (1982) Hydrothermal Chemistry of zeolite Zeolit, Academic Press, Lon Don Nguyễn Hữu Phú - Ứng dụng Zeolit hố dầu Tạp chí hoá học T35, Năm 1997 Scott M Auerbach, Kathleen A Carrado - Handbook of zeolite science and technology – CRC Press 2003 K Byrappa, Masahiro Yoshimura - Handbook of Hydrothermal Technology, A Technology for Crystal Growth and Materials Processing - NOYES Publications Park Ridge, New Jersey, U.S.A Eckehart Roland and Peter Kleinschmit - Zeolites - Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry Christian Baerlocher, Lynne B McCusker, David H Olson - Atlas of Zeolite Framework Type - International zeolite association (IZA) Harry Robson – Verified syntheses of zeolite materials – International zeolite association (IZA) 10 Fabio Pastorello, Claudio Troglia – Patent No US 4,649,036 - Process for the manufacture of zeolite 4A having a high crystallinity suitable formulation of detergent compositions 11 Betrand Latour Rette, Anne Menesguen - Patent No US 4,661, 334 - Preparation of zeolites 4A and/or 13X 12 Dominique Bretaudeau, Francois Deprato, Marc Malassis – Patent No US 5,474,753 - Preparation of crystalline 4A zeolites 13 TS Phan Minh Tân – Chủ nhiệm đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất hệ tẩy rửa sở zeolite Sở KHCN Tp HCM, 2003 14 PGS PTS Trần Khắc Chương, PGS PTS Mai Hữu Khiêm – Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp ZEOLIT từ nguyên liệu nước biến tính ZEOLIT làm loại sản phẩm: NH4Z, KZ, PZ, đất Z Ứng dụng làm tăng suất trồng 15 Nguyễn Hữu Phú – Sản xuất thử nghiệm zeolite A dạng bột hạt dùng cho xử lý môi trường - Viện hố học cơng nghiệp Việt Nam – Hà Nội 2005 16 Julius Ciric – Kinetics of Zeolite A Crystallization – 1968 Trang 110 17 Nicola BURRIESCI, Luisa CRISAFULLI, Nicola GIORDANO, J.C.J BART Factors affecting formating of zeolite a from alumino-silicate gels – Italy 1984 18 Hyeon-Ju Park, Kyeong-Hwan Chung and Gon Seo - Temprature-programmed crytallization of zeolite A - Microporous Materials, (1994) 19 Sanja Bosnar, Boris Subotic – Mechanism and kinetics of growth of zeolite microcrystals – 2004 20 H.sin C Hu, Wen H Cheng, Ting Y Lee – Synthesis kinetics and particle size distribution of zeolite A – 1990 21 Nguyễn Ngọc Hạnh -“ Nghiên cứu tổng hợp zeolite CaA dùng tách n-parafin phân đoạn Kerosene dầu mỏ Bạch Hổ ”, Luận văn Cao học ĐHBK Tp.HCM 1993 22 Nguyễn Thị Thu Vân – “ Nghiên cứu tổng hợp zeolite A X khảo sát khả làm khô rượu ” Luận văn Cao học ĐHBK Tp.HCM 1997 23 Mai Tuyên - Zeolite - rây phân tử khả ứng dụng thực tế đa dạng – Viện hố học cơng nghiệp Việt Nam – Hà Nội 2009 24 Zeolites Market Research update to 2008 - Merchant Reseacrch & Consulting Ltd 25 Werner Pichler, Jochen Jacobs – Patent number US 5,399,287 – Process for the production of zeolite grannules – Mar 21, 1995 26 Abraham Araya – Patent US 6,258,768 - Zeolite aluminosilicates and their manufacture and use in detergent composition – Jul 10, 2001 27 Vera Johanna Bakker, Arie Krijgsman – Patent US 6,908,895 - Particulate laudry detergent composition containing zeolite – Jun 21, 2005 28 Ramon A Puerto, Juan F Benito – Patent US 5,401,487 - Process to obtain zeolite A stating from bauxite – Mar 28, 1995 29 Sanja Bosnar, Josip Bronic, Boris Subotic - Mechanism and kinetics of the growth of zeolite microcrystals - Microporous and Mesoporous Materials 76- July 2004 30 Cleo Kosanovic, Sanja Bosnar, Boris Subotic, Vesna Svetlicic - Study of the microstructure of amorphous aluminosilicate gel before and after its hydrothermal treatment - Microporous and Mesoporous Materials 110 (2008) 31 http://www.iza-structure.org/databases/ 32 http://www.lenntech.com/zeolites-applications/ 33 http://www.nalcoindia.com Trang 111 34 http://www.materials.binghamton.edu/labs/zeolite/zeolite.html 35 http://www.iza-online.org/ 36 www.bza.org/zeolites.html 37 http://www.zeolite.com/ 38 www.zeolites.eu/downloads/Zeolites.pdf 39 http://www.antenchem.com/products/default.html Trang 112 LÍ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN VĂN THÂN Ngày, tháng, năm sinh: 01/10/1980 Giới tính: Nam Nơi sinh: Quảng Nam Địa liên lạc: Tổ 20, khu Dân cư Dapark, ấp Đông Tác, Xã Tân Đơng Hiệp, Huyện Dĩ An, Tỉnh Bình Dương QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ năm 1998 đến 2003: Học đại học Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Từ năm 2007 đến nay: Học cao học Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, chun ngành Cơng nghệ Hóa học Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ 2003 đến nay: Cơng tác nhà máy hố chất Biên Hồ – Khu CN Biên Hoà – Đồng Nai Trang 113 ... TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỒN THIỆN QUY TRÌNH TỔNG HỢP ZEOLITE NaA DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BỘT GIẶT 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Tổng quan sở lý thuyết zeolite A, phương pháp tổng hợp nay, phân... dồi để sản xuất zeolite A thay hàng nhập ngoại Do đó, đề tài ? ?Nghiên cứu hồn thiện quy trình tổng hợp zeolite NaA dùng công nghiệp sản xuất bột giặt? ?? với mục tiêu xác định điều kiện tổng hợp tối... Cơ chế trình tổng hợp zeolite A 2.1 Các phương pháp tổng hợp 2.1.1 Tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh Bên cạnh việc nghiên cứu tổng hợp zeolite từ nguồn riêng rẽ hướng nghiên cứu tổng hợp zeolite