Tổng hợp đặc trưng và nghiên cứu tính chất hấp phụ toluen của vật liệu nanozeolite nay được tổng hợp từ cao lanh

giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - LÊ VĂN DƯƠNG LÊ VĂN DƯƠNG TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT C«ng nghÖ hãa häc HẤP PHỤ TOLUEN CỦA VẬT LIỆU NANOZEOLITE NaY C TNG HP T CAO LANH luận văn thạc sÜ c«ng nghƯ hãa häc 2007 - 2009 Hà Nội - 2009 giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - LÊ VĂN DƯƠNG TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ TOLUEN CỦA VẬT LIỆU NANOZEOLITE NaY ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ CAO LANH Chun ngành : Cơng nghệ Hữu - Hóa du luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học Ngi hướng dẫn khoa học: PGS.TS Tạ Ngọc Đôn Hà Nội - 2009 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Tạ Ngọc Đơn, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên suốt trình thực hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn Thầy Cô giáo thuộc Bộ mơn Hóa hữu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình nghiên cứu Tơi xin cảm ơn Thầy Cô giáo Bộ môn Công nghệ tổng hợp Hữu Hóa dầu, Khoa Cơng nghệ Hóa học; Trung tâm Đào tạo Bồi dưỡng Sau Đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Bộ môn vật lý chất rắn - Khoa Vật lý - Đại học Quốc Gia Hà Nội; cô Viện vệ sinh dịch tễ - Bộ y tế tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn tất luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện giúp hồn thành khóa học Hà Nội, tháng 11 năm 2009 Học viên Lê Văn Dương MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương I TỔNG QUAN I.1 Cao lanh ứng dụng cao lanh I.1.1 Thành phần hoá học cấu trúc cao lanh I.1.2 Các tính chất cao lanh I.1.3 Ứng dụng cao lanh I.2 Giới thiệu zeolit I.2.1 Khái niệm phân loại zeolit ………………………… I.2.2 Cấu trúc tinh thể zeolit Y I.2.3 Các tính chất zeolit Y .10 I.2.4 Ứng dụng zeolit Y 16 I.3 Giới thiệu Nanozeolit Y .18 I.3.1 Lý thuyết tổng hợp tinh thể nanozeolit 20 I.3.2 Cơ chế kết tinh nanozeolit NaY .24 I.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hình thành zeolit .26 I.3.3 Tổng hợp naonozeolit .34 I.4 Các phương pháp đặc trưng nanozeolit 34 I.4.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 34 I.4.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 36 I.4.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 38 I.4.4 Phương pháp kínăng hấp phụ mẫu có thời gian hoạt hóa 3h cao mẫu 2h không nhiều, đường cong hấp phụ - nhả hấp phụ sát Như thời gian 79 hoạt hóa thích hợp 2h mẫu đủ điều kiện để hấp phụ tốt mà lại có lợi mặt lượng III.3.4 Độ bền hấp phụ Mẫu khảo sát hấp phụ - nhả hấp phụ nhiều lần liên tục Bảng III.12 hình III.20, III.21 thể đường cong hấp phụ - nhả hấp phụ mẫu vật liệu nanozeolit NaY lần hấp phụ thứ so với lần hấp phụ thứ Bảng III.12 Kết hấp phụ - nhả hấp phụ toluen nanozeolit Y Thời gian đo (phút) Hấp phụ 400C 10 15 20 25 30 35 40 45 Nhả hấp phụ 3000C 11 16 21 Nồng độ toluen khí (ppm) Lần Lần 253 320 835 3070 6880 12085 14098 14520 14885 360 422 819 3360 6967 12275 14214 14691 14789 49238 14658 2886 505 221 48109 13680 3258 541 376 Từ kết ta nhận thấy hấp phụ nhả hấp phụ lần lần khơng thay đổi, lần thứ có thấp không đáng kể Các đường cong hấp phụ - nhả hấp phụ gần trùng chừng tỏ mẫu nanozeolit NaY tổng hợp có độ bền hấp phụ tốt ổn định Đây tính chất quý vật liệu độ bền hấp phụ cao phản ánh khả tái sinh xúc tác khả tái sử dụng cao vật liệu nanozeolit Khi vật liệu có khả tái sinh tái sử dụng cao khả ứng dụng lớn, hiệu kinh tế mang lại cao đẫn đến giảm giá thành sản 80 phẩm Với xu tiết kiệm chi phí đầu vào mà đảm bảo chất lượng để giảm giá thành sản phẩm chắn vật liệu nanozeolit ứng dụng nhiều thực tế 16000 14000 12000 nồng độ 10000 8000 6000 4000 lần 2000 lần 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 thời gian Hình III.20 Đồ thị nhả hấp phụ toluen vật liệu nanozeolit NaY 55000 50000 45000 40000 nồng độ 35000 30000 25000 20000 15000 lần 10000 lần 5000 0 10 15 20 25 thời gian Hình III.21 Đồ thị nhả hấp phụ toluen vật liệu nanozeolit NaY 81 KẾT LUẬN Sau 24÷72h già hố 6÷18h kết tinh thuỷ nhiệt 80oC, từ cao lanh Việt Nam tổng hợp thành công vật liệu nanozeolit NaY có mặt chất tạo cấu trúc hữu đa DNy Vật liệu tạo thành có độ tinh thể từ 65÷95%, bề mặt riêng từ 450÷560 m2/g, kích thước hạt tinh thể từ 19÷30 nm Đã khảo sát yếu tố có ảnh hưởng đến trình kết tinh nanozeolit NaY hàm lượng kiềm, tỷ lệ Cl- /OH- , hàm lượng NaCl, thời điểm bổ sung NaCl, thời gian kết tinh, thời gian làm già, phương pháp xử lý nguyên liệu Kết thực nghiệm ban đầu cho thấy, tăng hàm lượng kiềm giảm kích thước hạt NaCl tạo điều kiện thận lợi cho trình kết tinh, giảm kích thước hạt, tăng độ tinh thể cần có tỷ lệ thích hợp nên bổ sung thêm NaCl sau già hoá Khi tăng thời gian kết tinh thời gian làm già gel độ tinh thể nanozeolit NaY tăng với giảm kích thước hạt Đã khảo sát tính chất hấp phụ toluen vật liệu nanozeolitNaY Kết cho thấy vật liệu nanozeolit tổng hợp có khả hấp phụ tốt toluen, độ bền hấp phụ cao thời gian hoạt hóa cần thiết khoảng 2h tối ưu 81 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tạ Ngọc Đôn (2002), Nghiên cứu chuyển hóa cao lanh thành Zeolit xác định tính chất hóa lý đặc trưng chúng, Luận án tiến sĩ, Hà Nội Tạ Ngọc Đôn (1999), Nghiên cứu biến đổi cấu trúc cao lanh thành Zeolit xác định tính chất đặc trưng chúng, Luận văn thạc sĩ, Hà Nội Tạ Ngọc Đôn, Đào Văn Tường, Hoàng Trọng Yêm (1999), Ảnh hưởng nồng độ NaOH chất tạo phức Co đến tính chất trao đổi ion kaolinit môi trường có độ pH khác nhau, Tạp chí hóa học cơng nghệ hóa chất, số 6, tr 26-29 Nguyễn Thanh Khánh (2007), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanozeolit từ cao lanh Phú Thọ, Luận văn thạc sĩ, Hà Nội Tạ Ngọc Đơn, Vũ Đào Thắng, Hồng Trọng Yêm (2001), Tổng hợp zeolit Y từ cao lanh Việt Nam, Tạp chí Hóa học, T 39, Số 2, tr 97-100 Tạ Ngọc Đơn, Vũ Đào Thắng, Hồng Trọng Yêm (2001), Nghiên cứu ảnh hưởng chất tạo phức khác đến q trình chuyển hóa cao lanh thành zeolit Y, Tạp chí hóa học cơng nghệ hóa chất, số 7, tr 7-10 Tạ Ngọc Đơn (2003), Ảnh hưởng tạp chất nguyên liệu đến q trình chuyển hóa cao lanh khơng nung thành zeolit NaX, Tạp chí Hóa học ứng dụng, Số 6, tr 36-40 Nguyễn Đức Long (2006), Tổng hợp đặc trưng vật liệu nanozeolit NaX từ cao lanh Việt Nam, Luận văn thạc sĩ, Hà Nội Lê Công Dưỡng (1994), Kỹ thuật phân tích cấu trúc tia Rơnghen, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 10 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 82 83 11 Từ Văn Mặc (1995), Phân tích hóa lý, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 12 Đinh Thị Ngọ (2006), Hóa học dầu mỏ vầ khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 13 Trịnh Hân, Quan Hán Khang, Lê Nguyên Sóc, Nguyễn Tất Trâm (1979), Tinh thể học đại cương, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 14 Hoàng Trọng Yêm, Dương Văn Tuệ (2001), Hóa học hữu cơ, Tập 4, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 15 Ngô Thị Thuận, Hoa Hữu Thu (2006), Vai trò pH trình kết tinh thủy nhiệt zeolit, Tạp chí hóa học, Số 1, tr 48-52 16 A.G.Bechechin (1962), Giáo trình khống vật học (Nguyễn Văn Chiển dịch), NXB Giáo dục 17 Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 18 Võ Vọng (1993), Kính hiển vi điện tử - cơng cụ khoa học đại, Viện khoa học Việt Nam 19 Hồng Vân (Theo Industry mineral 10-2004) (2005), Cơng nghệ nano lợi ích rủi ro tiềm tàng, Cơng nghệ hóa chất, số 11 20 Breck D W (1974), Zeolit molecular sieves, A Willey-Interscience publication, New York 21 Lubomira Tosheva and Valentin P Valtchev (2005), Nanozeolites: Synthesis, Crystallization Mechanism, and Applications 22 Qinghua L., Derek C., Johan S (2002), Chem.Master, V.14, No.10, pp 1319-1342 83 84 23 Holmberg B.A., Wang H.T., Norbeck J.M and Yan Y S., Controlling size and yield of zeolite Y nanocrystals using tetramethylammonium bromide, Micropoous and mesopous materials, V.59, 13-28 24 Zhan B-Z, White M.A ; Lumsden M ; Mueller-Neuhaus J ; Robertson K.N ; Cameron T.S ; Gharghouri M (2002), Chem Mater, 14, 3636 25 Valtchev, V.P ; Bozhilov, K N J Phys (2004), Chem B, 108, 15587 26 Valtchev, V P.; Bein, T Patent No WO040403, 2002 27 Schoeman, B J.; Sterte, J.; Otterstedt, J.-E.(1999), Zeolites, 14, 110 28 Mintova, S.; Olson, N H.; Bein, T (1999), Angew Chem., Int Ed., 38, 3201 29 Zhu, G.; Qiu, S.; Yu, J.; Sakamoto, Y.; Xiao, F.; Xu, R.; Terasaki, O (1998), Chem Mater., 10, 1483 30 Holmberg, B A.; Wang, H.; Norbeck, J M.; Yan, Y.(2003) Microporous Mesoporous Mater., 59, 13-28 31 Holmberg, B A.; Wang, H.; Yan, Y (2004), Microporous Mesoporous Mater., 74, 189-198 32 Li, Q.; Creaser, D.; Sterte, J.(2002), Chem Mater , 14, 1319-1324 33 Rakoczy, R A.; Traa, Y.(2003), Microporous Mesoporous Mater , 60, 6978 34 Mintova, S.; Olson, N H.; Valtchev, V.; Bein, T (1999), Science , 283, 958960 35 Tsapatsis, M.; Lovallo, M.; Okubo, T.; Davis, M E.; Sadakata, M (1995), Chem Mater , 7, 1734-1741 36 Larlus, O.; Valtchev, V P (2004), Chem Mater., 16, 3381-3389 37 Chiang, A S T.; Chao, K (2001), J Phys Chem Solids, 62, 1899-1910 84 ... hµ néi - LÊ VĂN DƯƠNG TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ TOLUEN CỦA VẬT LIỆU NANOZEOLITE NaY ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ CAO LANH Chuyên ngành : Cơng nghệ Hữu - Hóa dầu... nanozeolit NaY tăng với giảm kích thước hạt Đã khảo sát tính chất hấp phụ toluen vật liệu nanozeolitNaY Kết cho thấy vật liệu nanozeolit tổng hợp có khả hấp phụ tốt toluen, độ bền hấp phụ cao thời... hấp phụ Mẫu khảo sát hấp phụ - nhả hấp phụ nhiều lần liên tục Bảng III.12 hình III.20, III.21 thể đường cong hấp phụ - nhả hấp phụ mẫu vật liệu nanozeolit NaY lần hấp phụ thứ so với lần hấp phụ