Tổng hợp và xác định các đặc trưng của vật liệu coosite trên cơ sở fe2o3 ứng dụng xử lý khí h2s cho biogas

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  TẠ HỒNG CHÍNH TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ Fe2O3, ỨNG DỤNG XỬ LÝ KHÍ H2S CHO BIOGAS Chuyên ngành: Hố vơ Mã số: 60.44.0113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phan Thị Ngọc Bích Thái Nguyên, năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn TS: Phan Thị Ngọc Bích Các số liệu kết nêu luận văn hoàn toàn trung thực Tác giả luận văn Tạ hồng Chính XÁC NHẬN CỦA TRƯỞNG KHOA XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HÓA HỌC HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Thị Hiền Lan PGS.TS Nguyễn Duy Lƣơng i Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn chân thành tới TS: Phan Thị Ngọc Bích tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cám ơn ban lãnh đạo Viện Hóa Học, anh chị em phịng Hóa Vơ Cơ – Viện Hóa Học – Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, thầy cô trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập thực đề tài Cuối xin cám ơn bạn bè, đồng nghiệp, người thân gia đình ln ln quan tâm, động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tác giả luận văn Tạ Hồng Chính ii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang TRANG BÌA PHỤ LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Sắt oxit sắt 1.1.1 Sắt 1.1.1.1 Tính chất vật lý 1.1.1.2 Tính chất hóa học [5] 1.1.1.3 Phương pháp điều chế [1, 6] 1.1.1.4 Ứng dụng 1.1.2 Các oxit sắt 1.1.2.1 Sắt(II) oxit 1.1.2.2 Sắt(III) oxit 1.1.2.3 Sắt(II, III) oxit 1.2 Vật liệu MgO 10 1.2.1 Tính chất vật lý 10 1.2.2 Tính chất hóa học 10 1.2.3 Ứng dụng 11 1.2.4 Điều chế 12 1.2.5 MgO hoạt tính 13 1.3 Vật liệu Fe/MgO vật liệu Fe/MgO/bentonite 14 iii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.3.1 Fe/MgO 14 1.3.2 Fe/MgO/bentonite 15 Khoáng sét bentonite 16 Cấu trúc tinh thể, thành phần hoá học phản ứng trao đổi cation montmorilonite 16 Chế tạo vật liệu xốp vô thông qua việc chế tạo composite chất mang bentonite 17 1.4 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 18 1.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 18 1.4.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 20 1.4.3 Phương pháp phân tích nhiệt (TA) 21 1.4.4 Phương pháp xác định thành phần nguyên tố (EDX) 21 1.4.5 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 22 Chƣơng MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 24 2.1 Mục đích nghiên cứu 24 2.2 Nội dung nghiên cứu 24 2.3 Thực nghiệm 24 2.3.1 Dụng cụ hóa chất 24 2.3.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu 25 2.3.2.1 Tổng hợp vật liệu MgO 25 2.3.2.2 Tổng hợp vật liệu Fe/MgO 26 2.3.2.3 Tổng hợp Fe2O3/MgO/Bentonite 27 2.4 Xác định đặc trưng vật liệu 28 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28 2.4.2 Phương pháp phân tích nhiệt (TA) 28 2.4.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (FESEM 28 2.4.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) 29 iv Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.4.5 Phương pháp xác định thành phần nguyên tố (EDX) 29 2.4.6 Phương pháp xác định diện tích bề mặt 29 2.4.7 Xác định khả loại H2S vật liệu Fe/MgO 29 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Tổng hợp vật liệu Fe/MgO 30 3.1.1 Tổng hợp MgO 30 3.1.2 Tổng hợp vật liệu Fe/MgO 36 3.1.2.1.Ảnh hưởng nồng độ Fe đến cấu trúc vật liệu 36 3.1.2.2 Ảnh hưởng thời gian tẩm đến cấu trúc vật liệu 37 3.1.2.3 Thành phần nguyên tố vật liệu 38 3.1.2.4 Đặc trưng SEM vật liệu 39 3.1.2.5 Diện tích bề mặt vật liệu 40 3.2 Tổng hợp vật liệu Fe2O3/MgO/Bentonite 41 3.2.1 Tổng hợp vật liệu Fe2O3/MgO/Bentonite phương pháp trộn học 41 3.2.1.1 Điều chế α-Fe2O3 41 3.2.1.2 Tổng hợp Fe/bentonite từ dung dịch FeCl3 (Mẫu FB) 43 3.2.1.3 Chuẩn bị vật liệu Fe/MgO/Bentonite phương pháp trộn học 44 3.2.2 Tổng hợp vật liệu Fe2O3/MgO/Bentonite phương pháp kết tủa (mẫu F2BM) 45 3.2.2.1 Hình thái vật liệu - ảnh SEM 45 3.2.2.2 Đặc trưng pha tinh thể - giản đồ XRD 48 3.2.2.3 Cấu trúc xốp 48 3.3 Khả loại H2S vật liệu 49 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 v Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên đầy đủ PVA Polivinyl ancol PEO Polyetylen oxit PAM Polyacrylamit PVP Polyvinylpyrolidone MMT Montmorillonite SEM Kính hiển vi điện tử quét XRD Nhiễu xạ tia X EDX Phương pháp hấp phụ BET FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại TA Phương pháp phân tích nhiệt SBET Diện tích bề mặt riêng M1: MgO điều chế từ MgC2O4, nung 6000C, thời gian 4h M1.1: MgO điều chế từ MgC2O4, nung 5000C, thời gian 2h M1.2: MgO điều chế từ MgC2O4, nung 5000C, thời gian 8h M2: MgO điều chế từ Mg(OH)2 M3: MgO thương mại F1MB: Fe/MgO/bentonite phương pháp trộn học F2MB: Fe/MgO/bentonite phương pháp kết tủa dung dịch FB: FeCl3.9H2O/bentonite vi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Kích thước tinh thể trung bình (d) mẫu MgO 32 Bảng 3.2 Diện tích bề mặt (SBET) mẫu MgO 35 Bảng 3.3 Kết EDX 38 Bảng 3.4 Diện tích bề mặt SBET(m2/g) mẫu Fe/MgO (so sánh với MgO ban đầu) 41 Bảng 3.5 Các thông số cấu trúc xốp hai mẫu Fe/MgO/bentonite 49 vii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: a Cấu trúc tinh thể α-Fe, β-Fe δ-Fe b Cấu trúc tinh thể γ-Fe Hình 1.2: Sắt(II) oxit Hình 1.3: Sắt(III) oxit Hình 4: Sắt(II, III) oxit Hình 1.5: a- Magie oxit, b- Cấu trúc tinh thể MgO 10 Hình 1.6 Mơ hình cấu trúc montmorillonite phản ứng trao đổi cation17 Hình 1.7 Sơ đồ tổng hợp vật liệu xốp composite với chất mang bentonite 18 Hình 1.8: Hình vẽ cấu tạo máy nhiễu xạ bột 19 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét (SEM) 23 Hình 2.1 Sơ đồ trình lỏng- khí xử lý H2S sử dụng vật liệu Fe/MgO 29 Hình 3.1: Giản đồ TA: a Mẫu MgC2O4, b Mẫu Mg(OH)2 31 Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu MgO 32 Hình 3.3: Phổ hồng ngoại FT-IR mẫu MgO: M1.1 (a), M2 (b) 34 Hình 3.4: Ảnh SEM ba mẫu vật liệu MgO: M1.1 (a) M2 (b) M3 (c) 35 Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu MgO M1.1(a) mẫu Fe/MgO với nồng độ Fe 6%(b), 15%(c), 25%(d), 30%(e) – (#) pha MgO, (*) pha α-Fe2O336 Hình 3.6: Giản đồ XRD mẫu Fe/MgO-Fe 30% với thời gian tẩm từ 1-4h 37 Hình 3.7: Phổ EDX mẫu Fe/MgO (Fe 6%) 38 Hình 3.8: Ảnh SEM mẫu vật liệu Fe/MgO: FM1 (a), FM2 (b), FM3 (c) 40 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu α-Fe2O3 với nhiệt độ phản ứng khác 42 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu α-Fe2O3 với thời gian ủ khác 43 viii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu Fe/bentonite (a) mẫu trước nung (b) 44 Hình 3.12 Phổ FTIR mẫu FB mẫu F1BM 45 Hình 3.13 Ảnh SEM mẫu α-Fe2O3 45 Hình 3.14 Ảnh SEM mẫu vật liệu FB 46 Hình 3.15 Ảnh SEM mẫu vật liệu F1BM 46 Hình 3.16 Ảnh SEM mẫu vật liệu F2BM 47 Hình 3.17 Giản đồ XRD mẫu F2BM 48 Hình 3.18 Hiệu suất loại H2S vật liệu Fe/MgO theo qui trình lỏng 50 ix Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn (b) (a) (c) Hình 3.8: Ảnh SEM mẫu vật liệu Fe/MgO: FM1 (a), FM2 (b), FM3 (c) 3.1.2.5 Diện tích bề mặt vật liệu Từ phép đo đẳng nhiệt hấp thụ nitơ, diện tích bề mặt mẫu MgO Fe/MgO tương ứng tính theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET thể Bảng 3.4 Diện tích bề mặt hai mẫu MgO tự tổng hợp cao nhiều so với mẫu MgO thương mại, đặc biệt mẫu MgO chuẩn bị từ Mg(OH)2 Khi tạo thành vật liệu Fe/MgO, diện tích bề mặt mẫu Fe/MgO tương ứng , mẫu FM2 bị giảm đáng kể cao Các mẫu FM1 FM3 có diện tích tăng so với mẫu MgO ban đầu Có thể thấy rằng, loại vật liệu này, hình thái dạng phẳng xếp đan xen tạo nên diện tích bề mặt cao đáng kể so với dạng hạt Trên sở giá trị diện tích bề mặt, thơng số quan trọng vật liệu xúc tác, cho Fe/MgO chuẩn bị từ hai loại MgO tự tổng hợp vật liệu xúc tác nhiều triển vọng hấp phụ xử lý H2S 40 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 3.4 Diện tích bề mặt SBET(m2/g) mẫu Fe/MgO (so sánh với MgO ban đầu) M1 M2 M3 FM1 FM2 FM3 126.88 201.41 49.29 135.85 162.85 109.15 Từ kết cho thấy vật liệu Fe/MgO tổng hợp phương pháp tẩm ướt dung dịch muối sắt Fe(NO3)3 lên mẫu vật liệu MgO khác Các kết xác định đặc trưng vật liệu cho thấy sắt phân tán mạng MgO, tạo thành vật liệu với kích thước hạt nhỏ đồng So với MgO thương mại, hai loại MgO hoạt tính tự tổng hợp được, đặc biệt MgO chuẩn bị từ Mg(OH)2 thích hợp để điều chế vật liệu xúc tác Fe/MgO 3.2 Tổng hợp vật liệu Fe2O3/MgO/Bentonite 3.2.1 Tổng hợp vật liệu Fe2O3/MgO/Bentonite phƣơng pháp trộn học 3.2.1.1 Điều chế α-Fe2O3 Có nhiều phương pháp chế tạo oxit sắt, kết tủa từ dung dịch muối FeCl3 phổ biến Từ dung dịch này, sản phẩm tạo thành thường akaganeite β-FeOOH hematite α-Fe2O3, tùy theo điều kiện thí nghiệm [23-25] Do vậy, trước tổng hợp Fe/bentonite, thí nghiệm điều chế -Fe2O3 thực phương pháp Ảnh hưởng số thông số phản ứng đến cấu trúc vật liệu tạo thành xác định, sở tìm điều kiện thích hợp cho q trình tổng hợp Fe/bentonite Theo số tài liệu công bố, việc tạo thành hematite -Fe2O3 từ dung dịch FeCl3 xảy nhờ hai trình: pha akaganeite -FeOOH bền hình thành trước chuyển thành hematite theo chế hòa tan – kết tủa hematite kết tủa trực tiếp từ dung dịch Giá trị pH dung dịch nhiệt độ thời gian ủ mẫu có ảnh hưởng định đến dạng sản phẩm tạo thành Để điều chế -Fe2O3, người ta thường thủy phân FeCl3 mơi trường axit thấp 41 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn môi trường kiềm với nhiệt độ tương đối cao thời gian ủ mẫu kéo dài [8-10] Huyền phù bentonite Thuận Hải nước thường có mơi trường kiềm với pH cao khoảng Việc kết tủa pH cao xem thuận lợi để tạo thành pha hematite nên giá trị pH thí nghiệm kiểm sốt khoảng 9-10 Ảnh hưởng hai thơng số định đến hình thành pha Fe2O3 nghiên cứu nhiệt độ phản ứng thời gian ủ mẫu Ảnh hưởng nhiệt độ: Quá trình kết tủa từ dung dịch ủ mẫu thực nhiệt độ 50, 75 950C Giản đồ XRD mẫu trình bày (Hình 3.9) Kết cho thấy, với mẫu pha α-Fe2O3 hình thành với vạch đặc trưng cho mặt (012), (104), (110), (113), (024), (116), (018), (214), (300) vị trí 2θ tương ứng theo JCPDS 33-0664 Tuy nhiên với mẫu tạo thành 500C, số vạch yếu rõ rệt (chẳng hạn vạch nhiễu xạ 2θ khoảng 550 720) Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu α-Fe2O3 với nhiệt độ phản ứng khác 42 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Ảnh hưởng thời gian ủ mẫu: Kết tủa từ dung dịch ủ nhiệt độ 750C với thời gian 24 giờ, 30 40 Giản đồ XRD mẫu (hình 3.10) thể đầy đủ vạch đặc trưng cho pha α-Fe2O3 Dù vậy, so với mẫu ủ 24 giờ, mẫu ủ 30 40 cho giản đồ XRD với vạch nhiễu xạ rõ ràng chứng tỏ pha α-Fe2O3 tạo thành tốt Từ kết này, nhiệt độ thời gian ủ thích hợp lựa chọn 75 0C 30 tương ứng Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu α-Fe2O3 với thời gian ủ khác 3.2.1.2 Tổng hợp Fe/bentonite từ dung dịch FeCl3 (Mẫu FB) Khi khuếch tán vào nước, bentonite trương nở, khoảng cách lớp silicate mở rộng Sau thêm PEG, phân tử PEG xâm nhập vào lớp này, tiếp tục mở rộng khoảng cách chúng Với việc thêm NaOH, cấu trúc bentonite xảy trình tách lớp hồn tồn Sự tách lớp tạo điều kiện cho phân tử Fe2O3 dễ dàng phân tán vào lớp silicate, định vị bề mặt chúng Điều giản đồ XRD Trên giản đồ (hình 3.11) mẫu FB, thấy rõ vạch nhiễu 43 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xạ đặc trưng cho pha α-Fe2O3 Vạch nhiễu xạ ứng với mặt (001) bentonite 2θ khoảng 70, thấp tùy theo mức độ mở rộng khoảng cách lớp, biến chứng tỏ tách lớp xảy hồn tồn Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu Fe/bentonite (a) mẫu trước nung (b) 3.2.1.3 Chuẩn bị vật liệu Fe/MgO/Bentonite phƣơng pháp trộn học Fe/bentonite tổng hợp trộn với Fe/MgO để tạo thành Fe/MgO/bentonite Tỉ lệ thành phần ban đầu chọn cho hàm lượng sắt composite chiếm khoảng 40-50% (khoảng 60-70% Fe2O3) So sánh FTIR mẫu F1BM mẫu FB (hình 3.12), thấy rõ khác biệt rõ rệt vùng 14001460 cm-1 Những dải hấp thụ thường xuất phổ FTIR MgO [26], có mặt MgO mẫu composite Trên phổ FTIR, dải hấp thụ rộng khoảng 3400 cm-1 1650 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị dao động biến dạng nhóm OH phân tử nước hấp phụ từ khơng khí Các dải hấp thụ 577.4, 525.5 459.9 cm-1 đặc trưng cho kiểu dao động hóa trị dao động biến dạng tương ứng liên kết Fe-O Các dải hấp thụ 1031.9, 918.4 vùng 600-700 cm-1 qui cho liên kết Si-O, Al-OH, Si-OH tương ứng bentonite 44 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.12 Phổ FTIR mẫu FB mẫu F1BM 3.2.2 Tổng hợp vật liệu Fe2O3/MgO/Bentonite phƣơng pháp kết tủa (mẫu F2BM) 3.2.2.1 Hình thái vật liệu - ảnh SEM Ảnh SEM mẫu vật liệu α-Fe2O3 đưa hình 3.13 Trong oxit ngun chất ( hình 3.13), hạt α-Fe2O3 có dạng khối sáu cạnh khơng đều, kích thước lớn, khoảng 100-150nm Hình 3.13 Ảnh SEM mẫu α-Fe2O3 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Đối với mẫu FB, ảnh SEM (hình 3.14) cho thấy rõ tách lớp hoàn toàn tạo thành phiến bentonite, đồng thời thể hạt oxit α-Fe2O3 bề mặt silicate làm cho chúng trở nên xốp Các hạt có kích thước nhỏ khoảng 12-15 nm, kết tập thành đám 80-120 nm Hình 3.14 Ảnh SEM mẫu vật liệu FB Mẫu F1BM tạo thành phương pháp trộn khơng có khác biệt đáng kể hình thái so với mẫu FB Trên ảnh ( hình 3.15 ) thấy rõ số phiến mỏng hình cánh hoa Fe/MgO Hình 3.15 Ảnh SEM mẫu vật liệu F1BM 46 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Đặc biệt, mẫu F2BM ( hình 3.16 ), α-Fe2O3 tạo thành dạng hạt nhỏ mịn, kích thước khoảng 10 nm, hạt có kết tập khơng hình thành đám rõ rệt đặn mẫu FB Hình 3.16 Ảnh SEM mẫu vật liệu F2BM Sự khác biệt thú vị kích thước hạt mẫu α-Fe2O3 mẫu FB, FBM giải thích q trình thủy phân muối Fe (III) phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố có ảnh hưởng ion khác có mặt hỗn hợp mà thành phần bentonite có nhiều cation Al 3+, Si4+, Ca2+ Quan trọng hơn, có bentonite, hình thành thêm nhiều tâm kết tinh bề mặt bentonite Với lượng tâm kết tinh lớn làm cho trình phát triển tinh thể khó khăn hơn, dẫn đến tạo thành hạt tinh thể bé, chí vơ định hình Điều chứng minh từ giản đồ XRD mẫu FB trước nung (hình 3.11b) Giản đồ XRD mẫu thể dược hai đám vạch hai vị trí có cường độ lớn 2θ quanh 35 630, đặc trưng cho dạng vơ định hình vật liệu vật liệu có kích thước q bé, Chỉ sau nung, hạt có điều kiện phát triển hơn, tạo thành giản đồ XRD với đặc trưng tinh thể (hình 3.11a) 47 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.2.2 Đặc trƣng pha tinh thể - giản đồ XRD Giản đồ XRD mẫu F2BM (ình 3.17) cho thấy khác biệt rõ rệt so với mẫu F1BM tạo thành phương pháp trộn học Tương tự giản đồ XRD mẫu FB chưa nung, giản đồ mẫu F2BM trước nung nung thể vạch vị trí có cường độ cao pha α-Fe2O3 MgO với số vạch SiO2 bentonite Điều hoàn toàn phù hợp với kết thu từ ảnh SEM, kích thước nhỏ hạt sau nung 4000C Hình 3.17 Giản đồ XRD mẫu F2BM sau nung 3.2.2.3 Cấu trúc xốp Từ phép đo đẳng nhiệt hấp phụ nitơ, diện tích bề mặt (tính theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET) số thơng số cấu trúc xốp khác mẫu xác định, kết thể bảng 3.5 Số liệu bảng cho thấy diện tích bề mặt mẫu F2BM phương pháp kết tủa trực tiếp cao đáng kể (thể tích xốp kích thước mao quản trung bình tăng/giảm tương ứng) so với mẫu F1BM tạo thành 48 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn phương pháp trộn Đây yếu tố quan trọng với vật liệu xúc tác Kết phù hợp với quan sát từ ảnh SEM Mẫu F2BM chứa hạt với kích thước nhỏ so với mẫu F1BM, nên diện tích bề mặt cao nhiều Bảng 3.5 Các thông số cấu trúc xốp hai mẫu Fe/MgO/bentonite Mẫu F1BM F2BM SBET(m2/g) 91.38 168.18 Thể tích lỗ xốp (cm3/g) 0.36 0.58 160.21 131.35 Kích thước lỗ xốp trung bình (A0) Từ kết cho thấy tổng hợp vật liệu nanocomposite Fe/MgO/bentonite phương pháp trộn học Fe/bentonite với Fe/MgO phương pháp kết tủa từ muối FeCl3 có mặt bentonite biến tính 3.3 Khả loại H2S vật liệu Thí nghiệm sơ xác định khả loại H2S mẫu vật liệu Fe/MgO, FM1 (MgO điều chế từ MgC2O4) FM3 (MgO thương mại), qui trình lỏng thực theo sơ đồ đưa hình 2.1 Điều kiện thí nghiệm: Áp suất làm việc: 1.03 at Hàm lượng vật liệu: g/l Lưu lượng khí : 0,7 l/p Tỉ lệ lỏng/ khí: 600 l/m3 Nơng đợ H2S: 15000 ppm Kết thí nghiệm đưa đồ thị hình 3.18 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hiệu suất loại H2S (%) 100 80 60 FM1 FM3 40 20 0 10 15 20 25 Thời gian (h) Hình 3.18 Hiệu suất loại H2S vật liệu Fe/MgO theo qui trình lỏng Kết từ đồ thị cho thấy, vật liệu chế tạo có khả loại H 2S tốt Tính tới thời gian ứng với hiệu loại bỏ H2S 100%, dung lượng H2S mà vật liệu FM3 xử lý đạt khoảng 3.2 g H2S/g vật liệu, xem tương đương với tài liệu công bố [11, 12] Đặc biệt với mẫu FM1 (được tổng hợp với MgO tự điều chế từ MgC2O4), dung lượng xử lý H2S tăng vượt trội, tới 6.9 g H2S/g vật liệu 50 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm, rút số kết luận sau: Đã tổng hợp vật liệu nano MgO đơn pha hợp từ hai sản phẩm trung gian MgC2O4 Mg(OH)2 Các vật liệu tổng hợp có diện tích bề mặt tăng vượt trội so với MgO thương mại, đặc biệt MgO điều chế từ Mg(OH) Đã tổng hợp vật liệu Fe/MgO phương pháp tẩm ướt dung dịch muối sắt Fe(NO3)3 lên mẫu vật liệu MgO khác Các kết xác định đặc trưng vật liệu cho thấy sắt phân tán mạng MgO, tạo thành vật liệu với kích thước hạt nhỏ đồng Đã tổng hợp vật liệu nanocomposite Fe/MgO/bentonite phương pháp trộn học Fe/bentonite với Fe/MgO phương pháp kết tủa từ muối FeCl3 có mặt bentonite biến tính Các vật liệu tổng hợp chứa oxit sắt dạng α-Fe2O3 với kích thước hạt nhỏ diện tích bề mặt lớn, đặc biệt mẫu tổng hợp phương pháp kết tủa có diện tích bề mặt tới 160m2/g Đặc trưng yếu tố quan trọng với mục đích làm vật liệu xúc tác oxi hóa xử lý khí H2S Kết sơ xử lý khí H2S mẫu Fe/MgO cho thấy vật liệu tổng hợp có khả xử lý H2S tốt, tương đương cao so với vật liệu số cơng trình cơng bố 51 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Đào Ngọc Nhiệm (2009) “Tổng hợp α-Fe2O3 kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel sử dụng để hấp phụ Asen” Tuyển tập báo cáo hội nghị xúc tác-hấp phụ toàn quốc lầm thứ Vũ Đăng Độ (2004), Các phương pháp vật lý hóa học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Thị Hạnh (2010), Tổng hợp vật liệu gốm diopzit CaO.MgO.2SiO2 nghiên cứu ảnh hưởng talc đến cấu trúc, tính chất vật liệu, Luận văn thạc sỹ, Đại học khoa học tự nhiên – ĐHQG Hà Nội Dương Nguyên Khang, Hiện trạng xu hướng phát triển công nghệ Biogas Việt Nam, Báo cáo Hội nghị khoa học khoa CNTY 12/2008, ĐH Nông Lâm TPHCM Hồng Nhâm (2000), “Hóa Vơ Cơ”, Tập 3, NXB Giáo Dục Lê Hồng Phúc, Nghiên cứu, tổng hợp hạt Oxit Sắt Fe3O4 kích thước Nano phương pháp đồng kết tủa để ứng dụng Y học Sinh học, Luận văn thạc sĩ (Trường Đại học Cơng nghệ -2008) Nguyễn Đình Triệu (2007), “Các phương pháp phổ hóa học hữu hóa sinh”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Phạm Văn Lâm, Arsenic removal fom drinking water using ourselves manufactured nanocomposite NC-MF and NC –F20, Vietnam – Japan Seminar on “Biological filtration simultaneous removal of arsenic from water”, HaNoi, VietNam (2011) 52 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Tiếng Anh: Zhen-Xing Tang, Lu-E Shi, Prepation of nano-MgO using ultrasonic method and its characteristics, Ecl Quím., São Paulo, 33(1): 15-20, 2008 10 En.wikipedia.org/wiki/ Magnesium_oxide 11 Eun-Ku Lee at al., Support effects in catalytic wet oxidation of H2S to sulfur on supported iron oxide catalysts, Applied Catalysis A: General 284, 1–4 (2005) 12 Eun-Ku Lee, Kwag-Deog Jung, Oh-Shim Joo and Yong-Gun Shul (2004), Selective Oxidation of Hydrogen Sulfide to Elemental Sulfur with Fe/MgO Catalysts in a Slurry reactor, Bull Korean Chem Soc., Vol 26, No 2, p.281-284 (2005) 13 Guobing Yan , Yubo Jiang , Chunxiang Kuang , Shuai Wang , Haichao Liu , Yan Zhang and Jianbo Wang (2010), Nano-Fe2O3-catalyzed direct borylation of arenes, Supplementary Material (ESI) for Chemical Communications The Royal Society of Chemistry, 1-34 ( 2010) 14 Fatemeh Mohandes, Fatemeh Davar, Masoud Salavati-Niasari, Magnesium oxide nanocrystals via thermal decomposition of magnesium oxalate, J of Physics and Chemistry of Solids 71, 1623–1628 (2010) 15 Huang L, Li DQ, Lin YJ, Wei M, Evans DG, Duan X., Controllable preparation of Nano-MgO and investigation of its bactericidal properties, Journal of Inorganic Biochemistry, Vol 99 (5), 986–993 2005 16 K Venkateswara Rao, C S Sunandana (2008), Structure and microstructure of combustion synthesized MgO nanoparticles and nanocrystalline MgO thin films synthesized by solution growth route, J Mater Sci 43:146–154 17 Kwang-Deog Jung, Oh-Shim Joo, Seong-Hoon Choo, Sung-hwan Han, Catalytic wet oxidation of H2S to sulfur on Fe/MgO catalyst, Applied Catalysis A: General 240 (2003), p 235–241 (2003) 18 Niratitsai Rakmak Wisitree Wiyaratn and Juntima Chungsiripon (2009), Synthesis of Fe/MgO Nano-Crystal Catalyst using Aqueous solution 53 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Technique for Hydrogen Sulfide Removal, Chemical Engineering Journal Vol.162, Issue 1, p 84-90 (2010) 19 T Lopez, I Garcia-Cruz, and R Gomez, Synthesis of Magnesium Oxide by the Sol-Gel Method: Effect of the pH on the Surace Hydroxylation, Journal of Catalysis 127, 75-85 (1991) 20 Xianchun Chen- Jun Ou- Yan Wei- Zhongbin Huang- Yunqing KangGuangfu Yin, (2010), Effect of MgO contents on the mechanical properties and biological performances of bioceramics in the MgO.CaO.SiO2, J Mater Sci: Mater Med, pp, 1463- 1471 21 Nicolas Abatzoglou, Areview of biogas purification processes, Biofuels Bioprod Bioref, 3, 42-71 (2009); DOI 10.1002/bbb 22 D L Heguy, G J Nagl, Consider optimized iron redox processes to remove sulful, Hydrocarbon processing, Jan 2003 issue 53-57 23 L C A Oliveira, R V R A Rios, J D Fabris, K Sapag, V K Garg, and R M Lago, Clay-iron oxide magnetic composites for the adsorption of contaminants in water, Applied Clay Science, 22(4), 169-177 (2003) 24 Ahmed S Al-Kady,M Gaber, Mohamed M Hussein, El-Zeiny M Ebeida, Structural and fluorescence quenching characterization of hematite nanoparticles, Spectrochimica Acta Part A 83, 398-405 (2011) 25 Jana Drbohlavova, Radim Hrdy, Vojtech Adam, Rene Kizek, Oldrich Schneeweiss and Jaromir Hubalek, Preparation and properties of various magnetic nanoparticles, Sensors 9, 2352-2362; doi: 10.3390/s90402352 (2009) 26 S.K Sahoo, K Agarwal, A.K Singh, B.G Polke and K.C Raha, Characterization of γ- and α-Fe2O3 nano powders synthesized by emulsion precipitation-calcination route and rheological behaviour of αFe2O3, International Journal of Engineering, Science and Technology 2(8), 118-126 (2010) 54 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... loại H2S từ biogas nước ta tình trạng lẻ tẻ, chưa hệ thống Trên sở phân tích trên, chúng tơi chọn đề tài: ? ?Tổng hợp xác định đặc trƣng vật liệu composite sở Fe2O3 , ứng dụng xử lý khí H2S cho biogas? ??... Tổng hợp vật liệu Fe/MgO - Tổng hợp vật liệu Fe/MgO chất mang bentonite - Xác định đặc trưng vật liệu tổng hợp phương pháp XRD, SEM, FTIR, TGA, EDX - Sơ xác định khả loại H2S loại vật liệu tổng hợp. .. có lực mạnh với H2S Các vật liệu sở sắt vật liệu hiệu triển vọng công nghệ xử lý H2S 1.3.1 Fe/MgO Vật liệu thơng báo có khả loại H2S tốt cơng nghệ ướt (qui trình lỏng - khí) Vật liệu xúc tác sắt