Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp, đặc trưng và nghiên cứu tính chất hấp phụ Toluen của vật liệu Nanozeolite nay được tổng hợp từ cao lanh

Luận văn này tiến hành nghiên cứu chuyển hoá cao lanh Việt Nam thành vật liệu nanozeolit NaY, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp và bước đầu nghiên cứu tính chất hấp phụ của vật liệu tổng hợp được. Mời các bạn cùng tham khảo.

bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi - LÊ VĂN DƯƠNG LÊ VĂN DƯƠNG TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT C«ng nghƯ hãa häc HẤP PHỤ TOLUEN CỦA VẬT LIỆU NANOZEOLITE NaY C TNG HP T CAO LANH luận văn thạc sĩ 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 dầu luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học Ngi hng 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 tơi suốt q 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 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 tơi 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 kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .39 I.4.5 Áp dụng phương pháp BET để xác định bề mặt riêng 40 I.4.6 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai nhiệt trọng lượng 42 Chương II PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM II.1 Nguyên liệu hóa chất 43 II.1.1 Các hoá chất dụng cụ 43 II.1.2 Chuẩn bị nguyên liệu .43 II.2 Chuyển hóa cao lanh thành nanozeolit NaY 43 II.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng kiềm 43 II.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ Cl- /OH- 44 II.2.3 Khảo sát ảnh hưởng giai đoạn bổ sung NaCl .44 II.2.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng muối NaCl .45 II.2.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian làm già 45 II.2.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian kết tinh 45 II.2.7 Khảo sát ảnh hưởng phương pháp xử lý nguyên liệu 45 II.3 Nghiên cứu tính chất hấp phụ Toluen nanozeolit Y phương pháp hấp phụ động 46 II.3.1 Khảo sát khả hấp phụ toluene 49 II.3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hoạt hóa 50 II.3.3 Khảo sát độ bền hấp phụ 50 II.4 Phương pháp nghiên cứu đặc trưng nanozeolit Y 51 II.4.1 Phương pháp đặc trưng cấu trúc .51 II.4.2 Phương pháp đặc trưng tính chất 52 Chương III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1.kết tổng hợp vật liệu nanozeolit NaY .55 III.1.1 Đặc trưng tính chất vật liệu nanozeolit NaY 55 III.1.2 Đặc trưng cấu trúc vât liệu nanozeolit NaY 56 III.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành vật liệu nanozeolit Y 62 III.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng kiềm 62 III.12.2 Ảnh hưởng tỷ lệ Cl- /OH- 63 III.2.3 Ảnh hưởng giai đoạn bổ sung NaCl 65 III.2.4 Ảnh hưởng hàm lượng NaCl 66 III.2.5 Ảnh hưởng thời gian làm già 68 III.2.6 Ảnh hưởng thời gian kết tinh 70 III.2.7 Ảnh hưởng phương pháp xử lý nguyên liệu 71 III.3 Tính chất hấp phụ toluene vật liệu nanozeolit NaY 73 III.3.1 Đường chuẩn toluene 73 III.3.2 Khả hấp phụ toluene .74 III.3.3 Ảnh hưởng thời gian hoạt hóa .77 III.3.4 Độ bền hấp phụ 79 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG I Bảng I.1 Phân loại số khoáng sét thường gặp theo thành phần nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (không kể Si) Bảng I.2 Dữ liệu cấu trúc số zeolit thông dụng Bảng I.3 Dung lượng trao đổi cation số zeolit Bảng I.4 Kích thước phân tử đường kính động học số phân tử chất bị hấp phụ quan trọng Bảng I.5 Kích thước mao quản, đường kính động học khả hấp phụ chất tốt số zeolit thông dụng Bảng I.6 Ảnh hưởng tỷ lệ SiO2/Al2O3 gel ban đầu lên tỷ lệ SiO2/Al2O3 sản phẩm cuối kích thước tinh thể nanozeolit thu CHƯƠNG III Bảng III.1 Dung lượng CEC, AH2O, AC6H6 mẫu YY72-12a-1 zeolit NaY [4] Bảng III.2 Kết từ phương pháp hoá lý Bảng III.3 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit mẫu có hàm lượng kiềm khác Bảng III.4 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit mẫu có tỷ lệ Cl  /OH  khác Bảng III.5 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit mẫu YY7212a-6 YY72-12a-3 BảngIII.6 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt mẫu YY72-12a2, YY72-12a-3, YY72-12a-7 Bảng III.7 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit NaY mẫu có thời gian làm già khác Bảng III.8 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit NaY mẫu YY72-18a-7, YY72-12a-7, YY72-6a-7 Bảng III.9 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit NaY mẫu YY72-12c, Y72-12c Bảng III.10 Kết hấp phụ-nhả hấp phụ toluen mẫu zeolit Y nanozeolit Y Bảng III.11 Kết hấp phụ - nhả hấp phụ toluen nanozeolit Y với thời gian hoạt hóa khác Bảng III.12 Kết hấp phụ - nhả hấp phụ toluen nanozeolit Y DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG I Hình I.1 Sơ đồ khơng gian mạng lưới cấu trúc kaolinit Hình I.2 Các vị trí trao đổi ion khác hạt kaolinit Hình I.3 Các đơn vị cấu trúc sơ cấp zeolit: Tứ diện SiO (a), AlO4- (b) Hình I.4 Các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) zeolit Hình I.5 Sự hình thành cấu trúc zeolit A, X (Y) từ kiểu ghép nối khác Hình I.6 Cấu trúc khung mạng zeolit Y Hình I.7 Mơ hình hấp phụ para-xylen sử dụng Mỹ Hình I.8 Các vật liệu nanozeolit thương mại tổng hợp từ hóa chất tinh khiết Hình I.9 Tổng hợp nanozeolit chất giới hạn Hình I.10 Sự hình thành nanozeolit Y từ hệ gel Hình I.11 Cơ chế kết tinh loại FAU từ dung dịch gel Hình I.12 Ảnh hưởng nhiệt độ giai đoạn tới kích thước tinh thể nanozeolit Hình I.13 Ảnh hưởng tỷ lệ KOH/SiO2 đến kích thước tinh thể nanozeolit LTL Điều kiện tổng hợp: T1=800C, t1=90 phút, T2=1900C, t2=40 phút Hình I.14 Hình chụp SEM nanozeolit ZSM-5 với thay đổi tỷ lệ SiO2/Al2O3 Hình I.15 Sơ đồ tia tới tia phản xạ tinh thể Hình I.16 Phổ IR vùng dao động tinh thể số loại zeolit Hình I.17 Nguyên lý phương pháp nghiên cứu TEM SEM Hình I.18 Hình ảnh vật thể 3D chuyển thành ảnh dạng 2D Hình I.19 Hình ảnh (TEM) 3D tinh thể Ag hạt Zeolit Y Hình I.24 Đồ thị xác định thơng số phương trình BET CHƯƠNG III Hình III.1 Phổ XRD mẫu YY72-12a-6 mẫu NaYchuẩn (Mỹ) Hình III.2 Ảnh SEM mẫu YY72-12a-1 (a), zeolit NaY (b) Hình III.3 Ảnh TEM mẫu YY72-12a-1 Hình III.4 Phổ IR mẫu YY72-12a-1 (a) mẫu zeolit NaY (b) Hình III.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2 mẫu YY72-12a-1 Hình III.6 Phân bố lỗ xốp mẫu YY72-12a-1 mẫu NaY Hình III.7 Giản đồ phân tích nhiệt TG-DTA mẫu YY72-12a-1 Hình III.8 Phổ XRD mẫu YY72-12a-1, YY72-12a-2, YY72-12a-4 Hình III.9 Phổ XRD mẫu YY72-12a-1, YY72-12a-3 YY72-12a-5 Hình III.10 Phổ XRD mẫu YY72-12a-3 YY72-12a-6 Hình III.11 Phổ XRD mẫu YY72-12a-2, YY72-12a-3, YY72-12a-7 Hình III.12 Phổ XRD mẫu YY72-12a-7, YY48-12a-7, YY24-12a-7 Hình III.13 Phổ XRD mẫu YY72-18a-7, YY72-12a-7, YY72-6a-7 Hình III.14 Phổ XRD mẫu Y72-12c, YY72-12c Hình III.15 Đồ thị đường chuẩn toluen Hình III.16 Đồ thị hấp phụ tolen vật liệu nanozeolit NaY zeolit NaY Hình III.17 Đồ thị nhả hấp phụ toluen vật liệu nanozeolit NaY zeolit NaY Hình III.18 Đồ thị hấp phụ toluen vật liệu nanozeolit NaY có thời gianhoatj hóa khac Hình III.19 Đồ thị nhả hấp phụ toluen vật liệu nanozeolit NaY có thời gianhoatj hóa khac ... trường đại học bách khoa 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... hưởng đến trình tổng hợp để tìm điều kiện tối ưu cho trình tổng hợp bước đầu nghiên cứu tính chất hấp phụ vật liệu tổng hợp CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 CAO LANH VÀ ỨNG DỤNG CỦA CAO LANH I.1.1 Thành... chuẩn toluen Hình III.16 Đồ thị hấp phụ tolen vật liệu nanozeolit NaY zeolit NaY Hình III.17 Đồ thị nhả hấp phụ toluen vật liệu nanozeolit NaY zeolit NaY Hình III.18 Đồ thị hấp phụ toluen vật liệu