Nghiên cứu xúc tác rắn cho phản ứng tổng hợp amine từ cồn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM - ĐOÀN VĂN SƠN NGHIÊN CỨU XÚC TÁC RẮN CHO PHẢN ỨNG TỔNG HỢP AMINE TỪ CỒN CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 06.52.75 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 07 NĂM 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Quang Long TS Ngô Thanh An Cán chấm nhận xét : PGS.TS NGUYỄN NGỌC HẠNH Cán chấm nhận xét : TS HỒ QUỐC PHONG Luận văn thạc sỹ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 06 tháng 09 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: PGS.TS NGUYỄN NGỌC HẠNH TS HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ TS HỒ QUỐC PHONG TS LÝ CẨM HÙNG TS NGUYỄN QUANG LONG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐOÀN VĂN SƠN MSHV: 11884212 Ngày, tháng, năm sinh: 05/08/1968 Nơi sinh: Hương Mỹ - Mỏ Cày- Bến Tre Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Mã số : 60.52.75 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÚC TÁC RẮN CHO PHẢN ỨNG TỔNG HƠP AMINE TỪ CỒN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chế tạo vật liệu xúc tác rắn - Al2O3 Ni/SiO2 Phân tích đánh giá đặc trưng xúc tác vật liệu - Al2O3 Ni/SiO2 Nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác - Al2O3 Ni/SiO2 vào trình phản ứng tạo amin từ ethanol ammoniac III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/1/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/6/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN QUANG LONG TS NGÔ THANH AN Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….…………………… (Họ tên chữ ký) ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể thầy đồng nghiệp tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Đồng thời muốn gửi lời cảm ơn hợp tác đơn vị hỗ trợ, tạo điều liện thuân lợi cho suốt q trình thực luận văn, là: Phịng thí nghiệm trọng điểm Cơng Nghệ Hóa Học Dầu Khí - trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, Viện khoa học cơng nghệ Việt Nam, Phịng thí nghiệm Cơng Nghệ Lọc Hóa Dầu Vật Liệu Xúc Tác - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung Tâm Kỹ thuật Nhựa, Cao Su Đào Tạo Quản Lý Năng Lượng Tp.HCM, Trung Tâm Đo Lường Chất Lượng III, Tp.HCM, Phịng thí nghiệm chun sâu Đại Học Cần Thơ, Trung Tâm Kỹ Thuật Ứng Dụng Công Nghệ Cần Thơ, Phịng thí Nghiệm Hóa Phân Tích Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Vĩnh Long, giúp đỡ gian qua Chân thành cảm ơn hợp tác giúp đỡ Công ty PVOILMEKONG – Cần Thơ, đơn vị ứng dụng thử nghiệm sản phẩm luận văn Đặc biệt, trân trọng cám ơn Thầy Nguyễn Quang Long Thầy Ngơ Thanh An người ln nhiệt tình hướng dẫn tơi tận tình suốt thời gian thực luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè tập thể lớp CNHH – CT 2011 chia kinh nghiệm để hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn! iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong nghiên cứu này, chất xúc tác rắn gồm -Al2O3 Ni/SiO2 chế tạo đánh giá khả xúc tác cho phản ứng ethanol ammoniac với mục tiêu tạo sản phẩm ethylamin (mono-etylamin, dietylamin, trietylamin) -Al2O3 điều chế từ nguồn hydroxit nhơm nhà máy hóa chất Tân Bình, Ni/SiO2 tổng hợp phương pháp tẩm Các phương pháp phân tích đại XRD, BET, TPD-NH3 sử dụng để đánh giá cấu trúc tính chất xúc tác Kết phản ứng độ chuyển hóa theo ethanol độ chọn lọc tổng amin báo cáo nghiên cứu Từ khóa: -Al2O3, Ni/SiO2, ethanol, ammoniac, amin iv ABSTRACT Solid catalysts including -Al2O3 and Ni/SiO2 have been synthezised and evaluated the catalytic activity for the reaction of ethanol and ammonia for production of ethylamines The -Al2O3 was prepared from Tan Binh aluminium hydroxide while supported NiO/SiO2 catalysts were prepared by impregnation method Advanced analysis techniques such as RXD, BET, TPD-NH3 have been applied for the catalyst’s characterization The catalytic activity for the ethanol amination reaction was also reported in this study Keywords: -Al2O3, Ni/SiO2, ethanol, ammonia, amine v LỜI CAM ĐOAN Tên Đoàn Văn Sơn, MSHV: 11884212, học viên cao học lớp Cơng Nghệ Hóa Học K2011, khố 2011-2013 Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ‘‘NGHIÊN CỨU XÚC TÁC RẮN CHO PHẢN ỨNG TỔNG HƠP AMINE TỪ CỒN’’ cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu nghiên cứu thu từ thực nghiệm không chép Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 09 năm 2013 Học viên Đồn Văn Sơn vi MỤC LỤC Trang TĨM TẮT LUẬN VĂN… iv MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH xii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .xiii Chương MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 2.1 Tình hình sử dụng lượng giới Việt Nam 2.2 Xăng nhiên liệu .6 2.3 Hướng thay xăng từ dầu mỏ 2.4 Xăng sinh học 12 2.5 Phụ gia chống tách pha cho xăng sinh học 14 2.6 Các phương pháp tổng hợp amine .19 2.7 Các loại xúc tác sử dụng để tổng hợp amine 18 2.8 Các phương pháp điều chế xúc tác 19 2.8.1 Đặc điểm chung phương pháp 19 2.8.2 Phương pháp nhúng 22 2.8.3 Phương pháp phun 22 2.8.4 Phương pháp tẩm kèm theo bay dung dịch .23 2.8.5 Phương pháp tẩm muối nóng chảy 23 2.8.6 Các nghiên cứu trước .24 2.9 Các phương pháp phân tích đánh giá đặc trưng xúc tác 25 2.9.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X - XRD ( X-ray-Diffraction) 25 2.9.2 Phương pháp chụp hình SEM (Scanning Electron Microscope) 26 2.9.3 Phương pháp chụp hình TEM (transmission Electron Microscopy) 26 2.9.4 Phương pháp BET (Brunauer Emmett Teller) 26 2.9.5 Phương pháp TPD – NH3 (Temperature programmed desorption) 27 2.9.6 Phương pháp xác định tâm axit xúc tác 27 vii 2.9.7 Phương pháp ICP-AES (Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy) 27 2.9.8 Phương pháp nhiệt phân TGA (thermal gravimetric analysis) 27 2.10 Phương pháp phân tích sản phẩm GC/MS (Gas chromatography Mass Spectrometry) .28 Chương THỰC NGHIỆM 29 3.1 Sơ đồ nghiên cứu 29 3.2 Nội dung nghiên cứu 29 3.2.1 Chế tạo vật liệu xúc tác rắn 29 3.2.2 Phân tích đánh giá đặc trưng xúc tác 32 3.2.3 Thực phản ứng tạo amin từ ethanol ammoniac 34 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 4.1 Kết phân tích đặc trưng xúc tác 39 4.1.1 Kết đo độ kết tinh xúc tác (XRD) 39 4.1.2 Kết chụp hình bề mặt (SEM) xúc tác 41 4.1.3 Kết chụp hình cấu trúc (TEM) xúc tác 41 4.1.4 Kết đo diện tích bề mặt riêng (BET) xúc tác 42 4.1.5 Kết đo hàm lượng kim loại tẩm (ICP-AES) xúc tác 42 4.1.6 Ảnh hưởng hàm lượng kim loại lên diện tích bề mặt riêng xúc tác 42 4.1.7 Ảnh hưởng hàm lượng nicken đến độ xốp xúc tác 43 4.1.8 Kết phân tích độ axit xúc tác (TPD-NH3) 43 4.2 Kết thí nghiệm khảo sát sơ 44 4.3 Các thí nghiệm khảo sát xúc tác 46 4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng tác chất đến phản ứng .46 4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng nguyên liệu (GHSV) đến phản ứng .47 4.3.3 Ảnh hưởng hàm lượng kim loại tẩm đến phản ứng 48 4.3.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng 48 4.3.5 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 47 4.3.6 Khảo sát hoạt tính khả tái sinh xúc tác 50 viii Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .53 5.1 Kết luận kiến nghị .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 58 ix Luận Văn Thạc Sĩ Đoàn Văn Sơn 07/2013 81 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 13: Kết đo GC – MS phản ứng khảo sát ảnh hưởng tác chất đến phản ứng Đoàn Văn Sơn 82 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 14: Kết đo GC – MS phản ứng khảo sát ảnh hưởng (GHSV) đến phản ứng Đoàn Văn Sơn 83 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 15: Kết đo GC – MS phản ứng khảo sát ảnh hưởng hàm lượng kim loại tẩm đến phản ứng Đoàn Văn Sơn 84 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 16: Kết đo GC – MS phản ứng khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng Đoàn Văn Sơn 85 Luận Văn Thạc Sĩ Đoàn Văn Sơn 07/2013 86 Luận Văn Thạc Sĩ Đoàn Văn Sơn 07/2013 87 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 17: Kết đo GC – MS phản ứng khảo sát ảnh hưởng thời gian đến phản ứng Đoàn Văn Sơn 88 Luận Văn Thạc Sĩ Đoàn Văn Sơn 07/2013 89 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 18: Kết đo hàm lượng cóc tái tái sinh xúc tác Ni/SiO2 (giản đồ TGA) Phụ lục 19: Kết đo GC – MS xúc tác sau tái sinh Đoàn Văn Sơn 90 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 20: Kết Quatest III Đoàn Văn Sơn 91 Luận Văn Thạc Sĩ Đoàn Văn Sơn 07/2013 92 Luận Văn Thạc Sĩ Đoàn Văn Sơn 07/2013 93 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 21: Tính tốn nhiệt động hóa học Đồn Văn Sơn 94 Luận Văn Thạc Sĩ 07/2013 Phụ lục 22: Tính tốn động hóa học Đồn Văn Sơn 95 ... I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÚC TÁC RẮN CHO PHẢN ỨNG TỔNG HƠP AMINE TỪ CỒN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chế tạo vật liệu xúc tác rắn - Al2O3 Ni/SiO2 Phân tích đánh giá đặc trưng xúc tác vật liệu -... tổng hợp liên tục 2.7 Các loại xúc tác sử dụng tổng hợp amine: Theo nghiên cứu trước, trình tổng hợp amine dựa xúc tác Zeolite 5A, Zeolite H-Y, Zeolite REY [18] , xúc tác hydro hóa Co, Ni,… chất... Nucleophile ethanol H+ Do đó, xúc tác acid có khả thúc đẩy phản ứng tạo ethylamine từ ethanol ammonia Tuy nhiên vấn đề đặt xúc tác acid xúc tác cho phản ứng phụ tách nước ethanol tạo hydrocarbon,