Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ xúc tác cho xử lý khí thải của quá trình nhiệt phân cao su thải

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ - xúc tác cho xử lý khí thải q trình nhiệt phân cao su thải NGUYỄN HỒNG NHUNG Nhungnguyenhong.hust@gmail.com Ngành Kỹ thuật Hóa học Giảng viên hƣớng dẫn 1: TS Chu Thị Hải Nam Chữ ký GVHD Viện: Kỹ thuật Hóa Học ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ - xúc tác cho xử lý khí thải q trình nhiệt phân cao su thải Giáo viên hƣớng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Trƣớc hết, xin đƣợc tỏ lòng biết ơn gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Chu Thị Hải Nam, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn luận văn thạc sỹ, tận tình bảo hƣớng dẫn tơi tìm hƣớng nghiên cứu, tiếp cận thực tế, tìm kiếm tài liệu, xử lý phân tích số liệu, giải vấn đề… nhờ tơi hồn thành luận văn cao học Ngồi ra, tơi gửi lời cảm ơn đến GS TS Lê Minh Thắng, TS Phạm Thị Mai Phƣơng tạo điều kiện sở vật chất thí nghiệm nhƣ định hƣớng, hỗ trợ cơng việc nghiên cứu Tóm tắt nội dung luận văn Sự phát triển công nghệ nhiệt phân cao su thải gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe cộng đồng tác động tiêu cực đến môi trƣờng Các hợp chất hữu dễ bay (Volatile Organic Compounds- VOCs) thƣờng có mùi độc, tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng khơng khí hàng đầu Phƣơng pháp oxi hóa hồn tồn có xúc tác cho khả xử lý tốt loại hợp chất thành CO2 H2O, sản phẩm không gây độc hại Nghiên cứu tổng hợp xúc tác oxit niken- coban với tỷ lệ mol khác phƣơng pháp solgel Các xúc tác đƣợc đánh giá đặc trƣng phƣơng pháp BET, XRD, TPR-H2, EPR Hoạt tính xúc tác đƣợc xác định phản ứng oxy hóa toluen (một loại VOCs điển hình) hệ sơ đồ phản ứng dịng liên tục, sản phẩm sau phản ứng đƣợc phân tích online sắc ký khí Kết cho thấy, xúc tác oxit niken- coban ứng dụng cho phản ứng oxi hóa hồn toàn toluen cho nhiều hứa hẹn Nhiệt độ cần thiết để xử lý hoàn toàn toluen nhiệt độ thấp, 2500C, hoạt tính xúc tác ổn định Xúc tác có tỷ lệ mol Ni2+/ Co2+ = 0.5 cho hiệu chuyển hóa tốt nhất, 100% toluen chuyển hóa 250 oC HỌC VIÊN (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhiệt phân cao su thải 1.1.1 Quá trình nhiệt phân cao su thải 1.1.2 Sản phẩm trình nhiệt phân cao su thải 1.2 Tổng quan VOCs 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Ảnh hƣởng VOCs 1.2.3 Các phƣơng pháp xử lý VOCs 11 1.3 Tổng quan Toluene 17 1.3.1 Tính chất vật lý 18 1.3.2 Ứng dụng 18 1.3.3 Ảnh hƣởng toluene đến ngƣời môi trƣờng 19 1.4 Cơ chế phản ứng oxi hóa xúc tác 21 1.5 Xúc tác oxi hóa VOCs toluen 23 1.6 Tổng quan xúc tác niken 26 1.6.1 Cấu trúc tinh thể spinel NiCo2O4 [27] 26 1.6.2 Xúc tác oxi hóa sở Niken 28 1.6.3 Một số phƣơng pháp tổng hợp xúc tác 29 1.7 Hƣớng nghiên cứu luận văn 35 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 37 2.1 Tổng hợp xúc tác Ni-Co oxit (NCO) 37 2.1.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 37 2.1.2 Tổng hợp xúc tác 38 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng xúc tác 39 2.2.1 Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt BET 39 2.2.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 41 2.2.3 Phƣơng pháp khử hóa theo chƣơng trình nhiệt độ (TPR-H2) 44 2.2.4 Phƣơng pháp cộng hƣởng thuận từ (EPR) 46 2.3 Quy trình oxy hóa hồn tồn toluene 47 2.3.1 Xác định nồng độ Toluen ban đầu 47 2.3.2 Quy trình oxi hóa hồn tồn toluen 48 2.3.3 Thông số GC sử dụng cho trình xử lý toluen 50 2.3.4 Tính tốn q trình xử lý toluen 51 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Thành phần khí thải nhà máy nhiệt phân cao su thải 54 3.2 Đặc trƣng hóa lý xúc tác 55 3.2.1 Nghiên cứu thành phần pha xúc tác NCO XRD 55 3.2.2 Khử hóa theo chƣơng trình nhiệt độ H2 (TPR- H2) 56 3.2.3 Diện tích bề mặt riêng BET xúc tac 58 3.2.4 Trạng thái điện tử bề mặt xúc tác phƣơng pháp quang phổ cộng hƣởng từ (EPR) 59 3.3 Hiệu phản ứng oxy hóa toluen xúc tác NCO 60 3.3.1 Xác định hoạt tính xúc tác NCO phản ứng oxy hóa toluen theo thời gian 61 3.3.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ Ni2+/Co2+ đến phản ứng oxy hóa toluen 62 3.3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác đến phản ứng oxy hóa toluen 67 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ hệ thống xử lý nhiệt phân [1] Hình 1.2 Sản phẩm thu đƣợc từ trình nhiệt phân Hình 1.3 Các cơng nghệ kiểm sốt xử lý VOCs [8] 12 Hình 1.4 Mơ hình chế phản ứng [10] 21 Hình 1.5 Ơ mạng sở spinel chứa niken 27 Hình 1.6 Kỹ thuật Solgel ứng dụng 34 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp xúc tác NCO 38 Hình 2.2 Hệ thiết bị đo BET 41 Hình 2.3 Nguyên lý tính giá trị góc tới 43 Hình 2.4 Sơ đồ phân tích TPR- H2 45 Hình 2.5 Sự tách mức lƣợng Zeeman từ trƣờng 46 Hình 2.6 Hệ thiết bị đo EPR 47 Hình 2.7 Sơ đồ thí nghiệm đánh giá khả oxy hố hồn tồn toluen 49 Hình 2.8 Sắc ký đồ dịng toluen qua GC q trình đo nồng độ toluen ban đầu 51 Hình 2.9 Sắc ký đồ minh họa dịng khí sản phẩm q trình oxy hố hồn tồn toluen nhiệt độ 150 0C với xúc tác NCO 0.5 52 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X xúc tác NCO 55 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X xúc tác CoNi [28] 56 Hình 3.3 Giản đồ TPR-H2 mẫu xúc tác NCO 57 Hình 3.4 Phổ EPR xúc tác NCO 60 Hình 3.5 Độ chuyển hóa toluene thay đổi theo nhiệt độ phản ứng xúc tác NCO 0.25 61 Hình 3.6 Độ chuyển hóa toluene thay đổi theo nhiệt độ phản ứng xúc tác NCO 0.75 62 Hình 3.7 Đồ thị ảnh hƣởng tỷ lệ Ni: Co đến độ chuyển hóa toluen phản ứng oxy hóa hồn tồn 63 Hình 3.8 Đồ thị so sánh phần trăm toluene chuyển hóa thành CO2 theo nhiệt độ mẫu NCO 65 Hình 3.9 Độ chuyển hóa toluen 2500C hệ xúc tác nhóm nghiên cứu [41] 66 Hình 3.10 Độ chuyển hóa toluen theo nhiệt độ mẫu NCO 67 Hình 3.11 Độ chuyển hóa toluen thành CO2 theo nhiệt độ mẫu NCO 68 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh dầu nhiệt phân dầu diesel [1] Bảng 1.2 Nồng độ tối đa cho phép số VOCs khí thải cơng nghiệp phát thải vào mơi trƣờng khơng khí [4] Bảng 1.3 Phân loại hợp chất hữu dễ bay [6] Bảng 1.4 Ảnh hƣởng VOCs đến sức khỏe ngƣời [7] 10 Bảng 1.5 Nhiệt độ cần thiết để oxy hóa khơng có xúc tác số VOCs [6] 13 Bảng 1.6 Mối tƣơng quan đặc tính kỹ thuật nguồn thải công nghệ xử lý [9] 17 Bảng 1.7 Một số tính chất vật lý toluen [8] 18 Bảng 1.8 Tác hại toluene hít phải [8] 20 Bảng 1.9 Mơ hình động học q trình oxi hóa điển hình 23 Bảng 1.10 Một số hệ xúc tác kim loại quý đƣợc nghiên cứu oxy hóa toluen 24 Bảng 1.11 Khả oxy hóa toluene số hệ xúc tác oxit kim loại đƣợc nghiên cứu 24 Bảng 1.12 Một số xúc tác sở niken đƣợc nghiên cứu xử lý toluen 28 Bảng 2.1 Hóa chất tổng hợp xúc tác NCO 37 Bảng 2.2 Bảng tổng hợp mẫu xúc tác NCO trình nghiên cứu 39 Bảng 2.3 Đặc tính chung dung dịch toluen thí nghiệm 48 Bảng 2.4 Thông số GC sử dụng cho trình xử lý toluen 51 Bảng 3.1 Thành phần khí thải nhà máy nhiệt phân cao su thải 54 Bảng 3.2 Lƣợng H2 tiêu thụ để khử mẫu xúc tác hệ NCO 58 Bảng 3.3 Kết đo diện tích bề mặt riêng mẫu NCO 59 Bảng 3.4 Độ chuyển hóa toluen theo nhiệt độ 63 Bảng 3.5 Phần trăm chuyển hóa toluen thành CO2 theo nhiệt độ 65 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VOCs Volatile organic compounds GC Gas Chromatography TCD Thermal Conductivity Detector BET Brunauer – Emmentt – Teller XRD X-ray Diffraction TPR Temperature Programmed Reduction EPR Electron Paramagnetic Resonance MFC Mass Flow Controller NCO Nikel coban oxit MỞ ĐẦU Xử lý cao su thải mối quan tâm lớn quốc gia giới Một phƣơng pháp hữu hiệu để xử rác thải cao su sử dụng trình nhiệt phân Đây phƣơng pháp hiệu cho việc thay phƣơng pháp xử lý truyền thống nhƣ chôn lấp, đốt,…vốn gây vấn đề ô nhiễm không hiệu Sản phẩm thu đƣợc từ trình nhiệt phân có giá trị kinh tế cao Bên cạnh giá trị kinh tế mà phƣơng pháp nhiệt phân cao su thải đem lại, vấn đề đáng đƣợc quan tâm khí thải từ q trình nhiệt phân chứa lƣợng hợp chất hữu dễ bay hơi, hợp chất nhân thơm chƣa ngƣng tụ hoàn toàn (VOCs) Các hợp chất VOCs gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe ngƣời tác động trực tiếp đến mơi trƣờng Do đó, cần phải có biện pháp để xử lý VOCs phát thải điều vô cần thiết cấp bách Các phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu nhằm xử lý VOCs nhƣ phƣơng pháp hấp thụ, phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp oxy hóa, phƣơng pháp ngƣng tụ,… phƣơng pháp có ƣu, nhƣợc điểm khác nhƣng đem lại hiệu phƣơng pháp oxy hoá xúc tác Đây đƣợc xem kỹ thuật tiên tiến để xử lý hoàn toàn hợp chất VOCs nhiệt độ thấp thành sản phẩm không độc nhƣ CO2 H2O Xúc tác sử dụng phƣơng pháp oxy hóa xử lý VOCs kể đến nhƣ xúc tác quang (TiO2, ZnO, perovskite,…), xúc tác kim loại quý (Pt, Pd, Ag Au),… Hiện nay, việc thay kim loại quý oxit kim loại chuyển tiếp để xử lý hợp chất VOCs ngày đƣợc phát triển nhờ ƣu điểm nhƣ độ bền hoá học độ bền nhiệt cao, giảm khả ngộ độc tạp chất chứa lƣu huỳnh, clo,… chi phí thấp dễ chế tạo Trong đó, xúc tác oxit coban xúc tác thể hoạt tính cao khả xử lý khí thải nhƣ toluen, benzen,… loại khí độc hại khác Bên cạnh đó, xúc tác niken đƣợc đánh giá có độ bền học tốt, phù hợp ứng dụng cho quy mô công nghiệp Nhƣng giới nƣớc có nghiên cứu kết hợp hai kim loại Xuất phát từ lý trên, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ xúc tác cho xử lý khí thải trình nhiệt phân cao su thải.” đƣợc thực Trong đó, tập trung nghiên cứu hiệu làm việc xúc tác sở NiCo Các nội dung luận văn gồm chƣơng: - Chƣơng 1: Tổng quan - Chƣơng 2: Thực nghiệm - Chƣơng 3: Kết thảo luận - Chƣơng 4: Kết luận Hình 3.4 Phổ EPR xúc tác NCO Nhƣ biểu diễn hình 3.4, peak tín hiệu giá trị g 2,27 đặc trƣng Co2+, theo công bố Yinxiang Zeng [40] Co3+ chuyển thành Co2+ nhiều chỗ trống oxy lớn, liên kết kim loại oxy yếu Đỉnh tín hiệu mạnh thuộc mẫu NCO 0.5, có nghĩa xúc tác có lƣợng Co2+ cao chỗ trống oxy lớn Kết phù hợp với tính chất oxy hóa khử nhƣ thảo luận kết TPR-H2 Hơn nữa, liên kết kim loại oxy yếu dẫn đến đến độ kết tinh NiCo2O4 thấp nhƣ đƣợc quan sát mẫu XRD NCO 0.5 Trong số bốn chất xúc tác có tỷ lệ mol Ni/ Co khác nhau, NCO 0.5 có hàm lƣợng NiCo2O4 cao tỷ lệ Ni/ Co tiền chất gần với tỷ lƣợng Ni, Co NiCo2O4 Mặc dù diện tích bề mặt BET chúng giống nhau, NCO 0.5 bị khử nhiệt độ thấp 2360C với tổng lƣợng tiêu tốn H2 cho trình khử cao cho thấy mẫu có lƣợng lỗ trống nhiều nhất, điều đƣợc khẳng định kết đo EPR 3.3 Hiệu phản ứng oxy hóa toluen xúc tác NCO Để xác định đƣợc khả phản ứng xúc tác NCO tổng hợp, nghiên cứu lựa chọn toluen để thử nghiệm với quy mơ phịng thí nghiệm Toluen đƣợc xác định VOCs phát thải vào mơi trƣờng khí thải trình nhiệt phân cao su thải, với nồng độ tƣơng đối cao 464,4 mg/Nm3 60 3.3.1 Xác định hoạt tính xúc tác NCO phản ứng oxy hóa toluen theo thời gian Tiến hành chạy phản ứng oxy hóa hồn tồn toluene với mẫu NCO 0.25, NCO 0.75 ổn định nhiệt độ 150 0C, 200 0C, 250 0C Ta thu đƣợc kết nhƣ hình 3.5: Hình 3.5 Độ chuyển hóa toluene thay đổi theo nhiệt độ phản ứng xúc tác NCO 0.25 Từ hình 3.5 ta thấy hoạt tính xúc tác ổn định sau 60 phút phản ứng, bị ảnh hƣởng trình hấp phụ toluen xúc tác nhiệt độ thấp Vì hoạt tính xúc tác đƣợc xác định sau 60 phút chạy phản ứng Hoạt tính xúc tác NCO 0.75 đƣợc nghiên cứu theo thời gian nhƣ trình bày hình 3.6 61 Hình 3.6 Độ chuyển hóa toluene thay đổi theo nhiệt độ phản ứng xúc tác NCO 0.75 Từ kết chạy phản ứng oxy hóa hồn tồn toluen ổn định nhiệt độ ta thấy xúc tác NCO 0.75 cho độ ổn định cao nhƣng ổn định hoạt tính sau khoảng 60 phút phản ứng Các xúc tác giữ đƣợc hoạt tính ổn định suốt 250 phút khảo sát phản ứng 3.3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ Ni2+/Co2+ đến phản ứng oxy hóa toluen Các mẫu NCO tỷ lệ Ni2+/Co2+ thay đổi: NCO 0.25, NCO 0.5, NCO 0.75, NCO 550 đƣợc thử nghiệm phản ứng oxy hóa toluen hệ sơ đồ online vi dịng Độ chuyển hóa Toluene theo nhiệt độ mẫu NCO đƣợc thể bảng 3.4 hình 3.7: 62 Bảng 3.4 Độ chuyển hóa toluen theo nhiệt độ Nhiệt độ, NCO NCO 0.5, NCO NCO 1.5 C 0.25, % % 0.75, % 550, % 150 40.04 25.74 47.9 21.58 200 40.28 13.38 53.51 24 250 62.2 100 58.2 90.44 300 100 100 64.4 100 350 100 100 100 100 400 100 100 100 100 Đồ thị so sánh độ chuyển hóa toluene theo nhiệt độ đƣợc trình bày Hình 3.7: Hình 3.7 Đồ thị ảnh hưởng tỷ lệ Ni: Co đến độ chuyển hóa toluen phản ứng oxy hóa hồn tồn Phần trăm chuyển hóa Toluene thành CO2 theo nhiệt độ mẫu NCO đƣợc thể bảng sau: 63 64 Bảng 3.5 Phần trăm chuyển hóa toluen thành CO2 theo nhiệt độ Nhiệt độ, NCO 0.25, NCO 0.5, C % % % 150 0.62 4.5 0.44 2.96 200 0.22 29.22 0.51 4.86 250 14.73 100 2.75 87.68 300 86.6 100 6.96 100 350 88.9 100 88.58 100 400 90.5 100 82 100 o NCO 0.75, NCO 550, % Đồ thị so sánh phần trăm chuyển hóa toluene thành CO2 theo nhiệt độ đƣợc trình bày Hình 3.8: Hình 3.8 Đồ thị so sánh phần trăm toluene chuyển hóa thành CO2 theo nhiệt độ mẫu NCO Ở nhiệt độ thấp (từ 1500C- 2250C) nhìn chung mẫu có độ chuyển hóa toluen thấp, tỷ lệ toluen chuyển hóa thành CO2 thấp Từ 2500C xúc tác NCO 0.5 NCO 1.5 550 có độ chuyển hóa toluen tăng mạnh đạt đƣợc độ chuyển hóa hồn tồn Các mẫu NCO 0.25 NCO 0.75 độ chuyển hóa toluen tăng chậm theo nhiệt độ Mẫu NCO 0.25 có khả chuyển 65 hóa 100% toluen 3000C, cịn mẫu NCO 0.75 3500C Các mẫu NCO 0.25 NCO 0.75 có hoạt tính vùng nhiệt độ cao thấp mẫu NCO 0.5 NCO 1.5 550 mẫu có diện tích bề mặt thấp Khi đạt tới độ chuyển hóa 100% toluen mẫu đạt đƣợc tỷ lệ toluen chuyển hóa thành CO2 xấp xỉ 100% Mẫu xúc tác NCO 0.25 NCO 0.75 co khả chuyển hóa thành CO2 thấp hai mẫu lại Từ kết chạy phản ứng oxy hóa hồn tồn toluen điều kiện nhiệt độ thay đổi ta kết luận mẫu xúc tác NCO 0.5 cho kết tốt Kết xử lý toluen xúc tác NCO đƣợc so sánh với hệ xúc tác tiến hành nhóm nghiên cứu trƣớc nhƣ mơ tả hình 3.9 Hình 3.9 Độ chuyển hóa toluen 2500C hệ xúc tác nhóm nghiên cứu [41] Từ hình 3.9, ta thấy mẫu xúc tác 5CoMn xúc tác LNAO 15 cho độ chuyển hóa toluen dƣới 50% 2500C Trong đó, mẫu xúc tác NCO 0.5 chuyển hóa hồn tồn toluen thành CO2 điều kiện Điều cho thấy cấu trúc spinel NiCo2O4 tác động tích cực đến hoạt tính xúc tác phản ứng oxy hóa hồn tồn toluen, xúc tác NCO 0.5 có hoạt tính tốt so với 66 mẫu xúc tác CoMn, LNAO nghiên cứu sơ đồ phản ứng trƣớc 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác đến phản ứng oxy hóa toluen Các mẫu NCO thay đổi nhiệt độ nung: NCO 1.5 350 NCO 1.5 550 đƣợc thử nghiệm phản ứng oxy hóa toluen sơ đồ online vi dịng Độ chuyển hóa Toluene theo nhiệt độ mẫu NCO đƣợc thể bảng sau: Nhiệt độ, o C 150 0C 200 0C 250 0C 300 0C 350 0C 400 0C 21.58 24 90.44 100 100 100 17.31 23.06 58.69 100 100 100 NCO 1.5 550, % NCO 1.5 350, % Đồ thị so sánh độ chuyển hóa toluene theo nhiệt độ đƣợc trình bày Hình 3.9: Độ chuyển hóa toluen, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 150 200 250 300 350 400 Nhiệt độ phản ứng, 0C NCO 1.5 550 NCO 1.5 350 Hình 3.10 Độ chuyển hóa toluen theo nhiệt độ mẫu NCO Phần trăm chuyển hóa Toluene thành CO2 theo nhiệt độ mẫu NCO đƣợc thể bảng sau: 67 Nhiệt độ, oC 150 0C 200 0C 250 0C 300 0C 350 0C 400 0C 2.96 4.86 87.68 100 100 100 0.65 34.6 78.23 100 100 100 NCO 1.5 550, % NCO 1.5 350, % Đồ thị so sánh độ chuyển hóa toluene theo nhiệt độ đƣợc trình bày Hình 3.8 Độ chuyển hóa thành CO2, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 150 200 250 300 Nhiệt độ phản ứng, NCO 1.5 550 350 400 0C NCO 1.5 350 Hình 3.11 Độ chuyển hóa toluen thành CO2 theo nhiệt độ mẫu NCO Mục đích giảm nhiệt độ nung xuống 3500C để làm tăng diện tích bề mặt hoạt tính xúc tác Tuy nhiên kết nghiên cứu cho thấy xúc tác 350 0C có khả chuyển hóa toluen thành CO2 nhiệt độ thấp cịn thấp mẫu nung 550 0C, cấu trúc NiCo2O4 chƣa đƣợc hình thành tốt nhiệt độ Đồng thời xúc tác NCO 1.5 350 khơng xử lý đƣợc hồn tồn toluen nhiệt độ thấp 300 0C nên tăng diện tích bề mặt xúc tác NCO 1.5 350 không ảnh hƣớng đến hoạt tính xúc tác Từ kết chạy phản ứng oxy hóa hồn tồn toluen điều kiện nhiệt độ thay đổi ta kết luận nhiệt độ 5500C nhiệt độ phù hợp để nung xúc tác nghiên cứu 68 69 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Từ nghiên cứu xúc tác sở niken cho q trình oxy hóa toluen (một loại VOCs điển hình), rút số kết luận nhƣ sau: - Kết quan trắc khí thải nhà máy nhiệt phân cao su thải cho thấy có mặt hợp chất VOCs điển hình nhƣ: Benzen, toluen, xylen,… Vị trí có nồng độ phát thải lớn nhà máy vị trí nhiệt phân với nồng độ benzen cao (222 mg/Nm3), cao nhiều lần so với quy chuẩn môi trƣờng (5 mg/Nm3) VOCs điển hình đƣợc lựa chọn nghiên cứu thử nghiệm hoạt tính xúc tác tổng hợp toluen có hàm lƣợng cao (464,4 mg/Nm3) - Đã tổng hợp thành công hệ xúc tác NiCo oxit phƣơng pháp solgel Xúc tác có diện tích bề mặt khoảng 15 m2/g Xúc tác có thành phần cấu trúc spinel NiCo2O4 có độ tinh thể cao lƣợng nhỏ NiO, thành phần pha xúc tác thay đổi theo tỉ lệ Ni/Co - Hệ xúc tác sở Ni/ Co đƣợc tổng hợp cho kết xử lý toluen tốt, chuyển hóa 100% toluen nhiệt độ 2500C Tuy để áp dụng xúc tác vào thực tiễn cần có nghiên cứu sâu động học phản ứng để tìm điều kiện phản ứng tối ƣu - Khi tăng hàm lƣợng Ni, độ chuyển hóa toluen thành CO2 tăng lên Tuy nhiên hàm lƣợng Ni cao quá, hoạt tính xúc tác lại giảm hình thành pha NiO Vì vậy, mẫu xúc tác có tỷ lệ mol Ni2+/ Co2+ = 0.5 phù hợp 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H N D Linh, “ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MƠI TRƢỜNG CỦA Q TRÌNH NHIỆT PHÂN LỐP XE PHẾ THẢI,” Journal of Transportation Science and Technology, vol 29, 2018 [2] R Acosta, V Fierro, A.Martinez de Yuso, D.Nabarlatz, A.Celzard, “Tetracycline adsorption onto activated carbons produced by KOH activation of tyre pyrolysis char,” Chemosphere, pp 168-176, 2016 [3] Geraldo Cardoso de Oliveira Neto, Luiz Eduardo Carvalho Chaves, Luiz Fernando Rodrigues Pinto, “Economic, Environmental and Social Benefits of Adoption of Pyrolysis Process of Tires: A Feasible and Ecofriendly Mode to Reduce the Impacts of Scrap Tires in Brazil,” Sustainability, vol 11, 2019 [4] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải cơng nghiệp số chất hữu cơ, 2009 [5] The Air Quality Strategies and Standards Division of the Office of Air Quality Planning and Standards, “Technical overview of Volatile Organic Compounds,” U.S Environmental Protection Agency - Research Triangle Park, 2006 [6] The Air Quality Strategies and Standards Division of the Office of Air Quality Planning and Standards, “EPA Air Pollution Control Cost Manual,” U.S Environmental Protection Agency - Research Triangle Park, 2002 [7] H J Rafson, Odor and VOC control handbook, Mc Graw-HilL, 1998 [8] P T Trung, Xử lý toluene phƣơng pháp hấp phụ - oxi hóa, Đồ án tốt nghiệp Bộ mơn Cơng nghệ Hữu cơ-Hóa Dầu, trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2018 [9] Thakur Prabhat Kumar, Rahul, Mathur Anil Kumar, Balomajumder Chandrajit, “Biofiltration of Volatile Organic Compounds (VOCs) – An Overview,” Research Journal of Chemical Sciences, vol 1, no 8, pp 83-92, 2011 [10] Song, K.S., Klvana, D., Kirchnerova, J., “Kinetics of propane combustion over La0.66Sr0.34Ni0.3Co0.7O3 perovskite,” in Applied Catalysis A:vGeneral 213, 2012, pp 113-121 71 [11] S J.J., “Complete catalytic oxidation of volatile organic,” no 26, pp 21652180, 1987 [12] Duplancic, M., Tomasic, V., & Gomzi,, “Catalytic oxidation of toluene: comparative study over powder and monolithic manganese-nickel mixed oxide catalysts,,” Environmental Technology, vol 39, pp 2004-2016, 2017 [13] Joanna C Rooke, Tarek Barakat, Julien Brunet, Yu Li, Manuel Franco Finol, “Hierarchically nanostructured porous group Vb metal oxides from,” Applied Catalysis B: Environmental, no 162, pp 300-309, 2014 [14] Zebao Rui, Chunyan Chen, Yubing Lu, Hongbing Ji, “Anodic Alumina Supported Pt Catalyst for Total Oxidation of Trace Toluene,” Chinese Jounal of Chemical Engineering, vol 22, no 8, pp 882-887, 2014 [15] S.A.C.Carabineiro, X.Chen, O.Martynyuk, N.Bogdanchikova, M.AvalosBorja, A.Pestryakov, P.B.Tavares, J.J.M.Órfão, M.F.R.Pereira, J.L.Figueiredo, “Gold supported on metal oxides for volatile organic compounds total oxidation,” Catalysis Today, vol 224, pp 103-114, 2015 [16] GangLiu, JiaqiL, Kun Yang, Wenxiang Tang, Haidi Liu, Jun Yang, Renliang Yue, Yunfa Chen, “Effects of cerium incorporation on the catalytic oxidation of benzene over flame-made perovskite La1−xCexMnO3 catalysts,” Particuology, vol 19, pp 60-80, 2015 [17] J.-H K J.-S D.-W Y H.-O P K.-W J Hea-Jung Joung, “Catalytic oxidation of VOCs over CNT-supported platinum nanoparticles,” Applied Surface Science, vol 290, pp 267-273, 2014 [18] Wen Han, Jiguang Deng, Shaohua Xie, Huanggen Yang, Hongxing Dai, and Chak Tong Au, “Gold Supported on Iron Oxide Nanodisk as Efficient Catalyst for The Removal of Toluene,” Ind Eng Chem Res, vol 53, pp 3486-3494, 2014 [19] Marco Tomatis, Hong-Hui Xu, Jun He, Xiao-Dong Zhang, “Recent Development of Catalysts for Removal of Volatile Organic Compounds in Flue Gas by Combustion: A Review,” Journal of Chemistry, 2016 [20] Qilei Yang, Dong Wang, Chizhong Wang, Xianfeng Li, Kezhi Li, Yue Peng, Junhua Li, “Facile surface improvement method for LaCoO3 for toluene oxidation,” Catalysis Science & Technolog, vol 8, p 3166–3173, 2018 [21] W.J Ma, Q Huang, Y Xu, Y.W Chen, S.M Zhu, S.B Shen, “Catalytic combustion of toluene over Fe–Mn mixed oxides supported on cordierite,” Ceramics International, vol 39, p 277–281, 2013 72 [22] Duplancic, M., Tomasic, V., & Gomzi, “Catalytic oxidation of toluene: comparative study over powder and monolithic manganese-nickel mixed oxide catalysts,” Environmental Technology, vol 39, pp 2004-2016, 2017 [23] Zhou, Guilin & He, Xiaoling & Liu, Sheng & Xie, Hongmei & Fu, Min, “Phenyl VOCs catalytic combustion on supported CoMn/AC oxide catalyst,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol 21, pp 932941, 2015 [24] Maria Haidy Castano, Rafael Molina, Sonia Moreno, “Cooperative effect of the Co–Mn mixed oxides for the catalytic oxidation of VOCs: Influence of the synthesis method,” Applied Catalysis A: General, vol 492, pp 48-59, 2015 [25] D Mehandjiev, A Naydenov, G Ivanov, “Ozone decomposition, benzene and CO oxidation over NiMnO3-ilmenite and NiMn2O4-spinel catalysts,” Institute of General and Inorganic Chemistry, 2000 [26] Catherine Batiot-Dupeyrat, German Alberto Sierra Gallego, Fanor Mondragon, Joel Barrault, Jean-Michel Tatibouet, “CO2 reforming of methane over LaNiO3 as precursor material,” 2005 [27] V T Ninh, “Nghiên cứu tổng hợp nano oxit hỗn hợp sở niken thăm dò khả xúc tác oxi hóa CO,” 2014 [28] Dongdong Wang, Shuangde Li, Yingchao Du, Xiaofeng Wu and Yunfa Chen, “Self-Templating Synthesis of 3D Hierarchical NiCo2O4@NiO Nanocage from Hydrotalcites for Toluene Oxidation,” Catalysts, 2019 [29] Guangmei Bai, Hongxing Dai, , Jiguang Deng, Yuxi Liu, Wenge Qiu, Zhenxuan Zhao, Xinwei Li, Huanggen Yang, “The microemulsion preparation and high catalytic performance of mesoporous NiO nanorods and nanocubes for toluene combustion,” Chemical Engineering Journal, 2013 [30] Jong Ki Sim, Hyun Ook Seo, Myung-Geun Jeong, Kwang-Dae Kim, Young Dok Kim, “Catalytic NiO Filter Supported on Carbon Fiber for Oxidation of Volatile Organic Compounds,” Bull Korean Chem Soc, 2013 [31] Yongli Donga, Jiayi Zhao, Jun-Ye Zhang, Yan Chen, “Synergy of Mn and Ni enhanced catalytic performance for toluene combustion over Ni-doped αMnO2 catalysts,” Chemical engineering journal, 2020 [32] S V K Nune, “NiTiO3 nanocomposite: Solvo-thermal synthesis and its application in environmental remediation,” Materials today proceedings, 2019 73 [33] Sang Wook Han, Myung‐ Geun Jeong, Il Hee Kim, Hyun Ook Seo, Young Dok Kim, “Use of NiO/SiO2 catalysts for toluene total oxidation: Catalytic reaction at lower temperatures and repeated regeneration,” Chinese journal of catalysis, 2016 [34] Shujuan Jiang, Eric Storr Handberg, Fen Liu, Yuting Liao, “Effect of doping the nitrogen into carbon nanotubes on the activity of NiO catalysts for the oxidation removal of toluene,” Catalysis, 2014 [35] H S Thoảng, Giáo trình Xúc tác dị thể, Thành phố Hồ Chí Minh, 2006 [36] Yoshio Waseda Eiichiro Matsubara Kozo Shinoda, “X-Ray Difraction Crystallography Introduction,” Examples and Solved Problems SpringerVerlag Berlin Heidelberg, 2011 [37] G Đ V Tƣờng, Động học xúc tác, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2005 [38] Jianrui Niu, Haobin Liu, Yiyuan Zhang, Xin Wang, Jing Han, Zihan Yue, Erhong Duan, “NiCo2O4 spinel for efficient toluene oxidation: The effect of crystal plane and solvent,” 2020 [39] Honghong Yi, Zhongyu Yang, Xiaolong Tang, Shunzheng Zhao, Fengyu Gao, Jiangen Wang, Yonghai Huang, Yueqiang Ma, Chao Chu, “Novel Synthesis of MeOx (Ni, Cu, La)@Nano-Co3O4 from Combination of Complexation and Impregnation in Ultrasonic Intervention For Low Temperature Oxidation of Toluene under Microwave Radiation,” 2017 [40] Yinxiang Zeng, Zhengzhe Lai, Yi Han, Haozhe Zhang, Shilei Xie and Xihong Lu, “Oxygen-Vacancy and Surface Modulation of Ultrathin Nickel Cobaltite Nanosheets as a High-Energy Cathode for Advanced Zn-Ion Batteries,” Advanced Science news, 2018 [41] Thakur Prabhat Kumar, Rahul, Mathur Anil Kumar, Balomajumder Chandrajit, “Biofiltration of Volatile Organic Compounds (VOCs) – An Overview,” Research Journal of Chemical Sciences, vol 1(8), pp 83-92, 2011 [42] Yinxiang Zeng, Zhengzhe Lai, Yi Han, Haozhe Zhang, Shilei Xie, and Xihong Lu, “Oxygen-Vacancy and Surface Modulation of Ultrathin Nickel Cobaltite Nanosheets as a High-Energy Cathode for Advanced Zn-Ion Batteries,” 2018 74 ... Kết luận CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhiệt phân cao su thải 1.1.1 Quá trình nhiệt phân cao su thải Nhiệt phân trình phân hủy nhiệt vật liệu hữu nhiệt độ cao mà khơng có tham gia ơxy Cao su có cấu tạo... phù hợp ứng dụng cho quy mô công nghiệp Nhƣng giới nƣớc có nghiên cứu kết hợp hai kim loại Xuất phát từ lý trên, đề tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ xúc tác cho xử lý khí thải q trình nhiệt. ..ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ - xúc tác cho xử lý khí thải trình nhiệt phân cao su thải Giáo viên hƣớng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn