3.1 Kết quả tổng hợp
Sau thời gian kết tinh thủy nhiệt, từ nguồn metakaolinite ta thu được zeolite ZSM-5 như hình 3.1. Quan sát cả hai mẫu ta nhận thấy rằng mẫu zeolite ZSM-5 cảm quan có màu sẫm hơn và cảm giác mịn hơn.
Hình 3.1: Mẫu metakaolinite (trái) và zeolite ZSM-5 (phải)
3.2 Kết quả phân tích cấu trúc vật liệu 3.2.1 Kết quả nhiễu xạ tia X
49
Hình 3.2: Giản đồ XRD của metakaolinite
Hình 3.3: Giản đồ XRD của zeolite ZSM-5
50
Hình 3.4: Giản đồ XRD của zeolite FeZSM-5
Nhận xét: Trên giản đồ XRD của mẫu zeolite ZSM-5 ta thấy xuất hiện các peak nhiễu xạ nằm trong vùng 2 từ 8-90, 13-150, 23-250 đặc trưng cho cấu trúc MFI và không thấy xuất hiện các peak lạ. Kết quả này chứng tỏ vật liệu tổng hợp được có cấu trúc tinh thể ZSM-5 và độ tinh khiết cao. Từ giản đồ XRD của metakaolinite và zeolite ZSM-5 ta thấy peak đặc trưng của kaolinite ở vị trí 2 từ 26-280. Cường độ peak này giảm xuống ở giản đồ XRD của mẫu ZSM-5 làm tăng cường độ peak đặc trưng của ZSM-5 ở vị trí 2 từ 23-250. Khi so sánh kết quả nhiễu xạ của mẫu ZSM-5 tổng hợp so với mẫu chuẩn [18] ta thấy có sự xuất hiện của các đỉnh có cường độ nhiễu xạ yếu, tiêu biểu là sự xuất hiện của đỉnh nhỏ trong khoảng góc quét 2 = 8-90. Nguyên nhân có thể là do sự ngắt quãng thời gian trong quá trình kết tinh dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ liên tục hay sự tăng giảm áp suất trong thiết bị autoclave trong suốt quá trình kết tinh. Từ giản đồ của mẫu zeolite FeZSM-5 ta thấy có sự xuất hiện thêm của peak nhiễu xạ nằm trong vùng 2 ở vị trí 18o. Đây là peak đặc trưng cho sự thay thế Na bởi Fe trong mạng tinh thể của zeolite ZSM-5.
51
3.2.2 Kết quả phân tích phổ IR
Hình 3.5: Phổ hồng ngoại (IR) của mẫu ZSM-5
Hình 3.6: Phổ hồng ngoại (IR) của mẫu FeZSM-5
Nhận xét: Trong vùng 400 cm-1 ÷1300 cm-1, các aluminosilicat vơ định hình và tinh thể zeolite có các đám phổ có đặc trưng sau đây [8], [23]:
- Đám phổ trong vùng 420÷ 500 cm-1
các liên kết T-O bên trong tứ diện TO4 (T=
đặc trưng cho các dao động biến dạng của Si, Al). Đám phổ này không đặc trưng cho
52
cấu trúc tinh thể. Pha tinh thể hay vơ định hình chứa các tứ diện TO4 đều cho đám phổ đó.
- Đám phổ 500÷650 cm-1 đặc trưng cho các dao động của các vịng kép (4,5,6 cạnh). Nó rất đặc trưng cho trạng thái tinh thể của zeolite. Đối với zeolite ZSM-5 (vòng kép 5 cạnh) đám phổ 550 cm-1 được dùng làm chuẩn để xác định hàm lượng pha tinh thể.
- Đám phổ 950÷1200 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị bất đối xứng trong các TO4. Vì dao động hóa trị nên tầng số của đám phổ này phụ thuộc vào tỉ số Si/Al trong zeolite. Khi hàm lượng Al tăng, tần số của đám phổ có xu hướng giảm.
3.3 Xây dựng đường chuẩn
Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn amoni
STT 1 2 3 4 5 6
Từ bảng số liệu trên ta xây dựng đường chuẩn của amoni A = f( CNH4 )có dạng như sau:
53
0.6 (A ) 0.5 qu an g 0.4 0.3 hấ p th u 0.2 Đ ộ 0.1 0 0
Hình 3.7: Đường chuẩn của amoni
Nhận xét: Đường chuẩn amoni có dạng đường thẳng tuyến tính có phương trình y=1,158x+0,0495; R=0,9988.
3.4 Kết quả khảo sát quá trình hấp phụ amoni của zeolite 3.4.1 Tính tốn độ hấp phụ
Dựa vào kết quả đo từ máy đo quang phổ kết hợp với phương trình đường chuẩn của amoni đã được tạo ban đầu ta tính được nồng độ NH4+
cịn lại sau q trình hấp phụ. Từ đó ta xác định được độ hấp phụ của vật liệu dựa vào công thức:
G (Co C ).V m Trong đó: G: độ hấp phụ (mg/g)
Co: nồng độ NH4+ trước khi ấp phụ (mg/l)
C: nồng độ NH4+ sau khi hấp phụ (mg/l)
V: thể tích dung dịch bị hấp phụ (l) m: khối lượng chất hấp phụ (g)
3.4.2 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni khi thay đổi nồng độ của chất bị hấp phụ
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
G G .
max
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich:
1
G k .C n
hay lnG= lnk+ 1
n lnC
Với k,n hằng số Freundlich: đặc trưng cho cặp chất hấp phụ và bị hấp phụ.
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ amoni của metakaolinite
Nồng độ NH4+ ban đầu Co
(mg/l)
) G (m g/ g ph ụ hấ p Đ ộ
Hình 3.8: Đường hấp phụ đẳng nhiệt của metakaolinite
C/
G
Hình 3.9: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của metakalinite
Hình 3.10: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của metakaolinite
Nhận xét: Metakaolinite có khả năng hấp phụ kém và chủ yếu là hấp phụ bề mặt. Do vậy metakaolinite ít có giá trị sử sụng làm chất hấp phụ.
Ta thấy phương trình hấp phụ đẳng nhiệt cho quá trình hấp phụ amoni của metakaolinite là Phương trình Freundlich: y=1,0057x-2,6924; R= 0,989. Từ phương trình này ta tính được các hệ số đặc trưng của phương trình Freundlich: n=0,9943; k=0,0677.
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ amoni của ZSM-5
Nồng độ NH4+ ban đầu Co (mg/l) 0,040 0,120 0,200 0,280 0,320 0,400 57
0.030 (m g/ g) 0.025 0.020 G hấ p ph ụ 0.015 0.010 Đ ộ 0.005 0.000
Hình 3.11: Đường hấp phụ đẳng nhiệt của zeolite ZSM-5
Hình 3.13: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của zeolite ZSM-5
Nhận xét: Dựa vào đồ thị ở hình (3.11) ta nhận thấy khi tăng nồng độ chất bị hấp phụ thì độ hấp phụ tăng vì khi nồng độ chất bị hấp phụ cao nên khả năng tiếp xúc giữa chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ tăng làm cho độ hấp phụ tăng. Nhưng về sau càng tăng nồng độ chất bị hấp phụ thì lượng tăng độ hấp phụ không tăng do chất hấp phụ gần trạng thái bão hịa và khơng thể hấp phụ được nữa.
Theo đồ thị ở hình (3.12) và (3.13) ta nhận thấy phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich thích hợp cho q trình hấp phụ amoni của ZSM-5 với phương trình: y = 0,6802x – 2,2722, R=0,986. Từ phương trình này ta tính được hệ số đặc trưng của phương trình Freundlich: n = 1,4702; k =0,103.
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ amoni của FeZSM-5Nồng độ NH4+ Nồng độ NH4+ ban đầu Co (mg/l) 0,040 0,120 0,200 0,280 0,320 0,400 G (m g/ g) hấ p ph ụ Đ ộ
Hình 3.14: Đường hấp phụ đẳng nhiệt của zeolite FeZSM-5
60
C/G
Hình 3.15: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của zeolite FeZSM-5
-5
Hình 3.16: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của zeolite FeZSM-5
Nhận xét: Dựa vào đồ thị ở hình (3.14) ta thấy độ hấp phụ của FeZSM-5 cũng tăng như ZSM-5 khi tăng nồng độ chất hấp phụ. Nhưng càng về đến trạng thái bão hịa độ hấp phụ khơng thể tăng được nữa.
Theo đồ thị ở hình (3.15) và (3.16) ta nhận thấy rằng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich thích hợp cho q trình hấp phụ amoni bằng FeZSM-5 ứng với
phương trình: y = 0,7956x – 2,1567, R=0,982. Từ phương trình này ta tính được hệ số đặc trưng của phương trình Freundlich: n =1,2569; k =0,1157.
Bảng 3.5Kết quả tổng hợp quá trình hấp phụ amoni
Mẫu vật liệu
Metakaolinite Zeolite ZSM-5 Zeolite FeZSM-5 Nhận xét:
- Cả 3 mẫu đều tuân theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich với hệ số tương quan R đều lớn (R>0,95).
- Cả 3 mẫu đều có hệ số k nhỏ dẫn đến cường độ hấp phụ giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tương đối yếu.
- Dựa vào các hằng số đặc trưng của phương trình Freudlich k( dung lượng hấp phụ) càng cao càng tốt và n (đặc trưng cho khả năng tương tác giữa cặp chất hấp phụ và bị hấp phụ (n>1)). Ta xác định được rằng khả năng hấp phụ amoni của mẫu vật lệu zeolite ZSM-5 là cao nhất trong 3 mẫu khảo sát.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Sau thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp tôi đã thu được một số kết quả sau:
1. Q trình tổng hợp
• Tổng hợp thành công zeolite ZSM-5 từ cao lanh bằng phương pháp thủy nhiệt.
• Biến tính thành cơng ZSM-5 thành FeZSM-5
2. Q trình hấp phụ amoni
• Xây dựng được đường chuẩn của amoni có phương trình y=1,158x+ 0,0495; R=0,9988.
• Khả năng hấp phụ amoni của 3 mẫu vật liệu đều tn theo phương trình Freundlich. Trong đó Metakaolinite có phương trình: y=1,0057x - 2,6924; R= 0,989; n=0,9943; k=0,0677. ZSM-5 có phương trình y = 0,6802x – 2,2722, R=0,986; n = 1,4702; k =0,103. FeZSM-5 có phương trình y = 0,7956x – 2,1567, R=0,982; n = 1,2569; k =0,1157.
• Khả năng hấp phụ amoni của mẫu vật lệu zeolite ZSM-5 là cao nhất trong 3 mẫu khảo sát.
Kiến nghị
- Tuy tổng hợp thành công zeolite ZSM-5 nhưng chất lượng chưa được tốt, điều này được thể hiện từ kết quả chụp XRD của vật liệu, các peak đặc trưng cho mẫu vật liệu với cường độ khơng lớn. Chính vì vậy tơi kiến nghị 1 số cách như sau:
+ Không ngắt quãng thời gian của q trình thủy nhiệt.
+ Cần có sự ổn định áp suất của thiết bị autoclave
- Lượng sản phẩm zeolite ZSM-5 tổng hợp chưa nhiều. Vì vậy cần tăng thể tích thiết bị autoclave.
- Do thời gian hạn chế cũng như giới hạn về thiết bị mà tôi chưa thể khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp zeolite cũng như quá trình hấp phụ amoni.
Căn cứ vào những kết quả đạt được cũng như những kiến nghị bài luận văn này sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu sau.
64
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
[1] Nguyễn Thành Hưng (2014), Đánh giá sự ô nhiễm amoni trong nước
thải bãi
rác và thử nghiệm phương pháp xử lí kết tủa Magie Amoni Photphat (MAP) làm phân bón, Luận văn thạc sĩ khoa học môi trường, Đại học Thái Nguyên, Thái
Nguyên.
[2] Đào Chánh Thuận (2013), Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
trao đổi amoni trên nhựa cation, Đồ án tốt nghiệp, Đại học khoa học tự nhiên Hà
Nội, Hà Nội.
[3] Phạm Xuân Quý (2008), Nguồn gốc và sự phân bố amoni và asenic trong các
tầng nước chứa nước đồng bằng Sông Hồng, Báo cáo kết quả đề tài Khoa Học
Công Nghệ năm 2007 - 2008, Đại Học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội.
[4] Phan Thị Hoàng Oanh (2010), Bài giảng chuyên đề “ Vật liệu vơ cơ”, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh.
[5] Phan Thị Hồng Oanh (2012), Bài giảng chuyên đề “ Hóa học chất rắn”, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm thành Phố Hồ Chí Minh.
[6] Mai Tuyên (2004), Xúc tác zeolite trong hóa dầu, NXB Khoa học và kỹ thuật,
Hà Nội.
[7] Nguyễn Thị Diệu Hằng (2003), Kỹ Thuật Xúc Tác Ngành Hóa Lọc Dầu – Đại Học bách Khoa Đà Nẵng.
[8] Lý Thị Mỹ Nhân (2005), Tổng hợp Zeolite ZSM-5 Luận văn tốt nghiệp, Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ.
[9] Đinh Thị Ngọ (2006), Hóa học dầu mỏ và khí NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội.
[10] Nguyễn Hữu Phú (2005), Cracking xúc tác, NXB Khoa Học và Kĩ Thuật, Hà Nội.
[11] Nguyễn Hữu Phú (2006), Hóa Lý và Hóa Keo, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
[12] Nguyễn Bin (2008), Các q trình thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực
phẩm - tập 4 truyền khối, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[13] Vũ Thị Diệu (2009), “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến bột
hydroxyapatite kích thước nano điều chế từ canxi hydroxit”, Luận văn thạc sĩ
khoa học, Viện Hóa học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam.
Tài liệu tiếng Anh
[14] David Tin Win (2007), Zeolite – Earliest Solid State Axíts, AU J.T. 11(1), pp.36– 41.
[15] H. V. Bekkum, E. M. Flanigen, P. A. Jacobs, J. C. Jansen (2001),
Introduction to Zeolite science and practice, 2nd
completely revised and expanded edition, Studies in surface scien and catalysis 137.
[16] Baerlocher. Ch, Meier.M.W, Olson. H.D (2007), Atlas ofzeolite framework
types Elsevier.
[17] Bruce Patrick Pelrini (1978), Synthesis of ZSM-5 United states patent.
[18] M.M.J Treacy and. J.B. Higgins (2001), Collection of Simulated XRD
Powder Patterns for Zeolites Elsevier.
Website
[19] http://tailieu.tv/tai-lieu/tong-quan-ve-hien-trang-o-nhiem-amoni-11214/
[20] http://congnghehoahoc.wordpress.com/2012/03/20/cao-lanh/
66
[21] https://dethitailieuhoctapnlu.files.wordpress.com/2015/06/chc6b0c6a1ng- 8-phc6b0c6a1ng-phc3a1p-he1baa5p-thu-phc3a2n-te1bbad-uv-e28093-vis.pdf [22] http://tailieu.vn/doc/xac-dinh-amoni-trong-nuoc-bang-phuong-phap- phenat-1711292.html [23] http://luanvan.net.vn/luan-van/nghien-cuu-ung-dung-zeolit-fe-zsm-5- 43992/ 67