Khả năng hấp phụ CO 2

Sau khi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp zeolite ở trên, thông qua các số liệu cũng như giản đồ XRD, phân tích IR, BET thì

mẫu số 5 (kí hiệu NaA cao lanh) tức là thay đổi thời gian kết tinh trong vòng 10h thể

hiợ̀n rừ cṍu trúc tinh thờ̉ tổng hợp được là zeolite NaA. Em chọn NaA cao lanh, CaNaA cao lanh, NaA gypxit, CaNaA gypxit, KNaA gypxit, CsNaA gypxit, tiến hành hấp phụ CO2 để đánh giá khả năng hấp phụ CO2 của zeolite tại 278K, 288K,298K, 308K.

0 20 40 60 80 100 120 140

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

qe (mmol/g)

pe (kPa)

278K 288K 298K 308K

Hình 3.20: Đường đẳng nhiệt hấp phụ CO2 của NaA gypxit tại các nhiệt độ khác nhau (278K, 288K, 298K, 308K).

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ CO2 của vật liệu zeolite NaA được tổng hợp từ gypxit cũng đã được nghiên cứu trong khoảng nhiệt độ

278 ÷ 318K. Kết quả thu được được trình bày trên hình 3.20. Dễ nhận thấy dung lượng hấp phụ CO2 của vật liệu nghiên cứu giảm dần theo sự tăng nhiệt độ hấp phụ và dung lượng hấp phụ của vật liệu khá lớn, đạt 4,62 mmo/g ở áp suất 131kPa, nhiệt độ 278K và đạt 3,47 mmol/g ở áp suất 131kPa ở nhiệt độ 308K.

Các số liệu hấp phụ đẳng nhiệt này được phân tích qua mô hình đẳng nhiệt Langmuir với độ chính xác thông qua tham số qm , giá trị phần trăm sai số trung bình (% APE) ở cả 4 nhiệt độ (278K, 288K, 298K, 308K). Dưới đây là kết quả phân tích tại nhiệt độ 278K, 288K, 298K, 308K:

Bảng 3.9: Các tham số thu được khi sử dụng phương trình Langmuir

T (k) qm (mmol/g) KL (kPa-1) R2 %APE

278 4,7371 0,1801 0,9987 4,4919

288 4,6926 0,1406 0,9992 1,7579

298 4,3197 0,1554 0,9987 4,1568

308 3,6206 0,1205 0,9981 4,3459

Hình 3.21: Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của NaA gypxit tại 278K, 288K, 298K, 308K

Giá trị của các tham số trong phương trình Langmuir qm cũng đều giảm khi nhiệt độ hấp phụ tăng, giảm từ 4,7371mmol/g tới 3,6206 mmol/g khi nhiệt độ tăng từ 278K tới 308K.

Để khẳng định nhiệt độ ảnh hưởng tới dung lượng hấp phụ của vật liệu zeolite tiến hành đo hấp phụ của hai mẫu liệu CaNaA gypxit và NaA được tổng hợp từ cao lanh thể hiện dưới hình:

0 20 40 60 80 100 120 140 -0.5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

qe (mmol/g)

pe (kPa)

278K 288K 298K 308K

NaA cao lanh

0 20 40 60 80 100 120 140

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

qe (mmol/g)

pe (kPa)

278K 288K 298K 308K

CaANaA gypxit

Hình 3.22: Khả năng hấp phụ CO2 của NaA cao lanh và CaNaA gypxit Giống như với Zeolit NaA gypxit thì dung lượng hấp phụ CO2 của các mẫu vật liệu thu được có khuynh hướng tăng khi áp suất tăng và giảm khi nhiệt độ tăng.

0 20 40 60 80 100 120 140

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

qe (mmol/g)

pe (kPa)

KNaA CaNaA CsNaA NaA

Hình 3.23 : Khả năng hấp phụ của tại 298K

Hình 3.23 thể hiện khả năng hấp phụ CO2 của 4 mẫu vật liệu tại 298K.

Nhìn vào đồ thị ta thấy khả năng hấp phụ của vật liệu NaA khi tiến hành trao đổi cation rất khác nhau. Khả năng hấp phụ CsNaA rất kém, hầu như không hấp phụ. Cùng ở 131pKa dung lượng hấp phụ của CaNaA đạt 4,506 mmol/g,

CsNaA đạt 0,03892 mmol/g, NaA đạt 4,186 mmol/g, KNaA đạt 3,789 mmol/g.

Điều này do khi tiến hành trao đổi cation bằng Ca2+ làm tăng diện tích bề mặt riêng nên cũng gây ảnh hưởng tới dung lượng hấp phụ của vật liệu.Thứ tự giảm dung lượng hấp phụ như sau: CaNaA > NaA > KNaA > CsNaA.

Nếu xét ảnh hưởng của quá trình trao đổi cation Ca2+ tới vât liệu zeolite NaA được tổng hợptừ gypxit ta nhìn vào hình 3.24 thì dễ thấy rằng: Dung lượng hấp phụ giảm khi nhiệt độ tăng. So với việc không tiến hành trao đổi cation thì việc trao đổi cation sẽ làm cho dung lượng hấp phụ tăng lên và khả

năng hấp phụ khí sẽ tốt. Sự tăng khả năng hấp phụ này phù hợp với thực tế.

0 20 40 60 80 100 120 140

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

qe (mmol/g)

pe (kPa) Gypxit

NaA CaA

298K

0 20 40 60 80 100 120 140

0 1 2 3 4 5

qe (mmol/g)

pe(kPa) NaA CaNaA

288K

0 20 40 60 80 100 120 140

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

qe (mmol/g)

pe (kPa) NaA CaNaA

278K

0 20 40 60 80 100 120 140

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

qe (mmol/g)

pe (kPa) NaA

CaNaA

308K

Hình 3.24: Khả năng hấp phụ CO2 của NaA, CaNaA (gypxit) tại 278K, 288K, 298K, 308K

0 20 40 60 80 100 120 140 -0.5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

qe (mmol/g)

pe (kPa) NaA CaNaA

Hình 3.25 : So sánh khả năng hấp phụ CO2 của NaA và CaNaA cao lanh ở 298K

Hình 3.26: Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của NaA và CaNaAtại 298K

Nhìn vào đồ thị hình 3.26 ta nhận thấy khi áp suất tăng dung lượng hấp phụ của vật liệu tăng. Đặc biệt khi trao đổi cation Ca2+ , mẫu vật liệu zeolite cho kờ́t quả hṍp phụ cao hơn. Thờ̉ hiợ̀n rừ nhṍt zeolite được tổng hợp từ cao

lanh trao đổi cation cho dung lượng hấp phụ mmol/g tại áp suất 131,5. Điều này cũng chứng tỏ áp suất ảnh hưởng rất nhiều tời khả năng hấp phụ của vật liệu. Nhưng nhìn tổng thể khả năng hấp phụ của zeolite xuất phát từ nguyên liệu gypxit cho dung lượng hấp phụ tốt hơn. Qua đây chứng tỏ bề mặt vật liệu tổng hợp được đồng nhất, có tâm hấp phụ tốt.

Các số liệu hấp phụ đẳng nhiệt này được phân tích nhờ hai mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich với độ chính xác thông qua giá trị phần trăm sai số trung bình (% APE) ở nhiệt độ 298K. Dưới đây là kết quả phân tích tại nhiệt độ 298K:

Bảng 3.10: Các tham số thu được khi sử dụng phương trình Langmuir và Freundlich tại 298K

Mẫu NaA cao lanh CaNaA cao lanh

Langmuir

qm 4,0733 4,255

KL 0,0762 0,0506

R2 0,9996 0,9988

Freundlich

n 4,7081 3,0572

KF 1,3641 1,3869

R2 0,8979 0,8433

Cũng giống như vật liệu MOFs, các mẫu này tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir tốt hơn Freundlich. Điều này cũng có nghĩa là bề mặt vật liệu tổng hợp được có khả năng hấp phụ tốt, các tâm hấp phụ có năng lượng như nhau và sự hấp phụ được đóng góp phần lớn bởi vi mao quản.

0 20 40 60 80 100 120 140 0

1 2 3 4 5

qe (mmol/g)

pe (kPa) NaAgypxit CaNaAgypxit NaAcao lanh

288K

0 20 40 60 80 100 120 140

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

qe (mmol/g)

pe (kPa) NaAgypxit CaNaAgypxit NaAcao lanh

278K

0 20 40 60 80 100 120 140

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

qe (mmol/g)

pe (kPa) NaAgypxit CaNaAgypxit NaAcao lanh

298K

0 20 40 60 80 100 120 140

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

qe (mmol/g)

pe (kPa) NaAgypxit CaNaAgypxit NaA cao lanh

308K Hình 3.27: Khả năng hấp phụ CO2 của NaA gypxit

CaNaA gypxit, NaA cao lanh

Nhìn vào hình 3.27 ta thấy ở nhiệt độ tăng dần nhưng dung lượng hấp phụ của NaA, CaNaA gypxit giảm nhưng không nhiều. Khả năng hấp phụ của vật liệu tổng hợp từ gipxit cao hơn so với tổng hợp từ cao lanh. Do zeolite được tổng hợp từ gypxit có độ tinh khiết cao, không bị lẫn tạp chất như vật liệu zeolite cao lanh. Vì vậy zeolite NaA gypxit có độ tinh thể, độ chọn lọc cao nên khả năng hấp phụ tốt.

Kết quả khảo sát sự hấp phụ CO2 của vật liệu cho thấy trong khoảng nhiệt độ 278K đến 308K sự hấp phụ chủ yếu tuân theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ là phương trình đẳng nhiêt hấp phụ Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại nằm trong khoảng 4,7371 mmol/g đến 3,6206 mmol/g. Và sự trao đổi cation Ca2+ làm cho dung lượng có sự thay đổi đáng kể, làm dung lượng hấp phụ tăng lên.

III.4. So sánh khả năng hấp phụ CO2 của vật liệu zeolite NaA từ

Các phương pháp hóa lý nghiên cứu đặc trưng vật liệu 1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen(XRD)