34
2.3.1.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu được sử dụng để tổng hợp zeolit là trấu được lấy tại Quỳnh Phụ - Thái Bình.
2.3.1.2. Hóa chất
Bảng 2.2: Các hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm
Hóa chất Xuất sứ Đặc điểm
CuSO4.5H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Ca(NO3)2.4H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Pb(NO3)2 Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Al2(SO4)3.18H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Zn(CH3COO)2.2H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết NaOH Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết TPABr Đức (Merck) Dạng bột, hóa chất tinh khiết H2O (cất 2 lần) Việt Nam Dạng lỏng
2.3.2.Xác định độẩm và độ tro hóa của trấu
2.3.2.1. Xác định độ ẩm của trấu
Cách tiến hành: Cân một lượng trấu ban đầu(m1), đem sấy khô ở 1000C trong 24h sau đó đem xác định lại khối lượng sau khi sấy khô (m2).
Hình 2.1. Vỏ trấu
Độ ẩm của trấu được xác định theo công thức: .100%
1 2 1 m m m
35
2.3.2.2. Xác định độ tro hóa của trấu
Cách tiến hành : Cân mô ̣t lượng tr ấu đã sấy khô hoàn toàn(m0) sau đó đem đốt hoàn toàn thành tro rồi xác định khối lượng của tro thu được sau khi đốt (m)( kí hiệu mẫu là TĐ).
Độ tro hóa của trấu được xác định theo công thức: .100%
0
m m
a) b)
Hình 2.2.Trấu đốt (a) và trấu nung (b)
2.3.3.Xác định hàm lƣợng oxit kim loại trong tro trấu.
Thành phần hóa h ọc của TĐ đươ ̣c xác đi ̣nh t ại Viện Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam. Hàm lượng silic được xác định bằng phương pháp khối lượng, hàm lượng các kim loại xác định bằng phương pháp AAS.
2.3.4.Tổng hợp zeolit
Quy trình chung tổng hợp zeolit bao gồm các bước sau:
- Chuẩn bị dung dịch natri silicat : Cho hỗn hợp tro trấu, hoặc trấu nungvà dung dịch NaOH vào bình thủy nhiệt hoặc cho vào cốc thủy tinh, khuấy đều bằng máy khuấy từ có gia nhiệt. Sau đó lọc, loại bỏ phần cặn.
- Chuẩn bị dung dịch natri aluminat: Cho dung dịch NaOH phản ứng với dung dịch Al2(SO4)3 theo tỉ lệ mol tương ứng theo từng mẫu tổng hợp .
36
- Kết tinh thủy nhiệt: cho dung dịch natri silicat phản ứng với dung dịch natri aluminat.
- Lọc và rửa sản phẩm bằng nước cất đến khi nước rửa có pH = 7- 8. Sấy khô qua đêm ở 1000C và nung sản phẩm ở nhiệt độ xác định.
2.3.4.1. Tổng hợp zeolit A
Nguồn SiO2 để tổng hợp zeolit A đi từ tro trấu (TĐ), tro nung ở 5500C (TN550) và tro nung ở 7000C (TN700).Điều kiện chiết SiO2 từ TĐ, TN550 và TN700 được trình bày trong bảng 2.3trong đó lượng SiO2 trong tro được tính toán dựa trên số liệu ở bảng 3.2, NaOH đưa vào dưới dạng dung dịch NaOH 4,5M.
Bảng 2.3:Điều kiện chiết SiO2 từ tro trấu.
STT Nguyên liệu đầu Tỉ lệ mol NaOH/SiO2 Tỉ lệ mol H2O/SiO2 Điều kiện chiết SiO2 Kí hiệu mẫu 1 TĐ 7 70 Bình thủy nhiệt,1500 C,12h,có khuấy trộn A1 2 TN550 7 70 A2 3 TN 700 7 70 A3
Các hỗn hợp sau đó được lọc bằng giấy lọc băng vàng để loại bỏbã đen, dung dịch thu được chứa silic được sử dụng làm nguồn cung cấp silic cho quá trình tổng hợp zeolit A.
Trộndung dịch aluminat với dung dịch lọc chứa silicat ở trênđể tạo thành gel với cùng tỉ lệ mol ban đầu là Na2O :SiO2 : Al2O3 : H2O = 0,34 : 0,04 : 0,04 : 16. Các hỗn hợp phản ứng sau đó được chuyển vào bình autoclub, không khuấyvà giữ ở 1000C trong 5h.Các sản phẩm được lọc, rửa bằng nước cất, sấy khô và nung ở 4000C trong 1h.
37
2.3.4.2. Tổng hợp zeolit X
SiO2được chiết từ nguyên liệu đầu làtro trấu (TĐ) với tỉ lệ NaOH/SiO2, H2O/SiO2 tương ứng bằng 4 và 35. Việc chiết được thực hiện ở 900C trong 24h, có khuấy trộn liên tục bằng máy khuấy từ.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độvà thời gian phản ứng, chúng tôi tiến hành 5thí nghiệm với việc trộn các dung dịch natri silicat và natri aluminat sao cho tỉ lệ mol ban đầu trong hỗn hợp phản ứng là: Na2O : SiO2 : Al2O3 : H2O = 1,46 : 0,14 : 0,07 :16. Phản ứng được thực hiện từ 600C ÷ 1000C trong thời gian từ 8÷12h. Các điều kiện thực nghiệm cụ thể và các kí hiệu mẫu được trình bày trong bảng 2.4.
Kết thúc phản ứng, các mẫu được rửa, lọc bằng nước cất đến khi nước rửa có pH = 7 - 8. Tiến hành sấy khô sản phẩm qua đêm ở 1000C rồi nung ở 4000C trong 1h.
Bảng 2.4.Các điều kiện tổng hợp zeolit X
STT Kí hiệu mẫu tổng hợp Nhiệt độ phản ứng (0C) Thời gian độ phản ứng (h) 1 X60 -10 60 10h 2 X80 - 10 80 10h 3 X100 - 10 100 10h 4 X80 - 8 80 8h 5 X80 - 12 80 12h 2.3.4.3.Tổng hợp zeolit ZSM – 5.
Zeolit ZSM-5 được tổng hợp theo phương pháp kết tinh thủy nhiệt ở 1700C có sử dụng chất định hướng cấu trúc là TPABr.Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình tổng hợp zeolit, chúng tôitiến hành thí nghiệm với thời gian phản ứng thay đổi từ 36h đến 72h.
Cách tiến hành:
38
5 gam TN700 (0,07 mol Si); 2,663 g TPABr (0,01 mol); 0,4 g NaOH (0,01 mol); 0,2 g Al2(SO4)3. 18H2O ( 0,0003 mol(; 72 ml H2O. Khuấy đều hỗn hợp trong 30 phút ở nhiệt độ phòng, sau đó chuyểnhỗn hợp vào bình thủy nhiệt và duy trì nhiệt độở 1700C trong thời gian 36h, 48h, 60h, 72h. Kí hiệu các sản phẩm lần lượt là Z36, Z48, Z60 và Z72.
- Kết tủa được lọc, rửa bằng nước cất tới khi nước rửa có môi trường trung tính, làm khô ở 900C qua đêm và nung ở 5000C trong 3 giờ để loại bỏ TPABr.
- Sản phẩm được nghiên cứu bằng phương pháp XRD, IR, SEM.