Báo cáo " Nghiên cứu khả năng hoàn nguyên của than hoạt tính-xúc tác (THT-XT) bằng không khí nóng "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

128
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu than hoạt tính- xúc tác được điều chế từ than gáo dừa Trà Bắc, Trà Vinh được tẩm vài phần trăm khối lượng hỗn hợp các kim loại chuyển tiếp. Vật liệu này có khả năng hấp phụ rất tốt phenol và các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước đồng thời lại có tính chất xúc tác oxy hóa các phân tử hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính nhờ các tâm xúc tác kim loại chuyển tiếp và oxy không khí ở nhiệt độ tương đối thấp. Do được oxy hóa...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo " Nghiên cứu khả năng hoàn nguyên của than hoạt tính-xúc tác (THT-XT) bằng không khí nóng "

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 24 (2008) 287-291 Nghiên c u kh năng hoàn nguyên c a than ho t tính-xúc tác (THT-XT) b ng không khí nóng Tr n Vă n Hùng*, Nguy n H u Phú Vi n Hoá h c, Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam, 18 Hoàng Qu c Vi t, Hà N i, Vi t Nam Nh n ngày 29 tháng 7 năm 2008 Tóm t t. V t li u than ho t tính- xúc tác ñư c ñi u ch t than gáo d a Trà B c, Trà Vinh ñư c t m vài ph n trăm kh i lư ng h n h p các kim lo i chuy n ti p. V t li u này có kh năng h p ph r t t t phenol và các h p ch t h u cơ trong môi trư ng nư c ñ n g th i l i có tính ch t xúc tác oxy hóa các phân t h u cơ b h p ph trên b m t than ho t tính nh các tâm xúc tác kim lo i chuy n ti p và oxy không khí nhi t ñ tương ñ i th p. Do ñư c oxy hóa nhi t ñ không cao 200oC nên than không b cháy, c u trúc mao qu n c a than không b phá h y, b m t ti p xúc ñư c b o toàn nên kh năng h p ph c a than ñư c ph c h i (hoàn nguyên) khá t t, vì th có th h p ph - hoàn nguyên nhi u l n, trong x lý các ch t ô nhi m h u cơ trong môi trư ng nư c, kh c ph c ñư c tình tr ng khó hoàn nguyên c a than ho t tính và do ñó, làm gi m ñáng k giá thành s d ng c a than trong vi c x lý môi trư ng. h u cơ trong môi trư ng nư c, kh c ph c ñư c 1. M ñ u∗ tình tr ng khó hoàn nguyên c a THT và do ñó, làm gi m ñ áng k giá thành s d ng c a THT. Than ho t tính-xúc tác (THT-XT) là v t li u ñư c ñi u ch t than ho t tính và v i m t Ý tư ng ch t o và ng d ng v t li u này ñã lư ng nh ch t xúc tác (vài % kh i lư ng (% xu t hi n l n ñ u tiên trong công trình [1]; và kl). V t li u này v a có tính ch t h p ph t t trong bài báo [2], chúng tôi ñã trình bày phương các ch t ô nhi m h u cơ trong môi trư ng pháp hoàn nguyên THT-XT b ng H2O2. nư c, ñ ng th i l i có tính ch t xúc tác oxy hóa Trong công trình này, phương pháp hoàn các phân t h u cơ b h p ph trên b m t than nguyên c a xúc tác oxy hóa b ng oxy không ho t tính nh các tâm xúc tác kim lo i chuy n khí nhi t ñ th p ñư c trình bày như là m t ti p (KLCT) và oxy không khí nhi t ñ tương ñóng góp m i nh m tìm ki m phương pháp t i ñ i th p. Do ñư c oxy hóa nhi t ñ không ưu hoàn nguyên v t li u THT-XT trong x lý cao nên than không b cháy, c u trúc mao qu n môi trư ng. c a than không b phá h y, b m t ti p xúc ñư c b o toàn nên kh năng h p ph c a than ñư c ph c h i (hoàn nguyên) khá t t, vì th 2. Ph n th c nghi m THT-XT có th h p p h - hoàn nguyên nhi u ði u ch : Ch t h p ph - xúc tác ñ ư c ñi u l n, (nhi u chu k ỳ) trong x lý các ch t ô nhi m ch t than ho t tính (THT) Trà B c ñư c t m _______ t h p kim lo i chuy n ti p KLCT v i ký hi u ∗ Tác gi liên h . ð T: 84-4-37912184. HPXT-D1. Cách ñi u ch c th ñ ư c trình bày E-mail: hung_t_v@yahoo.com.vn 287
288 T.V. Hùng, N.H. Phú / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 24 (2008) 287-291 [2-4]. Than ho t tính Trà B c không ch a xúc D1,bh (ho c HPXT-D1,bh) 50ml/phút trong reactor nhi t ñ 200 0C. Nhi t ñ c a reactor ñư c tác ñ ư c ký hi u HP-D1. V t li u HP-D1 ñư c h p p h bão hòa phenol (100 ml dung d ch 5g kh ng ch b ng lò ñ t thông qua h ñi u khi n phenol/l + 2g HP-D1 , l c ñ u ( máy l c), 40 0C nhi t ñ , t c ñ nâng nhi t 200C/phút. Khí ph n trong 72h). Sau ñó l c và ñ khô trong không ng sau reactor ñư c thoát ra thu m u và ñư c khí qua ñêm. V t li u b ão hòa phenol ký hi u phân tích ñ nh k ỳ b ng h ñ o EFI ADS 500 c a HP-D1 bh hãng ARRB-ÚC ñ xác ñ nh n ng ñ CO, CO2 và hydrocacbon (HC) theo % th tích (% tt). V t li u HPXT-D1,bh bão hòa phenol ñư c Lư ng v t li u HPXT-D1,bh là 0,5 g cho m i ñi u ch tương t . l n th nghi m. ð c trưng: Dung lư ng h p ph phenol c a Các v t li u THT và THT-XT ñư c ñ c THT, THT-XT ñư c xác ñ nh b n g trưng b ng k thu t TGA/DTA trong dòng detector UV-Vis c a máy Smart không khí trong kho ng nhi t ñ t 20-3000C v i t c ñ nâng nhi t 500/phút. Th c nghi m Spectrophotometer- hãng Lamotte- USA), t i bư c sóng 500nm. Phương pháp phân tích ti n hành trên máy DSC 131 hãng SETARAM - phenol theo TCVN 6216:1996. France. Nghiên c u tính ch t hoàn nguyên(oxy hóa phenol h p ph trên b m t than b ng oxy không khí) ñ ư c ti n hành trong h reactor vi 3. K t qu và bi n lu n dòng. Hình 1 là k t qu p hân tích nhi t TGA/DTA Không khí nén bình xác ñ nh b ng lưu c a m u HP-D1,bh lư ng k v i lưu lư ng ñi qua l p v t li u HP- Figure: Experiment: HP D1 khong tam 50C.min-1 Crucible: PT 100 µl Atmosphere: Air 05/07/2008 Procedure: 30 ----> 300C (50 C.min-1) (Zone 2) Mass (mg): 22.08 Labsy TG s TG/% F u rnace temp eratu re/°C HeatFlo w/µV d TG/%/min 30 Exo 5.6 Peak :251.40 °C 300 DrTG -2 4.2 20 250 2.8 Peak :112.79 °C -4 200 10 1.4 DTA 0.0 150 -6 0 -1.4 100 Mass variation: -3.52 % -8 -10 -2.8 50 -4.2 Mass variation: -1.95 % -10 -20 TG 0 -5.6 0 5 10 15 20 25 30 35 Time/min Hình 1. K t qu phân tích nhi t TGA/DTA m u HP-D1,bh.
289 T.V. Hùng, N.H. Phú / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 24 (2008) 287-291 T hình 1 nh n th y r ng, trên ñư ng DTG c a phenol v i oxy không khí. Căn c vào có 2 pic gi m kh i lư ng tách nhau rõ r t: Pic ñư ng TG (hình 1) có th nh n th y: lư ng H2O th nh t 113oC và pic th 2 250oC. ð i b kh h p p h chi m kho ng 3,5% kh i l ư ng chi u v i ñư ng DTA, nh n th y r ng, pic th than HP-D1,bh, lư ng phenol b oxy hóa ch ~ 2%. nh t ng v i pic thu nhi t, do ñó có th ng v i quá trình kh h p p h v t lý c a H2O. Pic th 2 Trên hình 2 trình bày k t q u TGA/DTA trên ñư ng DTG ng v i pic t a nhi t c a c a m u HPXT-D1,bh (ñi u ki n t h c nghi m DTA, ñó là quá trình cháy (oxy hóa) t a nhi t hoàn toàn gi ng như m u HP-D1,bh trên) Figure: Experiment: HP D1 tam 2.5%Cu 2.5%Fe 2.5%Ag 50C.min-1 Crucible: PT 100 µl Atmosphere:Air 05/07/2008 Procedure: 30 ----> 300C (50 C.min-1) (Zone 2) Mass (mg): 22.91 Labsys TG TG/% F urnace temperature/ °C HeatFl ow/µV d TG/%/min Exo 20 DrTG 300 -10 15 20 250 DTA 10 -20 200 5 -10 Peak :139.21 °C 0 150 -30 -5 -40 100 -40 -10 Mass variation: -21.14 % 50 -15 -70 -50 TG 0 -20 0 5 10 15 20 25 30 35 Time/min Hình 2. Gi n ñ TGA/DTA c a m u HPXT-D1,bh . T hình 2 nh n th y r ng, trên ñư ng DTG lư ng phenol ñã b h p p h trên than ñư c lo i h u như ch có m t pic ~ 139oC. Như v y, v i b nhi u hơn so v i trên than không xúc tác. s có m t c a xúc tác (KLCT), quá trình kh N u gi thi t r ng 3,5% là lư ng nư c h p p h h p ph H2O và phenol x y ra nhi t ñ cao trên than (như k t q u m u HP-D1,bh) thì hơn trên than xúc tác (139oC so v i 113oC), có lư ng phenol ñã b oxy hóa là 21%-3,5%= th ñó là do H2O và phenol b h p ph m nh 17,5%. Giá tr này x p x v i dung lư ng h p hơn trên các tâm phân c c (hydro phylic) gây ra ph c a phenol trên than ho t tính Trà B c, ng b i các tâm xúc tác. Quá trình oxy hóa xúc tác v i m u HP-D1b [2]. M u này có dung l ư ng h p ph p henol q=q0C1/n = 0,025C0,226. v i phenol t a nhi t, do ñó nhi t ñ c a h tăng d n t 139oC ñ n 250oC (xem ñư ng DTA hình 2). C=5000mg/l, ta có q=0,025(5000)0,226= 0,171 Trong kho ng nhi t ñ 20-250oC, kh i lư ng hay là 17,1%. K t qu này khá phù h p v i k t qu TGA/DTA nói trên. ch t HP-XT gi m 21%. Rõ ràng là, v i s có m t c a các ch t xúc tác kim lo i chuy n ti p,
290 T.V. Hùng, N.H. Phú / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 24 (2008) 287-291 Như v y, v i s có m t c a các tâm kim ñã ñư c th c hi n trong reactor vi dòng. B ng 1 lo i chuy n ti p trên b m t THT, các phân t trình bày k t q u kh o sát s hoàn nguyên xúc tác m u HPXT-D1,bh 200oC (các k t q u kh o phenol b h p p h bão hòa có th b oxy hóa m nh hơn so v i trên than không có ch t xúc sát sơ b v i reactor vi dòng ch ng t nhi t ñ 200o C, ph n ng oxy hóa hoàn nguyên là t i tác, trong kho ng nhi t ñ không cao. T các k t qu nghiên c u TGA/DTA trên, ý tư ng ưu, s li u v nh hư ng c a nhi t ñ ñ n t c ñ oxy hóa phenol không d n ra ñây). th c nghi m hoàn nguyên các v t li u THT sau khi h p ph bão hòa phenol b ng oxy không khí B ng 1. Hàm lư ng (%tt) c a các khí CO2, CO và HC 200oC trong khí sau reactor ng v i các th i gian th c hi n ph n ng khác nhau: t-phút 40 60 80 100 120 140 160 180 200 240 S n ph m khí CO2 0,06 0,10 0,11 2,50 4,01 2,15 0,37 0,12 0,05 0,02 CO 0,01 0,02 0,03 0,06 0,11 0,07 0,04 0,03 0,02 0,01 CO+CO2 0,07 0,11 0,14 2,56 4,12 2,22 0,41 0,15 0,07 0,03 HC hidrocac bon (ppm) 26 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T b ng 1 nh n th y r ng, phenol h u như  KH × AB  Q= V b oxy hóa hoàn toàn thành CO2, CO và H2O, 2   không phát hi n th y HC. Th c v y, trong Trong ñó: KH- Chi u cao c a tam giác kho ng nhi t ñ này, C (cacbon) c a THT chưa AKB (%tt) th cháy, vì theo s li u c a [5] thì cacbon b t ñ u cháy nhi t ñ ( ~400oC), và, theo k t qu AB - c nh ñáy c a tam giác AKB (phút) TGA/DTA c a chúng tôi thì trong kho ng 20 - V- lưu lư ng dòng khí (50 ml/phút) 300oC chưa phát hi n pic t a nhi t c a THT b 0.041× (180 − 60 ) oxy hóa. Do ñó s n p h m CO2, CO trong khí × 50 = 123 ml Q= 2 ph n ng là s n p h m cháy c a phenol b h p ph trên than. 123 = 0,0055 mol (CO + CO2) Q= Hình 3 là ñ th bi u di n hàm lư ng c a 22400 CO2 +CO trong khí cháy ng v i các th i gian Bi t r ng, ph n ng cháy hoàn toàn c a trong dòng ph n ng khác nhau (theo s li u phenol là b ng 1) C6H5OH + O2 → 6(CO2+CO) + H2O 5 1mol C6H5OH ~ 6mol (CO2+ CO) K Như v y Q = 0,0055 mol(CO2+CO) tương (CO+CO2) % tt 4 ng v i lư ng mol phenol ban ñ u là: q’hn = 3 0,00091 mol; th c nghi m ti n hành v i 0,5g 2 HPXT-D1,bh, do ñó qhn =q’hn/0,5 = 0,00182 mol 1 phenol/g A B H 0 Ho c qhn=0,00182 . Mphenol = 0,00182. 94 = 0 40 80 120 160 200 240 280 0,17108 g phenol/ g HPXT-D1,bh Thêi gian thùc hiÖn ph¶n øng (phót) Theo [2] thì dung lư ng h p ph phenol c a Hình 3. Lư ng CO2+CO (%tt) ng v i th i gian m u HPXT-D1 là 17,1%. th c hi n ph n ng khác nhau. 200o C h u h t Như v y, có th nói, T hình 3 có th tính g n ñúng lư ng CO+ phenol b h p ph trên b m t THT ñ u b oxy CO2 trong pha khí (Q):
291 T.V. Hùng, N.H. Phú / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 24 (2008) 287-291 hóa (lo i b ), gi i phóng kh i b m t THT và hoàn nguyên di n ra ñư c th c hi n trong dòng không khí nóng nhi t ñ ~200oC. hoàn nguyên kh năng h p p h cho THT. Th c nghi m t ương t cũng ñ ư c ti n hành 2. S hoàn nguyên di n ra nhi t ñ tương v i 0,5 g HP-D1,bh. Tuy nhiên trong pha khí ñ i th p, c u trúc mao qu n, b m t c a than ít không phát hi n th y CO, CO2 ñi u ñó ch ng t b bi n ñ i. Dung lư ng h p ph phenol sau r ng khi không có m t xúc tác (KLCT) thì ph n m i l n hoàn nguyên gi m không ñáng k . ng oxy hóa phenol trên b m t THT không th 3. Như v y THT-XT là v t li u có r t nhi u x y ra 200oC b ng oxy không khí. tri n v ng trong công ngh x lý các ch t ô Sau các l n hoàn nguyên khác nhau, dung nhi m h u cơ ch a vòng thơm trong môi lư ng h p p h p henol c a v t li u HPXT-D1 trư ng nư c. ñư c xác ñ nh (b ng 2) B ng 2. Dung lư ng h p ph phenol sau các l n Tài li u tham kh o hoàn nguyên [1] Moshe Sheintuch, Yurii I.Matatov-Meytol, L n hoàn nguyên 1 2 3 4 Comparison of catalytic processes with other q (g/g) regeneration methods of activated carbon, HPXT-D1 0,164 0,162 0,160 0,157 Catalysis Today 53 (1999) 73-80 HP-D1 0 0 0 0 [2] Tr n Văn Hùng, Tr n Th Kim Hoa, Ngô T b ng 2 nh n th y r ng sau m i l n hoàn Phương H ng, Nguy n H u Phú. Nghiên c u s nguyên, dung lư ng h p ph p henol c a HPXT- h p ph phenol trong dung d ch b ng than ho t D1 ñư c ph c h i khá t t. Trong khi ñó, HP-D1 tính t m kim lo i chuy n ti p và hoàn nguyên than b ng oxy hóa xúc tác v i H2O2, T p chí không có kh năng h p p h n a (trong ñi u Khoa h c ðHQGHN, Khoa h c T nhiên và ki n hoàn nguyên như trên 200oC, b ng oxy Công ngh s 3, 22 (2006) 32. không khí). [3] Nguy n H u Phú, Tr n Th Kim Hoa, Nguy n ð c Châu, Oxy hóa phenol trong nư c trên xúc tác ñ ng, Tuy n t p các công trình hóa h c Vi t 4. K t lu n Nam, sách thư vi n KHKT, tr 288-291(1999). 1. V t li u HPXT-D1 là ch t v a có kh [4] Thân Thành Công, Lu n án Ti n s Hóa h c, Hà năng h p p h t t p henol trong dung d ch nư c N i, tr 39-41,(2006). v a có tính năng oxy hóa phenol ñã b h p p h [5] J. A. Rossini, M. M. Farris, Recycle rinse water : problems and opportunities, Catalysis Today trên THT thành CO2, H2O (CO d ng v t). S Ind. Eng. Res. 53 (1999) 11 - 21. Regeneration of activated carbon catalysts by heat air Tran Van Hung, Nguyen Huu Phu Institute of chemistry, Vietnamese Academy Science and Technology, 18 Hoang Quoc Viet, Hanoi, Vietnam Catalytic - activated carbon (CAC) materials were prepared from Vietnam Tra Bac coconut activated carbon impregnated with several percents(%wt) of transition metals(TSM). These materials possess a good adsorption capacity towards phenol and other organic compounds in aqueous solution. On the other hand, they seem to be the TSM supported activated carbon catalysts, which catalytically oxidate effectively adsorbed molecules on carbon surface by the air at the relatively low temperature. After adsorption, used CAC materials could easily be regenerated by air at about 200oC. Thus, CAC materials can be used in numbers of “adsorption desorption” cycles for the treatment of aromatic organic pollutants in aqueous medium.