intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Khoá luận tốt nghiệp Sư phạm Hoá học: Tổng hợp và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế Zeolite X từ tro trấu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

Thêm vào BST
Báo xấu
41
lượt xem 7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khoá luận "Tổng hợp và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế Zeolite X từ tro trấu" nghiên cứu điều chế zeolite X từ tro trấu sẽ giúp giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường và có thể tăng thêm thu nhập cho người dân. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khoá luận tốt nghiệp Sư phạm Hoá học: Tổng hợp và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế Zeolite X từ tro trấu

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SƯ PHẠM HÓA HỌC TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZEOLITE X TỪ TRO TRẤU GVHD : TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH : Đào Thị Thu Hiền MSSV : K38.201.031 Lớp : Hóa 4B TP. Hồ Chí Minh, tháng 5/2016
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SƯ PHẠM HÓA HỌC TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZEOLITE X TỪ TRO TRẤU TP. Hồ Chí Minh, tháng 5/2016
  3. LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đặc biệt đến cô Phan Thị Hoàng Oanh. Cô là người đã hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp. Những lời chỉ bảo ân cần, nhiệt tình của cô giúp e nắm vững kiến thức hơn. Được làm việc với cô là một vinh dự rất lớn của em, em học được rất nhiều điều bổ ích, từ cách làm việc nghiêm túc đến cách tư duy, suy luận cũng như những chi tiết rất nhỏ mà em thường bỏ qua đều được cô lưu ý và nhấn mạnh. Nhờ có cô mà em có thể hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất. Một lần nữa em xin cảm ơn cô. Bên cạnh đó, em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô trong Khoa Hóa trường Đại học Sư phạm TP.HCM, đặc biệt quý thầy cô trong tổ bộ môn Hóa lý, đã giúp đỡ, cổ vũ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị vật chất cho em có thể thực hiện khóa luận của mình. Và cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân yêu đã luôn ở bên giúp đỡ, động viên em mối khi thất bại hay những khi nản lòng. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2016 Đào Thị Thu Hiền
  4. TÓM TẮT Trong khóa luận tốt nghiệp này, tôi đã thực hiện những công việc như sau: - Tổng hợp zeolite X từ tro trấu. - Khảo sát tìm điều kiện tối ưu để tổng hợp zeolite X từ tro trấu. - Khảo sát thành phần pha, cấu trúc và hình thái học của sản phẩm thu được. Những kết quả đạt được sau quá trình thực nghiệm: - Đã tổng hợp thành công zeolite X từ tro trấu. - Đã xác định được điều kiện tối ưu để tổng hợp zeolite X từ tro trấu. - Xác định được sản phẩm có kích thước từ 0,636 µm đến 1,06 µm. - Diện tích bề mặt riêng của sản phẩm : 193 m2/g.
  5. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... 3 DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................... 4 LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 6 1.1 TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU ..................................................................... 6 1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN .............................................. 7 1.2.1 Khái niệm và lịch sử phát triển của zeolite............................................ 7 1.2.2 Cấu trúc của zeolite ............................................................................... 8 1.2.3 Phân loại zeolite ................................................................................... 10 1.2.4 Tính chất cơ bản của zeolite ................................................................ 11 1.2.5 Ứng dụng của zeolite ........................................................................... 13 1.3 GIỚI THIỆU VỀ ZEOLITE X ................................................................... 15 1.3.1 Cấu trúc của zeolite X.......................................................................... 15 1.3.2 Tổng hợp zeolite X .............................................................................. 16 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 17 2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................... 17 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................. 17 2.2.1 Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP – AES) ......... 17 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction)............................. 18 2.2.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .................................... 19 2.2.4 Phương pháp xác định diện tíc bề mặt riêng (BET) ............................ 19 2.3 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT ................................................... 20 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .......................... 21 3.1 ĐIỀU CHẾ SILICA TỪ TRO TRẤU ........................................................ 21 3.1.1 Chuẩn bị tro trấu .................................................................................. 21 3.1.2 Hàm lượng Silic có trong tro trấu ........................................................ 21 3.1.3 Thành phần pha và hình thái của tro trấu ............................................ 21 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ZEOLITE X TỪ TRO TRẤU .......................................................................... 23 3.2.1 Chuẩn bị dung dịch natri silicat từ tro trấu .......................................... 23 1
  6. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu nhôm ban đầu ................ 23 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ Na 2 O/SiO 2 ........................................... 28 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol SiO 2 /Al 2 O 3 ................................... 37 3.3 ĐẶC TRƯNG CỦA ZEOLITE X ............................................................. 41 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 44 4.1 KẾT LUẬN ................................................................................................ 44 4.2 KIẾN NGHỊ................................................................................................ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 45 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 47 2
  7. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Cấu trúc mô phỏng liên kết của tứ diện silica ........................................ 8 Hình 2. Một số đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU ...................................................... 9 Hình 3. Mô tả sự tạo thành các loại zeolite từ đơn vị cấu trúc sơ cấp .............. 10 Hình 4a. Cấu trúc không gian của bát diện cụt ................................................. 15 Hình 4b. Cấu trúc mạng tinh thể zeolite X ......................................................... 16 Hình 5. Kết quả XRD của tro trấu ..................................................................... 22 Hình 6 – 7. Ảnh SEM của tro trấu .................................................................... 22 Hình 8. Kết quả XRD của ZX01 ......................................................................... 24 Hình 9 – 10. Ảnh SEM của mẫu ZX01 ............................................................... 24 Hình 11. Kết quả đo XRD của mẫu ZX02 .......................................................... 25 Hình 12 – 13. Ảnh SEM của mẫu ZX02 ............................................................. 25 Hình 14. Kết quả đo XRD của mẫu ZX03 .......................................................... 26 Hình 15 – 16. Ảnh SEM của mẫu ZX03 ............................................................. 26 Hình 17. Phổ IR của zeolite NaX ....................................................................... 27 Hình 18. Phổ IR của mẫu ZX01 ......................................................................... 27 Hình 19. Kết quả đo XRD của mẫu ZX125 ........................................................ 29 Hình 20. Kết quả đo XRD của mẫu ZX130 ........................................................ 30 Hình 21. Kết quả đo XRD của mẫu ZX135 ........................................................ 31 Hình 22. Kết quả đo XRD của mẫu ZX140 ........................................................ 32 Hình 23.Độ rộng bán phổ của mẫu ZX125 ........................................................ 33 Hình 24.Độ rộng bán phổ của mẫu ZX130 ....................................................... 34 Hình 25.Độ rộng bán phổ của mẫu ZX135 ........................................................ 35 Hình 26.Độ rộng bán phổ của mẫu ZX140 ........................................................ 36 Hình 27. Kích thước hạt D của các mẫu từ ZX125 đến ZX140 ......................... 37 Hình 28. Kết quả đo XRD của ZX30 .................................................................. 38 Hình 29. Kết quả đo XRD của ZX40 .................................................................. 39 Hình 30. Kết quả đo XRD của ZX50 .................................................................. 39 Hình 31. Kích thước hạt D từ mẫu ZX30 đến ZX50........................................... 40 Hình 32. Giản đồ TGA – DTA của zeolite điều chế được .................................. 41 Hình 33. Ảnh SEM của sản phẩm ...................................................................... 42 Hình 34. Đường biểu diễn kết quả diện tích bề mặt của zeolite ....................... 43 3
  8. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.Thành phần hóa học của vỏ trấu .......................................................... 6 Bảng 3.1 Phần trăm khối lượng tro trong trấu .................................................. 21 Bảng 3.2. Nguồn nhôm ban đầu và tỷ lệ phối liệu ............................................. 23 4
  9. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh LỜI MỞ ĐẦU Năm 2014, Việt Nam là nước xuất khẩu gạo đứng thứ ba thế giới với sản lượng gạo xuất khẩu đạt khoảng 6,2 triệu tấn trên tổng sản lượng gạo là 29,7 triệu tấn. Như vậy, lượng vỏ trấu tách ra từ quá trình xay xát lúa là vô cùng lớn và khả năng gây ô nhiễm môi trường cao nếu không được sử dụng. Trong khi tro trấu lại chứa hàm lượng SiO 2 rất cao, đây là nguyên liệu được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp sản xuất xi măng, aerogel, zeolite, silicagel,… Zeolite là một trong các khoáng aluminosilicat quan trọng và phổ biến với hơn 56 loại trong tự nhiên, hơn 200 loại tổng hợp nhân tạo. Với những đặc tính quan trọng như hấp phụ kim loại nặng, làm chất xúc tác trong công nghiệp dầu mỏ, trao đổi ion, làm sạch nước,… Zeolite đang được quan tâm, nghiên cứu và cho đến ngày nay người ta đã có rất nhiều công trình tổng hợp thành công zeolite từ các nguồn khác nhau. Một trong những nguồn đó là tro trấu. Đối với Việt Nam, trấu được xem như một chất thải nông nghiệp, đang bị lãng phí trong việc đốt lấy năng lượng. Lượng tro tạo thành sau đó cũng được sử dụng hạn chế, phần còn lại thường đem bỏ gây ô nhiễm môi trường. Từ những thực tế trên, để sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ và có sẵn này, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu “TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZEOLITE X TỪ TRO TRẤU”. Việc nghiên cứu điều chế zeolite X từ tro trấu sẽ giúp giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường và có thể tăng thêm thu nhập cho người dân. Do đó, đây là một nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn và cấp thiết. 5
  10. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU Việt Nam là một trong những quốc gia sản xuất và xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Với sản lượng gạo đạt trên 29 triệu tấn thì sản lượng trấu thu gom được là một con số khổng lồ. Trấu có rất nhiều ứng dụng, một trong những ứng dụng phổ biến là sử dụng làm chất đốt hay trộn với đất sét để làm vật liệu xây dựng. Không những sử dụng làm chất đốt trong sinh hoạt hằng ngày mà còn được sử dụng như một nguồn nguyên liệu cung cấp nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ. Trấu là lớp ngoài cùng của hạt lúa, được tách ra trong quá trình xay xát. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% các chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro (theo Energy Efficiency Guide Industry in Asia). Các chất hữu cơ chủ yếu là xenlulozơ, lignin và Hemi – xenlulozơ (90%), ngoài ra còn có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ (Bảng 1.1). Lignin chiếm khoảng 25 – 30% và xenlulozơ chiếm khoảng 35 – 40% [1]. Bảng 1.1Thành phần hóa học của vỏ trấu [1] Thành SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K2O Na 2 O SO 3 MKN phần Hàm 90,21 0,68 0,74 1,41 0,59 2,38 0,25 3,12 lượng % Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic dioxit, đây là một thành phần nguyên liệu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Có hai phương pháp chính để tách chiết silic từ vỏ trấu là phương pháp nhiệt phân và phương pháp phân tách hóa học. Phương pháp nhiệt phân sử dụng nhiệt để đốt cháy vỏ trấu ở chế độ nhiệt thích hợp, sản phẩm thu được là tro trấu có hàm lượng SiO 2 trên 80%, ưu điểm của phương pháp này là thu được SiO 2 dưới dạng vô định hình, có hoạt tính hóa học cao, thời gian tiến hành ngắn, nhược điểm là phải thực hiện ở nhiệt độ cao. Phương pháp phân tách hóa học sử dụng NaOH để hòa tan lượng silic có trong vỏ trấu thành dạng silicat, ưu điểm là cách tiến hành đơn giản ở 6
  11. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh nhiệt độ thường, nhược điểm là phải dùng kiềm đặc, thời gian tiến hành dài, hiệu suất không cao bằng phương pháp nhiệt phân [4]. 1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN Vật liệu mao quản là vật liệu chứa một hệ thống lỗ xốp (pore) rất phát triển, các lỗ xốp này có thể ở dạng lồng (cage) hoặc các ống hình trụ, có kích thước từ vài đến vài chục nm. Theo IUPAC, vật liệu mao quản chia làm 3 loại: - Vật liệu vi mao quản (micropore): đường kính mao quản nhỏ hơn 2 µm. - Vật liệu mao quản trung bình (mesopore): đường kính mao quản từ 2 – 50 µm. - Vật liệu mao quản lớn (macropore): đường kính mao quản lớn hơn 50 µm. Một số khoáng nhôm silicat tự nhiên có cấu trúc trật tự với hệ thống vi mao quản phát triển đã được ứng dụng trong xúc tác và hấp phụ. Và cũng trong khoảng thời gian này, tổng hợp vật liệu vi mao quản đã thu hút được sự quan tâm, nghiên cứu của các nhà khoa học, trong đó có zeolite. Có rất nhiều zeolite được thương mại hóa và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa chất. 1.2.1 Khái niệm và lịch sử phát triển của zeolite Vật liệu zeolite được khám phá đầu tiên bởi nhà khoáng vật học người Thụy Điển Alex Fredrik Cronstedt vào năm 1756. Zeolite theo tiếng Hy Lạp nghĩa là “đá sôi”. Từ năm 1960, với việc ứng dụng zeolite làm xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí, zeolite được đánh giá mang lại nhiều biến đổi có tính cách mạng và bắt đầu nghiên cứu khoa học công nghệ có tính chất bùng nổ trên toàn thế giới, cả về xác định cấu trúc, đánh giá các tính chất đặc trưng, cũng như những khả năng ứng dụng vô cùng phong phú của zeolite. Trong tự nhiên có nhiều mỏ zeolite lớn với khoảng 56 loại và đã có rất nhiều công trình được công bố, các phát minh sáng kiến về tổng hợp zeolite. Hiện nay có hơn 200 loại zeolite tổng hợp. Zeolite là tên chung để chỉ một họ vật liệu khoáng vô cơ có cùng thành phần là aluminosilicate. Nó có cấu trúc mạng lưới anion cứng chắc với các lỗ xốp và các kênh/mao quản chạy khắp mạng lưới, giao nhau ở các khoang trống. Các khoang 7
  12. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh trống chứa các ion kim loại có thể trao đổi được (Na+, K+…) và có thể giữ, trao đổi thuận nghịch với các phân tử bên ngoài xâm nhập vào. Các khoang trống này có kích thước khoảng 0,2÷2 nm nên zeolite được xếp vào loại vật liệu vi mao quản [7]. Công thức hóa học chung của zeolite là M x/n [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y .zH 2 O hay M 2/n O.Al 2 O 3 .xSiO 2 .yH 2 O, trong đó M là kim loại có hóa trị n [7]. 1.2.2 Cấu trúc của zeolite Đơn vị cấu trúc sơ cấp của zeolite là các tứ diện silica [SiO 4 ]4- và tứ diện alumina [AlO 4 ]5- liên kết với nhau qua các đỉnh oxi chung. Khi tất cả các oxi trong tứ diện silica được dùng chung thì tứ diện silica sẽ trung hòa về điện. Sự thay thế Si bởi Al sẽ làm cho zeolite dư điện tích âm, nên cần phải có các cation dương để trung hòa về điện, thường là: Na+, K+, Ca2+, Mg2+,…nhờ đó mà zeolite có tính chất trao đổi ion [7, 11]. Hình 1. Cấu trúc mô phỏng liên kết của tứ diện silica [8] Các tứ diện có thể dùng chung số oxi khác nhau tạo nên các đơn vị cấu trúc thứ cấp (Secondary Building Unit, gọi tắt là SBU) khác nhau [7]. Điều đó làm cho zeolite trở nên đa dạng. Bằng cách mô hình hóa, biểu diễn nguyên tử trung tâm của các tứ diện bằng các nút mạng nằm ở đỉnh, các đường nối là các cầu nối oxi, các đơn vị thứ cấp được mô tả trong Hình 2. 8
  13. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh Hình 2. Một số đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU Các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU vòng 4 và vòng 6 lại liên kết với nhau tạo thành các đơn vị sodalite (còn gọi là β - cage) có cấu trúc bát diện cụt. Mỗi đơn vị gồm 24 tứ diện silica và alumina liên kết với nhau. Các đơn vị sodalite này kết nối với nhau theo những cách khác nhau để tạo thành các zeolite khác nhau (Hình 3). 9
  14. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh Hình 3. Mô tả sự tạo thành các loại zeolite từ đơn vị cấu trúc sơ cấp [4] 1.2.3 Phân loại zeolite Zeolite được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo nguồn gốc, đường kính mao quản, tỉ lệ Si/Al và chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản [12]. 1.2.3.1 Phân loại theo nguồn gốc Gồm 2 loại: - Zeolite tự nhiên. - Zeolite tổng hợp. Zeolite tự nhiên: là những aluminosilicat được tạo ra do tác động của địa chấn và môi trường. Chúng được hình thành tự nhiên từ những vỉa mạch trầm tích hoặc pecmatit trong những điều kiện khắc nghiệt hoặc từ dung nham của các núi lửa và các loại muối khoáng với pH khoảng 9 – 10, thời gian hình thành, phát triển tinh thể lên đến hàng nghìn năm. Tuy nhiên các zeolite này kém bền, độ tinh khiết không 10
  15. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh cao nên ít được thương mại hóa, chỉ được dùng hạn chế khi yêu cầu sử dụng không đòi hỏi sự tinh khiết cao. Zeolite tổng hợp có trên 200 loại, tiêu biểu như zeolite A, Faujasite (X, Y), họ ZSM-5, có độ tinh khiết cao, thành phần đồng nhất nên rất phù hợp trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp. 1.2.3.2 Phân loại theo thành phần hóa học - Zeolite có hàm lượng Si thấp (Si/Al = 1 – 1,5) như zeolite A, X,… - Zeolite có hàm lượng Si trung bình (Si/Al = 2 – 5) như zeolite Y, chabazite,… - Zeolite có hàm lượng Si cao (Si/Al >5) như zeolite ZSM-5,… 1.2.3.3 Phân loại theo đường kính mao quản Người ta chia zeolite làm 3 loại: Loại zeolite Đường kính mao quản Ví dụ (Ao) Mao quản rộng >7 X, Y Mao quản trung bình 5–6 ZSM-5 Mao quản nhỏ
  16. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh Thông thường trong zeolite tự nhiên hay hỗn hợp ban đầu đều có cation bù là Na+. Phản ứng trao đổi ion có thể mô tả như sau: + - n+ n+ - + nNa - Zeol + M  M -(Zeol ) n + nNa Mn+ là cation kim loại hóa trị n, Zeol- là một điểm mang điện tích âm trên khung zeolite. Những ion phổ biến đều dễ dàng trao đổi bằng zeolite. Tuy nhiên, zeolite có hệ thống lỗ trống với kích thước phân tử đồng đều và xác định nên sự trao đổi ion cũng có tính chọn lọc, gọi là hiệu ứng lưới. Hiệu ứng này chỉ cho các ion có kích thước bé hơn hay bằng kích thước của lỗ trống trao đổi qua zeolite [9]. 1.2.4.2 Tính chất hấp phụ Hấp phụ là quá trình làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ lên trên bề mặt của chất hấp phụ. Vì zeolite có bề mặt bên trong phát triển nên hiện tượng hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt trong, tức là phân tử hấp phụ phải đi qua được lỗ trống. Những phân tử có kích thước nhỏ hơn hay bằng kích thước các lỗ trống mới đi vào bề mặt trong được. Điều này chứng tỏ đặc tính hấp phụ chọn lọc của zeolite. Thông thường trên bề mặt zeolite đã hấp phụ nước và nước lấp đầy khoảng trống bên trong zeolite. Trước khi sử dụng zeolite để hấp phụ các phân tử khác cần tiến hành dehydrate hóa để loại các phân tử nước, thường là sử dụng nhiệt độ kết hợp với xử lý chân không. Lượng chất bị hấp phụ trên zeolite sẽ tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất, bản chất của chất bị hấp phụ và bản chất của loại zeolite [9]. 1.2.4.3 Tính chất xúc tác Tính chất xúc tác của zeolite được thực hiện trong các phản ứng theo cơ chế cacbocation như cracking, polyme hóa, đồng phân hóa, alkyl hóa,… Quá trình xúc tác này được thực hiện nhờ sự hình thành các tâm axit. Có hai loại tâm axit: tâm Bronsted và tâm Lewis. Các tâm này có thể hình thành theo 5 cách sau đây: + Phân hủy nhiệt zeolite đã trao đổi cation với NH 4 +. + Nung zeolite sẽ xảy ra quá trình dehydroxyl hóa cấu trúc, tạo một tâm Lewis từ 2 tâm Bronsted. + Xử lý zeolite trong môi trường axit (đối với zeolite bền và có tỷ lệ Si/Al cao). 12
  17. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh + Thủy phân cation đa hóa trị ở nhiệt độ cao. + Khử cation kim loại chuyển tiếp [2]. 1.2.5 Ứng dụng của zeolite 1.2.5.1 Ứng dụng trong công nghiệp - Ứng dụng zeolite trong sản xuất chất giặt rửa: Do có khả năng trao đổi ion nên chủ yếu zeolite được sử dụng làm chất tẩy rửa. Từ năm 1940, người ta sử dụng chất tẩy rửa là natri polyphotphat Na 5 P 3 O 10 để làm mềm nước cứng. Tuy nhiên, việc lạm dụng chất này làm ô nhiễm môi trường. Mặt khác, sử dụng nhiều photpho vào chất tẩy rửa sẽ tiêu tốn một lượng lớn nguồn chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Zeolite là một vật liệu có khả năng thay thế cho Na 5 P 3 O 10 . Zeolite có thể loại bỏ các cation trong nước cứng (Ca2+ và Mg2+) ra khỏi dung dịch và thay thế chúng bằng ion mềm Na+. Mặt khác, zeolite lại là nguồn dinh dưỡng và thân thiện với môi trường. Zeolite đại diện cho ứng dụng này là zeolite A [9]. - Ứng dụng zeolite làm chất xúc tác: Do có diện tích bề mặt lớn, độ hấp phụ cao, tính chất hấp phụ có thể thay đổi tùy môi trường, kích thước mao quản đa dạng và có độ chọn lọc cao, đồng thời chịu được các điều kiện công nghiệp khắc nghiệt, không độc, dễ tái sinh, không bị mài mòn và không làm mòn thiết bị phản ứng nên zeolite được coi là một vật liệu xúc tác tối ưu sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp hóa dầu. Cho đến nay, hầu như toàn bộ lượng xăng được sản xuất từ dầu mỏ đều phải sử dụng xúc tác zeolite qua quá trình cracking dầu mỏ. Zeolite đại diện cho ứng dụng này là zeolite Y và ZSM-5 [10]. -Ứng dụng zeolite làm khô các chất: Do có khả năng hấp phụ nước rất cao và hấp phụ chọn lọc nên zeolite được sử dụng hiệu quả cho quá trình làm khô etanol. Etanol có nồng độ cao trên 99,5% được sử dụng làm nhiên liệu sinh học cho các động cơ. Ngoài ra, zeolite còn được sử dụng để sấy khô các khí trong công nghiệp và chất hút ẩm trong bảo quản như bảo quản phim ảnh, tư liệu trong thư viện, bảo quản lương thực… Zeolite A và X được sử dụng phổ biến cho ứng dụng này [10]. 13
  18. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh 1.2.5.2 Ứng dụng trong nông nghiệp Thông thường, phân bón mất đi do bị rửa trôi và cây trồng chỉ hấp thu được một lượng nhỏ phân đã bón. Người ta vận dụng khả năng trao đổi ion của zeolite để giữ lại nitơ dưới dạng ion amoni và kali dưới dạng ion K+, các nguyên tố vi lượng trong phân bón. Nhờ vậy, phân bón không bị rửa trôi mà được cây trồng sử dụng một cách có hiệu quả làm tăng năng suất. Zeolite khi thêm vào đất còn góp phần giữ cho đất tơi xốp, thông khí, duy trì pH làm giảm lượng vôi bón cho đất chua. Zeolite được ứng dụng với màng lọc sinh học trong nuôi trồng các loại thủy hải sản, sự hấp thụ amoinac dưới dạng ion amoni NH 4 + đã làm hạn chế sự ngộ độc amoniac trong các ao hồ khép kín [9]. 1.2.5.3 Ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường Khử các chất phóng xạ như Ce và Sr trong công nghiệp nguyên tử: do độ bền zeolite cao nên chúng có những ưu thế nổi bật trong việc tách và tinh chế các chất phóng xạ. Xử lý các kim loại trong nước: dựa vào khả năng trao đổi ion, khả năng hấp phụ của zeolite tự nhiên và tổng hợp được sử dụng để xử lý các cation độc hại trong nước như: Pb2+, Cu2+, Zn2+,…[10]. 1.2.5.4 Ứng dụng trong y dược Làm giàu oxi từ không khí: zeolite có thể hấp phụ nitơ mạnh hơn oxi, mặt khác nó còn có khả năng hấp phụ một số tạp chất và lượng ẩm ra khỏi không khí, vì vậy dòng khí sau khi đi qua zeolite sẽ là dòng khí giàu oxi tốt cho sức khỏe. Zeolite còn được sử dụng để kháng khuẩn, kích thích sự hình thành xương, chữa trị tiểu đường, chữa tiêu chảy, làm giảm acid trong hệ tiêu hóa và làm các chất mang dược phẩm [9]. 14
  19. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh 1.3 GIỚI THIỆU VỀ ZEOLITE X 1.3.1 Cấu trúc của zeolite X Zeolite X thuộc học vật liệu faujasite, có cùng kiểu cấu trúc tinh thể với mã cấu trúc quốc tế là FAU. Zeolite X được Breck (hãng Carbide) tìm ra lần đầu tiên vào năm 1964. Công thức tế bào đơn vị (dạng natri): Na 86 [(AlO 2 ) 86 (SiO 2 ) 106 ].260H 2 O. - SBU: vòng 4, vòng 6, vòng kép 6 – 6. - Hệ thống mao quản: 3 chiều, cửa sổ vòng 12 oxi, đường kính mao quản là 7,4 Ao Đơn vị cấu trúc cơ bản của faujasite là sodalite có dạng bát diện cụt gồm 8 mặt 6 cạnh và 6 mặt 4 cạnh do 24 tứ diện TO 4 ghép lại. Mỗi nút mạng của zeolite X đều là các bát diện cụt và mỗi bát diện cụt liên kết với 4 bát diện cụt khác ở mặt 6 cạnh thông qua liên kết cầu oxy. Số mặt 6 cạnh của bát diện cụt là 8 nên tồn tại 4 mặt 6 cạnh còn trống của mỗi bát diện trong zeolite. Theo kiểu cấu trúc này, một ô mạng cơ sở chứa 8 bát diện cụt. Do đó, trong một ô mạng cơ sở, tổng số tứ diện TO 4 bằng 192 và chứa 384 nguyên tử oxy [16]. Hình4a. Cấu trúc không gian của bát diện cụt [3] 15
  20. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS.Phan Thị Hoàng Oanh b. Cấu trúc mạng tinh thế zeolite X [11] 1.3.2 Tổng hợp zeolite X Trên thế giới đã có nhiều công trình tổng hợp thành công zeolite X từ các nguồn khác nhau. Ajay K Dalai, Narayan C Pradhan, Musti S RaO & K V G K Gokhale đã tổng hợp thành công zeolite X từ nguồn nguyên liệu silic từ tro trấu với tỷ lệ mol SiO 2 /Na 2 O : SiO 2 /Al 2 O 3 : H 2 O/Na 2 O là 1,3: 4: 40 bằng phương pháp thủy nhiệt ở 95oC trong 6 giờ [13]. Zeolite cũng đang nhận được sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu ở Việt Nam. Nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp zeolite X được công bố như PGS.TS Tạ Ngọc Đôn đã có nhiều nghiên cứu tổng hợp về zeolite từ nguồn cao lanh hay PGS.TS Đặng Tuyết Phương cùng các cộng sự đã nghiên cứu thành công về zeolite 3A, 4A, ZSM – 5,… 16
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2069 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
9=>0