Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc vật liệu nano - zeolit nax có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu

Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc vật liệu nano - zeolit nax có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc vật liệu Nano - Zeolit NaX

có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu

NCS.ThS Lê Văn Dương

Hà Nội 06/2016

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

NỘI DUNG

Phần 1: Tổng quan

1

Phần 2: Lý do chọn, mục tiêu đề tài

2

Phần 3: Thực nghiệm

3

Phần 4: Kết quả và thảo luận

4

Phần 5: Kết luận

5

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU

 Nanozeolit thực chất là các zeolit thông thường với kích thước hạt nhỏ cỡ nanomet Nên chúng có đầy đủ tính chất của một zeolit thông thường và còn có những tính chất nổi trội hơn do kích thước hạt nhỏ

cỡ nanomet

 Việc tổng hợp và ứng dụng nanozeolit đã tạo nên bước ngoặt lớn trong công nghiệp lọc hoá dầu và các ngành liên quan như nông nghiệp, y tế

Mao quản trung bình thứ cấp

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VỎ TRẤU

Việt Nam là nước nông nghiệp có sản lượng lúa gạo hàng năm rất lớn 43 triệu tấn/ năm (số liệu năm 2013), Sản lượng trấu khoảng 8.5 triệu tấn/năm trong đó mới sử dụng được khoảng 4.5 triệu tấn còn lại thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng

Một số ứng dụng của vỏ trấu:

Hình 3: Gỗ trấu

Hình 1: Vỏ trấu

Hình 4: củi trấu Hình 2: Tro trấu

LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI

Nguyên Liệu

Vỏ Trấu là phụ phẩm

của ngành nông nghiệp

Là nguyên liệu rẻ tiền

chứa tro trấu có tỷ lệ

nên rất có tiềm năng để

tổng hợp zeolit và

nanozeolit

Vật Liệu

Là vật liệu có đồng thời

cả vi mao quản và mao quan trung bình nên có được các ưu điểm của

cả 2 họ vật liệu: tính axit mạnh, độ bền nhiệt

và thủy nhiệt cao, mao quản rộng với độ trật tự cao và bề mặt lớn

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano – zeolit NaX có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

thời cả vi mao quản và mao quản trung bình từ nguyên liệu vỏ trấu rẻ tiền, sẵn có ở Việt Nam.

liệu nano – meso – zeolit X như hàm lượng silic, hàm lượng kiềm và hàm lượng nước

THỰC NGHIỆM

Vỏ trấu thô

Vỏ trấu sơ chế

Tro trấu Tro trấu sạch

NaOH, H2O

Dung dịch 1 Dung dịch 2 NH4AlO2, NaCl,

NaOH, H2O

Gel phản ứng Gel đã già hóa

Gel đã tinh thể hóa

Nano-Meso-zeolit

NaX

Lọc, rửa Xử lý bằng

H2SO4 Trong 6 giờ

Làm già ở nhiệt độ phòng

Kết tinh thủy nhiệt Lọc, rửa, sấy, nghiền, nung

Vỏ trấu sạch

Lọc, rửa

Nung 700 o C, 4 giờ

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả tổng hợp vật liệu nano – meso – zeolit X

File: Don-2013-Nguyên liệu và Meso-X- Ảnh hưởng của thời gian kết tinh – Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 44.990 ° - Step:

0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/04/13 10:12:22

2-Theta - Scale

Li (C

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Nguyên liệu và meso X tổng hợp

X

Q

Q+X

(a)

(b)

(c) X

Giản đồ XRD của các mẫu tro trấu (a), meso-zeolit X (b) và

micro-zeolit X (Pháp) (c)

mẫu tổng hợp được có độ tinh thể cao

mẫu chuẩn Có độ rộng chân pic lớn → chứng tỏ kích thước hạt nhỏ

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ảnh SEM của mẫu tro trấu (a) Ảnh SEM và TEM tương ứng của nano-meso-zeolit X (b) và (d), của micro-zeolit X (Pháp) (c) và (e)

chuyển biến từ cấu trúc vô định

hình của tro trấu thành cấu trúc

tinh thể của zeolit X

phương, kích thước đồng đều,

độ tinh thể cao, giống với mẫu

chuẩn

thước theo XRD)

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Phổ IR của các mẫu meso-zeolit X (a) và micro-zeolit X (Pháp) (b)

989

752 672

565

462 993

755 675

566 464

(a)

(b)

1300 1200 1000 800 600 400 cm1

1056

TT Ký hiệu mẫu

CEC, meq/100 g

Độ hấp phụ, % trọng lượng

Kích thước hạt tinh thể,

nm Nước Toluen XRD TEM SEM

1 Nano-Meso-zeolit

X tổng hợp 320 29,1 27,8 50 50 70

2 Micro-zeolit X

(Pháp) 310 25,0 24,6 328 350 1.000

đặc trưng cho dao động

của vòng kép 6 cạnh trong zeolit X → mẫu tổng hợp

có độ tinh thể cao

xốp lớn hơn và xuất hiện nhiều tâm kim loại trao đổi hơn so với mẫu chuẩn

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Giản đồ hấp phụ - giải hấp phụ N2

cao ứng với một lượng nhỏ mao quản

thứ cấp ở vùng 17-18nm nằm trong

vùng mao quản trung bình Còn hệ

thống mao quản chính vẫn là vùng

micro như mẫu chuẩn

tạo thành công vật liệu nano meso zeolit X chất lượng tốt, có chứa hệ thống

vi mao quản và mao quản trung bình từ nguyên liệu đầu rẻ tiền là vỏ trấu

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Ảnh SEM và TEM của các mẫu nghiên cứu

ảnh hưởng của hàm lượng silic: MX-2S (a) và

(e), MX-3S (b) và (f), MX-4S (c) và (g), MX-5S

(d) và (h)

X

Q+X

Q+X

(a): SiO2/Al2O3 = 2 X

X

Q

Q+X

Hy

File: Don-2013-Meso-X-từ vỏ trấu- Ảnh hưởng của hàm lượng silic – Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 44.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/04/13 11:15:14

2-Theta - Scale

Li (C

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng silic

Giản đồ XRD của các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng silic:

MX-2S (a), MX-3S (b), MX-4S (c) và MX-5S (d)

(b): SiO2/Al2O3 = 3

(d): SiO2/Al2O3 = 5 (c): SiO2/Al2O3 = 4

Ảnh hưởng của hàm lượng silic

Ảnh hưởng của hàm lượng kiềm

Giản đồ XRD của các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng kiềm:

MX-4.5N (a), MX-5.0N (b), MX-5.5N (c) và MX-6.0N (d)

Q+X

(a): Na2O/Al2O3 = 4,5 X

X

P1

X

Q+X Q+X

X

Q+X P1

2-Theta - Scale

L (C

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng kiềm

Ảnh SEM và TEM tương ứng của các mẫu

nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng kiềm:

4.5N (a) và( e), 5.0N (b) và( f),

MX-5.5N (c) và( g), MX-6.0N (d) và (h)

(a): Na2O/Al2O3 = 5,0

(a): Na2O/Al2O3 = 6,0 (a): Na2O/Al2O3 = 5,5

Ảnh hưởng của hàm lượng nước

X

Q+X

Q+X

(a): H2O/Al2O3 = 110 X

X

X

Q+X Q+X

2-Theta - Scale

L (C

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng nước

Giản đồ XRD của các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước: MX-110H (a), MX-130H (b), MX-150H (c) và MX-170H (d)

Ảnh SEM và TEM tương ứng của các mẫu

nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước:

110H (a) và (e), 130H (b) và (f),

MX-150H (c) và (g), MX-170H (d) và (h).

= 150 ứng với mẫu MX-150H

(d): H2O/Al2O3 = 170 (c): H2O/Al2O3 = 150 (b): H2O/Al2O3 = 130

1. Đã tổng hợp thành công vật liệu Nano-meso-zeolit NaX tốt từ nguồn nguyên liệu ban đầu là vỏ trấu ở Việt Nam bằng phương pháp kết tinh thủy nhiệt với các điều kiện thích hợp Vật liệu tạo thành có độ tinh thể tốt, dung lượng trao đổi ion cao 320 meq/100g, độ hấp phụ cao với nước là 29,1%, toluen là 27,8%, tinh thể tạo thành có kích thước khoảng 45nm theo XRD và

quản (7,4Å) và mao quản trung bình (18 Å)

– Meso – Zeolit NaX như: hàm lượng silic, hàm lượng kiềm và hàm lượng nước Và đã tìm ra được điều kiện thích hợp là:

KẾT LUẬN

- Khi tăng hàm lượng kiềm, pic của zeolit X tăng dần và đạt cực trị tại mẫu MX-5.0N, đồng thời xuất hiện pic của zeolit P1 Mẫu MX-5.0N ứng với tỷ lệ

kết quả XRD, TEM và SEM đều tốt nhất Chứng tỏ mẫu này được kết tinh với các tinh thể đồng đều của Zeolit X

- Khi tăng hàm lượng nước thì làm tăng độ tinh thể do làm tăng quá trình chuyển hóa pha vô định hình sang pha tinh thể zeolit đồng thời tinh thể có xu

độ hấp phụ cao nhất, kích thước hạt đồng đều và có độ tinh thể cao nhất, nên mẫu này được xem như là tốt nhất trong 4 mẫu đã nghiên cứu

3 Đã áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại vào phân tích mẫu như

cậy

KẾT LUẬN

CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE!