Download miễn phí Đồ án Nghiên cứu phương pháp tổng hợp xúc tác Co/ZSM-5 ứng dụng cho phản ứng oxy hóa Phenol trong pha lỏng



 Nguyên tắc cơ bản của kính hiển vi điện tử quét là dùng chùm điện tử để tạo ảnh cho mẫu nghiên cứu, ảnh đó khi đến màn huỳnh quang có thể đạt độ phóng đại yêu cầu. Chùm điện tử được tạo ra từ catot (sóng điện tử) qua hai tụ quang sẽ được hội tụ trên mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử được quét đều lên mẫu, trên bề mặt mẫu sẽ phát ra những điện tử phát xạ thứ cấp. Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và được biến đổi sẽ trở thành một tín hiệu ánh sáng, chúng được khuếch đại và đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn ảnh. Độ sáng tối trên màn ảnh tùy thuộc vào lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu và phụ thuộc tình trạng bề mặt mẫu nghiên cứu. Đặc biệt do có khả năng hội tụ chùm tia trên chùm điện tử có thể đi sâu vào bên trong mẫu cho phép nghiên cứu cả phần bên trong của vật chất. Nhờ có khả năng phóng đại và tạo ảnh mẫu rõ nét, hiển vi điện tử quét thường được sử dụng để nghiên cứu kích thước và hình dạng tinh thể vật chất.
Các mẫu ZSM-5 tổng hợp được tiến hành chụp ảnh SEM trên máy JSM-5410LV, Jeol của Nhật tại Khoa Vật lý, Trường đại học Khoa học tự nhiên.
 


http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-do_an_nghien_cuu_phuong_phap_tong_hop_xuc_tac_cozsm_5_ung_du_LU99qNcMXT.png /tai-lieu/do-an-nghien-cuu-phuong-phap-tong-hop-xuc-tac-cozsm-5-ung-dung-cho-phan-ung-oxy-hoa-phenol-trong-pha-long-87663/


Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

của templat làm ổn định mạng lưới tinh thể nhờ có các tương tác mới ( các tương tác hydro, tương tác tĩnh điện...) và hơn nữa còn kiểm soát được sự hình thành đặc thù của zeolit thông qua hình thái của chúng.
Tất cả các templat sử dụng đều thỏa mãn các yêu cầu sau [4]:
Có khả năng hòa tan tốt trong dung dịch.
Bền dưới các điều kiện tổng hợp.
Có khả năng làm bền khung tinh thể.
Tách được ra khỏi zeolit mà không phá hủy mạng tinh thể.
* Chất tạo cấu trúc TPA-Br.
C3H7
H7C3
N
C3H7
C3H7
C3H7
Br
+
-
TPA-Br (tetra propylamoni bromua) thuộc loại chất tạo cấu trúc phân tử tích điện (cation). Có công thức cấu tạo:
Trong tổng hợp zeolit TPA-Br nó có hai chức năng [4]:
Đóng vai trò như các bazơ mạnh và làm tăng ion OH- trong hệ, do đó làm tăng pH, tăng khả năng hòa tan của silic và độ quá bão hòa của hệ.
Có khả năng sắp xếp các phân tử nước và có thể cả silic, hình thành nên các “mạng lưới nước” và “mạng lưới silic”.
Kết quả của việc đưa TPA-Br vào là luôn nhận zeolit có hàm lượng silic cao, đôi khi nhận zeolit có cấu trúc hoàn toàn mới do kết quả tác động định hướng cấu trúc của bazơ hữu cơ này.
II.3. Các phương pháp tổng hợp Me/ZSM-5
Me là ion kim loại được liên kết với mạng lưới bằng lực liên kết tĩnh điện. Về cơ bản, Me/ZSM-5 có tỷ lệ Si/Al cao, có cấu trúc MFI, có đường kính mao quản trung bình, có bề mặt riêng khá lớn, mạng lưới tinh thể được tạo thành từ chuỗi 8 vòng 5 cạnh, gần giống với ZSM-5 nhưng chỉ khác là mang ion kim loại lên chất mang là ZSM-5 dưới dạng ion bù trừ điện tích khung [4].
Việc tổng hợp Me/ZSM-5 liên quan trực tiếp đến tính chất trao đổi ion, độ xốp và diện tích bề mặt riêng lớn của ZSM-5 ban đầu. Có rất nhiều phương pháp tổng hợp Me/ZSM-5 khác nhau. Phụ thuộc vào nhu cầu tổng hợp, vào bản chất muối kim loại, người ta có thể tiến hành theo phương pháp trao đổi ion trạng thái lỏng, trao đổi ion trạng thái rắn, phương pháp tẩm ướt, tẩm chân không, phương pháp đồng kết tủa, hay phương pháp trao đổi ion kết hợp với ngâm tẩm. [8, 9].
- Phương pháp trao đổi ion ở trạng thái lỏng (LSIE: Liquid State Ion Exchange):
Việc bổ sung kim loại lên zeolit bằng phương pháp LSIE được tiến hành bằng cách cho dạng NH4+ zeolit trao đổi với dung dịch muối chứa kim loại cần mang lên nền zeolit. Xúc tác sau đó được lọc rửa với nước khử ion và sấy khô trong không khí. Toàn bộ thí nghiệm được lặp lại nhiều lần.
- Phương pháp tẩm ướt (IW: Incipient Wetness):
ZSM-5 dạng NH4+ được gia nhiệt trong dòng He và được giữ ở 500oC một thời gian để phân hủy loại NH3 ra khỏi zeolit biến nó trở thành dạng axit. Dung dịch muối kim loại được hòa tan vào một lượng nước mà 1 gam zeolit có thể hấp thụ được. Đem nhỏ từng giọt dung dịch này vào zeolit tạo hỗn hợp nhão, trộn kỹ, rồi sau đó sấy khô trong không khí thu được sản phẩm Me/ZSM-5.
- Phương pháp trao đổi ion ở trạng thái rắn (SSIE: Solit State Ione exchange):
Phương pháp này được thực hiện bằng cách nghiền kỹ một lượng NH4+/ZSM-5 với một lượng xác định muối kim loại. Hỗn hợp được gia nhiệt tới 500oC trong dòng He và giữ nguyên ở nhiệt độ này trong một thời gian, trong suốt quá trình nâng nhiệt mẫu được giữ nguyên ở gần điểm chảy và điểm sôi của muối kim loại trong vài giờ. Sau đó xúc tác được rửa với nước khử ion và đem sấy khô trong không khí.
- Phương pháp trao đổi ion kết hợp với ngâm tẩm (Ion Exchange + Impregnation):
Phương pháp này được thực hiện bằng cách: hòa tan muối của ion cần trao đổi trong nước cất đã phân tán ZSM-5. Khuấy trộn hỗn hợp huyền phù thu được ở 30 đến 40OC một thời gian. Sau quá trình trao đổi, tăng nhiệt độ hỗn hợp lên 50 đến 60oC để loại bỏ hoàn toàn nước. Cuối cùng phần cặn thu được đem sấy khô, sau đó đem nung vài giờ ở 520OC.
Trong bản đồ án này, em tiến hành nghiên cứu so sánh hai phương pháp chuẩn bị mẫu Co/ZSM-5 là trao đổi ion trạng thái lỏng (LSIE) và trao đổi ion kết hợp ngâm tẩm (IE + IM) và ảnh hưởng của chúng đến hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxy hóa phenol trong pha lỏng.
Chương III
Quá trình oxy hóa phenol
III.1. Sự ô nhiễm môi trường do phenol
Phenol và các dẫn xuất của phenol chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp hóa học. Nó được ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp như: làm dung môi, làm nguyên liệu quan trọng để sản xuất các hợp chất hữu cơ, chất màu dược phẩm, chất dẻo, chất chống oxy hóa, trong kỹ thuật nhuộm,
Phenol được tạo ra chủ yếu từ nguồn nhựa than đá, do đó nó luôn có mặt trong khí thải, nước thải của các lò luyện cốc, luyên kim, từ các quá trình chế biến, sản xuất các hợp chất hữu cơ, sản xuất hóa chất, sản xuất phenol, các nhà máy lọc hóa dầu, hóa dược, sản xuất nhựa
Sau đây là các thông số về thành phần của phenol từ các nguồn nước thải công nghiệp khác nhau [11].
- Nồng độ phenol trong nước thải nhà máy chế biến than từ 0,5 đến 3,5g/l.
Nồng độ phenol từ nhà máy luyện than cốc từ 6,5 đến 8,5g/l.
Nước thải từ quy trình cacbon hóa than non chứa tới 30g phenol/l.
Nước thải từ nhà máy than gỗ có hàm lượng phenol khoảng 6g/l.
Nước thải từ ngành công nghiệp sản xuất khoáng phi kim loại chứa phenol với nồng độ từ 4 đến 8 g/l.
Do phenol có độc tính cao, nên sự có mặt của phenol trong nước có ảnh hưởng lớn tới môi trường sống dưới nước, gây độc tính cho nguồn nước tự nhiên, làm hạn chế sự phân hủy sinh học. Với một lượng phenol cực kì nhỏ cũng đã gây nguy hiểm đến sự sinh tồn của môi trường sống dưới nước và con người xung quanh.
Việc xử lí nước chứa hàm lượng phenol > 200 mg/l bằng kĩ thuật sinh học là rất khó. Quá trình xử lí ô nhiễm bằng sinh học chỉ có thể thực hiện hiệu quả khi nồng độ cực đại của phenol trong nước chỉ khoảng 50 đến 70 mg/l [12].
Nhưng trên thực tế hầu hết các nguồn nước thải đều chứa lượng phenol cao hơn nhiều so với các giới hạn nói trên. Do đó người ta tiến hành xử lí phenol bằng cách oxy hóa hóa học, từ các giá trị COD cao 2000 đến 3000 mg/l đến mức thấp đủ để xử lí sinh học bằng hấp phụ.
Sau đây là tóm tắt về một số phương pháp oxy hóa phenol trong dung dịch nước hiện đang được sử dụng.
III.2. Oxy hóa phenol trong dung dịch nước
Những năm gần đây, hầu hết các nghiên cứu oxy hóa phenol trong những dung dịch nước đều tập trung vào hướng oxy hóa phenol bằng không khí (Wet Air Oxydation, WAO) ở nhiệt độ cao và áp suất cao, có và không có mặt của xúc tác. Còn các nghiên cứu với các tác nhân oxy hóa khác như: ozon (O3) và peroxyt hydro (H2O2) còn rất ít. Các quá trình này chủ yếu được sử dụng để tổng hợp hydroquinon.
a. Oxy hóa phenol trong dung dịch nước bằng không khí (WAO)
Oxy hóa phenol trong dung dịch nước bằng không khí đã được nghiên cứu từ rất lâu, với các điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác khác nhau[12].
Vào năm 1969 Hamilton và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu với xúc tác là MnO2. Tuy nhiên, mức độ oxy hóa rất thấp và sự oxy hóa cặp đôi là chủ yếu. Năm 1967, Borkwski và năm 1973 Walsh, Katzer đã nghiên cứu phản ứng oxy hóa xúc tác phenol ở pha hơi.
Sản phẩm được hình thành trong quá trình oxy hóa phenol và các dẫn xuất phenol là các dạng polime (tar), pyrocatechol, hydroquinon và các axit cacboxylic. Sự hình thành tar xảy ra thuận lợi ở nhiệt độ oxy hóa thấp và nồng độ phenol cao.
Imamura và cộng sự (1982) đã nghiên cứu một số xúc tác để cải tiến quá trình oxy hóa phenol trong pha lỏng. Kết quả cho thấy hỗn hợp oxyt Mn/Ce thể hiện hoạt tính cao hơn xúc tác đồng thể chứa muối đồng.
Đến năm 1988 Imamura đã nghiên cứu hoạt tính xúc tác của các kim loại quí (Pt, Ru, Rh, Ir, Pd) trong quá trình WAO phenol và các chất ô nhiễm khác, và đã kết luận hoạt tính của Ru, Pt, và Rh cao hơn xúc tác Cu đồng thể, Ru có hoạt tính cao nhất trong ba kim loại trên và do đó, được chọn làm chất phụ trợ xúc tác cho hệ xúc tác oxyt Mn/Ce.
b. Oxy hóa phenol trong dung dịch nước bằng H2O2
Về nguyên tắc chung, phản ứng oxy hóa phenol trong nước xảy ra theo sơ đồ phản ứng (hình 11). Đó là sơ đồ oxy hóa tổng quát chỉ ra các hướng phản ứng và các sản phẩm (trung gian và cuối cùng). Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng (tác nhân oxy hóa O2, H2O, nhiệt độ, áp suất, xúc tác đồng thể, dị thể) mà phản ứng xảy ra đến mức độ nào và tạo ra các sản phẩm cuối cùng nào.
Một trong những quá trình oxy hóa phenol bởi H2O2 nổi bật nhất từ năm 1983 đến nay là phản ứng oxy hóa xúc tác phenol trên xúc tác TS -1 (Titan silicatlit). TS - 1 là tên của zeolit có dạng Ti-ZSM-5. Phản ứng oxy hóa phenol bởi H2O2 trên xúc tác TS -1 xảy ra như hình 10 [13].
Như vậy, TS-1 là một xúc tác oxy hóa trung bình, phục vụ sản xuất catechol và hydroquinon.
Phenol
catechol
hydroquinon
p-benzoquinon
tar
tar
o-benzoquinon
Hình10. Phản ứng oxy hóa phenol trên xúc tác TS-1
Với ý tưởng tìm kiếm xúc tác có lực oxy hóa mạnh hơn để chuyển hóa phenol thành CO2 và H2O, các nhà khoa học đã và tập trung nghiên cứu các hệ xúc tác Co/ZSM-5, Al-Cu/khoáng sét, Cu/ZSM-5, FeZSM-5.
Phenol
Hydroquinon Catechol
p-benzoquinon o-benzoquinon
axit 2,5-dioxo-3-hexenedoic axit muconic
- CO2 axit acrylic
axit oxalic axit malonic
axit focmic axit axetic
+ +
Hì...

---