Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
1
Mục lục
Trang
Mục lục 1
Lời cảm ơn 3
Mở đầu 4
Giải thích các ký hiệu viết tắt được sử dụng 5
Chương 1: Tổng quan lý thuyết 6
I.
GAMMA OXIT NHÔM
1.Nhôm ôxít 6
1.1 Giới thiệu về nhôm ôxít 6
1.2 Phân loại nhôm ôxít 7
1.3 Nhóm gamma nhôm ôxít 9
1.4 Nhóm delta nhôm ôxít 11
1.5 Giới thiệu về
29
II.2.1. Zeolit X 29
II.2.2. Zeolit P
1
32
Chương 2: Thực nghiệm 33
1. Điều chế nhôm ôxít hoạt tính 33
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
2
1.1. Hóa chất thí nghiệm 33
1.2. Dụng cụ thí nghiệm 33
1.3. Quy trình thực nghiệm điều chế nhôm ôxít 33
2. Trộn hôn hợp γ-Al
2
O
Ảnh hưởng của lưu lượng dòng tới khả năng hấp phụ của
hỗn hợp
γ-Al
2
O
3
-zeolit X.P1 48
5.
So sánh khả năng hấp phụ
γ-Al
2
O
3
với
hỗn hợp
γ-Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
51
6. Kết quả phổ phân tích hồng ngoại FTIR 52
Kết luận 55
Tài liệu tham khảo 56
Em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Thanh Huyền đã hướng dẫn rất tận tình và đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để em có thể hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa
Hà Nội, các thầy cô giáo và cán bộ thuộc phòng thí nghiệm Công nghệ hữu cơ – hóa dầu
đã chỉ bảo, giúp
đỡ em trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp này đúng thời gian quy
định.
Hà Nội, ngày 22 tháng 6 năm 2009
SVTH: Nguyễn Tiến Huy
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
2
O
3
-zeolit X.P
1
là chất
rất có triển vọng để ứng dụng trong ngành công nghiệp hấp phụ và xử lý khí thải, do nó
có diện tích bề mặt riêng lớn và kích thước mao quản phân bố hẹp, dễ điều chỉnh kích
thước mao quản. Vì vậy, việc nghiên cứu khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng tới
khả năng hấp
phụ của hỗn hợp γ-Al
2
O
3
-zeolit
X.P
1
là rất cần thiết, kết quả nghiên cứu
sẽ là cơ sở quan trọng cho việc lựa chọn các điều kiện tối
ưu cho quá trình hấp phụ của
hỗn hợp
γ-Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
.
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
6
Chương 1. Tổng quan lý thuyết
I.GAMMA OXIT NHÔM
1. Nhôm ôxít
1.1. Giới thiệu về nhôm ôxít
Nhôm ôxít là một hợp chất lưỡng tính có công thức Al
2
O
3
. Nhôm ôxít thường có mặt
trong các khoáng vật côrunđum, saphia, ruby hoặc alôxít, oxít nhôm, xêramíc và các
loại vật liệu khác.
Hình 1. Cấu trúc tinh thể nhôm ôxít
Dạng cấu trúc tinh thể phổ biến nhất của nhôm ôxít trong tự nhiên là α-nhôm ôxít
(trong hợp chất côrunđum), các dạng khác của nhôm ôxít như η, χ, γ, δ và θ nhôm
ôxít. Mỗi dạng nhôm ôxít có một kiểu cấu trúc tinh thể và đặc tính riêng.
Tỷ trọng 4000 kg m
-3
Nhiệt độ nóng chảy 2072
0
C
Nhiệt độ sôi 2980
0
C
Khả năng hòa tan Không tan trong nước
Chiết suất n
ω
=1,768 – 1,772 n
ε
=1,760 – 1,763, Birefringence
0,008
Cấu trúc
Cấu trúc hình học Bát diện
Nhiệt hóa học
Enthanpy tạo thành Δ
f
H
o
298
−1675,7 kJ.mol
−1
Entropy S
o
298
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
8
Hình 2. Giản đồ thể hiện sự hình thành các dạng nhôm ôxít ở các nhiệt độ khác nhau Hình 3. Nhiệt độ chuyển pha của các dạng hợp chất hydrôxít thành Bemít
[3]Trong đó:
•
Bayerite (CAS RN: 20257-20-9, alpha-aluminium trihydroxide, alpha-Al(OH)
3
hoặc alpha- Al
2
O
3
.3H2O)
Eta Alpha Theta
Diaspore Alpha
Gibbsite Chi Alpha Kappa
Boehmite
Bayerite
Alpha Theta
Delta
Gamma
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
)
•
Diaspore (CAS RN:14457-84-2, alpha-AlO(OH) hoặc alpha-Al
2
O
3
.H
2
O)
•
Gibbsite (CAS RN: 14762-49-3, gamma-aluminium, gamma-Al(OH)
3
hoặc
gamma-Al
2
O
3
.3H
2
O)
•
Nordstrandite (CAS RN: 13840-05-6, beta-aluminium trihydroxide, beta-Al(OH)
3
hoặc beta-Al
2
O
3
.3H
2
3
; θ- Al
2
O
3
và α-
Al
2
O
3
.
1.3. Nhóm gamma nhôm ôxít
[4]
1.3.1. χ- Al
2
O
3
Tạo thành trong quá trình nung gibbsite trong không khí hoặc nitơ ở nhiệt độ
230 – 300
0
C. χ- Al
2
O
3
kết tinh trong hệ lục diện, ô mạng cơ sở là giả lập phương.
Nguyên tử nhôm nằm trong bát diện được bó chặt bằng các nguyên tử oxy.
Khối lượng riêng của χ- Al
2
η- Al
2
O
3
được tạo thành khi nung Bayerite ở nhiệt độ lớn hơn 230
0
C. Cấu
trúc của η-Al
2
O
3
gần giống như cấu trúc của γ-Al
2
O
3
và được ổn định bằng một số
ít nước tinh thể. Tuy nhiên lượng nước dư trong η- Al
2
O
3
bé hơn trong γ- Al
2
O
3
.
Khi nung lượng nước dư trong η-Al
2
O
3
tồn tại đến 900
3
phần lớn Al
3+
ở
khối bát diện. η-Al
2
O
3
khác với γ-Al
2
O
3
ở mức độ cấu trúc trật tự hơn và cấu trúc
oxy bó chặt hơn.
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
10
• Khối lượng riêng của
3
Dạng γ-Al
2
O
3
không tìm thấy trong tự nhiên mà nó được tạo thành khi nung
Gibbsit, Nordstrandit và Bemit ở nhiệt độ khoảng 450 – 600
0
C, hay trong quá
trình phân huỷ muối nhôm từ 900 – 950
0
C.
Trên bề mặt của γ- Al
2
O
3
tồn tại hai loại tâm axit: tâm axit Lewis và tâm
axit Bronsted. Tâm axit Lewis có khả năng tiếp nhận điện tử từ phân tử chất hấp
phụ, còn tâm axit Bronsted có khả năng nhường proton cho phân tử chất hấp
phụ.
[4]
Tính axit của γ- Al
2
O
3
liên quan tới sự có mặt của các lỗ trống trên bề mặt
của nó với số phối trí khác nhau. Tính bazơ do ion nhôm trong lỗ trống mang điện
tích dương không được bão hoà quyết định.
Tinh thể γ-Al
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
11
b. Lớp nhôm bát và tứ diện
Ô mạng cơ sở của γ- Al
2
O
3
gồm 32 ion oxy và 21
1
/
3
ion nhôm (trong spinel bình
thường có 24 ion kim loại) tức là gồm 8 phân tử Al
2
O
3
, 8 ion Al
3+
(30%) được
0
C.
κ- Al
2
O
3
kết tinh trong hệ tinh thể lục phương. Ion Al
3+
phân bố trong khối bát và
tứ diện của cấu trúc bó chặt. ¼ các ion nhôm chiếm các vị trí kẽ hở của khối tứ
diện, ¾ chiếm vị trí ở khối bát diện. Các ion nhôm tứ diện được sắp xếp theo
đường zig zag dọc theo cấu trúc tinh thể (hình 1 bên trái). Ngoài ra còn có những
đường thẳng kẽ hở dọc theo cấu trúc (hình 5 bên phải).
Hình 5. Giản đồ cấu trúc tinh thể hai lớp đầu tiên của
κ
- Al
2
O
3
Màu đen là các ion nhôm bát diện, màu đen là các ion nhôm tứ diện.
• Khối lượng riêng của
κ
-Al
2
O
3
: 3,1 – 3,7 g/cm
3
tạo thành khi nung γ- Al
2
O
3
ở nhiệt độ 600 – 800
0
C, làm lạnh nhanh
nhôm ôxít nóng chảy, làm mất nước Al
2
O
3
.6H
2
O.
δ- Al
2
O
3
kết tinh trong hệ tứ diện.
Khi nung δ- Al
2
O
3
ở nhiệt độ 900 – 1050
0
C sẽ tạo thành θ- Al
2
O
3
.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
12
Dạng θ- Al
2
O
3
thể hiện một cấu kiểu spinel biến dạng. Một nửa các ion nhôm
trong tinh thể chiếm khoảng không bát diện, số còn lại ở tứ diện. Trong ô mạng
của θ- Al
2
O
3
lớp nhôm bát diện xếp xen kẽ với lớp tứ diện.
Khi chuyển γ- Al
2
O
3
thành θ- Al
2
O
3
vẫn giữ nguyên cấu trúc khối đơn giản, nhưng
cấu trúc của θ- Al
2
O
3
trật tự hơn γ- Al
α- Al
2
O
3
là dạng nhôm ôxít duy nhất có trong tự nhiên, tồn tại dưới dạng
corundum thường (bột mài, spat kim cương) hoặc dưới dạng đá quý (rubi, xafia).
α- Al
2
O
3
được điều chế bằng cách nung các dạng thù hình của nhôm ôxít ở nhiệt
độ trên 1000
0
C.
α- Al
2
O
3
kết tinh trong hệ lập phương. Ô mạng cơ sở đơn giản nhất của α-
Al
2
O
3
là hình thoi nhọn được cấu tạo từ 4 ion nhôm và 6 ion oxy, tương ứng với 2
phân tử Al
2
O
3
.
.
Cấu trúc của nhôm ôxít được xây dựng từ các đơn lớp của các quả cầu bị
xếp chặt, lớp này có dạng tâm đối mà ở đó mọi ion O
2-
được định vị ở vị trí 1.
Lớp tiếp theo được phân bố trên lớp thứ nhất, ở đó tất cả các quả cầu thứ hai
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
13
nằm ở vị trí lõm sâu của lớp thứ nhất (vị trí 2). Lớp thứ ba được phân bố trên
các hố sâu khác của lớp thứ nhất (vị trí 3) (Hình 7).
Hình 7. Cấu trúc khối của
γ
- Al
2
O
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
tạo khoảng không gian cho các cation bé. Al
3+
có thể vào khối bát diện và tứ
diện
[4][5]
.
Hình 10. Hai lớp đầu tiên của tinh thể
γ
- Al
2
O
3
[6]
Trong nhôm ôxít, oxy được bao gói theo kiểu khối lập phương bó chặt, còn
đối với cation thì một trong hai cation nằm ở khối 4 mặt, cation kia nằm trong
khối 8 mặt. Ở trường hợp này khi có mặt hydro thì công thức của η-Al
2
O
3
và
γ-Al
2
O
3
có thể viết tương ứng: (H
1/2
Al
1/2
)Al
lớn và trên bề mặt chứa nhiều OH
-
liên kết.
1
1
1
1 1
1
1
1
1
1
O
2-
Al
3+
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
2
O
3
, ở lớp thứ 2 ion Al
3+
chỉ phân bố trong lỗ trống bát diện, còn
lớp thứ nhất ion Al
3+
phân bố đều trong lỗ trống tứ và bát diện.
1.5.1.2. Cấu trúc của γ- Al
2
O
3mao quản trung bình
Tùy theo phương pháp tổng hợp mà γ-Al
2
O
3
MQTB tạo thành có cấu trúc
khác nhau. Nếu tổng hợp trong môi trường bazơ, người ta chia thành ra ba
dạng cấu trúc xác định. Đó là:
• Dạng cấu trúc với các mao quản hình trụ, sắp xếp trật tự thành hình lục
giác. Giữa các mao quản không có sự kết nối với nhau (hình 11a).
• Dạng cấu trúc không gian ba chiều, các mao quản phân bố không trật tự
tạo ra cấu trúc giống như quả cầu (hình 11b).
• Dạng cấu trúc vớ
i các mao quản sắp xếp trật tự theo lớp thành các phiến
mỏng (hình 11c).
-
. Điều này được giải thích do sự chuyển dịch điện tử từ
nhóm OH
-
sang Cl
-
.
Khi chuyển một phần bề mặt nhôm ôxít được hydrat hoá hoàn toàn…
OH
-
OH
-
OH
-
OH
-
OH
-
OH
-
Al
3+
Al
3+
Al
3+
Al
3+
dần lên khi tăng số Cl
-
thay thế OH
-
trên bề mặt nhôm ôxít. Như vậy trên bề mặt
nhôm ôxít có thể thay đổi độ axit và số tâm axit
[2][9][10]
.
1.7. Cấu tạo bề mặt của γ-Al
2
O
3
Tính chất hóa học bề mặt của γ-Al
2
O
3
liên quan trực tiếp đến tính chất xúc tác và
hấp phụ của chúng. γ-Al
2
O
3
hoạt tính, ngoài Al
2
O
3
tinh khiết thường chứa từ 1 ÷ 5%
nước. Tùy theo điều kiện chế tạo, trong γ-Al
2
O
thường, γ-Al
2
O
3
hấp phụ nước ở dạng phân tử H
2
O không phân ly. Nước liên kết với
bề mặt bằng liên kết hidro bền vững. Ở áp suất hơi nước cao, quan sát thấy quá trình
hấp phụ vật lý một lượng nước lớn, nhưng lượng nước này dễ tách ra khi nung mẫu ở
nhiệt độ 120
0
C. Bằng phương pháp phổ hồng ngoại đã chứng minh được rằng, ở nhiệt
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
17
độ thấp trên bề mặt γ-Al
2
O
1.8. Diện tích bề mặt của nhôm ôxít
Nhôm ôxít là loại vật liệu mao quản trung bình, có diện tích bề mặt lớn thường từ
150 – 450 m
2
/g
[8]
.
Bayerit và Gibbsit ban đầu có diện tích bề mặt riêng thấp khoảng 3 – 5 m
2
/g, trái
lại dạng gel Bemit có thể có diện tích bề mặt riêng lớn. γ- Al
2
O
3
đi từ gel Bemit có
diện tích bề mặt riêng khoảng 280 – 325 m
2
/g, dạng δ- Al
2
O
3
và θ- Al
2
O
3
cũng được
tạo thành từ dạng gel Bemit và có diện tích bề mặt trong khoảng 100 – 150 m
2
/g. Các
dạng nhôm ôxít có diện tích bề mặt lớn phụ thuộc vào nguyên liệu, nhiệt độ và thời
Gibbsit trong điều kiện khoảng nhiệt độ đó tạo thành một số tinh thể Bemit kết tinh
tốt, các mao quản có hình dáng cổ chai. Đối với Bayerit và Nordstrandit các mao qu
ản
này xuất hiện ít hơn và có hình dáng khe rãnh.
Sau khi nung lên nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tạo ôxít thấy bề mặt theo BET tăng
mạnh, đa phần đường kính mao quản không vượt quá 20 A
0
. Tiếp tục nung đưa đến
thiêu kết thì diện tích bề mặt riêng giảm. Nung tiếp đến 550
0
C diện tích bề mặt riêng
giảm gấp 2 lần so với cực đại, thể tích mao quản giảm xuống còn rất bé.
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
18
Khi nung Gibbsit và Bayerit ở nhiệt độ thấp xuất hiện các mao quản dạng khối
song song với bề mặt nối của hydrôxít ban đầu. Các pore dạng khối này tạo nên hệ
thống mao quản và chúng dần dần biến mất do kết quả thiêu kết trong quá trình nung.
(SO
4
)
3
, nhôm clorohydrat
Al
n
Cl
3n-m
(OH)
m
, natri aluminat NaAlO
2
hiện đang được sử dụng để lọc bỏ các hợp
chất flo trong nước
[17]
. Alumina cũng có mặt trong thành phần chế tạo kem đánh răng.
Alumina được sử dụng vì độ cứng và bền của nó. Hầu hết các loại ván gỗ lát nền
hiện nay đều có lớp phủ cứng bảo vệ bên ngoài là nhôm ôxít. Vào năm 2004, công ty
3M đã phát triển một kỹ thuật tạo ra một loại vật liệu gốm mới, kết hợp từ nhôm ôxít
và các nguyên tố đất hiếm, tạo thành một loạ
i thủy tinh rất bền, được gọi là “alumina
trong suốt”
[16]
. Alumina có thể được phát triển trên bề mặt nhôm nhờ quá trình anốt
hóa hoặc oxy hóa điện phân bằng plasma. Chính sự bền vững và tính mài mòn của
nhôm ôxít đã khiến nó có độ cứng rất cao, đạt tới vị trí thứ 9 trên thang chia Mohs
(thang chia tính cứng của vật liệu).
Alumina được sử dụng rộng rãi làm bột mài thô và bột mài mịn, được sử dụng
thay thế cho những loại bột mài chế tạo từ kim cương. Nhiều lo
phụ, chất kết dính
[18]
…Do mỗi loại nhôm ôxít có những đặc tính lý, hóa và cấu trúc
tinh thể khác nhau, nên phạm vi ứng dụng của chúng cũng rất khác nhau, ví dụ: khi sử
dụng nhôm ôxít làm chất mang, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà người ta chọn các
cấu trúc nhôm ôxít khác nhau:
• Dạng gamma ôxít nhôm thường được sử dụng làm chất mang đa chức năng, vì
ngoài chức năng thông thường như: phân tán pha hoạt động của xúc tác, tăng
diện tích tiếp xúc của pha hoạt độ
ng xúc tác với môi trường, ngăn cản quá trình
thiêu kết và tái kết tinh pha hoạt động, tăng độ bền, tăng khả năng truyền nhiệt
của xúc tác... nó còn có vai trò hỗ trợ xúc tác giống như một xúc tác thứ hai
[21]
.
Bảng 2. Một số ứng dụng của ôxít nhôm Các ứng dụng Vai trò của Al
2
O
3
Ví dụ sản xuất
Ankyl hoá Xúc tác Phenol
Dehyđrô hoá Xúc tác Axit focmic
Isome hoá
Xúc tác
Chất mang
1- metylxyclohexan
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
20 2.2. Ứng dụng của gamma ôxít nhôm
Do có các đặc tính là bề mặt riêng lớn, cấu trúc xốp, hoạt tính cao, bền cơ, bền
nhiệt nên γ-Al
2
O
3
được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như lọc hóa dầu, xúc tác
cho các phản ứng hóa học, chất hấp phụ…
2.2.1. Ứng dụng trong lọc hóa dầu
Trong công nghệ lọc hóa dầu γ- Al
2
O
3
được dùng làm xúc tác để tách các cấu
tử không mong muốn, bảo vệ thiết bị lọc dầu, tăng chất lượng sản phẩm. Quá trình
Clause, γ-Al
2
O
3
là chất mang có tính
axit, đóng vai trò chức năng axit – bazơ thúc đẩy phản ứng izome hóa,
hydrocracking
[23]
.
2.2.2. Ứng dụng làm chất hấp phụ
Ngày nay, ứng dụng của vật liệu lỗ xốp, vật liệu có cấu trúc mao quản ngày
càng nhiều trong công nghệ hoá học điển hình là ứng dụng hấp phụ. Vật liệu có
cấu trúc mao quản chính là vật liệu mà trong lòng nó có các ống nhỏ. Việc sắp xếp
các mao quản có trật tự hay không còn phụ thuộc vào phương pháp và quá trình
tổng hợp vật liệu.
Ứ
ng dụng của các vật liệu mao quản là vô cùng rộng trong nhiều ngành, nhiều
lĩnh vực. Nhôm ôxít hoạt tính có độ phân tán cao và cấu trúc khuyết, ở dạng γ-
Al
2
O
3
do có thể tích mao quản và diện tích bề mặt lớn, nên được sử dụng làm chất
hấp phụ, đặc biệt là trong công nghiệp dược phẩm, đặc tính hấp phụ của γ-Al
2
O
3
dùng để tách asen, flo trong nước sinh hoạt, tách các hợp chất đa vòng, các chất
hữu cơ dễ bay hơi và nghiên cứu khả năng tách một số chất độc trong khói thuốc
lá. Nhôm ôxít còn có vai trò quan trọng trong việc làm khô chất lỏng và khí, hấp
phụ chọn lọc trong ngành xăng dầu
đoạn dầu như phân tách các hợp chất vòng từ các parafin hay olefin thì nhôm ôxít
có thể hấp phụ hỗn hợp các vòng thơm, vòng no. Nhôm ôxít cũng có thể hấp phụ
hỗn hợp của các hydrocacbon chưa bão hòa có nhiệt độ sôi cao, các hợp chất màu
từ sáp, dầu, chất béo
[23]
.
Nhôm ôxít mao quản trung bình hấp phụ hỗn hợp khí có nhiệt độ sôi thấp như:
các khí hiếm, không khí, nitơ ôxít, metan, axetylen trong quá trình phân tách.
Trên thực tế Mitsubishi Heavy Industries đã sử dụng nhôm ôxít mao quản
trung bình cho quá trình thu hồi các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs). Do có
diện tích bề mặt lớn mà người ta có thể thực hiện quá trình hấp phụ VOCs ở ngay
nhiệt độ thường. Sự hấp phụ bão hòa xảy ra với dòng không khí nóng ở 120 ÷
150
0
C
[20]
.
a) Sử dụng nhôm ôxít hoạt tính để loại bỏ các độc tố trong khói thuốc lá
Hiện nay trên toàn thế giới hàng năm sản xuất khoảng 5,5 tỷ bao thuốc lá,
và số người hút thuốc lá là khoảng 1,1 tỷ người
[40]
. Ở Mỹ có nhiều nghiên cứu
về sự liên quan giữa sử dụng thuốc lá và ung thư đã được tiến hành, các nghiên
cứu ước tính rằng khoảng một phần ba trong tổng số người chết vì ung thư liên
quan tới sử dụng thuốc lá. Thuốc lá gây ra xấp xỉ 90% tổng số người chết vì
ung thư phổi trên toàn thế giới, đồng thời nguy cơ bị ung thư phổi đối với
những người hút thuốc lá cao hơn gấp 10 lần so với những người không hút
thuốc
[35]
. Chỉ khoảng 13% bệnh nhân ung thư phổi sống sót sau 5 năm. Tỉ lệ
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
22
một cách có lộ trình. Nhôm ôxít là chất hấp phụ rất có triển vọng trong tương
lai gần để ứng dụng loại bỏ các độc tố trong khói thuốc lá.
Trong khói thuốc lá chứa hơn 4000 chất hóa học, trong đó hơn 200 chất độc
có hại cho sức khỏe con người, bao gồm
[10]
:
• Hợp chất thơm đa vòng: các chất này có trong dòng khói chính của
một điếu thuốc cỡ nanogram. Trong đó có một chất đã được khẳng
định chắc chắn gây ung thư cho người đó là benzopyren.
• Các hợp chất N-nitroamin: Có trong dòng khói chính của điếu thuốc
cỡ nanogram.
• Các amin thơm bao gồm: 2-naphtytamin, 4-amino biphenyl, 2-
toludin… Các chất này cũng chỉ tồn tại trong dòng khói chính của
điếu thuốc cỡ nanogram.
• Các hợ
p chất hữu cơ như: benzen, acrylonitril, vinyl clorua…Các
chất này cũng tồn tại trong dòng khói chính của điếu thuốc cỡ
nanogram.
• Các hợp chất vô cơ: Gồm các chất như As, Ni, Cr, Cd, Pb,
210
Po…
Đó chủ yếu là các chất gây độc và gây nghiện được chia thành ba nhóm
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
23
bay hơi như: benzen, toluen, xylen, metan, formaldehyt, etylen glycol, n-
butanol, 1-3 butadien, axeton…. VOCs được tạo ra từ rất nhiều nguồn khác
nhau. Chúng thoát ra môi trường từ khí thải khi đốt các loại nhiên liệu như
xăng dầu, gỗ, than đá của các quá trình công nghiệp. Chúng cũng được sản
sinh ra từ ngành công nghiệp sơn, polyme, dung môi, chất lỏng làm sạch, làm
khô, hoặc các sản phẩm khác được sử dụng trong gia đình hay công sở, như
máy photocopy, máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, mỹ
phẩm, hóa chất dùng đánh
bóng sàn nhà…
[36]
Nhiều nghiên cứu khoa học đã cho thấy rằng nồng độ của VOCs trong nhà
có khi cao gấp nhiều lần ngoài trời. Khi hàm lượng VOCs trong không khí
vượt quá 25mg/m
3
thì sẽ gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người.
VOCs thải vào khí quyển, chúng kết hợp với nitơ oxit, dưới tác dụng của tia
cực tím tạo thành sương mù quang hóa:
VOCs + NO
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
24
Bảng 3. Tính chất lý hóa đặc trưng của xylen
Các đồng phân của xylen
Tên thông thường
Xylen o – xylen m – xylen p – xylen
Danh pháp IUPAC
Đimêtylben
zen
1,2-
Đimêtylbenz
lỏng
Độ tan trong nước Không tan
Độ tan trong các dung
môi khác
Hoàn tan trong các dung môi không phân cực như các
hydrocacbon thơm
Nhiệt độ nóng chảy
– 47,4
0
C
(226 K)
– 25
0
C
(248 K)
– 48
0
C
(225 K)
13
0
C
(286 K)
Nhiệt độ sôi
138,5
0
C
(412 K)
144
0
không khí
Dưới 1% thể tích hoặc 5,3 –7,6 % thể tích
Nồng độ xylen cho
phép trong không khí
TCVN 150ppm (700mg/m
3
)
3
2
0
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp
γ
- Al
2
O
3
-zeolit X.P
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hóa Dầu K49-QN
25
Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý VOCs, có thể chia thành 2 nhóm: các
kỹ thuật phân hủy (oxy hóa nhiệt và oxy hóa xúc tác) nhằm loại bỏ các hợp
chất không mong muốn, và các kỹ thuật thu hồi (hấp phụ, hấp thụ, ngưng tự)
cho phép thu hồi các loại VOCs. Nói chung, các phương pháp hấp thụ, ngưng
1925 mới được D. Veigel và E. Steinhof bắt đầu nghiên cứu ứng dụng trong một vài lĩnh
vực. Vào khoảng năm 1938 ÷ 1940, Barrer R.M cùng cộng tác đã bắt đầu nghiên cứu một
cách có hệ thống quá trình tổng hợp zeolite ở trong phòng thí nghiệm với điều kiện khắc
nghiệt và áp suất cao. Hơn 20 năm lại đây, ng
ười ta đã tổng hợp zeolite ở áp suất thường.
Hiện nay có khoảng 40 loại zeolite tự nhiên được tìm thấy như faujazite, sabazit,
mondenit, clinoptitonit…, trong đó chỉ có faujazite là có ý nghĩa quan trọng nhất. Các
khoáng tự nhiên này thường nằm rải rác nên quá trình tinh chế rất khó khăn, vì vậy trong
kỹ thuật thường sử dụng zeolite tổng hợp. Ngày nay, người ta đã tổng hợp được khoảng
200 loại zeolite từ hoá chất tinh khiết và khoáng sét tự nhiên.
Zeolite là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian ba chiề
u với hệ thống
mao quản (pore) đồng đều và rất trật tự. Hệ thống mao quản này có kích cỡ phân tử, cho
phép phân chia (rây) các phân tử theo hình dạng và kích thước. Vì vậy,zeolite còn được
gọi là vật liệu rây phân tử. Hệ thống mao quản này có kích cỡ phân tử, thay đổi từ 3 đến
12 Ǻ.
Copyright: Tài liệu đại học ©