BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƢỚC
HƢỚNG NCCB – ĐHƢD BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC BỘ XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU
XÚC TÁC NANO LÀM VIỆC DƢỚI 400
O
C ĐỂ XỬ LÝ KHÍ THẢI CỦA
QUÁ TRÌNH ĐỐT RÁC THẢI Y TẾ
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 3/2/742/2009/H§-§T§L

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Vật liệu
Chủ nhiệm đề tài: TS. Trần Thị Minh Nguyệt

Quyển 2:
- Các giấy tờ liên quan
- Thuyết minh đề tài
- Sảnphẩm khoa học công nghệ

, SrCO
3
, Mn(NO
3
)
2
, Zn(CH
3
COO)
2
, HNO
3
,
CH
3
COOH, NH
4
OH, axit Citric đều có độ sạch PA.
I.1.2 .Các thiết bị phân tích
-Máy đo pH
-Phổ kế nhiễu xạ tia X
-Kính hiển vị điện tử truyền qua (TEM) và hiển vi điện tử quét (SEM)
-Thiết bị đo diện tích bề mặt riêng
-Thiết bị chuyên dụng xác định hoạt tính xúc tác
I.1.3. Mô tả quy trình chế tạo
Cân La
2
O
3
và các muối SrCO

n+
] = 1.5-2. Dung dịch được khuấy đều và gia nhiệt bằng máy khuấy từ
ở nhiệt độ từ 70-80
o
C, đồng thời điều chỉnh pH dung dịch ổn định khoảng
6.5-7 bằng dung dịch NH
4
OH/CH
3
COOH. Sau 4-5 giờ thể tích dung dịch trở
nên trong suốt màu hồng nhạt là Gel - tiền chất của oxit phức hợp. Gel được

2
sấy khô trong không khí ở 70 - 80
0
C trong 12 giờ và sau đó nung ở 600
0
C
trong 4 giờ sẽ nhận được perovskite màu đen nhánh.
Mẫu này sẽ được nghiên cứu bằng phổ nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện
tử truyền qua TEM, xác định BET và hoạt tính xúc tác.
I.1.4. Sơ đồ chế tạo I.1.5. Kết quả
Cấu trúc hóa học, hình dạng và kích thước hạt keo vàng
-Giản đồ XRD

+HNO
3
1. Sấy 70 – 80
O
C/12h
2. Nung 600
Ô
C/4h
+HNO
3
Hình 1. Sơ đồ chế tạo

3

Hình 2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của La
0.7
Sr
0.3
MnO
3
(LSMO) và La
0.7
Sr
0.3
Mn
1-
x
Zn
x
O

vào x và vật liệu)
Kích thước hạt
15-40 nm phụ thuộc
vào x

4

Hình 4. Ảnh TEM của LSMZO
Hình 4 là ảnh TEM và sự ảnh hưởng nồng độ kẽm pha tạp đến kích
thước hạt của LSMZO
Tính chất xúc tác
- Độ chuyển hóa C
3
H
6
, phản ứng deNOx:
-Chuyển hóa hoàn toàn CxHy ở nhiệt độ dưới 260
O
C, không sinh ra CO trung
gian chứng tỏ CO cũng có thể bị oxi hóa hoàn toàn tại vùng nhiệt độ này. Độ
chuyển hóa NOx đạt 32 đến 52.6 % tùy vào x

- Độ chuyển hóa VOC(m-xylen)

Hình 5. Độ chuyển hóa m-xylen theo nhiê
̣
t đô
̣
pha
̉

I.2.2. Các phương pháp nghiên cứu sản phẩm
-XRD, đo độ xốp, độ bền cơ
I.2.3 Mô tả công nghệ
Công nghệ chế tạo bộ xương gốm cấu trúc tổ ong nền silicate bao gồm
các bước sau :
Trộn phối liệu với chất kết dính nhiệt độ thấp tạo độ dẻo cần thiết.
Đùn sơ bộ qua rây để làm sạch phối liệu.
Đùn qua khuôn tạo sản phẩm cấu trúc tổ ong.
Cắt sản phẩm có chiều dài mong muốn.
Sấy khô sản phẩm ở nhiệt độ 150
O
C.
Thiêu kết trong lò điện trở tại nhiệt độ trong khoảng 900 – 1200
o
C trong
thời gian từ 3 đến 4 tiếng tùy yêu cầu về độ xốp, độ bền uốn của sản phẩm.

Hình 6. Chất mang nền gốm cấu trc tổ ong lỗ vuông được chế tạo bằng
phương pháp đn qua khuôn đn có kết cấu đặc biệt tự chế tạo

6

Hình 7. Các bộ xương gốm vừa đn qua khuôn có chiều dài khoảng 500 mm,
thời gian đn mỗi sản phẩm trung bình khoảng vài pht Hình 8. Các bộ xương gốm nền silicate cấu trc tổ ong có mặt cắt ngang hình
vuông cạnh 4.2cm và hình tròn đường kính 4.8cm, mật độ 10lỗ/cm
2


3
Si
4
O
10
(OH)
2

Hỗn hợp ướt
Tạo hình
(đùn ép)
Sấy khô,
nung 900-1200
o
C, 3-4 giờ

Sản phẩm gốm
Dung dịch PVA

8
- Kết quả đo tính chất lỗ xốp: Mẫu xương gốm với độ xốp 10% vol. và
phân bố các lỗ rỗng trên Hình 10b là thích hợp để tẩm phủ lớp xúc tác có kích
thước hạt cỡ vài chục nanomét.

Hình 10. Đường phân bố lỗ rỗng trong xương gốm không pha (a) và có pha (b) chất làm
xốp vào phối liệu ban đầu.
Quan sát thấy tác dụng của chất làm xốp làm nở rộng đường phân bố và dịch
cực đại về vùng kích thước lỗ rỗng lớn hơn. Độ xốp trung bình của các xương
gốm khoảng 10% thể tích.
- Kết quả đo SEM cấu trúc lỗ xốp (Error! Reference source not found.)

bằng phương pháp sol-gel và tẩm lên xương gốm từ thời điểm bắt đầu tạo gel.
Sau đó sấy khô ở 100
O
C trong 12 giờ rồi đem nung theo chế độ gia nhiệt như
khi chế tạo hạt xúc tác nano I.1.3 tuỳ thuộc vào từng loại xúc tác.
Nhận được những bộ xúc tác là những vật liệu xúc tác mong muốn trên nền
xương gốm cấu trúc tổ ong: +Tính chất của các bộ xúc tác:
-Có độ bền cơ như của bộ xương gốm
-Tính chất xúc tác được bảo tồn và tăng tuổi thọ của xúc tác so với hệ Nano
nguyên chất
6. Tài liệu tham khảo
1. T.Nitadori, T. Ichiki, M. Misono. Bull. Chem.Soc., Jpn,Vol. 61, 621-626,(1988).
2. Gang Xiong,Zheng-Lang Zhi, Xujie Yang, Lude Lu, Xin Wang. J. Mater.Lett.
Vol.16., P.1064-1068,(1997).
3. Caihong Feng, Qianshi Li, Chenmin Lu, Yuan Deng, Lin Guo. Materials
Science Forum. Vols.475-479, pp.4051-4054, (2005)

10
4. Tran Thi Minh Nguyet, N.Q. Huan, Nguyen Cong Trang, Nguyen Doan Thai,
Nguyen Quoc Trung, Tran que Chi, Do The Chan, Lai Xuan Nghiem. Pocc. of
the 2
nd
IWONN’04, Hanoi, Vietnam, October 22-23, pp. 313-316, (2004).
5. Tran Thi Minh Nguyet, N.Q. Huan, T.Q Chi, J. of the Korean Physical
Society, Vol.52, No.5, p.1341-1344, (2008).
6. Gerald Djéga Mariadassou and Michel Boudart. J. of catal. 216, 89-97 (2003).
7. A Ghosh Dastdar, S.Mahuli. Environ. Sci. Technol, 1996, V.30, 447-452.

3Hình 2. Bộ xúc tác bộ 42x42x100 mm
3

2. Chất lượng chất mang:
Độ bền uốn: 32,12-34,80 kg/cm
Độ bền va đập: 1,48-1,49 kg.cm/cm
2
.
Độ bền nhiệt: 1200
O
C

2
3. Chất lượng xúc tác:
Diện tích bề mặt riêng: BET: 10-30 m
2
/g
Kích thước hạt: 10-30 nm

Nhiệt độ hoạt động: dưới 350
O
C
Hệ số chuyển hóa CO, VOC, CxHy >98%
Hệ số chuyển hóa NOx: 82-98% tùy loại xúc tác
Hấp phụ tốt HF, HCl, SOx, hơi kim loại nặng như Hg, Cd, Pb… đáp ứng
khí thải đạt tiêu chuẩn QCVN 02: 2008/BTNMT.
0

1-x
Zn
x
O
3
ứng với x = 0.2 (b),
chuyển hoá 100% CxHy ở nhiệt độ dưới 260
O
C
0
20
40
60
80
100
0 100 200 300 400 500 600 700
Nhiệt độ(
o
C)
Độ chuyển hóa soot
(%)
(1)
(2)

Hình 5. Đồ thị chuyển hóa bụi muội (α
ds
) >98% dưới 400
O
C
(1): La

CoO
3
(3) ở nhiệt độ dưới 300
O
C

4

Hiệu quả xúc tác và hấp phụ, khử độc khí thải lò đốt (Chi tiết các kết quả đo xem ở phụ lục)

5
KẾT LUẬN
STT
Tên sản
phẩm
Số
lượng
Chỉ tiêu kỹ thuật dự
kiến
Chỉ tiêu kỹ thuật đạt
được
1
Các mẫu bộ
xúc tác và
hấp phụ
dùng trong
hệ thống lò

-Độ bền uốn: 32,12-
34,80 kg/cm
-Độ bền va đập:
1,48-1,49 kg.cm/cm
2
.
+Bền nhiệt đến 1200
O
C
+ Chất lượng xúc tác:
-Diện tích bề mặt riêng :
BET = 10-30 m
2
/g
-Kích thước hạt 10-
30nm
-Nhiệt độ hoạt động
dưới 400
O
C
-Hệ số chuyển hóa CO,
VOC, CxHy >95%
-Hệ số chuyển hóa
NOx>90%
-Hấp phụ HF, HCl,
SOx, Hg, Cd, Pb đáp
ứng chất lượng khí thải
đạt tiêu chuẩn môi
trường Việt Nam
TCVN6560/2005

1.1 Sơ đồ thiết kế lò

01
10
09
02
03
04
05
800
Ø500
900
Ø600
08
06
07
2110
1090
920
Ø800
Ø890
890
1025
250
2100
10700
200
100
B¬m
Qu¹t

30
330
30
100

Hình 1. Thiết kế lò đốt VHI-18B.XT xử lý khí thải kết hợp phương pháp hấp
thụ và xúc tác
1- Khung bệ lò 5- Buồng đốt thứ cấp
2- Buồng đốt sơ cấp 6- Hệ xúc tác
3- Đầu đốt sơ cấp 7- Ống đẫn khí
4- Đầu đốt thứ cấp 8- Hệ thống Xyclon
1.2. Sơ đồ thiết kế hộp xúc tác
Để dự phòng khi thể tích khí thải tăng đột ngột, lưu lượng khí được lấy
1.000m
3
/h và Vhs có giá trị 10.000, thể tích lớp xúc tác là 100lit. Từ đó ta có
thiết kế bô lọc xúc tác có kích thước 700x 700 x 918mm
3
, được bảo ôn bằng
bông gốm chịu nhiệt dầy 25 mm. Buồng xúc tác 570x570x918mm
3
, có 5 lớp

2
được đỡ các tấm sàng, giữa các lớp có khe thoáng cho khi thải đi qua đồng
đều giữa các lớp xúc tác dạng tổ ong hoặc dạng sợi tấm ép. Tổng số bộ xúc
tác cần sử dụng là 720-730 bộ tùy thuộc vào kích thước xương gốm là
100x100x60mm
3
hay 42x42x100 cm

Lò đã được chế tạo và lắp đặt tại bệnh viện y học cổ truyền Hưng Yên
đẻ thử nghiệm. Dưới đây là toàn cảnh lò.

3 Hình 3. Ảnh về lò VHI-18B.XT và quang cảnh xung quanh
2. Các thông số cơ bản của lò:
Các thông số kỹ thuật
+ Thông số và kích thước của buồng sơ cấp
- Công suất: 10 kg/giờ
- Kích thước (dài x rộng x cao), mm: 2.4  1.24  10.700
- Thể tích buồng sơ cấp: 0,36 m
3

- Cửa nạp liệu (dài x rộng) 400 x 300mm
2
- Nhiệt độ làm việc của buồng đốt: 500- 800
0
C
- Vật liệu chế tạo: Thành lò được xây bằng gạch samốt A, dầy 115,
bên ngoài được bảo ôn bằng bông gốm và bông thuỷ tinh dầy 150, vỏ
bên ngoài bằng thép không rỉ SUS 304, dầy S =1.5mm.

4
+ Thông số và kích thước của buồng thứ cấp
- Thể tích buồng sơ cấp: 0,35 m
3
- Nhiệt độ làm việc của buồng đốt 900
0

+ Thông số kích thước của tủ điều khiển
- Kích thước (dài x rộng x cao),mm: 600 x 450 x 220

5
- Chỉ báo chức năng: Hiển thị số, được cài đặt theo công nghệ
- Thang nhiệt độ: 0- 1300
0
C
- Phương pháp điều khiển: Tự động về nhiệt độ và chu kỳ đốt
+ Buồng chứa xúc tác dạng tổ ong.
Mo đun xử lý khí thải bằng xúc tác được lắp sau hệ thống lọc hấp thụ
(Xyclon ướt) của lò đốt VHI-18B.XT nhằm giảm tối đa các chất độc
hại có trong khí thải thoát ra từ lò đốt đạt QCVN 02-2008/BTNMT.
Một số quá trình chuyển hoá các khí thải có thể thực hiện ở nhiệt (200-
400)
0
C, phản ứng xúc tác thực hiện quá trình ôxy hoá khử.
Ưu điểm của vật liệu xúc tác là:
- Có hoạt tính chuyển hoá cao
- Có độ bền nhiệt và bề cơ cao
- Dễ tái sinh khi cần hoạt hoá lại
- Cấu hình thích hợp, không gây trở lực cho dòng khí
Thể tích lớp xúc tác được tính qua biểu thức:
V
xt
= F/ V hs
- F là lưu lượng dòng khí trong bộ xúc tác ( l/h)
- Vhs là tốc độ thể tích( xác định bằng thực nghiệm )
- V
xt

y tế
công
suất 10-
20 kg/h

01
Nhiệt độ buồng đốt sơ
cấp: 600-800
O
C
Nhiệt độ buồng đốt thứ
cấp:
1050-1200
O
C
Thời gian lưu cháy:
1-2 giây
Nhiệt độ khói thải:
< 200
O
C
Chỉ tiêu khói thải:
Chất lượng khí thải đạt
tiêu chuẩn môi trường
Việt Nam
TCVN6560/2005
Nhiệt độ buồng đốt sơ
cấp: 500-800
O
C

linh hoạt điều chỉnh pH, tỷ lệ [kim loại]/Citric, nhiệt độ nung đối với từng loại
vật liệu. Sau đây sẽ trình bày qui trình chế tạo La
0.7
Sr
0.3
Mn
1-x
Zn
x
O
3
làm mẫu
để dùng cho việc chế tạo những hợp thức tương tự.
I.1.1.Nguyên vật liệu hóa chất:
Tủ hút, cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 500ml, 1 máy khuấy từ gia nhiệt, đũa
thuỷ tinh hoặc teflon, La
2
O
3
, SrCO
3
, Mn(NO
3
)
2
, Zn(CH
3
COO)
2
, HNO

0.7
Sr
0.3
Mn
1-x
Zn
x
O . Hòa tan La
2
O
3
và SrCO
3
bằng
axit HNO
3
và trộn lẫn với các muối còn lại sau khi đã được hòa tan bằng
nước cất, sau đó thêm dung dịch chất tạo phức là axit citric sao cho tỷ lệ [Cit]
: ∑[M
n+
] = 1.5-2. Dung dịch được khuấy đều và gia nhiệt bằng máy khuấy từ
ở nhiệt độ từ 70-80
o
C, đồng thời điều chỉnh pH dung dịch ổn định khoảng
6.5-7 bằng dung dịch NH
4
OH/CH
3
COOH. Sau 4-5 giờ thể tích dung dịch trở
nên trong suốt màu hồng nhạt là Gel - tiền chất của oxit phức hợp. Gel được

2

Zn(CH
3
COO)
2

Dung dịch
Axit citric
NH
4
OH/ CH
3
COOH
pH=6,5-7; t=70-80
O
C; 4-5giờ
Gel
Perovskite
+HNO
3
1. Sấy 70 – 80
O
C/12h
2. Nung 600
Ô
C/4h
+HNO
3
Hình 1. Sơ đồ chế tạo

Bảng 1.Các thông số về kích thước hạt và tính chất bề mặt vật liệu
Oxit
Các thông số
BJH adsorption cumulative pore volume of pores
BJH desorption cumulative pore volume of pores
0,097776 cm
3
/g
0,098527 cm
3
/g
BJH-adsorption average pore diameter
BJH-desorption average pore diameter
19,04 nm
18,78 nm
BET
15-25m
2
/g (phụ thuộc
vào x và vật liệu)
Kích thước hạt
15-40 nm phụ thuộc
vào x