Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1
Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

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 họp Y-Al203-Zeolit X, Pj
35
3. Đo khả năng hấp phụ tĩnh xylen, rượu và nưó’c cất
35Trang
Mục
lục
1
3.1. Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm
35
Lòi
on hành thí nghiệm
336
3.2cảmTiến
Mỏ’4.đầuĐo khả năng hấp phụ động xylen
436
Giải thích
các
kỷ
hiệu
viết

7
1. Hấp phụ tĩnh nước, rượu và xylen
40
1.3
Nhóm
1.1
Hấp
phụ
nước
gamma nhôm ôxít
941
1.2
Hấp
1.4
Nhóm
delta nhôm
ôxít
11
phụ rượu
42
1.5
Giới
1.3
Hấp
thiệu về Y" AI2O3
12
phụ xylem
43
1.6Tính axit của nhôm ôxít
16

2.1 5.
ứng
So
dụng sánh
chung
khả
củanăng
nhôm
hấpôxít
phụ y-Al203 với hỗn họp Y-Al203-zeolit X.Pi
18
51
2.2 6.
ứng
Ket
dụng quả
của phổ
gamma
ôxít
nhôm
20
phân tích hồng ngoại FTIR
52
2.2.1
ứng
Ket luận
55
dụng trong lọc hóa dầu
20
2.2.2 ứng dụng làm chất hấp phụ

Nguyễn Tiến Huy
Huy
Lớp Nguyễn
Hoa DầuTiến
K49-QN
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

Lời cảm ơn
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 tói 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

Đồ án tốt nghiệp

B

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1


Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

Các ký hiệu viết tắt được sử dụng
VOCs: Volatile organic compounds: các họp chất hữu cơ dễ bay hơi.
CAS ID (hoặc CAS RN): số hiệu CAS, là dãy số nhận dạng của các chất hóa học, được
phân loại theo tổ chức hóa học Hoa Kỳ (http://www.cas.org/)
ChemSpider: Cơ sở dữ liệu về đặc tính và cấu trúc các họp chất
(http://www.chemspider.com/).
MSDS, Materỉal safety data sheets: Cơ sở dữ liệu về sự an toàn của vật liệu.
ppm,/?arte per million: phần triệu
vpm, volume per volume: cm mT
3

Đồ án tốt nghiệp

5

3

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nhận dạng
Số hiệu CAS
[1344-28-1]

tóm
tắt
các
đặc
tỉnh
của
nhôm
ôxỉt
^
Khả năng hòaKhông
tan tan trong nước
3

Chương 1.Tông quan lý thuyêt

Chiết 1^=1,768
suất
- 1,772 n£=l,760
I. GAMMA OXIT NHÔM
0,008
1. Nhôm ôxít
1.1. Giói thiệu về nhôm ôxít
Cấu trúc hìnhBát
họcdiện

-

1,763,

Bireíringence


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1
Temperature, °c
100

200

1r

300

III

Gelatinous

400

500

600

700

800

900

1000

1100

ĨT~TT~Í

H-ALO,

Boehmite

600

700

a-AI,0,

800

900

1000

Temperature, K

1100

1200

1300

1400

Hình 2. Giản đồ thế hiện sự hình thành các dạng nhôm ôxỉt ở các nhiệt độ khác nhau


3

2

Đồ án tốt nghiệp

8

3

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

•

Boehmite (CAS RN: 1318-23-6, gamma-AlO(OH) hoặc gamma-Al 03.H 0)

•

Corundum (CAS RN: 1302-74-5, alpha-Alumina, A1 03)

2

2

2


Theo giản đồ trên, nhôm ôxít thu được từ sự nhiệt phân nhôm hydrôxít có hai nhóm
chính:
• Nhóm gamma nhôm ôxít thu được khi nhiệt phân nhôm hydrôxít ở nhiệt độ
không quá 600 °c, nhóm này gồm: %- A1 03, TỊ- A1 0 và Ỵ- A1 03.
2

2

3

2

• Nhóm delta nhôm ôxít thu được khi nhiệt phân nhôm hydrôxít ở nhiệt độ cao
khoảng 900 - 1000 °c, nhóm này gồm: ô- A1 03; K- A1 03; 0- A1 0 và aA1 03.
1.3. Nhóm gamma nhôm ôxít[4]
2

2

2

3

2

1.3.1. X- A1 0
2

3



3

2

3

2

2

3

2

3

T|-A1 0 và Y"A1 0 khác nhau về kích thước lỗ xốp, bề mặt riêng, tính axit.
Mặc dù chúng có số tâm axit như nhau nhưng lực axit ở r\- A1 0 lớn hơn.
2

3

2

3

2

Đồ án tốt nghiệp

Trên bề mặt của ỵ- AI2O3 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.
Tính axit của Y" AI2O3 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 Y-AI2O3 có hình dáng khối bát diện. Y“ AI 2O3 kết tinh trong hệ khối
lập phương, dựa trên cấu trúc lập phương tâm diện (FCC). cấu trúc của Y" A1 0
thường được miêu tả là cấu trúc lập phương khuyết, trong đó thiếu một phần các
vị trí cation. Trong cấu trúc của Y~ AI 2O3 bao gồm các lóp nhôm bát diện xen kẽ
với các lóp đồng thời có cả nhôm bát diện và nhôm tứ diện (Hình 4). Mỗi cấu trúc
cơ sở chứa 32 ion oxy và 64/3 ion nhôm để phù họp hóa trị. Ion nhôm bị khuyết cả
2

3

Hình 4. Cẩu trúc tinh thể gamma nhóm ôxỉt
a. Lớp nhôm bát diện

Đồ án tốt nghiệp

10

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1



• Ở nhiệt độ 1100 - 1200 °c K- AI2O3 chuyển thành a- A1 03.
1.4.2. Ô -AI 2O3:
2

ô- AI2O3 tạo thành khi nung ỵ- AI2O3 ở nhiệt độ 600 - 800 °c, làm lạnh nhanh
nhôm ôxít nóng chảy, làm mất nước AI2O3.6H2O.
ô- AI2O3 kết tinh trong hệ tứ diện.

Đồ án tốt nghiệp

11

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

Dạng 0- AI2O3 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 0- AI2O3 lớp nhôm bát diện xếp xen kẽ với lóp tứ diện.
Khi chuyển Ỵ- AI2O3 thành 0- AI2O3 vẫn giữ nguyên cấu trúc khối đon giản, nhung
cấu trúc của 0- AI2O3 trật tự hon Ỵ- AI2O3. Tại nhiệt độ 1100- 1200°c 0- AI2O3
chuyển thành corundum với sự thay đổi dạng bó nguyên tử oxy.
Khối luợng riêng của 0-Al O3: 3,40 - 3,90 g/cm3.
2

Thông số ô mạng cơ sở: A = 11,24 - 11,74 A°; b = 5,72 A°; c = 11,74 A°.
1.4.4. a- AI2O3:

Các cation kim loại trong đó Al 3+ nhất thiết được phân bố trong không gian
giữa các lóp bó chặt anion. Lỗ hổng duy nhất mà ion Al 3+ có thể phân bố là ở
giữa hai lóp. Một khả năng khác, các ion Al 3+ nằm ở vị trí trên lỗ hổng tam
giác, lóp oxy thứ hai thuộc vị trí 2 được phân bố trên ion Al 3+. Ion Al3+ trong
trường họp này nằm ở vị trí tâm bát diện (hình 8).

Hình 8. Sự phân bố của Al3+ trong mạng không gian.
Lóp oxy thứ hai của ôxít trong vị trí 2 phân bố trên Al 3+. Nếu tiếp tục sắp
xếp bằng phương pháp này thì một ion Al 3+ được bao bọc bởi 3 ion oxy, để
thoả mãn độ trung hoà điện tích thì cần thiết phải trống một trong ba vị trí của

Đồ án tốt nghiệp

13

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

cation. Sự thiếu vắng này dẫn đến khả năng sắp xếp trong mạng thành các hình
lục giác đều mà đỉnh là các Al3+ (hình 9).

o

AI

o2'


2

1 2

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

Các nhôm ôxít khác nhau về tỷ lệ ion nhôm trong khối tứ diện và bát diện,
cũng như mức độ bao bọc đối xứng ion Al3+ trong lỗ trổng tứ và bát diện. r|AI2O3 chứa ion Al3+ trong khối tứ diện lớn hơn trong Ỵ- AI2O3.
r\- AI2O3 có cấu trúc lập phương bó chặt, có 2 dạng phân bố ion Al3+. Dạng thứ
1 tạo thành do sự chuyển dịch 2/3 cation từ vị trí bát diện sang tứ diện. Dạng
thứ 2, ion Al3+ chỉ phân bố trong lỗ trống bát diện.
Trong Y" AI2O3, ở lớp thứ 2 ion Al3+ chỉ phân bố trong lỗ trống bát diện, còn
lóp thứ nhất ion Al3+ phân bố đều trong lỗ trống tứ và bát diện.
I.5.I.2.

Cấu trúc của y- AI2O3 mao quản trung bình

Tùy theo phương pháp tổng họp mà Y-AI 2O3 MQTB tạo thành có cấu trúc
khác nhau. Neu tổng họp trong môi trường bazơ, người ta chia thành ra ba
dạng cấu trúc xác định. Đó là:
•

•

a)


nhiệt độ 120°c. Bằng phương pháp phổ hồng ngoại đã chứng minh được rằng, ở nhiệt

Đồ án tốt nghiệp

16

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

độ thấp trên bề mặt Y-AI2O3 tồn tại nước ở dạng không phân ly, khi sấy mẫu ở
lượng nước phân tử không bị tách khỏi bề mặt tạo nên nhóm hidroxyl bề mặt.1-8-1

300°c

Ở nhiệt độ cao, ion OH‘ dần tách khỏi ôxít ở dạng H 2O, nhưng ngay cả ở nhiệt độ
800 -ỉ- 1000°c và áp suất chân không trong nhôm ôxít vẫn chứa một lượng nước nhất
định.
Ion OH‘ thể hiện tính chất tâm axit Bronsted. Trong quá trình dehidrat hóa, hai
nhóm OH" họp lại tạo thành một phân tử nước, ion oxi ở lại trên bề mặt tạo nên cầu
oxi. Ở một khía cạnh khác có thể thấy rằng khi hai nhóm OH‘ ở cạnh nhau tác dụng
để lại một nguyên tử nhôm thiếu điện tử và nó thể hiện như một tâm Lewis. Như vậy,
trên bề mặt nhôm ôxít tồn tại cả hai loại tâm: tâm Bronsted và Lewis. Tâm Bronsted
và Lewis là các trung tâm xúc tác hoạt tính trên bề mặt nhôm ôxít.[1]
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
150-450m2/g[8].
Bayerit và Gibbsit ban đầu có diện tích bề mặt riêng thấp khoảng 3-5 m /g, trái

17

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Vai trò của AI2O3
Ví dụ sản xuất
XúcPhenol
tác

Các ửng dụng
Ankyl hoá
Dehyđrô hoá

XúcAxit
tác íòcmic
Xúc -tác
metylxyclohexan
NghiênChất
cứu mang
khả năng
hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1
Isophtaonitril
Chất mang
Tinh chế dầu

Isome hoá
Hydrô desuníua hoá
Hyđrô denitơ hoá

Xúc
táchydrôxít ban đầu. Các pore dạng
song
song
với
bề
mặt
nối
của
[15] khối này tạo nên hệ
một electron và các thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID) .
Cyclohexan
thống mao quản và và
chúng
dần biến mất do kết quả thiêu kết trong quá trình nung.
Chấtdần
mang
ĐốiTrong
với Bemit
và
Diaspor
khi
nung
mặtđược
riêngsử
cũng
giảm
lại
Hyđrôcacbon
công nghệ hóa Xúc

nhôm
phụ,
chấtdụng
kết dính
...Doôxít
mỗi
loại
Etyl
ete nhôm ôxít có nhũng đặc tính lý, hóa và cấu trúc
Xúc
tác
2.1.
ứngkhác
dụng
chung
nhôm
ôxít
tinh thể
nhau,
nêncủa
phạm
vi ứng
dụng của chúng cũng rất khác nhau, ví dụ: khi sử
Ancol không no
Chất
mang
dụng nhôm ôxít làmvàchất
mang,
tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà người ta chọn các
alumina

đánh
bóng
bề mặt
và mài
mòn,
Etylenôxít
ngoài chức năng thông
thường như: phân tán pha hoạt động của xúc tác, tăng
một lượng đáng kể nhôm ôxít còn được sử dụng trong sản xuất zeolite, làm chất phủ
diện tích tiếp xúc của pha[11]hoạt động xúc tác với môi trường, ngăn cản quá trình
bề mặtthiêu
và vật
chống
cháypha. Nhôm
ôxít tăng
dạng độ
bộtbền,
được
sử khả
dụng
làmtruyền
chất mang
kếtliệu
và tái
kết tinh
hoạt động,
tăng
năng
nhiệt
trong máy


Trong các ứng dụng y học và sức khỏe, alumina được sử dụng để chế tạo các chi
tiết thay thế xương hông[11]. Alumina và các hợp chất hóa học của alumina được sử
dụng để lọc nước, một vài hợp chất như: nhôm sunfat A1 (S04)3, nhôm clorohydrat
AlnCl n-m(OH)m, natri aluminat NaAlƠ2 hiện đang được sử dụng để lọc bỏ các họp
chất flo trong nước1-17-1. Alumina cũng có mặt trong thành phần chế tạo kem đánh răng.
2

3

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 họp từ nhôm ôxít
và các nguyên tố đất hiếm, tạo thành một loại 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 loại giấy nhám cũng sử
dụng nhôm ôxít tinh thể. Mặt khác, alumina có nhiệt dung riêng thấp nên được sử
dụng rộng rãi trong các hệ thống thiết bị nghiền, đặc biệt là sử dụng trong các công cụ
cắt gọt. Các loại bột nghiền alôxíte có thành phần chủ yếu là nhôm ôxít, có trộn thêm
silic, được sử dụng để chế tạo phần đầu cơ bi-a. Bột nhôm ôxít được sử dụng trong
các thiết bị mài nhẵn và khử xước đĩa CD/DVD[16l
Đồ án tốt nghiệp

18

Nguyễn Tiến Huy

dùng để tách asen, flo trong nước sinh hoạt, tách các họp 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[20].
Nhôm ôxít mao quản trung bình có thể hấp phụ hơi nước trong quá trình bảo
quản mức độ ẩm của không khí trong các thiết bị, máy móc đặc biệt và kho chứa,
Đồ án tốt nghiệp

20
19

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

đoạn dầu như phân tách các hợp chất vòng từ các paraíĩn hay oleíin thì nhôm ôxít
có thể hấp phụ hỗn họp các vòng thơm, vòng no. Nhôm ôxít cũng có thể hấp phụ
hỗn họp của các hydrocacbon chưa bão hòa có nhiệt độ sôi cao, các họp chất màu
tù’ sáp, dầu, chất béo[23].
Nhôm ôxít mao quản trung bình hấp phụ hỗn họp 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 họp 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 +
I50°C[20].
a) Sử dụng nhôm ôxỉt 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,

Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

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]:
•

Họp 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 họp chất N-nitroamin: Có trong dòng khói chính của điếu thuốc
cỡ nanogram.

•

Các amin thơm bao gồm: 2-naphtytamin, 4-amino biphenyl, 2toludin... Các chất này cũng chỉ tồn tại trong dòng khói chính của
điếu thuốc cỡ nanogram.

•

Các họp chất hữu cơ như: benzen, acrylonitril, vinyl clorua...Các
chất này cũng tồn tại trong dòng khói chính của điếu thuốc cỡ
nanogram.


Các đồng phân của xylen
Tên thông thường

Xylen
Đimêtylben

0 - xylen m - xylen

p - xylen
1,4Đimêtylben

1,2- 1,3Đimêtylbenz Đimêtylbenz
en
en hấp
zen
Nghiên
Nghiên
cứu
cứu
khả
khả
năng
năng
hấp
phụ
phụ
VOCs
VOCs
của

lỏng
không
màucông nghiệp. Chúng cũng được sản
sinh
ra
từ
ngành
công
nghiệp
sơn,
polyme,
dung
môi, chất lỏng làm sạch, làm
Số hiệu CAS
[1330-20-7]
[95-47-6] [108-38-3]
[106-42-3]
khô, hoặc các sản phẩm khác được sử dụng trong gia đình hay công sở, như
Tỷ trọng và pha
0,864
g/ml,
0,88 g/ml,
0,86 g/ml,
máy
photocopy, máy
điều0,86
hòag/ml,
nhiệt độ, tủ lạnh,
mỹ phẩm, hóa chất dùng đánh
bóng

quyển,
chúng kết họp với nitơ
oxit, dưới tác dụng của tia
(226
K)
(248
K)
(225
K)
cực tím tạo thành sương mù quang hóa:
Nhiệt độ sôi
138,5°c
144°c 139°c
138°c
VOCs
NO(412
2+O
2 + ánh sáng —> O3
+ NO
(412 K)
(417+K)
K)
(411
K) + CO2 + H2
VOCs hấp thụ tia hồng ngoại gây hiệu ứng nhà kính1-36-1.
0,812 cP 0,62 cP
0,34 cP
Độ nhớt
Khi
hít

NFPA 704
• Các vấn đề về khả năng học tập.

Danh pháp IUPAC

zen

Nồng độ xylen cho
phép trong không khí

0

Giới hạn nổ trong
không khí

X

Điểm bốc cháy
Nguy hiểm và an toàn

00

ơ

•

Ung thư, hại thận, hủy hoại hệ thống thần kinh, hại gan....

Xylene là một trong những chất VOCs phổ biến, nó thoát ra từ quá trình sản
24°c


Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN


Nghiên cứu khả năng hấp phụ VOCs của hỗn hợp y- Al2O3-zeolitX.P1

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
tụ, oxy hóa thường được sử dụng để loại bỏ VOCs với hàm lượng lớn (trên
1%), còn phương pháp hấp phụ hiệu quả hơn khi cần loại bỏ VOCs ở nồng độ
nhỏ (cỡ ppm hoặc dưới ppm). Cho đến hiện tại, chỉ khoảng 10% ngành công
nghiệp xử lý VOCs sử dụng kỹ thuật hấp phụ, nhưng tỷ lệ này sẽ gia tăng trong
tương lai gần do sự thắt chặt các quy định về hàm lượng VOCs trong khí
thải[35l Điều này cũng giải thích cho tốc độ phát triển nhanh chóng của các
công nghệ sử dụng chất hấp phụ trong việc xử lý, loại bỏ VOCs trong khí thải.
Than hoạt tính thường được sử dụng trong các quá trình này, do chúng có khả
năng hấp phụ cao và tính kinh tế. Tuy nhiên, khả năng thu hồi than hoạt tính là
rất khó khăn do chúng không bền nhiệt và không bền hóa. Neu sử dụng zeolit
kị nước thì giá thành lại cao gấp 10 lần, và chúng rất nhạy cảm với sự có mặt
của hơi ẩm. Nhôm ôxít hoạt tính là chất hấp phụ rất tốt. Vì vậy hỗn hợp ỴAl 03-zeolit X.P] có triển vọng trong việc sử dụng làm chất hấp phụ loại bỏ
VOCs từ khí thải.
II.ZEOLIT
2

II. 1. Giói thiệu về zeolite
II.l.l.


Mx/n[(A10 )x.(SĨ0 )y].zH20
2

2

Trong đó:
M là cation bù trừ điện tích âm có hoá trị n.
x,y là số tứ diện nhôm và silic, thông thường y/x >1 và thay đổi tuỳ theo
từng loại zeolite.
z là số phân tử nước kết tinh trong zeolite.
Phần trong [] là thành phần một ô mạng cơ sở của tinh thể.
II.1.2 Tính chất hấp phụ cua zeolit
Khác với than hoạt tính, silicagel và các chất hấp phụ vô cơ khác, zeolit có cấu trúc tinh
thể với hệ thống lỗ xốp có kích cỡ phân tử và rất đồng đều, nên hấp phụ chọn lọc với
dung lượng hấp phụ lớn là đặc trưng quan trọng của zeolit.
Bản chất quá trình hấp phụ của zeolit là quá trình thu gom dần dần các chất bị hấp
phụ để lấp đầy các kênh rãnh, khoang trong tinh thể zeolit. Các cửa sổ nằm ngoài bề mặt
zeolit thì tập trung mật độ điện tử (do chứa nhiều nguyên tử oxy trong không gian bé),
các cation Si4+, Al3+ nằm sâu trong khung zeolit tạo cho bề mặt có các tương tác tĩnh điện
với các chất bị hấp phụ. Do đó, cân bằng hấp phụ được xác định bởi lực tĩnh điện và lực
phân tán.
Do có cấu trúc mạng lưới tinh thể đặc biệt, zeolit có một hệ thống các kênh rãnh
hình thành liên tục trong tinh thể, tạo nên các mao quản rất bé và các cửa lỗ mao quản là
các vòng cấu tạo đặc biệt do oxy tạo nên. Các mao quản trong zeolit có kích thước phân
tử và rất đồng đều làm cho zeolit có khả năng hấp phụ chọn lọc cao. Ngoài ra, do có tính
chất phân cực, zeolit có khả năng hấp phụ một lượng rất lớn các chất bị hấp phụ, chứa
đầy trong hệ thống kênh rãnh và các khoang.
Như vậy, tính chất hấp phụ chọn lọc của zeolit xuất phát từ hai yếu tố chính:
. Kích thước cửa sổ mao quản của zeolit chỉ cho phép lọt qua những phân tử có
hình dạng, kích thước phù họp.

4 mmHg đạt khoảng 20 -ỉ- 30%.

về

mặt lý thuyết, zeolit có thể hấp phụ tốt nhất các chất khi mao quản của zeolit
có đường kính động học không nhỏ hơn đường kính động học của phân tử chất bị hấp
phụ. Tuy nhiên, trong thực tế, khả năng hấp phụ tốt nhất khi các đường kính động học
này xấp xỉ nhau.

II. 1.3. ứng dụng của zeolit X, Pi
Nhờ có cấu tạo với các mao quản và rãnh bên có kích thước xác định, nên zeolit là
chất hấp phụ tốt rất nhiều chất hữu cơ và vô cơ. Do tính chất hấp phụ cao và chọn lọc,
khả năng trao đổi cation cao, khả năng xúc tác tốt ... nên zeolit được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống con người.
Trong nông nghiệp zeolit cũng được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau, cho
hiệu quả kinh tế cao như:
-Trong chăn nuôi:
Khi sử dụng zeoilt cho bò nuôi sẽ làm tăng:
. Năng suất cho sữa trung bình ngày lên từ 5

8%.

. Tỷ lệ sống sót của bê con tăng 10%.

Đồ án tốt nghiệp

27

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN

xúc tác
lọctrọng
hóa dầu:
tìm lợn.
ra zeolit và tổng hợp được chúng đã
.. Tăng
từ 8trong
-ỉ- 10%
lượngViệc
thịt của
tạo nên bước ngoặt lớn trong ngành công nghiệp dầu khí. ứng dựng zeolit không
những
làmlượng
tăng cả
số lợn
lượng,
lượng
dầusinh
khíanmàtoàn
cònthực
góp
. Chất
củavềthịt
cũngchất
tăng,
đảmcủa
bảocác
yêusản
cầuphẩm
về vệ

lệ sống
sót của
phép là 0,01. Tăng
mg/m20%
thìtỷchỉ
cần cho
các vật
khínuôi.
này tiếp xúc với quặng chứa zeolit 0,05 giây.
Nước thải có chứa amin và dầu đã hòa tan được làm sạch đến 90 -ỉ- 99% bằng zeolit.
. Tăng 3 + 5% khả năng đẻ trứng của gà.
Ngoài ra, do có bề mặt riêng lớn, đường kính lỗ mao quản thích hợp, tốc độ hấp
phụ nhanh và giá thành sản phẩm thấp nên zeolit còn có thể dùng để hấp phụ khí độc
. Giảm
3 -ỉtỷ lệ trứng
hỏng.
trong khói thuốc
lá từ
như:
khí5%
cacbon
monoxit,
nicotin và các chất đa vòng ngưng tụ.
3

3

II.2. Giói thiệu về chất
hấp
zeolitX,

và mỗi bát diện cụt liên kết với 4 bát diện Khi
cụt đưa
kháczeolit
ở mặt
cạnhchất
thông
quađấtliên
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 .zeolit.
Tăng khả
Hìnhnăng
1.10sinh
trình
trưởng
bày của
cấucây.
trúc khung mạng của zeolit X. 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 TO4. bằng
384phân.
nguyên tử oxy.
Nâng192
caovà
giáchứa
trị của
. Nâng cao năng suất cây trồng.
Bảng 4: Dữ liệu cấu trúc cơ bản của zeolỉt X
. Giữ lại các chất dinh dưỡng cho cây.
. Nâng cao chất lượng lâu dài của đất.

tử oxy tạo nên một hệ thống mao quản thứ cấp có đường kính 2,2 Â nhỏ hơn nhiều so
với kích thước phân tử nên ít được quan tâm trong xúc tác.

Hình 13: cấu trúc khung mạng của zeolit X

Trong zeolit X, các cation bù trừ điện tích khung có thể di chuyển tự do trong
mao quản và chiếm các vị trí khác nhau tuỳ thuộc vào bản chất cation, mức độ trao
đổi, điều kiện sử lý nhiệt và tỷ số Si/Al. Trên hình 1.10 chỉ ra các vị trí của các cation
trao đổi: tâm Si - tâm của lăng trụ lục giác; tâm Su - tâm của vòng 6 cạnh và lệch vào
hốc lớn khoảng 1 Ả; tâm S’Ị và tâm S’n - đối xứng tương ứng với S! và Sn qua các mặt
6 cạnh; tâm sm - trong hốc lớn, xác suất lớn nhất ở gần vòng 6 cạnh. Trong một ô
mạng cơ sở bao gồm 16 vị trí Si, 32 vị trí S’i, SII, S’n; 48 vị trí Sffl. Trong các cấu trúc
faujasit, tỷ số Si/Al luôn lớn hơn 1, nghĩa là số cation trao đổi cực đại không quá 96
(bằng 192/2) nên các vị trí

sm

chỉ được điền một phần bằng các cation trao đổi. Khi

tăng tỷ số Si/Al, số cation nằm ở vị trí sm giảm. Khi thay thế hoàn toàn các cation hoá
trị một bằng các cation đa hoá trị thì cá vị trí Sm hoàn toàn bị bỏ trống.

Đồ án tốt nghiệp

30

Nguyễn Tiến Huy
Lớp Hoa Dầu K49-QN