Đang tải... (xem toàn văn)
Xúc tác CuSAPO34 có thể tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó nổi trội nhất là phương pháp trao đổi ion lỏng bởi tính đơn giản trong quy trình. Bên cạnh đó, một phương pháp mới chưa từng được ứng dụng trước đó là sử dụng công nghệ plasma trong lỏng (plasma in liquid). Vì vậy, trong khuôn khổ đồ án này, xúc tác CuSAPO34 sẽ cùng được chuẩn bị theo hai phương pháp trên để so sánh và đánh giá tính hiệu quả của công nghệ plasma trong việc tổng hợp vật liệu.
Đồ án tốt nghiệp Mục lụcc lục lụcc Danh mục bảng .3 Danh mục hình Mở đầu Chương I Tổng quan I.1 Đặt vấn đề .7 I.1.1 Giới thiệu NOx I.1.2 Ảnh hưởng NOx đến môi trường sức khỏe người 10 I.2 Các phương pháp giảm thiểu NOx 12 I.2.1 Các phương pháp giảm thiểu NOx tiêu biểu 12 I.2.2 So sánh phương pháp xử lí NOx 17 I.3 Xúc tác sử dụng cho công nghệ khử chọn lọc có xúc tác .18 I.3.1 Tổng quan xúc tác .19 I.3.2 SAPO-34 21 I.3.3 Vị trí đồng xúc tác 24 I.4 Phương pháp tổng hợp 25 I.4.1 Phương pháp trao đổi ion lỏng 25 I.4.2 Phương pháp plasma lỏng .27 Chương II Thực nghiệm 32 II.1 Tổng hợp xúc tác Cu/SAPO-34 32 II.1.1 Hóa chất dụng cụ .32 II.1.2 Quy trình thực nghiệm 33 II.2 Phương pháp phân tích đặc trưng 37 Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp II.2.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 37 II.2.2 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia Ronghen (XRD) .38 II.2.3 Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP–OES) 41 II.2.4 Phổ hồng ngoại (FT-IR) 42 Chương III Kết thảo luận .44 III.1 Kết nghiên cứu đặc trưng xúc tác 44 III.1.1 Kết giản đồ nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) .44 III.1.2 Kết ảnh hiển vi điện tử quét FE-SEM .45 III.1.3 Kết phổ hồng ngoại FT-IR 48 III.1.4 Kết phân tích nguyên tố ICP-OES 49 III.1.5 Kết cộng hưởng từ điện tử (EPR) 50 III.2 Đánh giá kết 51 III.2.1 Ảnh hưởng phương pháp tổng hợp đến tính chất xúc tác 51 III.2.2 Ảnh hưởng nguồn tiền chất đồng đến tính chất xúc tác 52 Kết luận 53 Danh mục tài liệu tham khảo .54 Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng Bảng 1.1 Tính chất nitơ oxit……………………………………………….9 Bảng 1.2 Hàm lượng NOx xe tải mức tiêu chuẩn khí thải Euro…… 11 Bảng 2.1 Kí hiệu mẫu tổng hợp……………………………………………… 37 Bảng 3.1 Hàm lượng đồng mẫu tổng hợp……………………………… 48 Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình Hình 1.1 Các nguồn gốc sinh Nitơ oxit giới năm 2015………………… Hình 1.2 Nguồn gốc gây NOx giới theo vùng khu vực năm 2015….9 Hình 1.3 Ngun lí hoạt động cơng nghệ tuần hồn khí thải………………… 13 Hình 1.4 Sơ đồ cụm xử lí khí thải SCR……………………………………… 16 Hình 1.5 Cấu trúc đơn vị AlPO……………………………… 21 Hình 1.6 Mơ hình cấu trúc họ chabazite…………………………………………22 Hình 1.7 Mơ hình vị trí Cu cấu trúc SAPO-34…………………… 23 Hình 1.8 Mơ hình thiết bị tạo plasma lỏng 29 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp SAPO-34 .33 Hình 2.2 Quy trình tổng hợp NH4/SAPO-34 .34 Hình 2.3 Quy trình tổng hợp Cu/SAPO-34 phương pháp trao đổi ion .35 Hình 2.4 Hệ phản ứng plasma lỏng 36 Hình 2.5 Quy trình tổng hợp Cu/SAPO-34 phương pháp plasma lỏng .36 Hình 2.6 Các nguyên tắc xảy kĩ thuật ICP-OES 41 Hình 2.7 Sơ đồ giao thoa kế Michelson .42 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu tổng hợp 43 Hình 3.2 Ảnh FE-SEM mẫu phân tích 44 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại mẫu tổng hợp 47 Hình 3.4 Phổ cộng hưởng từ điện tử hai mẫu Cu/SAPO-34 49 Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp Mở đầu Ngày nay, việc bùng nổ dân số giới với phát triển kinh tế xã hội kéo theo gia tăng đáng kể nhu cầu sử dụng lượng lại Để đáp ứng nhu cầu đó, số lượng lớn phân xưởng, nhà máy lượng với phương tiện giao thông, đặc biệt phương tiện đáp ứng khả vận chuyển suất lớn ngành vận tải, điển hình động diesel, cần phải sử dụng Đi kèm với vấn đề ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng khơng khí xung quanh thành phố khắp giới Khơng khí bị nhiễm khí thải phát từ động bao gồm cacbon monoxit (CO), hydrocacbon, lưu huỳnh dioxit (SO 2), hạt mịn oxit nitơ (NOx) [1] Đặc biệt hơn, hàm lượng NOx hạt mịn phát sinh từ khí thải động diesel lớn nhiều so với động xăng, chúng có ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe người mơi trường Chính vậy, việc nâng cao quy định tiêu chuẩn hàm lượng khí thải cần thiết, kèm với yêu cầu phải tìm phương thức kiểm sốt chúng Cơng nghệ khử chọn lọc có xúc tác xem cơng nghệ có hiệu cao việc xử lí khí thải NOx Trong đó, xúc tác sử dụng công nghệ quan trọng chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất xử lí NOx Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu xúc tác cần thiết Trong số xúc tác nghiên cứu, đồng mang SAPO-34 (silicoaluminophotphat), kí hiệu Cu/SAPO-34, cho thấy tiềm sử dụng rộng rãi Nguyên nhân loại vật liệu hoạt động khoảng nhiệt độ thấp – phù hợp với điều kiện khởi động xe, độ bền nhiệt cao – xử lí khí thải có nhiệt độ làm việc lớn khả chuyển hóa nitơ oxit thành khí nitơ đáng kể Xúc tác Cu/SAPO-34 tổng hợp nhiều phương pháp khác nhau, trội phương pháp trao đổi ion lỏng tính đơn giản quy trình Bên cạnh đó, phương pháp chưa ứng dụng trước sử dụng cơng nghệ plasma lỏng (plasma in liquid) Vì vậy, khn khổ đồ án này, xúc tác Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp Cu/SAPO-34 chuẩn bị theo hai phương pháp để so sánh đánh giá tính hiệu cơng nghệ plasma việc tổng hợp vật liệu Do vậy, đồ án này, em lựa chọn đề tài nghiên cứu “So sánh phương pháp tổng hợp xúc tác Cu/SAPO-34 công nghệ plasma trao đổi ion.” Đồ án em chia làm phần: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp Chương I I.1 Tổng quan Đặt vấn đề Ô nhiễm khơng khí gây tổn thất nghiêm trọng đến sức khỏe người môi trường Tổ chức Y tế giới (WHO) thống kê rằng, có 10 người giới hít thở bầu khơng khí bị nhiễm triệu người thiệt mạng nhiễm khơng khí [2] Các khí độc thường sinh từ phân xưởng phụ trợ nhà máy, nhà máy lượng phương tiện giao thông, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người qua đường khơng khí, từ đến phổi mạch máu Bên cạnh vấn đề sức khỏe người, đa dạng sinh học môi trường sinh thái bị ảnh hưởng nghiêm trọng Không vậy, thiệt hại đến kinh tế đạt số đáng kể Cụ thể, năm 2015, chi phí hỗ trợ xã hội toàn cầu dành 280 tỉ USD để xử lý nhiễm khơng khí [3] Chính ảnh hưởng nghiêm trọng này, hàng loạt công trình nghiên cứu sách ban hành để giảm thiểu ô nhiễm Nitơ oxit (NOx) số những chất có ảnh hưởng đáng kể đến nhiễm khơng khí thay đổi khí hậu Chúng xếp với hạt bụi siêu mịn (PM) ozon vào danh sách chất cần xử lí triệt để xả thải mơi trường Nguồn gốc sinh NOx phần lớn đến từ trình đốt nhiệt độ cao (động đốt trong, nhà máy, phân xưởng nhà máy…) I.1.1 Giới thiệu NOx Một số loại nitơ oxit tồn môi trường bao gồm N 2O, NO, NO2, N2O3, N2O4 N2O5 Cụm từ NOx thường dùng để viết tắt cho nitơ oxit (NO), nitơ dioxit (NO 2) Nitơ oxit tạo thành nhờ phàn ứng nitơ oxi nhiệt độ cao, chủ yếu đốt nhiên liệu giao thông sản sinh lượng, oxi hóa từ NO thành NO khơng khí Tính chất số hợp chất nitơ oxit thể bảng 1.1 sau: Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.1 Tính chất nitơ oxit [4,5] Hợp chất nitơ oxit Tính chất Tính tan Trạng thái Tỉ trọng (trong nước) nhiệt độ phịng (g/dm3) N2 O Khơng màu Tan Khí 1.8 NO Khơng màu Ít tan Khí 1.34 N2 O3 Đen Tan Lỏng 1447 NO2 Nâu đỏ Tan mạnh Khí 3.4 N2 O4 Trong suốt Tan mạnh Lỏng 1492.7 N2 O5 Trắng Tan mạnh Rắn 2050 Thông thường, nguyên nhân gây NOx trình cháy chia làm ba Màu sắc loại chính: NOx nhiệt (thermal – NOx), NOx nhiên liệu (fuel – NOx), NOx nhanh (prompt – NOx) [6] NOx nhiệt hình thành nhiệt độ cao, thông thường 1300 oC, kết q trình oxi hóa N khơng khí đốt NOx nhiệt q trình tạo nhiều NOx trình cháy Quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian lưu N2; nhiệt độ lửa cao dễ xảy NOx nhiệt [7] NOx nhiên liệu tạo thành gốc tự nitơ nhiên liệu giải phóng tạo thành khí N2, từ kết hợp với hàm lượng O dư khơng khí NOx nhiên liệu phần lớn tạo thành trình đốt dầu than Cụ thể, q trình đốt dầu tạo lượng NOx chiếm tới 50% tổng lượng khí thải, số với q trình đốt than 80% [7] NOx nhanh tạo thành giai đoạn đầu trình cháy, phản ứng N2 khí với gốc tự nhiên liệu C, CH CH Hàm lượng NOx nhanh thường thấp nên quan tâm cho mục đích xác định hàm lượng phát thải xác [7] Theo báo cáo Toàn cảnh Năng lượng giới năm 2016 IEA (International Energy Agency), giới, hàm lượng nitơ oxit khí thải tiếp tục tăng Năm 2015, hàm lượng toàn giới 105 triệu tấn, với nguồn gốc phát thải lớn Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp đến từ phương tiện vận tải (trên 50%), theo sau từ q trình cơng nghiệp (26%) lượng (14%) (xem Hình 1.1) [8] Hình 1.1 Các nguồn gốc sinh Nitơ oxit giới năm 2015 [8] Sự gia tăng hàm lượng NOx quốc gia phát triển đáng kể, vượt trội so với quốc gia phát triển Trung Quốc (23 triệu tấn) Hoa Kì (13 triệu tấn) chiếm 1/3 tổng số NOx toàn cầu Giao thông nguồn gốc phát thải NOx lớn nhiều khu vực giới, Trung Quốc ngoại lệ, công nghiệp lại nguồn phát thải lớn Hàm lượng NOx Ấn Độ đà tăng trưởng, chạm ngưỡng Liên minh châu Âu dân số lớn gấp đơi (xem Hình 1.2) [8] Hình 1.2 Nguồn gốc gây NOx giới theo vùng khu vực năm 2015 Đàm Lê Quốc Phong - 20143411 Đồ án tốt nghiệp I.1.2 Ảnh hưởng NOx đến môi trường sức khỏe người Ngày nay, NOx dành quan tâm đặc biệt gây nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe người môi trường Cụ thể hơn, số loại nitơ oxit, nitơ oxit (NO) nitơ dioxit (NO2) coi nguy hiểm Khoảng 95% hàm lượng NOx phát thải từ trình cháy nhiệt độ cao (tại động đốt trong, tua bin khí, nhà máy lượng, ngành công nghiệp ) [9] Nitơ oxit độc nitơ dioxit, nhiên, gốc tự khác, NO ổn định phản ứng với O2 để oxi hóa tạo thành NO2 [10] Các nghiên cứu đánh giá rủi ro hàm lượng lớn khí NO ngồi trời khu vực dân cư góp phần làm tăng nguy mắc bệnh hô hấp tim mạch, kèm với tỉ lệ tử vong [9] Một số hậu tiêu cực khác NOx tạo mưa axit, ozon mặt đất (sương mù), sương mù quang hóa, tượng nóng lên tồn cầu, kích ứng mũi mắt, giảm thị lực, hình thành nên chất độc hại làm giảm chất lượng nguồn nước [12] NOx nguyên nhân cho tượng ozon đối lưu (sương mù) qua phản ứng quang hóa với hydrocacbon Hỗn hợp NOx hợp chất hữu bay (VOC) khơng khí, tác động ánh sáng, tạo nên lớp sương mù quang hóa Loại sương mù gây kích ứng làm tăng nguy mắc bệnh ung thư Màu vàng nâu NO2 làm giảm thị lực, góp phần dễ mắc vấn đề tim phổi kìm hãm phát triển thực vật Ngồi ra, NO2 cịn phản ứng với gốc tự khác từ VOC để tạo nên chất độc hại peroxyacetyl nitrat (PAN) NO NO với lưu huỳnh dioxit (SO2) nguyên nhân gây mưa axit Dưới tác động ánh sáng, hỗn hợp NOx SO phản ứng với nước tạo thành axit sunfuric axit nitric có khả gây ăn mịn mạnh [13] Bên cạnh đó, N2O loại khí gây hiệu ứng nhà kính, với khả làm tồn cầu nóng lên cao 300 lần so với CO N2O cịn phá hủy tầng ozon bình lưu khiến lượng tia UV-B tán xạ xuống mặt đất tăng cao [14] Trong y tế, N 2O sử dụng thuốc mê với hàm lượng thời gian sử dụng đảm bảo nghiêm ngặt Nếu vượt 10 Đàm Lê Quốc Phong - 20143411