Đang tải... (xem toàn văn)
Vật liệu rây phân tử SAPO56 được tổng hợp từ hai nguồn nhôm khác nhau là nhôm hydroxit và nhôm isopropoxit và các tiền chất bao gồm LUDOX AS30, H3PO4 và TMHD làm chất định hướng cấu trúc hữu cơ trong điều kiện thủy nhiệt ở 200℃ trong 48h. Mẫu tổng hợp được phân tích đặc trưng bởi các phương pháp XRD, FESEM, EDS, hấp phụ nhả hấp phụ đẳng nhiệt N2. Kỹ thuật cộng hưởng từ điện tử thuận từ (EPR) được áp dụng để xác định hàm lượng ion Cu2+ cô lập trong cấu trúc. Kết quả là với hai nguồn nhôm khác nhau thu được hai vật liệu với hai cấu trúc tinh thể khác nhau và có tính chất hóa lý khác nhau. Tiếp theo, tổng hợp xúc tác CuSAPO bằng phương pháp trao đổi ion lỏng với 3%klg Cu. Sau đó, tiến hành đánh giá hoạt tính xúc tác tổng hợp được trong xử lý NOx bằng phương pháp khử chọn lọc với chất khử được sử dụng là NH3 (NH3SCR).
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ảnh hưởng nguồn nhôm đến vật liệu SAPO-56 xúc tác Cu/SAPO-56 xử lý NOx công nghệ NH3-SCR NGUYỄN TIẾN ĐẠT dat.nt160946@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Hóa học Chun ngành Cơng nghệ Hữu – Hóa dầu Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phạm Thanh Huyền Bộ mơn: Viện: Cơng nghệ Hữu – Hóa dầu Kỹ thuật Hóa học HÀ NỘI, 06/2021 Chữ ký GVHD TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC -NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Tiến Đạt Số hiệu sinh viên: 20160946 Lớp: Kỹ thuật hóa học 06 Khóa: 61 Nội dung nghiên cứu: Ảnh hưởng nguồn nhôm đến vật liệu SAPO-56 xúc tác Cu/SAPO56 xử lý NOx công nghệ NH3-SCR Các số liệu, kiện ban đầu: Các tiền chất để tổng hợp vật liệu SAPO-56 xúc tác Cu/SAPO-56 Nhiệm vụ nghiên cứu - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Thực nghiệm - Chương 3: Kết thảo luận Ngày giao nhiệm vụ: 02/2021 Ngày hoàn thành: 06/2021 Ngày 26 tháng 02 năm 2021 Trưởng Bộ môn Cán hướng dẫn PGS TS Nguyễn Hồng Liên PGS TS Phạm Thanh Huyền Lời cảm ơn Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Phạm Thanh Huyền trực tiếp hướng dẫn, truyền dạy kiến thức khoa học, thực nghiệm tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian thực đồ án Em xin gửi lời cảm ơn đến tất Quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung mơn Cơng nghệ Hữu – Hóa dầu nói riêng dạy cho em kiến thức, kinh nghiệm kỹ để trở thành kỹ sư hóa học Em xin cảm ơn anh chị bạn giúp đỡ đồng hành em trình thực đồ án Trong trình thực đồ án, cố gắng hoàn thiện khơng tránh khỏi sai sót Kính mong thầy góp ý để em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2021 Tóm tắt nội dung đồ án Vật liệu rây phân tử SAPO-56 tổng hợp từ hai nguồn nhôm khác nhôm hydroxit nhôm isopropoxit tiền chất bao gồm LUDOX AS-30, H3PO4 TMHD làm chất định hướng cấu trúc hữu điều kiện thủy nhiệt 200℃ 48h Mẫu tổng hợp phân tích đặc trưng phương pháp XRD, FE-SEM, EDS, hấp phụ - nhả hấp phụ đẳng nhiệt N2 Kỹ thuật cộng hưởng từ điện tử thuận từ (EPR) áp dụng để xác định hàm lượng ion Cu2+ cô lập cấu trúc Kết với hai nguồn nhôm khác thu hai vật liệu với hai cấu trúc tinh thể khác có tính chất hóa lý khác Tiếp theo, tổng hợp xúc tác Cu/SAPO phương pháp trao đổi ion lỏng với 3%klg Cu Sau đó, tiến hành đánh giá hoạt tính xúc tác tổng hợp xử lý NOx phương pháp khử chọn lọc với chất khử sử dụng NH (NH3-SCR) Đồ án theo chia thành phần: - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Thực nghiệm - Chương 3: Kết thảo luận Sinh viên thực Nguyễn Tiến Đạt MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .i DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Khí thải NOx 1.1.1 Tác hại .1 1.1.2 Nguồn phát thải 1.1.3 Các phương pháp xử lý NOx 1.2 Công nghệ khử chọn lọc NOx có sử dụng xúc tác 1.2.1 Bộ phận xử lý khí thải động diesel 1.2.2 Hóa học trình .7 1.2.3 Xúc tác cho trình NH3-SCR 1.3 Vật liệu SAPO-56 SAPO-17 .14 1.3.1 Vật liệu rây phân tử họ aluminophotphat 15 1.3.2 Vật liệu họ Silicoaluminophotphat SAPO 17 1.3.3 Vật liệu SAPO-56 19 1.3.4 Vật liệu SAPO-17 23 1.4 Xúc tác Cu/SAPO-56 24 1.4.1 Cơ chế phản ứng 24 1.4.2 Các phương pháp tổng hợp xúc tác Cu/SAPO-56 26 1.5 Tình hình nghiên cứu, mục đích nội dung nghiên cứu 29 CHƯƠNG THỰC NHIỆM 32 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 32 2.1.1 Hóa chất 32 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 32 2.2 Tổng hợp vật liệu SAPO-56 với hai nguồn nhôm khác 32 2.3 Tổng hợp xúc tác Cu/SAPO-56 .34 2.4 Phân tích đặc trưng xúc tác 35 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 35 2.4.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) 37 2.4.3 Phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 39 2.4.4 Phương pháp hấp phụ - nhả hấp phụ đẳng nhiệt N2 40 2.4.5 Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR) 43 2.4.6 Đánh giá hoạt tính xúc tác 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Ảnh hưởng chất nguồn nhơm đến tính chất vật liệu SAPO-56 46 3.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu 46 3.1.2 Kết kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) 49 3.1.3 Kết hấp phụ - nhả hấp phụ đẳng nhiệt vật lý N2 50 3.1.4 Kết phân tích thành phần nguyên tố 52 3.2 Xúc tác Cu/SAPO-56, Cu/SAPO-17 đánh giá hoạt tính xử lý NOx cơng nghệ NH3-SCR 53 3.2.1 Phân tích đặc trưng xúc tác 53 3.2.2 Đánh giá hoạt tính xúc tác phản ứng NH3-SCR .60 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt SAPO Tiếng Anh Silicoaluminophosphate SCR Selective Catalytic Reduction CĐHCT XRD OSDA, Template X-ray Diffraction Energy-dispersive X-ray Spectroscopy Electron Paramagnetic Resonance EDS EPR FE-SEM Field Emission Scanning Electron Microscopy gme aft AFX ERI gmelinite aft AFX ERI Tiếng Việt Silicoaluminophotphat Khử chọn lọc có sử dụng xúc tác Chất định hướng cấu trúc Nhiễu xạ tia X Phổ tán sắc lượng tia X Cộng hưởng từ điện tử thuận từ Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường Cấu trúc gmelinit Cấu trúc aft Cấu trúc AFX Cấu trúc ERI DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các nguồn phát thải NOx Mỹ (a) châu Âu năm 2000 (b) Hình 1.2: Nguồn phát thải NOx tỉnh Đồng sơng Hồng năm 2015 Hình 1.3: Cấu tạo phận xử lý khí thải điển hình theo tiêu chuẩn EURO VI i Hình 1.4: Cơ chế phản ứng NH3-SCR Hình 1.5: Q trình dealumination với có mặt nước 13 Hình 1.6: Xúc tác Cu/SAPO-34 ứng dụng cho trình NH3-SCR 14 Hình 1.7: Cấu trúc zeolite 16 Hình 1.8: Cấu trúc AlPO4 16 Hình 1.9: Sự thay nguyên tử photpho nguyên tử silic 18 Hình 1.10: Sự thay nguyên tử Si vào khung AlPO 18 Hình 1.11: Các lồng cấu trúc SAPO-56 20 Hình 1.12: Cấu trúc AFX vật liệu SAPO-56 .20 Hình 1.13: Khung cấu trúc ERI SAPO-17 23 Hình 1.14: Cơ chế phản ứng khử chọn lọc xúc tác Cu/SAPO-34 .25 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp vật liệu SAPO-56 phương pháp thủy nhiệt 33 Hình 2.2: Quy trình tổng hợp vật liệu SAPO-56 .34 Hình 2.3: Tổng hợp xúc tác Cu/SAPO-56 phương pháp trao đổi ion .34 Hình 2.4: Quy trình tổng hợp xúc tác Cu/SAPO-56 35 Hình 2.5: Sự tán xạ tia X theo định luật Bragg 36 Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét .38 Hình 2.7: Ngun lý phép phân tích EDS 40 Hình 2.8: Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ 41 Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn biến thiên P/[V(Po-P)] theo P/Po 42 Hình 2.10: Mức lượng electron từ trường 43 Hình 2.11: Sơ đồ hệ phản ứng NH3-SCR 45 Hình 3.1: Giản đồ XRD hai mẫu vật liệu tổng hợp 46 Hình 3.2: Ảnh FE-SEM mẫu tổng hợp 49 Hình 3.3: Đường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2 mẫu tổng hợp 51 Hình 3.4:Phân bố kích thước mao quản 52 Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu xúc tác Cu/M1 Cu/M2 .54 Hình 3.6: Ảnh chụp FE-SEM mẫu xúc tác 56 Hình 3.7: Đường đẳng nhiệt hấp phụ-nhả hấp phụ mẫu Cu/M1 Cu/M2 57 ii Hình 3.8: Phổ EPR hai mẫu xúc tác Cu/M1 Cu/M2 .59 Hình 3.9: So sánh khung cấu trúc SAPO-56 SAPO-17 61 Hình 3.10: Độ chuyển hóa NO NH3 theo nhiệt độ mẫu Cu/M1 .63 DANH MỤC BẢNG BIỂ iii Bảng 1.1: Các nguồn phát thải NOx Việt Nam năm 2015 .3 Bảng 1.2: Các cơng nghệ kiểm sốt sau trình cháy .5 Bảng 1.3: Phân loại vật liệu rây phân tử 15 Bảng 1.4: Các dạng liên kết Cu/SAPO-34 .24 Bảng 1.5: Các phương pháp tổng hợp vật liệu Cu/SAPO 28 Bảng 2.1: Các mẫu tổng hợp .33 Bảng 3.1: Độ kết tinh tương đối mẫu tổng hợp .47 Bảng 3.2: Diện tích bề mặt mẫu vật liệu .51 Bảng 3.3: Thành phần nguyên tố mẫu tổng hợp 53 Bảng 3.4: Kết phân tích EDS hai mẫu Cu/M1 Cu/M2 55 Bảng 3.5: Diện tích bề mặt mẫu xúc tác 57 Bảng 3.6: So sánh hai khung cấu trúc ERI AFX 60 iv