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 Hà Nội - 2013 1 Qui trình công nghệ chế tạo các bộ xúc tác và hấp phụ I.1. Chế tạo vật liệu xúc tác kích thước nanomet bằng phương pháp Sol- Gel Citrat Sol-Gel Citrat là phương pháp chuyên dụng đa năng có thể áp dụng cho nhiều qui trình chế tạo mẫu có kích thước nanomet. Xuyên suốt quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã vận dụng tối đa khả năng sử dụng phương pháp này, 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 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 3 , và Mn(NO 3 ) 2 và Zn(CH 3 COO) 2 theo đúng tỷ lệ trong hợp thức La 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 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 La 2 O 3 SrCO 3 Mn(NO 3 ) 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 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 3 (LSMZO) nung ở 600 O C trong 4 giờ Giản đồ XRD cho thấy LSMZO có cấu trúc tinh thể như của LSMO. Vật liệu nhận được là đơn pha perovskite. - Ảnh TEM, hấp phụ vật lý, xác định BET và các thông số BJH Hình 3. Giản đồ hấp phụ và giả hấp phụ nitơ của vật liệu LSMZO Hình dạng giản đồ trên hình 3 cho thấy vật liệu perovskite nhận được có tính chất lỗ xốp. BET và các thông số lỗ xốp được ghi trong bảng 1. 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 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 ̉ n ư ́ ng khi không du ̀ ng xu ́ c tác (KXT) và khi dng xc tác LaSrMnZnO 3 (LSMZO) 5 Hình 5 cho thấy vật liệu cho độ chuyển hoá gần như hoàn toàn m-xylen (xem như đại diện VOC) ở nhiệt độ 250-270 O C. I.2 Chế tạo xương gốm cấu trúc tổ ong I.2.1 Hoá chất, vật liệu Nguyên liệu ban đầu là các khoáng chất tự nhiên và kỹ thuật với thành phần chính của phối liệu được xác định là:MgO(9%), Al 2 O 3 (24,9%) và SiO 2 (51,8%), CaO (2%) bộ khuôn đùn tạo sản phẩm cấu trúc tổ ong; lò sấy, lò nung đến 900-1200 O C tuỳ nhu cầu. 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 I.2.4 Sơ đồ chế tạo xương gốm 7 I.2.5 Kết quả tính chất xương gốm -Kết quả phân tích cấu trúc và thành phần: Phổ XRD cho thấy những bộ xương gốm chế tạo được có thành phần như mong muốn Cordierit hay Silica. Hình 9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của xương gốm sau thiêu kết trong không khí tại 950 o C trong 3h. Hỗn hợp khô Sét, caolin Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Al(OH) 3 Kỹ thuật Tal Mg 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.) Hình 11. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) trên bề mặt xương gốm + Độ bền cơ học - Độ bền nén và độ bền uốn: kết quả thử nghiệm độ bền nén, độ bền uốn của gốm cấu trúc tổ ong được ghi trong bảng 2 9 Bảng 2. Các thông số kỹ thuật của các bộ gốm cấu trc tổ ong Loại vật liệu Độ bền uốn (KG/cm 2 ) Độ bền va đập (KG.cm/cm 2 ) Độ bền nhiệt (T O C) Gốm cấu trúc tổ ong 32,12-34,80 1,48-1,49 1200 I.3 Tẩm xúc tác lên bề mặt xương gốm Các phối liệu để tổng hợp xúc tac được tuân thủ như trong qui trình I.1 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) [...]... La1-xKxCoO3 III La1-xSrxMn1-yZnyO3 Oxihoá +deNOx Co3O4/ZrO2, TiO 2- Xử lý Cơ Clo, SOx và V2O5-WO3/Al2O3 NOx Compozit Na2CO 3- Hấp phụ kim loại nặng CaO- Fe2O3-MnO2 và hơi axit IV V NOx 1 30 0-3 20 23 0-3 20 16 0-2 60 17 0-2 50 10 0-1 20 3 Vị trí đặt xúc tác Khói thải vào môi trường HẤP PHỤ 10 0-1 20OC XÚC TÁC IV 17 0-2 50OC XÚC TÁC III 16 0-2 60OC XÚC TÁC II 23 0-3 20OC XÚC TÁC I 30 0-3 20OC Lò Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống xúc. .. 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 0 2-2 008/BTNMT Một số quá trình chuyển hoá các khí thải có thể thực hiện ở nhiệt (200400)0C, phản ứng xúc tác thực hiện quá trình ôxy hoá khử Ưu điểm của vật liệu xúc tác là: - Có... thống xúc tác – hấp phụ xử lý khí thải 2 4 Nhiệt độ dòng khí, lưu lượng khí Điều khiển hệ thống gia nhiệt và dòng khí để nhiệt độ dòng khí vào hộp xúc tác đạt 28 0-3 20OC± 10OC, đ y là nhiệt độ hoạt động tối ưu của hộp xúc tác Lưu lượng khí : 1000m3/h 5 Chất lượng khí thải:  Khi chưa lắp bộ xúc tác, trong khí thải còn chứa nhiều CO, SO2, NOx  Khi cho khí thải qua bộ xử lý bằng xúc tác, nồng độ các khí độc... chất lượng khí thải đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam QCVN 02: 2008/BTNMT Các mẫu bộ 700 bộ xúc tác và hấp phụ dùng trong hệ thống lò đốt rác thải, rác thải y tế Người thực hiện Xác nhận của cơ quan Trần Thị Minh Nguyệt 5 LÒ ĐỐT RÁC THẢI Y TẾ CÔNG SUẤT 10 kg/h 1 Lò đốt rác thải y tế VHI-18B.XT có hệ thống xử lý khí thải bằng xúc tác 1.1 Sơ đồ thiết kế lò Ø300 Ø200 Ø300 Ø200 Ø150 Ø150 Ø200 Ø200 05 100... 38, 445 1-4 456 Xác nhận quy trình Người thực hiện TSKH Ngô Quốc Bưu TS Trần Thị Minh Nguyệt Xác nhận của cơ quan 10 HỆ THỐNG CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHẾ ĐỘ ÁP DỤNG BỘ XÚC TÁC VÀ HẤP PHỤ CHO LÒ ĐỐT RÁC THẢI Y TẾ 1 Lượng xúc tác Hộp xúc tác được thiết kế với kích thước: 570x570x918mm3 Các bộ xúc tác được xếp thành 5 tầng theo các chức năng phù hợp, mỗi tầng gồm 2 đến 3 lớp xúc tác Tổng số bộ xúc tác cần... Nhiệt độ làm việc của buồng đốt: 50 0- 8000C - Vật liệu chế tạo: Thành lò được x y bằng gạch samốt A, d y 115, bên ngoài được bảo ôn bằng bông gốm và bông thuỷ tinh d y 150, vỏ bên ngoài bằng thép không rỉ SUS 304, d y S =1.5mm 3 + Thông số và kích thước của buồng thứ cấp - Thể tích buồng sơ cấp: 0,35 m3 - Nhiệt độ làm việc của buồng đốt 9000C-10500C + Thời gian lưu ch y: 1-2 gi y + Vật liệu chế tạo: Thành... OC 90 0-1 050 OC Thời gian lưu ch y: 1-2 gi y Nhiệt độ khói thải: < 150 OC Chỉ tiêu khói thải: Chỉ tiêu khói thải: Chất lượng khí thải đạt Chất lượng khí thải đạt tiêu chuẩn môi trường tiêu chuẩn môi trường Việt Nam Việt Nam QCVN 02: TCVN6560/2005 2008/BTNMT Người thực hiện Xác nhận của cơ quan Trần Thị Minh Nguyệt 6 Qui trình công nghệ chế tạo các bộ xúc tác và hấp phụ I.1 Chế tạo vật liệu xúc tác kích... 03 VHI-18B 800 Ø890 2110 890 2100 Ø600 900 1090 02 ô 40 Ø500 370 200 100 Ø100 Ø80 1025 09 885 01 95 Qu¹t B¬m 600 990 Ø800 295 10 990 2100 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... 445 1-4 456 Xác nhận quy trình Người thực hiện TSKH Ngô Quốc Bưu TS Trần Thị Minh Nguyệt Xác nhận của cơ quan 10 Sản phẩm dạng I Các mẫu bộ xúc tác hấp phụ dùng trong hệ thống lò VHI-18B.XT 1 Đã chế tạo 700 bộ xúc tác hấp phụ cho lò VHI-18B.XT, trong đó 200 bộ có kích thước 100x100x60mm3 (hình 1) và 500 bộ 42x42x100mm3 (hình 2) Hình 1 Bộ xúc tác kích thước 100x100x60mm3 Hình 2 Bộ xúc tác bộ 42x42x100 mm3... dụng là 72 0-7 30 t y thuộc vào kích thước xương gốm là 100x100x60mm3 hay 42x42x100mm3 Trên thực tế, chúng tôi sử dụng tổ hợp cả 2 loại là 700 bộ 2 Chủng loại xúc tác Đã chọn 6 loại xúc tác hấp phụ để sử dụng và phân bố theo 5 chức năng như trong bảng 1 Bảng 1 Chủng loại và chức năng các loại xúc tác/ hấp phụ Nhiệt độ Lớp xúc tác Loại xúc tác Chức năng xúc tác hoạt động xúc tác (tOC) I La1-xSrxCoO3+ SrO . 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. 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. 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