Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tial mcm 41 điều chế từ
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở Ag/TiO2. Khám phá tính năng, ứng dụng và tiềm năng trong xử lý ô nhiễm.
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
153
Thời gian đọc
23 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Xử lý lưu huỳnh trong nhiên liệu: Nhu cầu cấp thiết
- Số trang:
- 153 trang
- Trường:
- Học viện Khoa học và Công nghệ
- Chuyên ngành:
- Kỹ thuật Hóa Học
- Tác giả:
- Trần Thị Hoa
- Năm:
- 2022
Tóm tắt nội dung luận án
I. Xử lý lưu huỳnh trong nhiên liệu Nhu cầu cấp thiết
Nghiên cứu tập trung vào vấn đề cấp thiết trong xử lý môi trường. Các hợp chất lưu huỳnh trong nhiên liệu gây ô nhiễm nặng nề. Khi đốt, chúng tạo ra oxit lưu huỳnh (SOx). SOx là nguyên nhân chính gây mưa axit và ô nhiễm không khí. Mưa axit hủy hoại rừng, sông hồ và công trình kiến trúc. Lưu huỳnh cũng làm giảm hiệu suất động cơ và gây ăn mòn hệ thống. Nhu cầu giảm thiểu hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu là rất lớn. Các tiêu chuẩn môi trường quốc tế ngày càng nghiêm ngặt. Điều này thúc đẩy tìm kiếm các công nghệ xử lý tiên tiến. Phương pháp truyền thống như hydrodesulfurization (HDS) còn nhiều hạn chế. HDS đòi hỏi điều kiện nhiệt độ, áp suất cao và chi phí vận hành lớn. Đặc biệt, nó kém hiệu quả với các hợp chất lưu huỳnh dị vòng. Vật liệu quang xúc tác là một giải pháp đầy hứa hẹn. Công nghệ này có thể phân hủy các chất ô nhiễm dưới tác động của ánh sáng. Nó hoạt động ở điều kiện nhẹ nhàng hơn, giảm đáng kể chi phí. Nghiên cứu này hướng tới phát triển vật liệu quang xúc tác mới. Mục tiêu là xử lý lưu huỳnh hiệu quả trong nhiên liệu. Đây là bước tiến quan trọng trong bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
1.1. Tác hại của lưu huỳnh trong nhiên liệu
Nhiên liệu hóa thạch chứa nhiều hợp chất lưu huỳnh. Các hợp chất này gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Khi đốt, SOx hình thành, góp phần gây mưa axit. Mưa axit làm suy thoái đất, nguồn nước và phá hủy công trình. Lưu huỳnh cũng làm giảm hiệu suất động cơ. Nó gây ăn mòn thiết bị và hệ thống lọc. Nhu cầu giảm hàm lượng lưu huỳnh rất cao. Các quy định về môi trường ngày càng khắt khe.
1.2. Phương pháp loại bỏ lưu huỳnh truyền thống và thách thức
Nhiều phương pháp loại bỏ lưu huỳnh đã được áp dụng. Phương pháp hydrodesulfurization (HDS) là phổ biến nhất. Tuy nhiên, HDS đòi hỏi điều kiện khắc nghiệt. Nhiệt độ cao và áp suất lớn là cần thiết. Chi phí vận hành cao là một nhược điểm. HDS cũng không hiệu quả với tất cả các loại lưu huỳnh. Một số hợp chất lưu huỳnh dị vòng khó loại bỏ. Cần tìm kiếm giải pháp mới, hiệu quả hơn.
1.3. Vật liệu quang xúc tác Giải pháp tiềm năng mới
Vật liệu quang xúc tác đang thu hút sự chú ý lớn. Chúng có khả năng phân hủy chất ô nhiễm dưới ánh sáng. Phản ứng quang xúc tác diễn ra ở điều kiện nhẹ nhàng. Điều này giúp giảm chi phí và năng lượng. Photocatalyst based on silver và Titanium dioxide là lựa chọn hàng đầu. Các vật liệu này hứa hẹn xử lý lưu huỳnh hiệu quả. Nghiên cứu tập trung vào tổng hợp vật liệu nano mới. Mục tiêu là tăng cường hoạt tính xúc tác.
II. Tổng hợp vật liệu Al MCM 41 từ Bentonite Việt Nam
Việc lựa chọn chất mang đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất xúc tác. Al-MCM-41 là vật liệu mao quản trung bình được ưu tiên. Nó sở hữu cấu trúc lỗ xốp đều đặn, diện tích bề mặt lớn. Đặc biệt, nghiên cứu này sử dụng bentonite làm tiền chất chính. Bentonite là khoáng sét tự nhiên dồi dào tại Việt Nam. Nó mang lại lợi thế về chi phí và tính bền vững. Quy trình tổng hợp Al-MCM-41 từ bentonite được tối ưu hóa. Nó bao gồm các bước tinh chế, tách nguồn silic và nhôm. Sau đó, quá trình hydrogel hóa và kết tinh tạo ra cấu trúc mong muốn. Chất mang Al-MCM-41 điều chế từ bentonite thể hiện tính chất hóa lý tốt. Nó có khả năng hấp phụ cao và độ ổn định nhiệt tốt. Điều này tạo nền tảng vững chắc cho việc tích hợp các pha hoạt tính. Vật liệu này cũng cung cấp các trung tâm acid Lewis và Brønsted. Chúng là yếu tố quan trọng để xúc tiến các phản ứng quang xúc tác. Việc sử dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên giúp giảm gánh nặng môi trường. Nó cũng thúc đẩy ứng dụng công nghệ xanh trong sản xuất vật liệu nano.
2.1. Quy trình điều chế vật liệu Al MCM 41 từ bentonite
Nghiên cứu sử dụng bentonite làm tiền chất. Bentonite là khoáng sét phổ biến tại Việt Nam. Nguồn nguyên liệu này dồi dào, giá thành thấp. Quy trình tổng hợp vật liệu Al-MCM-41 bắt đầu bằng tinh chế bentonite. Sau đó, tách nguồn Si/Al bằng phương pháp kiềm chảy. Tiếp theo là quá trình hydrogel hóa và kết tinh. Mục tiêu là tạo ra cấu trúc mao quản trung bình đồng nhất. Điều này tạo nền tảng vững chắc cho xúc tác.
2.2. Đặc tính vượt trội của chất mang Al MCM 41
Al-MCM-41 là vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình đều đặn. Nó sở hữu diện tích bề mặt lớn và thể tích lỗ xốp cao. Điều này tăng cường khả năng hấp phụ và phân tán. Các trung tâm acid Lewis và Brønsted có mặt trên Al-MCM-41. Điều này thúc đẩy các phản ứng xúc tác. Vật liệu này cung cấp một nền tảng ổn định. Nó hỗ trợ các pha hoạt tính như Ag và Ti.
2.3. Lợi ích từ việc sử dụng bentonite làm nguyên liệu
Sử dụng bentonite mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Nó giúp giảm chi phí sản xuất vật liệu quang xúc tác. Đồng thời, nó tận dụng nguồn tài nguyên trong nước. Quá trình tổng hợp cũng thân thiện môi trường hơn. Việc điều chế từ bentonite chứng minh tính khả thi. Nó mở ra hướng đi mới trong tổng hợp vật liệu nano. Đặc biệt là vật liệu xúc tác quang từ nguồn tự nhiên.
III. Tổng hợp vật liệu quang xúc tác Ag Ti Al MCM 41
Nghiên cứu tập trung vào việc tích hợp các thành phần hoạt tính Ag và Ti. Mục đích là tạo ra vật liệu quang xúc tác hiệu suất cao. Vật liệu Ag-TiO2/Al-MCM-41 được tổng hợp cẩn thận. Titanium dioxide (TiO2) được đưa vào chất mang Al-MCM-41. Phương pháp tẩm là kỹ thuật chính được sử dụng. Sau đó, nano bạc (Ag nanoparticles) được phân tán trên bề mặt. Bạc được đưa vào bằng phương pháp khử hóa học. Sự kết hợp Ag và Ti tạo ra hiệu ứng hiệp đồng. Điều này tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và tách các cặp electron-lỗ trống. Bên cạnh đó, vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41 cũng được chế tạo. Hệ thống Ag-AgBr nổi tiếng với khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến mạnh mẽ. Quy trình tổng hợp Ag-AgBr bao gồm phản ứng kết tủa tại chỗ. Việc này đảm bảo sự phân tán đồng đều của bạc halogenua trên chất mang. Sự có mặt của Ag tia (bạc kim loại) bên cạnh AgBr là rất quan trọng. Nó tạo ra hiệu ứng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR). Hiệu ứng LSPR giúp tăng cường hoạt tính quang xúc tác. Nó thúc đẩy sự hình thành gốc tự do và phân hủy chất ô nhiễm. Việc tổng hợp vật liệu composite bạc này đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các điều kiện phản ứng. Điều này nhằm tối ưu hóa kích thước và phân bố của các hạt nano. Mục tiêu cuối cùng là đạt được hiệu suất quang xúc tác tốt nhất.
3.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu Ag TiO2 Al MCM 41
Vật liệu Ag-TiO2/Al-MCM-41 được tổng hợp qua nhiều bước. Đầu tiên, tổng hợp TiO2/Al-MCM-41 bằng phương pháp tẩm. Titanium được đưa vào cấu trúc Al-MCM-41. Sau đó, nano bạc (Ag nanoparticles) được thêm vào. Bạc được đưa vào bằng phương pháp khử. Sự kết hợp Ag và Ti tăng cường hoạt tính quang xúc tác. Vật liệu composite bạc này có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn.
3.2. Chế tạo vật liệu Ag AgBr Al MCM 41 hiệu suất cao
Bên cạnh Ag-TiO2, vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41 cũng được nghiên cứu. Ag-AgBr là một hệ quang xúc tác nổi tiếng. Nó có khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến mạnh mẽ. Quy trình tổng hợp bao gồm phản ứng kết tủa tại chỗ. Bạc halogenua (AgBr) được hình thành trên chất mang. Sự có mặt của Ag tia (plasmon bạc bề mặt) cải thiện hiệu quả. Nó giúp tăng cường tách cặp electron-lỗ trống. Điều này nâng cao hoạt tính phân hủy chất ô nhiễm.
3.3. Vai trò của bạc Ag trong tăng cường xúc tác quang
Bạc (Ag) đóng vai trò quan trọng trong quang xúc tác. Nó tạo ra hiệu ứng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR). Hiệu ứng này làm tăng cường hấp thụ ánh sáng. Nó cũng thúc đẩy sự hình thành các gốc tự do phản ứng. Nano bạc (Ag nanoparticles) giúp tăng hiệu suất lượng tử. Nó còn kéo dài thời gian sống của các hạt tải điện. Sự có mặt của bạc làm cho vật liệu quang xúc tác hoạt động hiệu quả hơn. Đặc biệt là dưới ánh sáng khả kiến.
IV. Đặc trưng cấu trúc vật liệu quang xúc tác Ag Ti
Việc đặc trưng vật liệu là bước thiết yếu để hiểu rõ tính chất. Các phương pháp phân tích tiên tiến được áp dụng rộng rãi. Nhiễu xạ tia X (XRD) cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể. Nó xác định sự có mặt của các pha tinh thể như Ag, TiO2 và Al-MCM-41. Đồng thời, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) phân tích các liên kết hóa học. Nó xác nhận sự hình thành các liên kết Si-O-Al và Ti-O-Si trong vật liệu. Các phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) được sử dụng để khảo sát hình thái học. SEM cho thấy cấu trúc tổng thể và độ phân tán của các hạt trên chất mang. TEM cung cấp hình ảnh chi tiết về kích thước và hình dạng của nano bạc và TiO2. Nó cũng xác nhận cấu trúc mao quản trung bình của Al-MCM-41. Phân tích đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ nitrogen (BET) đo diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp. Đây là các thông số quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác. Hấp thụ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis) đánh giá khả năng hấp thụ ánh sáng. Nó xác định dải hấp thụ quang của vật liệu. Tán sắc năng lượng tia X (EDX) và quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) định lượng thành phần nguyên tố. Các kỹ thuật này đảm bảo sự chính xác về hàm lượng Ag, Ti, Al, Si. Việc đặc trưng toàn diện này giúp đánh giá chất lượng vật liệu. Nó cũng giải thích mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính.
4.1. Phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X XRD và phổ IR
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) xác định cấu trúc tinh thể. Nó cho biết sự có mặt của các pha Ag, TiO2 và Al-MCM-41. Độ tinh khiết và kích thước hạt được đánh giá. Phổ hồng ngoại FT-IR cung cấp thông tin về liên kết hóa học. Nó xác nhận sự hình thành các liên kết Si-O-Al và Ti-O-Si. Điều này khẳng định sự tích hợp các thành phần vào chất mang. Cả hai phương pháp đều quan trọng để xác nhận cấu trúc vật liệu nano.
4.2. Khảo sát hình thái học bằng SEM và TEM
Hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) mô tả hình thái. Ảnh SEM cho thấy cấu trúc tổng thể và độ phân tán. Nó xác nhận cấu trúc mao quản trung bình của Al-MCM-41. TEM cung cấp thông tin chi tiết về kích thước hạt nano. Nó hiển thị sự phân tán của nano bạc và TiO2 trên bề mặt. Sự phân tán đồng đều là yếu tố then chốt. Nó quyết định hiệu quả của vật liệu quang xúc tác. Vật liệu composite bạc cần có phân tán tốt.
4.3. Xác định diện tích bề mặt và thành phần hóa học
Phương pháp BET đo diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính xúc tác. Diện tích bề mặt lớn tạo nhiều vị trí phản ứng. Kỹ thuật EDX (Tán sắc năng lượng tia X) xác định thành phần nguyên tố. Nó định lượng hàm lượng Ag, Ti, Al, Si có trong vật liệu. Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) cũng hỗ trợ. Nó cung cấp dữ liệu chính xác về nồng độ kim loại. Việc kiểm tra kỹ lưỡng này đảm bảo chất lượng vật liệu.
V. Ứng dụng xử lý lưu huỳnh bằng quang xúc tác
Hiệu suất của vật liệu quang xúc tác được kiểm tra nghiêm ngặt. Nghiên cứu tập trung vào khả năng phân hủy hợp chất lưu huỳnh. Các thử nghiệm được thực hiện trên mẫu nhiên liệu chứa lưu huỳnh. Hoạt tính quang xúc tác được đánh giá bằng các kỹ thuật sắc ký hiện đại. Sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) và sắc kí khí-khối phổ (GC-MS) được sử dụng. Chúng đo lường sự giảm nồng độ lưu huỳnh sau phản ứng. Vật liệu trên cơ sở Ag, Ti/Al-MCM-41 cho thấy hiệu suất vượt trội. Đặc biệt, nó hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất lưu huỳnh khó phân hủy. Tỷ lệ tối ưu của Ag và Ti được xác định. Điều này nhằm đạt được hoạt tính xúc tác cao nhất. Cơ chế quang xúc tác của vật liệu composite bạc được nghiên cứu chi tiết. Vật liệu hấp thụ photon ánh sáng, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Các hạt tải điện này sau đó di chuyển đến bề mặt. Chúng phản ứng với các chất hấp phụ như oxy và nước. Quá trình này tạo ra các gốc tự do mạnh (ví dụ: •OH, O2•-). Các gốc tự do này có khả năng oxy hóa cao. Chúng phân hủy các hợp chất lưu huỳnh thành các sản phẩm vô hại. Sự hiện diện của nano bạc (Ag nanoparticles) đóng vai trò quan trọng. Nó giúp ức chế tái hợp electron-lỗ trống. Điều này tăng cường hiệu quả lượng tử và kéo dài thời gian sống của các hạt tải điện. Do đó, vật liệu Ag, Ti/Al-MCM-41 trở thành một giải pháp tiềm năng. Nó có thể ứng dụng trong xử lý lưu huỳnh trong nhiên liệu. Điều này góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải.
5.1. Đánh giá hoạt tính phân hủy hợp chất lưu huỳnh
Hoạt tính quang xúc tác được đánh giá cẩn thận. Vật liệu được thử nghiệm trong phản ứng loại bỏ lưu huỳnh. Các hợp chất lưu huỳnh mẫu được sử dụng trong nhiên liệu. Hoạt tính được đo bằng sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC). Sắc kí khí-khối phổ (GC-MS) cũng hỗ trợ. Các thử nghiệm diễn ra dưới chiếu xạ ánh sáng. Hiệu quả phân hủy là tiêu chí chính.
5.2. Hiệu quả loại bỏ lưu huỳnh của Ag Ti Al MCM 41
Vật liệu quang xúc tác trên cơ sở Ag, Ti/Al-MCM-41 thể hiện hiệu suất cao. Chúng cho thấy khả năng loại bỏ lưu huỳnh vượt trội. Đặc biệt là các hợp chất lưu huỳnh khó phân hủy. Tỷ lệ Ag và Ti tối ưu được tìm thấy. Điều này tối đa hóa hoạt tính xúc tác. Hiệu quả này vượt trội so với các vật liệu thông thường. Việc điều chế từ bentonite cũng giúp tối ưu hóa chi phí.
5.3. Cơ chế quang xúc tác của vật liệu composite bạc
Cơ chế quang xúc tác liên quan đến sự hấp thụ photon. Vật liệu hấp thụ ánh sáng, tạo ra cặp electron-lỗ trống. Các hạt tải điện này di chuyển đến bề mặt vật liệu. Chúng phản ứng với oxy và nước tạo thành gốc tự do. Các gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh. Chúng phân hủy các hợp chất lưu huỳnh thành sản phẩm vô hại. Sự có mặt của nano bạc (Ag nanoparticles) tăng cường hiệu quả này. Nó ức chế tái hợp electron-lỗ trống.
VI. Tiềm năng vật liệu composite bạc xử lý môi trường
Nghiên cứu đã đạt được nhiều kết quả nổi bật trong lĩnh vực vật liệu quang xúc tác. Luận án đã thành công trong tổng hợp vật liệu Ag, Ti/Al-MCM-41. Đặc biệt, vật liệu này được điều chế từ bentonite, một nguồn nguyên liệu dồi dào. Các đặc trưng cấu trúc và tính chất hóa lý của vật liệu đã được làm rõ. Vật liệu composite bạc này thể hiện hoạt tính quang xúc tác cao. Nó đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ lưu huỳnh trong nhiên liệu. Kết quả này mở ra hướng ứng dụng mới trong công nghiệp. Nó góp phần vào việc phát triển các công nghệ xử lý môi trường bền vững. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm tối ưu hóa quy trình tổng hợp. Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng và độ bền của vật liệu. Khảo sát khả năng tái sử dụng và ổn định của xúc tác là cần thiết. Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Nó không chỉ giới hạn trong xử lý lưu huỳnh mà còn cả các chất ô nhiễm khác. Ví dụ, xử lý nước thải bằng quang xúc tác là một lĩnh vực đầy triển vọng. Luận án Tiến sĩ này đóng góp quan trọng vào khoa học. Nó cung cấp một giải pháp hiệu quả cho vấn đề môi trường. Đồng thời, nó thúc đẩy việc sử dụng tài nguyên bản địa. Điều này có ý nghĩa lớn đối với sự phát triển kinh tế-xã hội.
6.1. Kết quả nghiên cứu nổi bật về xúc tác quang Ag Ti
Nghiên cứu đã thành công trong tổng hợp vật liệu. Vật liệu quang xúc tác trên cơ sở Ag, Ti/Al-MCM-41 được điều chế. Bentonite là nguồn nguyên liệu chính. Vật liệu này thể hiện hoạt tính cao trong xử lý lưu huỳnh. Hiệu suất loại bỏ lưu huỳnh đạt mức đáng kể. Cấu trúc vật liệu ổn định, dễ tái sử dụng. Kết quả này mở ra hướng ứng dụng mới.
6.2. Hướng phát triển tiếp theo cho vật liệu quang xúc tác
Cần tiếp tục tối ưu hóa quy trình tổng hợp. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế quang xúc tác là cần thiết. Khảo sát độ bền và khả năng tái sử dụng của vật liệu. Ứng dụng trong các hệ thống dòng chảy liên tục. Mở rộng ứng dụng sang các loại chất ô nhiễm khác. Ví dụ, xử lý nước thải bằng quang xúc tác. Tìm kiếm các nguồn nguyên liệu tái tạo khác.
6.3. Đóng góp khoa học công nghệ của luận án Tiến sĩ
Luận án đóng góp vào lĩnh vực vật liệu nano và xúc tác. Nó cung cấp phương pháp tổng hợp mới từ bentonite. Điều này tạo ra vật liệu quang xúc tác hiệu quả. Kết quả có ý nghĩa thực tiễn trong xử lý nhiên liệu. Nó góp phần bảo vệ môi trường, giảm phát thải SOx. Đây là một bước tiến quan trọng. Nó thúc đẩy phát triển công nghệ xanh, bền vững.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (153 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- TRẦN THỊ HOA NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ Ag, Ti/Al-MCM-41 ĐIỀU CHẾ TỪ BENTONITE ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ LƯU HUỲNH TRONG NHIÊN LIỆU LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- TRẦN THỊ HOA NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ Ag, Ti/Al-MCM-41 ĐIỀU CHẾ TỪ BENTONITE ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ LƯU HUỲNH TRONG NHIÊN LIỆU LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 9.01 Người hướng dẫn khoa học: 1.TS Phạm Xuân Núi 2.TS Đặng Tuyết Phương HÀ NỘI - 2022 LỜI CAM ĐOAN Đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Kết quả của các số liệu là trung thực, trong số đó có một số kết quả được sử dụng là kết quả chung của nhóm nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Xuân Núi, Trường Đại học Mỏ - Địa chất và PGS.TS Đặng Tuyết Phương, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2022 Tác giả luận án Trần Thị Hoa i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho phép tôi được gửi lời cảm ơn chân thành cùng sự cảm phục và kính trọng tới PGS. Phạm Xuân Núi và PGS.
Đặng Tuyết Phương những người thầy, cô đã tận tâm hướng dẫn, định hướng khoa học để luận án được hoàn thành, luôn luôn động viên khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các cán bộ trong Viện Hóa học và đặc biệt là tập thể cán bộ, nhân viên phòng Hóa học Bề mặt - Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc cùng các cán bộ phòng Đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, nhân viên, nhóm nghiên cứu- Bộ môn Lọc-Hóa dầu, Khoa Dầu khí, Trường đại học Mỏ - Địa chất đã luôn giúp đỡ, ủng hộ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cũng như những đóng góp về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và bảo vệ luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban Giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, lãnh đạo Khoa Công nghệ Hóa học-Môi trường và các đồng nghiệp trong Khoa Công nghệ Hóa học-Môi trường đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, khích lệ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này. Tác giả luận án Trần Thị Hoa ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC.
iii DANH MỤC HÌNH. viii DANH MỤC BẢNG. xiii KÝ HIỆU TỪ VIẾT TẮT. xiv MỞ ĐẦU.
Các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu. Các phương pháp xử lý hợp chất chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu. Vật liệu xúc tác quang TiO2. Vật liệu xúc tác quang Ag-AgBr.
Vật liệu mao quản trung bình MCM-41. Cấu trúc vật liệu mao quản trung bình MCM-41. Các điều kiện tổng hợp vật liệu MCM-41. Nguồn nguyên liệu tổng hợp vật liệu mao quản trung bình MCM-41.
Xúc tác quang trên cơ sở chất mang MCM-41. Khoáng sét bentonite Việt Nam. Các phương pháp tổng hợp vật liệu composite trên cơ sở Al-MCM-41. Phương pháp sol-gel.
Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD). Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về PTC ứng dụng trong xử lý SCOC trong nhiên liệu. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Tình hình nghiên cứu trong nước về phản ứng tách loại lưu huỳnh trong nhiên liệu.
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Hóa chất và dụng cụ. Dụng cụ cho quá trình tổng hợp và đánh giá hoạt tính xúc tác. Các qui trình tổng hợp vật liệu.
Quy trình tinh chế bentonite. Tách nguồn Si/Al từ bentonite bằng phương pháp kiềm chảy. Quy trình tổng hợp vật liệu Al-MCM-41 từ bentonite. Tổng hợp vật liệu Al-MCM-41 chứa titanium.
Tổng hợp TiO2/Al-MCM-41 bằng phương pháp tẩm. Tổng hợp Ti-Al-MCM-41 bằng phương pháp trực tiếp. Tổng hợp vật liệu Ag-TiO2/Al-MCM-41. Tổng hợp vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41.
Các phương pháp đặc trưng vật liệu. Nhiễu xạ tia X (XRD). Hấp thụ tử ngoại–khả kiến (UV–Vis). Tán sắc năng lượng tia X (EDX).
Hiển vi điện tử quét (SEM). Hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitrogen (BET). Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
Phổ hồng ngoại FT- IR. Phương pháp sắc kí. Sắc kí khí-khối phổ (GC-MS). Sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC).
Phương pháp đánh giá hoạt tính PTC. Xác định bằng HPLC. Xác định bằng phổ hấp thụ UV - Vis. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
Kết quả tinh chế bentonite thô. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của bentonite. Phổ IR của bentonite sau tinh chế. Ảnh SEM bentonite sau tinh chế.
Tổng hợp Al-MCM-41 từ bentonite. Tách tiền chất Si/Al từ bentonite bằng phương pháp kiềm chảy. Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc vật liệu Al-MCM-41 sử dụng nguồn alumino-silicate từ bentonite. Ảnh hưởng tỷ lệ mol CTABr/(Si+Al).
Ảnh hưởng của môi trường pH. Ảnh hưởng thời gian già hóa gel. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung. Đặc trưng vật liệu Al-MCM-41.
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD). Ảnh SEM và TEM. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2. Đặc trưng cấu trúc và hoạt tính xúc tác của vật liệu Al-MCM-41 chứa titanium.
Đặc trưng của vật liệu Al-MCM-41 chứa titanium. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD). Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ N2. Phổ UV-Vis.
Đánh giá hoạt tính xúc tác quang trong quá trình chuyển hóa DBT. Đặc trưng và hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nanocomposite Ag- TiO2/Al-MCM-41. Đặc trưng của vật liệu Ag-TiO2/Al-MCM-41. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD).
Ảnh SEM và TEM của vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41. Phổ EDX của vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41. Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ N2 của vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al- MCM-41. Phổ XPS vật liệu 0,1Ag-TiO2/Al-MCM-41.
Phổ UV-Vis. Đánh giá hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nanocomposite Ag- TiO2/Al-MCM-41. Đặc trưng và hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nanocomposite Ag- AgBr/Al-MCM-41. Đặc trưng của vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41.
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD). Ảnh SEM và TEM của vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41. Phổ EDX của vật liệu 40%Ag-AgBr/Al-MCM-41. Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ N2.
Phổ UV-Vis của vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41. Phổ phát quang PL của các mẫu vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41. Đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM-41 .111 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN .112 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .113 TÀI LIỆU THAM KHẢO .132 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1. Cấu trúc hóa học của SCOC trong dầu thô [4].
Tiêu chuẩn về chỉ số SCF trên thế giới [43]. Cấu trúc tinh thể của các dạng thù hình của TiO2 [71]. Sự loại NO3− trên (a) vật liệu TiO2, (b) Ag/TiO2, (c) Au/TiO2, và (d) Pd-Cu/TiO2 [89]. Biểu diễn sơ đồ nguyên lý xúc tác quang (PTC) trên vật liệu (a) TiO2 và (b) N-TiO2 [81].
Cơ chế hình thành và cơ chế xúc tác của xúc tác TiO2/C pha tạp Fe, N [97]. Sơ đồ minh họa cơ chế của vật liệu xúc tác quang (PTC) Ag-TiO2 [98]. Cơ chế phân hủy chất ô nhiễm của vật liệu Ag-AgBr/Al-MCM41 [31]. Cơ chế xúc tác quang của vật liệu Ag@AgBr/CaTiO3 [34].
Cấu trúc của VLMQTB MCM-41 [102]. Cơ chế hấp phụ MB trên vật liệu MCM-41 và Fe-MCM-41 [105]. Cấu trúc 2D lục giác của vật liệu MCM-41 [109]. Cơ chế hình thành MCM-41 [99].
Sơ đồ quá trình tổng hợp MCM-41 từ TEOS [105]. Sơ đồ quá trình tổng hợp Al- MCM41 từ đất sét tự nhiên [92]. Cấu trúc tinh thể của MMT [132]. Sơ đồ tổng hợp vât liệu bằng phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học [134].
Những bước vận chuyển cơ bản trong quy trình PECVD. Sơ đồ quá trình oxy hóa loại lưu huỳnh. Hình minh họa quá trình oxy hóa PTC của DBT/BT với chất oxy hóa và chiếu tia UV xúc tác bởi TiO2 [15]. Sơ đồ tinh chế bentonite Di Linh [92].
Quy trình điều chế silic từ Bentonite Di Linh. Hình ảnh các mẫu trong quá trình điều chế nguồn silic (a) Mẫu bentonite kiềm chảy, (b) Nguồn silicate cho quá trình tổng hợp Al-MCM-41. Sơ đồ quy trình tổng hợp Al-MCM-41. Ảnh mẫu vật liệu Al-MCM-41 sau tổng hợp.
Quy trình tổng hợp vật liệu TiO2/Al-MCM-41. Qui trình chuẩn bị sol titanium. Quy trình tổng hợp vật liệu Ag-TiO2/Al-MCM-41. Sơ đồ lò phản ứng cho quá trình lắng đọng hóa học.
Sơ đổ bước chuyển năng lượng của các electron trong phân tử. Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ Aλ và nồng độ chất Cx. Phổ hồng ngoại FT- IR. Sơ đồ thiết bị sắc kí lỏng hiệu năng cao.
Đường chuẩn mẫu nhiên liệu mô hình, (a) đường chuẩn 0,05–5 ppm, (b) đường chuẩn 5–500 ppm. Phổ UV-Vis của DBT ở các nồng độ 300 ppm, 250 ppm, 200 ppm, 150 ppm, 100 ppm, 50 ppm. Đường chuẩn xác định nồng độ dibenzothiophene (DBT). Giản đồ XRD của bentonite trước tinh chế (a) và sau tinh chế (b).
Phổ hồng ngoại IR của các vật liệu bentonite sau tinh chế. SEM của bentonite sau tinh chế. XRD của mẫu bentonite: (a) Bentonite tinh chế; (b) Bentonite sau kiềm chảy. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol CTABr/(Si+Al) đến tạo vật liệu Al- MCM-41 với các tỷ lệ khác nhau (a) CTABr/(Si+Al) là 0,67; (b) CTABr/(Si+Al) là 0,59; (c) CTABr/(Si+Al) là 0,59 và 0,53.
Giản đồ XRD của Al-MCM-41 tổng hợp ở các môi trường pH khác nhau: (a) pH=5; (b) pH=7 và (c) pH=10. Giản đồ XRD của vật liệu Al-MCM-41 với các thời gian già hóa gel khác nhau: a) 12 h; (b) 24 h và (c) 36 h .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Trần Thị Hoa (2022). Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia [Luận án tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ]. LuanAn.net. https://luanan.net/hoa-hoc/tong-hop-vat-lieu-xuc-tac-quang-tren-co-so-ag-tial-mcm-41-dieu-che-tu-bentonite
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở Ag/TiO2. Khám phá tính năng, ứng dụng và tiềm năng trong xử lý ô nhiễm.
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Năm bảo vệ: 2022.
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học. Danh mục: Hóa Học.
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia" có 153 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang trên cơ sở ag tia" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.