Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Nano composit trên cơ sở TiO2 - Nano cacbon ứng dụng để khử lưu huỳnh trong nhiên liệu

- Nguyễn Minh Việt Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang hóa thế hệ mới để xử lý môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.
- Vũ Thị Thu Hà HÀ NỘI – 2010 Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 1 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU Phần I: TỔNG QUAN I.1.
- Nhiên liệu diesel.
- Tiêu chuẩn về hàm lượng lưu huỳnh trong diesel I.3 Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu.
- 10 I.4 Các phương pháp loại lưu huỳnh khỏi nhiên liệu I.4.1.Phương pháp hấp phụ chọn lọc loại lưu huỳnh (SARS.
- I.4.2.Phương pháp Hydrodesulfua hóa (HDS.
- Phương pháp quang oxi hóa loại lưu huỳnh(ODS I.5.
- Tổng quan về xúc tác quang hóa.
- Khái niệm xúc tác quang hoá I.5.2.Nguyên lý hoạt động của xúc tác quang hoá I.5.3.
- Xúc tác quang hóa trên cơ sở TiO2.
- Động học và cơ chế của quá trình quang hóa trên xúc tác TiO I.5.3.2.
- Xúc tác quang hóa trên cơ sở titan dioxit mang trên vật liệu cacbon nano.
- I.5.4.Cơ chế quá trình quang hóa trên xúc tác TiO I.6.
- Chất hấp phụ silicagen.
- 31 II.1.1 Hoá chất II.1.2 Dụng cụ.
- 31 II.1.3 Hệ thiết bị phản ứng.
- 32 II.1.3.1 Nguồn bức xạ ánh sáng.
- 32 II.1.3.2 Thiết bị phản ứng II.1.3.3 Thiết bị hấp phụ II.2.
- Tổng hợp xúc tác Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 2 II.2.1.
- Tổng hợp TiO2 sol-gel II.2.2.
- Tổng hợp xúc tác TiO2 COM/TiO2 sol-gel/MWNT II.3.
- Các phương pháp hóa lý đặc trưng tính chất xúc tác.
- .....36 II.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM II.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét(SEM II.3.3 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD II.3.4.
- Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC II.3.5.
- Phương pháp đo độ hấp phụ quang II.4.
- Đánh giá hoạt tính xúc tác II.4.1 Sơ bộ thử nghiệm hoạt tính xúc tác II.4.1.1 Quy trình phản ứng.
- 42 II.4.1.2 Phân tích mẫu II.4.2 Thử nghiệm hoạt tính của xúc tác trên dibenzothiophen (chất model.
- 43 II.4.3 Nghiên cứu quá trình loại lưu huỳnh khỏi nhiên liệu diesel.
- 44 II.4.4 Thí nghiệm với mẫu trắng.
- Phương pháp xác định tổng lưu huỳnh bằng huỳnh quang tử ngoại.
- III.1 Tổng hợp và đặc trưng tính chất của xúc tác quang hóa III.2 Đánh giá hoạt tính của xúc tác trong phản ứng oxy hóa MB III.2.1 Lập đường chuẩn của dung dịch MB III.2.2 Hoạt tính của các xúc tác đối với quá trình phản ứng gián đoạn… 52 III.3 Đánh giá hoạt tính của xúc tác trong phản ứng oxy hóa quang hóa DBT III.4 Đánh giá hoạt tính của xúc tác trong phản ứng oxy hóa quang hóa diesel.
- .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 3 DANH MỤC VIẾT TẮT DO: Dầu diezel BT: Benzothiophene DBT: Dibenzothiophene HDS: Hydrodesunfua hóa ODS: Quang oxi hóa loại lưu huỳnh.
- FCC: Phương pháp Cracking xúc tác TEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua SEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử quét.
- XRD: Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ASTM: Tiểu chuẩn đo lường của mỹ Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 4 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS.
- Vũ Thị Thu Hà - Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn và đưa ra những lời khuyên quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp được giao.
- Tôi xin chân thành cảm ơn TS.
- Nguyễn Đình Lâm - Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã giúp tôi tiến hành các phép đo và phân tích trong quá trình làm luận văn.
- Đỗ Mạnh Hùng cùng các cán bộ nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia Công nghệ Lọc Hóa dầu - Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã giúp tôi tận tình trong thời gian nghiên cứu làm luận văn tốt nghiệp tại Phòng.
- Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô, các trung tâm và các bạn tôi đã giúp tôi hoàn thành luận văn này.
- Mặc dù đã đạt được mục tiêu đề ra, song trong quá thực nghiệm cũng như trong viết luận văn không thể tránh được những thiếu sót.
- Vì vậy, tôi cũng mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đọc để luận văn tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn.
- Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2010 Học viên: Nguyễn Minh Việt Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 5 MỞ ĐẦU Các hợp chất chứa lưu huỳnh luôn có mặt trong dầu mỏ và là tạp chất không mong muốn, cần phải được loại bỏ trong quá trình chế biến nhiện liệu trong nhà máy lọc dầu.
- Nhiên liệu chứa lưu huỳnh khi cháy sẽ tạo ra khí SOx, làm ảnh hưởng tới tuổi thọ của hộp xúc tác, là nguyên nhân gây ra các trận mưa axit, phá hủy hệ sinh thái và gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người.
- Vì lý do đó, các tiêu chuẩn qui định về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu nói chung và trong diesel nói riêng của các nước trên thế giới ngày càng trở nên khắt khe.
- Hiện nay, qui định về hàm lượng lưu huỳnh tối đa trong diesel ở Nhật là 10 ppm, ở Mỹ là 15 ppm.
- Thực tế, sử dụng nhiên liệu “không chứa lưu huỳnh” sẽ được kêu gọi trên toàn thế giới trong một vài năm tới.
- Nói chung, quá trình loại lưu huỳnh được thực hiện ngay tại các công đoạn chế biến trong các nhà máy lọc dầu mà trong đó, quá trình hydro hóa khử lưu huỳnh (sau đây gọi tắt là HDS) là quá trình hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhất.
- Quá trình này sử dụng hydro và xúc tác để chuyển hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh thành hydrocacbon và khí H2S.
- Tuy nhiên, phương pháp này không thể sản xuất được nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp gần như bằng không mà vẫn giữ nguyên được các đặc tính của nhiên liệu.
- Một trong những phương pháp loại lưu huỳnh sâu đang được quan tâm nghiên cứu trên thế giới là phương pháp oxi hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh thành các hợp chất dễ bị hấp phụ và loại bỏ nhờ các chất hấp phụ thông dụng.
- Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là sử dụng xúc tác quang hóa trên cơ sở dioxit titan để oxy hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh dưới bức xạ mặt trời thành các hợp chất sulfon và sulfoxit dễ dàng bị hấp phụ và loại bỏ bằng phương pháp hấp phụ.
- Trong những năm gần đây, titan oxit được sử dụng như một xúc tác quang hóa để xử lý những vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là để loại các hợp chất độc hại trong nước thải.
- Tuy nhiên, chỉ có những bức xạ tử ngoại ứng với các photon có năng lượng lớn hơn 3,2eV (năng lượng band-gap của titan oxit) mới được hấp thụ và tạo ra hiệu quả quang hóa.
- Do đó, các hướng nghiên cứu về tăng khả năng quang hóa của titan oxit trong vùng ánh sáng khả kiến được phát triển rất nhiều để sử dụng có hiệu quả hơn đặc tính quang hóa của loại vật liệu này.
- Ngoài ra, người ta cũng đặc biệt chú trọng đến việc phối hợp titan oxit với các dạng vật liệu nanocacbon, để tận dụng các đặc tính ưu việt của vật liệu này như khả năng dẫn điện rất tốt, đường kính có kích thước nano, độ hấp phụ cao và độ đen tuyệt đối, nhằm tạo được hiệu ứng hiệp đồng rất tích cực với titan oxit, dẫn đến việc hình thành một hệ thống xúc tác có hoạt tính quang hóa rất mạnh ngay trên bề mặt.
- Trong những nghiên cứu gần đây, người ta đặc biệt chú trọng đến việc áp dụng các dạng cacbon nano ống (CNT) và cacbon nano sợi (CNF) nhờ vào các đặc tính ưu việt của nó: khả năng dẫn điện rất tốt, đường kính có kích thước nano, độ hấp phụ cao và độ đen tuyệt đối.
- Vì thế, CNT và CNF tạo được hiệu ứng hiệp đồng rất Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 6 tích cực với TiO2, dẫn đến việc hình thành một hệ thống xúc tác có hoạt tính quang hóa mạnh ngay trên bề mặt.
- Với mục đích nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác có hoạt tính cao đối với phản ứng oxy hóa quang hóa các hợp chất lưu huỳnh trong diesel, đề tài của tôi sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung sau.
- Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Nano composit trên cơ sở TiO2 - Nano cacbon • Ứng dụng xúc tác trong quá trình oxi hóa các hợp chất lưu huỳnh trong diesel thành dạng sulfones, sulfoxide và loại bỏ nhờ các chất hấp phụ thông dụng.
- Các kết quả nghiên cứu của luận văn này thuộc khuôn khổ của Đề tài của Tập đoàn công nghiệp Hóa chất Việt Nam “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang hóa thế hệ mới để xử lý môi trường”, Nhiệm vụ thường xuyên của Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về công nghệ lọc và hóa dầu “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác nano composit trên cơ sở TiO2 – Nano cacbon ứng dụng để khử lưu huỳnh trong nhiên liệu” và đề tài cơ bản cấp Nhà nước do quĩ Nafosted tài trợ “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa micro nano composit trên cơ sở Nano cacbon mang trên vật liệu đệm có cấu trúc” của Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về công nghệ Lọc và Hóa dầu.
- Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 7 PHẦN I: TỔNG QUAN I.1.
- Nhiên liệu diesel Nhiên liệu diesel nặng hơn dầu hỏa và xăng, có nhiệt độ sôi trong khoảng 250 – 3500C.
- Nhiên liệu diesel được sử dụng cho động cơ diesel (đường bộ, đường sắt, đường thủy) và một phần được sử dụng cho các loại máy móc công nghiệp, nông nghiệp như tuabin khí, máy phát điện, máy móc xây dựng, bơm thủy lợi.
- Do vậy, nhu cầu về nhiên liệu diesel ngày càng tăng, điều này đã đặt ra cho các nhà sản xuất nhiên liệu những thách thức mới, và điều này càng khó khăn hơn bởi những yêu cầu ngày càng khắt khe của luật bảo vệ môi trường.
- Trong nhà máy lọc dầu, nhiên liệu diesel được lấy chủ yếu từ phân đoạn gasoil của quá trình chưng cất dầu mỏ.
- Đây chính là phân đoạn thích hợp nhất để sản xuất nhiên liệu diesel mà không cần phải áp dụng nhiều những quá trình biến đổi hóa học khác.
- Ngoài ra còn một số nhiên liệu diesel được phối liệu từ các nguồn khác như: phân đoạn gasoil của quá trình hydrocracacking, quá trình FCC.
- Trong nhiên liệu diesel, lưu huỳnh dạng thiophene chiếm 80% tổng lưu huỳnh có trong nhiên liệu, trong đó benzothiophene (BT) và di-benzothiophene (DBT) chiếm hơn 70%.
- Sự có mặt của lưu huỳnh trong nhiên liệu diesel là nguyên nhân dẫn đến sự tạo cặn trong động cơ, gây ăn mòn hệ thống pittong-xylanh.
- Khi nhiên liệu bị đốt cháy, các hợp chất chứa S sẽ tạo ra SO2, SO3, thải trực tiếp ra môi trường và là nguyên nhân gây ra các trận mưa axit, hủy hoại môi trường sinh thái và sức khỏe con người.
- Phương pháp thông dụng nhất hiện nay để loại bỏ lưu huỳnh trong nhiên liệu là phương pháp hydrodesulfua hóa (HDS).
- Phương pháp này được áp dụng trong hầu hết các nhà máy lọc dầu để loại các hợp chất có chứa lưu huỳnh như mercaptan, Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Minh Việt 8 disunfua, thiophen, benzothiophen….
- Nguyên lý của quá trình là sử dụng hydro và chất xúc tác để chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh thành các hydrocarbon và khí H2S.
- Tuy nhiên, phương pháp này khó có thể đáp ứng được yêu cầu khử lưu huỳnh sâu

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt