Nghiên cứu vật liệu xúc tác bentonit biến tính để xử lý hơi khí thải chứa butylaxetat và etylaxetat ở quy mô pilot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI



PHẠM THỊ MAI PHƯƠNG



NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU XÚC TÁC BENTONIT BIẾN TÍNH
ðỂ XỬ LÝ HƠI KHÍ THẢI CHỨA BUTYLAXETAT VÀ
ETYLAXETAT Ở QUY MÔ PILOT




LUẬN VĂN THẠC SĨ






HÀ NỘI – 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI



PHẠM THỊ MAI PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU XÚC TÁC BENTONIT BIẾN TÍNH
ðỂ XỬ LÝ HƠI KHÍ THẢI CHỨA BUTYLAXETAT VÀ
ETYLAXETAT Ở QUY MÔ PILOT


LUẬN VĂN THẠC SĨ


CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ : 60.44.03.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS. PHAN TRUNG QUÝ




HÀ NỘI – 2013
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
i


LỜI CAM ðOAN


Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và
chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Người thực hiện

Phạm Thị Mai Phương

























Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
ii

LỜI CẢM ƠN


Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới
TS Phan Trung Quý, Bộ môn hóa học- Khoa Tài nguyên và Môi trường -
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, người ñã tận tình hướng dẫn, giúp
ñỡ em hoàn thành bản luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới TS. Tô Văn Thiệp, ThS.
Vũ Ngọc Toán ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian
thực nghiệm và làm số liệu cho luận văn.
Nhân ñây em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới tập thể cán bộ Phòng TN &
CGCN và các cô chú, anh chị trong Viện Công nghệ mới, Viện Khoa học -
Công nghệ Quân sự ñã tạo ñiều kiện cho em hoàn thành luận văn này.
Trong suốt quá trình học tập và ñào tạo, cho em xin bày tỏ lòng biết
ơn chân thành tới các thầy cô Khoa Tài nguyên và Môi trường - Trường
ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tận tình dạy dỗ và truyền ñạt nhiều kiến
thức chuyên môn cho em trong suốt thời gian học tập.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia ñình, bạn bè và người thân
ñã ñộng viên, giúp ñỡ em trong suốt quá trình ñào tạo này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng năm 2013


Học viên

Phạm Thị Mai Phương

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
iii

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 1
1. Tính cấp thiết của ñề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Yêu cầu 2
PHẦN I 4
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 4
I. Khái quát về hiện trạng ô nhiễm môi trường và công nghệ xử lý khí thải tại
các cơ sở sản xuất dụng cụ khí tài quang học 4
1.1. Hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí tại các cơ sở sản xuất dụng cụ
khí tài quang học: 4
1.2. Hiện trạng công nghệ xử lý khí thải tại các cơ sở sản xuất dụng cụ khí tài
quang học: 6
II. Khái quát về tính chất, hiện trạng ô nhiễm hơi butylaxetat, etylaxetat tại các
cơ sở sản xuất quốc phòng 9
2.1. Về Butylaxetat 9
2.2. Về etylaxetat 10
2.3. Hiện trạng ô nhiễm butylaxetat và etylaxetat tại một số cơ sở sản xuất quốc
phòng 10
III. Khái quát chung về xúc tác bentonit 10
4.3. Quy trình chế tạo xúc tác dạng hạt sử dụng ñể xử lý hơi etylaxetat,
butylaxetat 16
4.4. Quy trình hoạt hóa xúc tác bentonit biến tính xử lý hơi etylaxetat,
butylaxetat 18

PHẦN II 20
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20
I. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu 20
II. Nội dung nghiên cứu 20
III. Phương pháp nghiên cứu 20
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
iv

3.1. Phương pháp tổng quan tài liệu 20
3.2. Phương pháp thực nghiệm: 21
PHẦN III 32
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32
I. Quy trình công nghệ chế tạo vật liệu xúc tác xử lý khí thải chứa hơi dung
môi hữu cơ ñộc hại 32
1.1. ðánh giá chất lượng bentonit sử dụng làm chất mang 32
1.2. Quy trình biến tính xúc tác bentonit Thuận Hải sử dụng ñể xử lý hơi
etylaxetat, butylaxetat 35
II. Quy trình công nghệ xử lý khí thải có chứa hơi etylaxetat, butylaxetat bằng
xúc tác dạng hạt 38
2.1. Quy trình xử lý hơi etylaxetat 38
2.2. Quy trình xử lý hơi butylaxetat 41
III. Xây dựng mô hình quy trình công nghệ xử lý hơi khí thải chứa butylaxetat,
etylaxetat bằng xúc tác biến tính quy mô pilot 45
3.5. Thiết kế, chế tạo 01 hệ thống xử lý khí thải chứa hơi dung môi hữu cơ ñộc
hại công xuất 1000m
3
/h 45
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 49
I. Kết luận 49
II. Kiến nghị 49

3.3. Xác ñịnh tổn thất nhiệt và tính toán thiết bị trao ñổi nhiệt (sấy khí) 61
3.3.1. Tính tổn thất nhiệt trên ñường ống 62
3.3.2. Tính toán trao ñổi nhiệt 63
3.4. TÝnh to¸n n¨ng l−îng cung cÊp cho hÖ thèng 68






Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BA Butylaxetat
EA Etylaxetat
ðKT ðồng kết tủa
HC Hydrocacbon
NG Nitroglyxerin
VOC Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
VLXT Vật liệu xúc tác
RXD Nhiễu xạ tia X

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Một số chất ô nhiễm chính của công nghiệp, nhà máy và 6
tác ñộng bệnh lý ñối với sức khoẻ con người 6
Bảng 1.2. Một số chất ô nhiễm chính của cơ sở bảo quản, bảo dưỡng khí tài
quang học 10
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của bentonit nguyên khai 32
Bảng 3.2. So sánh một số kết quả ñã hoàn thiện của 2 lần thực nghiệm 35
Bảng 3.3. Kết quả ño và so sánh các thông số kỹ thuật của mẫu xúc tác bentonit
biến tính của 2 lần thực nghiệm. 36
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian hoạt hóa tới hoạt tính của xúc tác
Bent-4%CuO 37
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tới hiệu suất xử lý hơi etylaxetat nhiễm trong
không khí bằng xúc tác Bent-4%CuO dạng hạt 39
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tốc ñộ dòng tới hiệu suất xử lý (%) hơi etylaxetat
nhiễm trong không khí bằng xúc tác Bent-4%CuO 40
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của khối lượng xúc tác Bent - 4%CuO tới hiệu suất xử lý
(%) không khí nhiễm hơi etylaxetat 40
Hình 3.8: Sắc ñồ của không khí nhiễm hơi etylaxetat trước và sau xử lý 60 phút
bởi bent-4%CuO dạng hạt ở các nhiệt ñộ khác nhau 41
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tới hiệu suất xử lý không khí nhiễm hơi
butylaxetat của xúc tác Bent-4%CuO dạng hạt 42
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của tốc ñộ dòng tới hiệu suất xử lý không khí nhiễm hơi
butylaxetat bằng xúc tác Bent- 4%CuO dạng hạt 42
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của khối lượng xúc tác Bent- 4%CuO dạng hạt tới hiệu
quả xử lý (%) không khí nhiễm hơi butylaxetat 43
Hình 3.12: Sắc ñồ của không khí nhiễm hơi butylaxetat trước và sau xử lý 60
phút bởi bent-4%CuO dạng hạt ở các nhiệt ñộ khác nhau. 43
Bảng 3.13. ðặc tính các loại vật liệu làm thành buồng xúc tác 58
Bảng 3.14. Hiệu quả xử lý hơi chứa VOC của xúc tác Bent-4%CuO 48
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1. Sơ ñồ thiết bị phản ứng dùng cho nghiên cứu hoạt tính xúc tác và khả
năng xử lý khí thải 22
Hình 2.2. Sơ ñồ nguyên lý mô hình thiết bị xử lý khí thải công suất 10m
3
/h 23
Hình 2.3. Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể 24
Hình 2.4. Sơ ñồ nguyên lí của kính hiển vi ñiện tử truyền qua 25
Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của bentonit nguyên khai 33
Hình 3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của bentonit nguyên khai 34
Hình 3.3. Giản ñồ TG và DTA của bentonit nguyên khai 34
Hình 3.13. Sơ ñồ nguyên lý mô hình thiết bị xử lý khí thải công suất 100m
3
/h 46
Hình 3.14. Mô hình hệ thống thiết bị xử lý khí thải 47
Hình 3.4. Sơ ñồ truyền nhiệt qua thành buồng xúc tác 58
Hình 3.5 Buồng xúc tác 60
Hình 3.6. Mặt cắt ngang của buồng xúc tác 60
Hình 3.7. Sơ ñồ bố trí hệ thống sấy và xử lý nhiệt xúc tác 61
Hình 3.8. Sơ ñồ truyền nhiệt qua vách ñường ống 62
Hình 3.9. Cấu tạo thiết bị trao ñổi nhiệt 67
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
1

MỞ ðẦU


1. Tính cấp thiết của ñề tài

Hiện nay, tại các cơ sở công nghiệp quốc phòng, nhất là tại các nhà máy
sản xuất dụng cụ quang học, trong các loại khí thải phát thải có chứa các chất ñộc
hại là butylaxetat và etylaxetat, việc xử lý ñược tiến hành không ñồng bộ, chủ
yếu mang tính tình thế, nguyên nhân chủ yếu là thiếu công nghệ xử lý hiện ñại và
nguồn kinh phí ñầu tư. ðặc biệt, tại các cơ sở sản xuất và bảo quản trang thiết bị
khí tài quân sự, việc bắt buộc phải sử dụng một loạt các dung môi ñộc hại có khả
năng gây cháy nổ cao trong các dây chuyền sản xuất thuốc phóng , thuốc nổ ñã
và ñang tác ñộng không nhỏ ñến sức khỏe của bộ ñội và an toàn sản xuất. Hầu
hết công nghệ sản xuất tại các cơ sở này là công nghệ cũ chưa có hệ thống xử lý
ñi kèm.
So với công nghệ xử lý nước thải thì công nghệ xử lý khí thải của các cơ
sở công nghiệp quốc phòng, nhất là khí thải chứa dung môi hữu cơ có ñộc tính
cao, dễ cháy nổ thường dùng trong công nghệ sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ
như benzen, toluen, etylaxetat, ete, nitroglyxerin, còn có nhiều hạn chế. Giải
pháp phổ biến nhất ñược áp dụng là thông thoáng tự nhiên, cấp khí sạch vào các
bộ phận sản xuất, hút ñẩy hoặc hấp thụ (rửa khí), song hiệu quả của các phương
pháp này không cao. ðể xử lý hơi dung môi hữu cơ, có thể áp dụng phương pháp
ngưng tụ bằng hệ thống làm lạnh. ðây là giải pháp hữu hiệu nhưng ñòi hỏi ñầu tư
lớn, giá thành xử lý cao. Một trong những hướng giải pháp công nghệ ñang ñược
chú ý phát triển ở trong và ngoài nước là sử dụng các vật liệu hấp phụ, xúc tác ñể
phân hủy hơi các chất hữu cơ ñộc hại.
Trong những năm gần ñây, chúng ta ñã chứng kiến sự ra ñời và phát triển
mạnh mẽ của một lĩnh vực khoa học công nghệ ñó là nghiên cứu và ứng dụng
của các loại vật liệu xúc tác dạng rây phân tử thế hệ mới – zeolit. Do có hoạt tính
xúc tác và ñộ chọn lọc cao dễ tách khỏi sản phẩm, không gây ô nhiễm môi
trường nên thế hệ xúc tác mới này ñã và ñang ñược sử dụng rộng rãi trong ngành
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
2

công nghiệp hóa dầu và xử lý môi trường. Hiện nay một loạt các thế hệ zeolit

khác nhau ñã ñược công bố và ứng dụng. Tiêu biểu là các zeolit sử dụng ñể hấp
phụ và trao ñổi ion như A, X, Y, ZSM, MCM, và các vật liệu biến tính trên cơ
sở zeolit, khoáng sét. Bằng việc thay thế ñồng hình một phần nguyên tử Si
4+

trong cấu trúc tinh thể cơ sở của chúng cho phép chúng ta có thể chế tạo ñược
nhiều xúc tác có tính năng ưu việt hơn so với xúc tác ban ñầu. Việc ứng dụng các
xúc tác này trong bảo vệ môi trường chủ yếu là dựa vào ñặc tính hấp phụ, trao
ñổi ion, chuyển hóa và oxi hóa của các tâm xúc tác ñối với hơi chất khí thải bị
hấp phụ lên hoặc chuyển qua. Hầu hết các quá trình này ñều ñòi hỏi nhiệt ñộ cao
(> 400
0
C). ðây là vấn ñề rất khó khăn khi áp dụng vào thực tế ñể xử lý các hợp
chất hơi khí ñộc dễ cháy nổ. Tuy nhiên, cũng có một số công trình nghiên cứu,
tuy còn hạn chế, ñã cho thấy việc nghiên cứu chế tạo và sử dụng vật liệu xúc tác
xử lý ñối với các loại chất thải này ở dải nhiệt ñộ vừa phải (≤ 350
0
C) là có tính
khả thi.
ðã có những kết quả bước ñầu về hiệu quả xử lý cũng như các yếu tố ảnh
hưởng tới hiệu quả xử lý của xúc tác. Tuy nhiên, việc nghiên cứu ñể xác nhận
quy luật ảnh hưởng còn chưa ñược tiến hành.
Trên cơ sở ñó em ñề xuất ñề tài cho luận văn: Nghiên cứu vật liệu xúc tác
bentonit biến tính ñể xử lý hơi khí thải chứa butylaxetat và etylaxetat ở quy mô
pilot.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác ñịnh các ñặc trưng hóa lý và lựa chọn ñược vật liệu xúc tác bentonit
biến tính phù hợp sử dụng ñể xử lý hơi butylaxetat, etylaxetat ở nhiệt ñộ dưới
350
0

C
Quy trình công nghệ xử lý hơi khí thải chứa butylaxetat và etylaxetat bằng
vật liệu xúc tác bentonit biến tính quy mô pilot.
3. Yêu cầu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
3

a. Xác ñịnh các ñặc trưng hóa lý và lựa chọn ñược vật liệu xúc tác
bentonit biến tính phù hợp sử dụng ñể xử lý hơi butylaxetat, etylaxetat ở
nhiệt ñộ dưới 350
0
C.
b. ðánh giá khả năng xử lý của các bentonit biến tính này ñối với hơi
khí thải ñộc hại chứa butylaxetat, etylaxetat và các yếu tố ảnh hưởng:
nhiệt ñộ, tỉ lệ xúc tác, lưu lượng dòng khí.
c. ðưa ra quy trình công nghệ xử lý hơi khí thải chứa butylaxetat,
etylaxetat bằng xúc tác biến tính quy mô pilot.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
4

PHẦN I
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

I. Khái quát về hiện trạng ô nhiễm môi trường và công nghệ xử lý khí thải
tại các cơ sở sản xuất dụng cụ khí tài quang học
1.1. Hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí tại các cơ sở sản xuất
dụng cụ khí tài quang học:
ðại ña số các nhà máy, xí nghiệp trong quân ñội Việt Nam sản xuất theo
dây chuyền công nghệ cũ, ñã gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường
không khí nói riêng tương ñối nghiêm trọng. Nhiều giải pháp cả vi mô và vĩ mô
ñã ñược ñưa ra triển khai, song tình trạng môi trường chưa ñược cải thiện ñáng
kể. Tiêu biểu là các cơ sở sản xuất thuốc phóng, bảo dưỡng sửa chữa vũ khí, khí
tài quang học, nơi luôn có nồng ñộ dung môi hữu cơ ñộc hại cao. Dưới ñây tôi
xin khái lược về nguồn phát sinh và chủng loại khí thải của một số ngành sản
xuất ñặc thù trong quân ñội [4,6,9].
Trong quá trình sản xuất thuốc phóng hai gốc hình cầu có gây phát sinh
các tác hại ñến môi trường khác nhau như: tiếng ồn, khí thải, nước thải và chất
thải rắn. Từ các công ñoạn như cầu hóa, sấy khô, làm bóng ñã tạo ra nhiều khí
thải ñộc hại. Thành phần của khí thải và bụi phát sinh trong các công ñoạn này

bao gồm hơi NG, hơi cồn, khí NOx, hơi etylaxetat, bụi graphit. Hàm lượng hơi
hydrocacbon phát sinh dao ñộng trong khoảng 12 ñến 16 mg/m
3
, cao hơn tiêu
chuẩn từ 2 ñến 3 lần.
ðối với công nghệ sản xuất thuốc phóng hai gốc hình ống, khí thải phát
sinh chủ yếu là hơi thuốc NG và NOx. Hàm lượng hơi hydrocacbon dao ñộng từ
8,4 ñến 10,0 mg/m
3
.
ðối với công nghệ sản xuất thuốc phóng hai gốc hình lá, nguồn khí thải
phát sinh từ các công ñoạn như cán khử nước, cán keo hóa, cán tinh, cắt tấm và
cắt dải với hơi thải chủ yếu chứa NG và NOx. Hàm lượng hydrocacbon dao ñộng
từ 9,5 ñến 10,5 mg/m
3
, vượt tiêu chuẩn QCVN 06:2009 xấp xỉ 2 lần.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
5

ðối với công nghệ sản xuất thuốc phóng một gốc, nguồn khí thải phát sinh
chủ yếu từ một số công ñoạn như hong, sấy sơ bộ, sấy, ép sợi thuốc phóng, trộn
thành lô chung, thuần hóa, than hóa và sấy khô. Khí thải chứa nhiều dung môi
hữu cơ và NOx, vượt giới hạn cho phép nhiều lần.
ðối với công nghệ sản xuất thuốc nổ ANFO và sofanit, nguồn khí thải
phát sinh từ các công ñoạn nghiền nhỏ, sấy khô, trộn hỗn hợp. Khí thải chứa
nhiều hơi TNT, hơi dung môi hữu cơ, NOx. Hàm lượng của các khí thải trong
công nghệ này thường cao hơn tiêu chuẩn cho phép 1,2 ñến 4,0 lần.
ðối với công nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương, hơi khí thải chứa nhiều
dung môi hữu cơ, hơi TNT ñược phát thải từ công ñoạn pha dầu, nhồi thuốc và in
ký hiệu lên hòm gỗ. Tuy nhiên, quá trình sản xuất tiến hành trong hệ thiết bị kín

nên mức ñộ gây ô nhiễm và ảnh hưởng tới sức khỏe của công nhân không cao.
ðiện tử, quang học là nhóm ngành ñược quân ñội triển khai tại các nhà
máy như Z143, Z181, Z191, Z199, của Tổng cục Công nghiệp quốc phòng. Với
sự ña dạng về chủng loại trang thiết bị, sản phẩm ñiện tử ñược sản xuất, sửa chữa
nên nhóm ngành này có nhiều loại dây chuyền công nghệ sản xuất khác nhau.
Hơi khí thải chủ yếu chứa các dung môi hữu cơ như benzen, toluen, xylen,
butylaxetat, etylaxetat, cồn, với hàm lượng cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều
lần. Bên cạnh hơi khí thải dùng ñể sơn, tẩy, rửa các chi tiết, linh kiện ñiện tử thì
nhóm ngành này còn phát thải ra chất thải rắn như linh kiện thay thế, ba via, vỏ
dây ñiện, ñây ñiện, bản mạnh ñiện tử, [2,6,14]
Trên ñây là một số thông tin khái lược về công nghệ sản xuất và khí thải
phát sinh ñặc thù của một số cơ sở sản xuất quốc phòng. Ngoài các tác hại có tính
vĩ mô toàn cầu như gây hiệu ứng nhà kính, làm tăng nhiệt ñộ trái ñất, gây mưa
axít, suy giảm tầng ozôn, ô nhiễm không khí bởi các hơi khí thải ñộc hại này còn
gây tác hại trực tiếp ñến sức khoẻ con người, bộ ñội như nêu ra ở bảng 1.1 dưới
ñây.



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
6

Bảng 1.1. Một số chất ô nhiễm chính của công nghiệp, nhà máy và
tác ñộng bệnh lý ñối với sức khoẻ con người
Chất ô nhiễm Nguồn phát sinh Tác dụng bệnh lý
CO
Ống xả khí xe máy, ôtô, ống
khói ñốt than, dầu
Giảm khả năng lưu chuyển oxi
trong máu.

Andehyt
Quá trình phân ly các chất
dầu, mỡ và glyxerin bằng
phương pháp nhiệt
Gây buồn phiền, cáu gắt, làm
ảnh hưởng ñến bộ máy hô hấp.
NO
x

Ống xả khí xe máy, ôtô, khói
ñốt than, dầu, công nghệ làm
mềm hoá than
Gây ảnh hưởng ñến bộ máy hô
hấp, muội xâm nhập vào phổi
Bụi, hơi chì và
các kim loại
nặng khác
Sản xuất sơn, màu, mạ kim
loại, luyện kim, ñốt chất thải rắn
y tế và công nghiệp
Bệnh ñường hô hấp, các bệnh
về thận, các bệnh ung thư.
Các khí axit
Công nghiệp hóa chất, mạ
kim loại, tẩy rửa, ñốt các chất
thải nguy hại
Bệnh ñường hô hấp, chóng
mặt, buồn nôn, co giật, viêm
phổi, viêm da nguy hại ñến hệ
thần kinh.

VOC, HC mạch
thẳng, HC chứa
halogen,
Công nghiệp hoá dầu, các
dung môi hoá mỹ phẩm, sơn,
vecni, xăng dầu xe
Viêm tấy mắt, dị ứng da, bệnh
ñường hô hấp, hệ tuần hoàn máu,
hệ thần kinh.
Ete, etylaxetat,
nitroglyxerin
Công nghiệp hoá chất quốc
phòng
Bệnh ñường hô hấp, các bệnh
về thận, các bệnh ung thư, tuần
hoàn máu.

1.2. Hiện trạng công nghệ xử lý khí thải tại các cơ sở sản xuất dụng cụ
khí tài quang học:
Việc xử lý khí thải của các cơ sở sản xuất quốc phòng cũng ñược tiến
hành theo công nghệ áp dụng trong dân dụng. ðiểm khác biệt ñó là yêu cầu khắt
khe hơn về chất lượng và mức ñộ an toàn cháy nổ của công nghệ xử lý tại một số
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
7

cơ sở sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ, sửa chữa - chế tạo vũ khí, khí tài quân sự.
Dưới ñây, tôi xin khái lược một số phương pháp, công nghệ xử lý khí thải ñang
ñược áp dụng trong quân ñội [4].
Như chúng ta ñã biết, phương pháp làm sạch khí thải rất ña dạng, khác
nhau về cấu tạo thiết bị cũng như về công nghệ. Phương pháp làm sạch khí ñược

lựa chọn theo khối lượng và thành phần khí thải. ðể ñạt ñược mức ñộ làm sạch
cao cần phải sử dụng phối hợp ñồng thời nhiều phương pháp và thiết bị khác
nhau:
+ Phương pháp nhiệt hay hoả táng xúc tác ñược ứng dụng trong trường
hợp không cho phép hoặc không có khả năng ñưa khí thải quay lại ñể tái sử
dụng. Một nhược ñiểm lớn của phương pháp này là sản phẩm khí sau phân huỷ
ña dạng.
+ Phương pháp hấp thụ - hấp phụ hiện ñang ñược sử dụng rỗng rãi. Tuy
nhiên rất khó tìm kiếm ñược loại vật liệu hấp phụ ña năng, chi phí vận hành cao.
+ Phương pháp trung hoà hay chuyển tải chất thải ñi xa ñể pha loãng nồng
ñộ chúng trong không khí. ðây là phương pháp tình thế không mang tính bền
vững.
+ Phương pháp ngưng tụ và sinh hoá: Các chất thải ñược ngưng tụ trên bề
mặt vật liệu sau ñó sử dụng các chế phẩm sinh học ñể phân huỷ. ðây là phương
pháp hiện ñại song việc nghiên cứu tìm và duy trì hoạt ñộng cho chủng vi sinh
trong môi trường ô nhiễm hỗn tạp gặp nhiều khó khăn, thời gian xử lý kéo dài,
khó áp dụng cho qui mô lớn.
+ Phương pháp hấp phụ, oxi hoá khử chuyển hoá các chất thải ñộc hại
thành các chất không ñộc hoặc ñỡ ñộc hại hơn. Phương pháp ñược tiến hành dựa
trên nguyên tắc của các phản ứng hoá học và các quá trình hoá lý. Người ta sử
dụng vật liệu xử lý ở nhiều dạng khác nhau, tuỳ thuộc vào chế ñộ và chất xử lý.
Hiện nay, vật liệu ñược sử dụng rộng rãi hơn cả là vật liệu xúc tác rây phân tử
thuần chất hoặc biến tính dạng rắn. Với nhiều ưu ñiểm nổi trội so với các vật liệu
khác như ñộ bền chuyển hoá, tính năng xúc tác, chế ñộ làm việc- tái sinh, vật
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
8

liệu này ñã và ñang ñược tập trung nghiên cứu ứng dụng trong nhiều ngành khác
nhau, tiêu biểu là hoá dầu, tổng hợp hữu cơ, xử lý và bảo vệ môi trường,
Từ những nhận thức ñó trong nhiều năm qua nhiều cơ quan nghiên cứu

trong và ngoài quân ñội ñã tích cực tập trung nghiên cứu nhằm tìm kiếm và chế
tạo thành công một số loại vật liệu xúc tác cho phép xử lý các hơi khí thải ñộc
hại.
Các công trình nghiên cứu trong nước tập trung theo 3 hướng chính sau:
1. Vật liệu xúc tác dùng cho các thiết bị lọc ñộc chuyên dụng (mặt nạ
phòng ñộc, hộp lọc ñộc dùng cho bộ ñội phòng hoá).
2. Vật liệu xúc tác dùng ñể xử lý các loại hơi khí ñộc từ ñộng cơ ñốt
trong.
3. Vật liệu xúc tác dùng ñể xử lý các loại hơi khí ñộc công nghiệp.
- Viện Hóa học Môi trường quân sự và Trung tâm Công nghệ xử lý môi
trường (Bộ Tư lệnh Hóa học) là những cơ sở ñã có nhiều công trình nghiên cứu
tập trung thử nghiệm sử dụng các loại than hoạt tính ñược tẩm các loại chất xúc
tác vô cơ ñể làm vật liệu lọc hơi khí ñộc như xianua, benzen, clo, photphin,
amoniac dùng cho mặt nạ quân sự và các khí tài phòng hô hấp.
- Viện KHCNMT (ðại học Bách khoa Hà Nội), ðại học Bách khoa
TPHCM, Phân viện KHVL thuộc Viện KHCNVN tập trung nghiên cứu về các
loại xúc tác dùng ñể xử lý khí xả các loại xe máy, công nghệ xử lý khí thải nhiễm
NO
x
là công nghệ ñược tập trung nghiên cứu và có nhiều kết quả nhất. Các vật
liệu xúc tác dùng trong công nghệ ñề NO
x
thường là Ag/Al
2
O
3
, LaMnO
3
, CuO-
Pt/Al

2
O
3
.
- Các công trình nghiên cứu về vật liệu xúc tác dùng trong xử lý khí thải
công nghiệp nhìn chung còn ít. Nhóm tác giả Lê Văn Tiệp và cộng sự là những
người có nhiều công trình liên quan ñến vấn ñề sử dụng vật liệu xúc tác ñể xử lý
khí thải công nghiệp, trong ñó có các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) như
toluen. Trong thời gian qua các nhà nghiên cứu vật liệu ñã tìm kiếm và chế tạo
thành công nhiều loại xúc tác có hoạt tính cao cho phép hấp thụ và chuyển hóa
các hơi khí ñộc và các hợp chất hữu cơ. Trong công nghệ xử lý hợp chất VOC
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
9

các kim loại quý như Pt, Rh, Pd, ñược ñưa lên các chất nền như TiO
2
, SiO
2
,
Al
2
O
3
ñể tạo các chất xúc tác. Một khó khăn ñặt ra với các hệ xúc tác này là giá
thành xử lý cao và thành phần cũng thay ñổi tùy thuộc vào ñối tượng chất thải
cần xử lý. Hơn nữa, ñối với ñại ña số các hệ xúc tác ñược công bố này là nhiệt ñộ
làm việc ñòi hỏi cao (350 - 500
0
C), thời gian làm việc ngắn, các tâm xúc tác dễ bị
ñầu ñộc làm mất hoặc giảm hoạt tính xúc tác. Bên cạnh ñó, việc nghiên cứu thiết

kế chế tạo thiết bị xử lý ñối với các chất thải ñộc hại loại này chưa ñược quan
tâm ñúng mức. Thực tế này ñang ñược ñề cập nghiên cứu tại một số cơ quan
khoa học công nghệ.
Trong nhiều năm qua, bằng việc biến tính các loại zeolit, các nhà khoa học
trong nước ñã chế tạo ñược nhiều chủng loại vật liệu cho phép chuyển hóa các
hợp chất hữu cơ phục vụ cho công tác chế biến dầu khí và oxi hóa khử các khí
thải vô cơ ñộc hại như SO
x
, CO, NO
x
, H
2
S, Tiêu biểu là zeolit H-ZSM-5,
Fe/ZSM-5, Co/ZSM-5, Cu/ZSM-5, Pt/ZSM-5, MCM-22, HY, HX, Bentonit
Một số cơ sở nghiên cứu có nhiều ñóng góp trong lĩnh vực này là Khoa Hóa -
ðHKHTN - ðHQGHN, Viện Vật liệu - ðHBKHN, Phân viện KHVL và Viện
Khoa học vật liệu thuộc Viện KHCNVN ðây là những cơ sở ñịnh hướng cho
việc nghiên cứu chế tạo ra vật liệu xúc tác (biến tính bằng kim loại chuyển tiếp
và kim loại quý) trên nền zeolit X, Y, Pt, Zh, ZSM, MCM, bentonit sử dụng ñể
xử lý khí thải ñộng cơ và các chất hữu cơ dễ bay hơi.
II. Khái quát về tính chất, hiện trạng ô nhiễm hơi butylaxetat,
etylaxetat tại các cơ sở sản xuất quốc phòng
2.1. Về Butylaxetat
Butylaxetat có công thức hóa học là CH
3
COOCH
2
CH
2
CH

2
CH
3
, tên gọi
khác như butyl axetic este, BAC. Nó thường ñược dùng làm dung môi trong sản
xuất sơn và các sản phẩm khác. Tỷ trọng 0,88 g/cm
3
, nhiệt ñộ sôi 126
0
C, nhiệt ñộ
bắt cháy 24
0
C, ñộ tan trong nước là 0,7 g/100ml ở 20
0
C. ðây là một chất lỏng dễ
cháy không màu và có mùi chuối. Các ñồng phân khác của n- butyl acetate là:
isobutyl acetate, tert-butyl acetate, và sec-butyl acetate. BAC hoà tan tất cả các
dung môi hữu cơ như ancol, xeton, andehyt, ete, glycol ete, hydrocacbon mạch
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
10

thẳng nhưng tan ít trong nước. Mặc dù ñược sử dụng ñể làm chất tạo hương trong
công nghệ thực phẩm nhưng nếu hít phải không khí có nồng ñộ butylaxetat cao
sẽ gây buồn ngủ hoặc chóng mặt, choáng váng và ñặc biệt là gây nguy hại ñối
với môi trường thủy sinh. ðể ngăn ngừa những tác hại của butylaxetat cần chú ý
không ñể butyl axetat ở nơi nhiệt ñộ cao, gần nguồn lửa trần, nơi có tia lửa ñiện,
bề mặt nóng cũng như không hút thuốc lá gần nơi có butylaxetat.
2.2. Về etylaxetat
Etyl axetat (EA) cú cụng thức cấu tạo như sau: CH
3

CH
2
OC(O)CH
3
. ðây
là chất lỏng không màu, có mùi dễ chịu và ñặc trưng. Tỷ trọng 0,897- 0,902
g/cm
3
, sôi ở nhiệt ñộ 77
0
C, bắt lửa ở -4
0
C. ðộ hòa tan của EA trong nước ở nhiệt
ñộ 20
0
C là ~8,3%. Khi nhiệt ñộ tăng cao thỡ ñộ hũa tan trong nước của nó ñược
tăng lên. Nó có thể trộn lẫn với một số dung môi khác như etanol, benzen, axeton
hay dietyl ete và không ổn ñịnh trong dung dịch có chứa axít hoặc bazơ mạnh.
EA là dẫn xuất este thu ñược từ phản ứng giữa etanol và axit axetic, ñược sản
xuất ở quy mô lớn ñể làm dung môi. EA là dung môi phân cực nhẹ, dễ bay hơi,
tương ñối không ñộc hại ở nồng ñộ thấp và không hút ẩm.
2.3. Hiện trạng ô nhiễm butylaxetat và etylaxetat tại một số cơ sở sản
xuất quốc phòng
Bảng 1.2. Một số chất ô nhiễm chính của cơ sở bảo quản, bảo dưỡng
khí tài quang học
TT

Chất ô nhiễm ðơn vị tính Mức ñộ ô nhiễm QCVN 20: 2009
1 Benzen mg/Nm
3

18,5 5
2 Butylaxetat mg/Nm
3
2350 950
3 Etylaxetat mg/Nm
3
3700 1400

III. Khái quát chung về xúc tác bentonit
Bentonit là loại khoáng sét tự nhiên, thành phần chính là montmorillonit
(Mont). Công thức ñơn giản nhất của Mont là Al
2
O
3
.4SiO
2
.nH
2
O, ứng với nửa
ñơn vị tế bào cấu trúc. Công thức lý tưởng của Mont là Si
8
Al
4
O
2
(OH)
4
cho một
ñơn vị cấu trúc của polisilicat nhôm. Tuy nhiên, theo một số tác giả thì thành
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

11

phần của Mont luôn khác với thành phần biểu diễn lý thuyết do có sự thay thế
ñồng hình của các ion kim loại như Al
+3
, Fe
+3
, Fe
+2
, Mg
+2
, với Si
+4
trong tứ diện
SiO
4
và thế Al
+3
trong bát diện AlO
6
.
Như vậy, thành phần hoá học của Mont ngoài sự có mặt của Si và Al còn
có các nguyên tố: Fe, Zn, Mg, Na, K, trong ñó tỷ lệ Al
2
O
3
: SiO
2
dao ñộng từ 1:2
ñến 1:4. Ngoài các thành phần chính là Mont, trong bent còn có chứa một số

khoáng sét khác như: hectorit, saponit,… và một số khoáng phí sét: canxit, pirit,
manhetit, các muối kiềm khác và một số hợp chất hữu cơ. Chiều dầy của lớp
cấu trúc cơ bản của Mont là 9,6 A
0
. Chiều dầy ñó bị thay ñổi nhiều hay ít tuỳ
thuộc vào số lượng, bản chất của cation trao ñổi và lượng nước hấp phụ và
thường có thể ñến 15 A
0
. Nếu Si
+4
tứ diện hay Al
+3
bát diện bị thay thế ñồng hình
bởi các cation dương thấp hơn thì các phần mạng ñó mang ñiện tích âm. ðiện
tích âm của mạng cao hay thấp phụ thuộc vào bản chất, số lượng cation thay thế.
ðiện tích âm của mạng lưới sẽ ñược bù trừ bằng các cation mang ñiện tích
dương: Na
+
, K
+
, Ca
+2
, Fe
+2
, Mg
+2
,… ở khoảng không gian giua các lớp. Các
cation này có khả năng trao ñổi ñược với các cation kim loại khác. Như vậy, khả
năng trao ñổi cation của Mont là tương ñương với diện tích của các lớp. Dựa vào
việc ño nhiễu xạ tia X, giá trị d

001
chỉ ra khoảng cách giữa các mặt phẳng của
mạng.
ðặc trưng cơ bản của Bentonit là tính chất trao ñổi là do:
- Sự thay thế ñồng hình Si
+4
bằng Al
+3
trong mạng lưới tứ diện và Al
+3

bằng Mg
+2
trong mạng lưới bát diện, làm xuất hiện ñiện tích âm trong mang lưới
cấu trúc. Khả năng trao ñổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng ñiện tích âm bề
mặt và số lượng ion trao ñổi. Nếu số lượng ñiện tích âm bề mặt càng lớn, số
lượng cation trao ñổi càng lớn thì dung lượng trao ñổi càng lớn.
- Trong mạng lưới tinh thể của Bentonit tồn tại nhóm OH, nguyên tử.
Khả năng trao ñổi ion bề mặt trong phản ánh lượng ñiện tích âm trong
mạng lưới và khả năng hấp phụ của bentonit. Nó phụ thuộc vào số lượng cation
bù trừ trong mạng lưới. Số lượng cation càng lớn thì khả năng trao ñổi càng lớn
và ngược lại. Dung lượng trao ñổi cation dao ñộng trong khoảng từ 80- 150mg
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
12

ñlg/100g; dung lượng trao ñổi anion dao ñộng trong khoảng từ 15- 40 mg
ñlg/100g.
Bentonit có khả năng trao ñổi nhiều loại cation khác nhau, nhưng không
phải việc trao ñổi với cation kim loại nào cũng làm gia tăng hoạt tính xúc tác.
Các ion ña hoá trị khi ñược trao ñổi với bentonit thì nó sẽ nằm ở ngoài và giữa

các lớp nhôm silicat. Mỗi ion này lại có khả năng tạo phức với những nguyên tố
khác cho nên bản thân chúng sẽ trở thành những trung tâm hoạt ñộng góp phần
làm tăng hoạt tính axít của chúng.
Các ion kim loại ña hoá trị sẽ tạo phức với nước ở bề mặt nhôm silicat. Do
ñó, khi xử lý nhiệt thì các liên kết phối trí nước- kim loại bị phá vỡ, các kim loại
ña hoá trị sẽ tồn tại ở dạng ion Me
n+
hoặc có thể ở dạng Me
x
O
y
ñóng vai trò tâm
axít Lewis. Như vậy, hoạt tính bentonit có thể bị ảnh hưởng ít hay nhiều phụ
thuộc vào bản chất cation trao ñổi và mức ñộ trao ñổi. Khi nhôm silicat có hàm
lượng kim loại kiềm lớn thì hoạt tính xúc tác của nhôm silicat giảm do natri ñầu
ñộc những tâm axít mạnh.
Mật ñộ ñiện tích trên mạng nhôm silicat của Mont cũng không ñồng nhất
do tính không ñồng nhất mật ñộ cation giữa các lớp nhôm silicat sinh ra do sự
thay thế ñồng hình Si
+4
trong mạng nhôm silicat bằng Al
+3
. Người ta ñã xác ñịnh
ñược ñiều này khi nghiên cứu các mẫu Mont có chứa các cation khác nhau bằng
cách khảo sát sự chuyển từ ñơn lớp thành hai lớp của các ion ankylamoni trong
quá trình xem kẽ vào các lớp nhôm silicat của Mont. Sự chuyển dịch này liên
quan ñến mật ñộ cation giữa các lớp và với sự thay ñổi khoảng cách không gian
giữa các lớp cơ sở. Tất cả các mẫu ñều cho kết quả khác nhau về sự phân bố
cation giữa các lớp và mật ñộ ñiện tích của chúng.
Các xúc tác axít rắn thu ñược bằng cách xen kẽ trực tiếp hay gián tiếp vào

vùng giữa các lớp nhôm silicat bởi các phân tử hợp chất hữu cơ thường dễ bị mất
hoạt tính xúc tác ở nhiệt ñộ cao (trên 200
0
C) vì ở nhiệt ñộ này các phân tử hữu cơ
bị phân huỷ, lúc ñó các lớp nhôm silicat dễ bị sập và dính lại với nhau. Trong
thời gian gần ñây người ta quan tâm ñến việc xen kẽ bằng các phức kim loại
chuyển tiếp ở dạng các polioxocation. Xúc tác axít rắn thu ñược vẫn giữ ñược
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
13

hoạt tính tốt ở nhiệt ñộ cao và mạng nhôm silicat không bị sập. Người ta tiến
hành chống Mont bằng các polioxocation kim loại ña hoá trị hoặc các
polioxocation nhiều kim loại ña hoá trị. Tuỳ thuộc vào liên kết hoá học giữa các
lớp nhôm silicat với các pillar khác nhau mà tạo ra ñược nhiều kiểu xúc tác có ñộ
chọn lọc cao khác nhau. Trong thực tế bent ñược chống bằng polioxocation vô cơ
cho sản phẩm có diện tích bề mặt lớn, có thể xem chúng như zeolit hai chiều có
tính axít như zeolit HY. Tuỳ thuộc vào kích thước, chiều cao của các pillar mà ñộ
xốp của Bent có kích thước khác nhau. Cỡ lỗ xốp của Bent chống có thể ñược
khống chế bằng cách lựa chọn các ñiều kiện, phương pháp ñiều chế và loại vật
liệu dùng ñể chống. Có thể chống Bent bằng hỗn hợp các kim loại Cr
+3
và Al
+3
,
tuỳ theo tỷ lệ Cr/Al có thể thu ñược các loại vật liệu chống có khoảng không gian
cơ sở khác nhau từ 19 ñến 24,9 A
0
sau khi làm khô chúng trong không khí. Diện
tích bề mặt của Bent chống thu ñược từ 232- 283 m
2

/g.
Qua ñây cho thấy có nhiều phương pháp chống Bent ñể tạo nên nhôm
silicat xốp. Có thể chống bằng các polioxocation kim loại như Al, Cu, Zn, Cr,
và cũng có thể chống bằng polioxocation hỗn hợp kim loại như Al-Cr, Cr-Ti,
Bent có hai tính chất cơ bản có thể dùng làm xúc tác trong các phản ứng
hữu cơ, ñó là diện tích bề mặt tương ñối lớn và ñộ axít bề mặt cao. Một số tác giả
ñã xác ñịnh diện tích bề mặt của Bent vào khoảng 500- 700 m
2
/g bao gồm cả bề
mặt trong và bề mặt ngoài. Bề mặt trong bao gồm bề mặt các lớp nhôm silicat
chồng lên nhau và ñược ngăn cách bằng các cation kim loại ñền bù ñiện tích trên
bề mặt lớp Bent. Bề mặt ngoài ñược xác ñịnh bởi bề mặt của các mao quản
chuyển tiếp. Các mao quản này tạo nên sự tiếp xúc của hạt Bent và có kích thước
khoảng 40-90A
0
. Diện tích bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước của hạt Bent,
hạt càng nhỏ diện tích bề mặt ngoài càng lớn và ngược lại.
Trên bề mặt Bent tồn tại các nhóm hidroxyl: các nhóm hidroxyl có khả
năng nhường proton ñể hình thành trên bề mặt của bent những tâm axít Bronstet.
Số lượng nhóm hidroxyl có khả năng tách proton tăng lên sẽ làm tăng ñộ axít
Bronstet trên bề mặt của Bent.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
14

ðối với Bent ñược chống bằng polioxocation kim loại thì không gian giữa
các lớp nhôm silicat của Bent ñược nới rộng ñến 8- 9A
0
và khoảng không gian
này không bị co lại nhiều khi nung nóng. ðộ axít của Bent chống tương ñương
với ñộ axít của zeolit HY. Trong thực tế ñể làm tăng ñộ axít của Bent, trước khi

tiến hành trao ñổi hoặc chống, người ta dùng phương pháp hoạt hoá Bent bằng
axít ñể tạo ra các vật liệu có ñộ axít cao hơn. Sở dĩ như vậy là do H
+
của axít ñã
ñẩy các cation trao ñổi Na
+
, K
+,
Ca
2+
,… ra khỏi cấu trúc của Bent và thay thế
bằng các proton và lúc ñó H
+
liên kết với oxi ở cầu nối Si-O-Al làm tăng hoạt
tính xúc tác của Bent.
Do bề mặt của Bent lớn, do có cấu trúc xốp nên Bent ñược xem là một
chất hấp phụ tự nhiên. Quá trình hấp phụ xảy ra cả trên bề mặt trong và ngoài của
Bent và ñây chính là sự tương tác của các chất hữu cơ với tâm hoạt ñộng trên bề
mặt của Bent. Thực tế bent có thể hấp phụ các hợp chất hữu cơ ở dạng ion hoặc
chất hữu cơ phân cực. Các chất hấp phụ ở dạng ion thì Bent hấp phụ chủ yếu là
cation. Còn các chất hữu cơ phân cực nhỏ và có phân tử khối nhỏ thì bị hấp phụ
bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao ñổi nằm ở khoảng cách giữa các
lớp nhôm silicat. Với phân tử hữu cơ phân cực có phân tử khối lớn, kích thước
lớn thì các phân tử này sẽ kết hợp với các nguyên tử oxi ở ñáy tứ diện của mạng
lưới bởi lực liên kết Vander-Van hoặc liên kết hidro. ðối với các chất hữu cơ
không phân cực thì sự hấp phụ của Bent xảy ra ở bề mặt ngoài. Do Bent có bề
mặt riêng và ñộ phân tán lớn nên ñược dùng làm chất mang xúc tác. Với sự có
mặt của chất mang, các quá trình phản ứng hữu cơ xảy ra êm dịu, dễ dàng và có
ñộ chọn lọc cao, hiệu suất lớn.
Như vậy, Mont vừa là chất xúc tiến, chọn lọc quá trình, vừa là chất làm

cho phản ứng xảy ra dễ dàng dễ ñiều khiển nên việc thu hồi sản phẩm của xúc tác
thuận lợi. Việc biến tính Bent bằng phương pháp trao ñổi cation kim loại ña hoá
trị tạo ra vật liệu xúc tác có ñộ axít cao hơn, xốp hơn bent tự nhiện sử dụng ñể
xúc tác cho nhiều phản ứng chuyển hoá hoá học. ðây chính là ñặc ñiểm quí báu
mà nhóm ñề tài ñã tiến hành nghiên cứu và chọn lựa làm vật liệu xúc tác nền biến
tính với oxít kim loại chuyển tiếp ñể oxi hoá hydrocacbon ở nhiệt ñộ trung bình.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
15

IV. Một số kết quả nghiên cứu trước ñây:
4.1. Phương pháp biến tính mẫu bentonit Thuận Hải
Trong khuôn khổ khóa luận “Nghiên cứu khả năng xử ý hơi khí thải chứa
benzen, etylaxetat, nitroglyxerin bằng vật liệu xúc tác bentonit biến tính” bước
ñầu xác ñịnh ñược phương pháp biến tính mẫu bentonit Thuận Hải (lần thực
nghiệm 1). Hàm lượng CuO trong mẫu bentonit sau biến tính ñạt 3,9±0,6%. Sản
phẩm thu ñược dạng bột, mầu nâu nhạt. Tuy nhiên phương pháp ñó có một số
nhược ñiểm:
+ ðộ lặp lại của quy trình không cao, dẫn tới sự không ổn ñịnh về thành
phần chất xúc tác về hàm lượng CuO và các ñặc trưng của mẫu sản phẩm.
+ Quá trình axit hóa mẫu tiêu tốn 6-8 giờ liên tục ở nhiệt ñộ 40-50
0
C;
+ Quá trình ngâm tẩm tiêu tốn nhiều thời gian (4-6 giờ) và phải tiến hành ở
nhiệt ñộ 60-70
0
C kết hợp với khuấy liên tục.
+ Sản phẩm thu ñược dạng bột do ñó khó có thể áp dụng ñối với các hệ
thống xử lý hơi dung môi hữu cơ công suất lớn.
4.2. Quy trình biến tính xúc tác bentonit
Bước 1: Axit hóa mẫu bentonit Thuận Hải nền:

Bentonit Thuận Hải nguyên khai, vẫn ñang trạng thái ướt ñược tiếp tục
biến tính bằng phương pháp hoạt hóa trong HCl 15% (với tỉ lệ bentonit/ dung
dịch HCl = 1:4) trong thời gian 6h. Quá trình axit hóa ñược thực hiện trong cốc
thủy tinh và khuấy bằng con từ. Bent- H thu ñược sau khi hoạt hóa ñược li tâm
với tốc ñộ 3000 vòng/phút và rửa bằng nước cất ñến pH = 6,5- 7,2. Dùng nước
cất rửa cho ñến khi hết ion Cl
-
trong phần nước lọc (thử bằng dung dịch AgNO
3

0,05N). Chuyển toàn bộ mẫu vào khay inox sạch ñem sấy ở nhiệt ñộ 80- 85
0
C
trong thời gian 2 giờ và sấy tiếp ở nhiệt ñộ 120
0
C trong thời gian 2 giờ. Mẫu thu
ñược ñem bảo quản trong lọ thủy tinh kín tránh ẩm xâm nhập.
Ở ñây chúng ta có thể dùng máy khuấy cơ thay cho máy khuấy từ và dụng
cụ lọc khác thay cho thiết bị ly tâm.
Bước 2: Biến tính mẫu bentonit axit hóa bằng dung dịch muối ñồng axetat:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
16

Cân và pha dung dịch ñồng axetat 10% trong nước cất. ðong lượng dung
dịch ñã tính toán ñể có nồng ñộ oxit kim loại trong sản phẩm xúc tác cho vào
100g bentonit. Tiến hành khuấy trong 3 giờ ở nhiệt ñộ 45- 50
0
C và ngâm tẩm
thêm 02 lần (2x2 giờ) xúc tác Bentonit ñã hoạt hoá loại hơi nước.
Lọc và ñem nhiệt phân trong lò ở nhiệt ñộ 110- 120

0
C trong thời gian 1,5-
2 giờ, sau ñó nung mẫu ở 300
0
C trong 2 giờ có dòng khí thổi qua.
Hàm lượng kim loại biến tính ñược tính toán theo phần trăm khối lượng
oxit kim loại mang lên 100 g xúc tác (ñược tính theo lượng dung dịch muối kim
loại ñem tẩm). Sản phẩm thu ñược màu xanh xám ñến nâu nhạt.
4.3. Quy trình chế tạo xúc tác dạng hạt sử dụng ñể xử lý hơi etylaxetat,
butylaxetat
a. Lựa chọn thiết bị tạo hạt
Như chúng ta ñã biết, việc tạo hạt cho mẫu vật liệu xúc tác có thể ñược
tiến hành bằng một trong các phương pháp sau:
1- Sử dụng máy vo viên tạo hạt của y tế: Cấu tạo cũng như nguyên lý làm
việc của thiết bị này không ñược ñề cập trong báo cáo này. Nguyên tắc chung là
các loại nguyên liệu ñược cân theo tỷ lệ chính xác, lần lượt cho vào buồng hình
cầu của máy. Tiến hành tạo ñộ ẩm và ñộ kết dính bằng nước hoặc phụ gia kết
dính, cho máy ñảo ñều toàn bộ các nguyên vật liệu này trong thời gian xác ñịnh.
Sau ñó chuyển máy về chế ñộ tạo hạt. Sản phẩm thu ñược có ñộ ñồng ñều rất cao
cả về hàm lượng, khối lượng và ñộ bền của hạt tạo ra. Phương pháp này ñược sử
dụng khá phổ biến trong việc chế tạo các viên thuốc nam. Việc sản xuất các viên
thuốc tây ñược tiến hành theo một công nghệ khác, phức tạp hơn. Ưu ñiểm nổi
trội của phương pháp này thể hiện rõ ñối với các vật liệu có kích thước thô hoặc
trong thành phần có cấu tử kích thước to, ñộ thấm nước ở mức trung bình, ít
trong nở trong môi trường nước. ðối với các vật liệu có khả năng ngậm nước và
trương nở như bentonit thì việc vo viên tạo hạt bằng thiết bị này gặp một số khó
khăn nhất ñịnh như kích thước của các hạt tạo ra không ñồng ñều, khó khăn trong
việc tạo các hạt có kích thước nhỏ hơn 1,0- 1,5 mm. Khó khăn mà nhóm ñề tài ñã
gặp phải trong quá trình nghiên cứu tạo hạt cho vật liệu xúc tác bentonit biến