Nghiên cứu điều chế gốm xốp Cordierit - Mullit composit ứng dụng làm vật liệu chất mang xúc tác, xử lí môi trường và chịu nhiệt tt

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
• • • •
BÁO CÁO
KÉT QUẢ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI
“ Nghiên cứu điều chế gốm xốp Cordierit - Mullit composit ứng dụng
làm vật liệu chất mang xúc tác, xử lí môi truòng và chịu nhiệt”
Mã số: Q G -06-09
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Nghiêm Xuân Thung
ĐAI HỌC QUỐC GIA HÁ NỘỈ_
TRUNG 1ÃM thong 1IN 1HƯ VIỆN
OO C
6
O O CO C
4
O
___
Hà nội, năm 2008
BÁO CÁO TÓM TẮT KÉT QUẢ
ĐÈ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC ĐẶC BIỆT CÁP ĐẠI HỌC
QUÓCGIA
Mã số: QG- 06 - 09
1. Tên đề tài:
Tiếng Việt: “ Nghiên cứu điều chế gốm xốp Cordierit - Mullit composit ứng
dụng làm vật liệu chất mang xúc tác, xử lí môi trường và chịu nhiệt”
Tiếng Anh: “Technological stuđy of fabrication of porous the cordierite-
mullite ceramic composites for catalyst carrier, insullating and the
environmental treatment applications” .
2. Chủ trì đề tài: PGS.TS. Nghiêm Xuân Thung, Khoa Hoá, DDHKHTN
3. Các cán bộ tham gia:
1. GS. TS. Phan Văn Tường, Trường ĐHKHTN

2. PGS. TS. Lê Hùng, _ Trường ĐHKHTN
3. CN. Nguyễn Đỉnh Duần , Trường ĐHKHTN
4. CN. Dương Quốc Văn, Trường ĐHKHTN
4. Thòi gian thực hiện: Bắt đầu tù' tháng 1 năm 2006 đến tháng 1 năm 2008
5. Mục tiêu của đề tài:
- Nghiên cứu điều chế gốm mullit và cordierit bằng phưong pháp khuếch lán ran
- lỏnu và phương pháp sol-gel.
- Nghiên cứu điều chế gốm xốp composit cordierit- mullit
- Nghicn cứu ứng dụng gốm xốp composit làm chất mang xúc tác xứ lý môi
trường.
6. Tóm tắt nội dung nghiên cứu của đề tài và kết quả đạt được.
- Nghiên cứu các nguyên liệu đầu các khoáng caolanh A-Lưới, sét Trúc Thôn,
talc Phú Thọ. Các khoáng có hàm lượng AI2O3 > 20%, S1O2 > 67%, MgO=
32,16% tương đối lón có thể sử dụng làm nguyên liệu để điều chế gốm xốp.
- - Nghiên cứu các phương pháp điều chế gốm xốp cordierit- mullit composit
bằng phương pháp khuếch tán rắn - lỏng và phương pháp sol-gel, với nhiệt dộ
nung thiêu kết 1200°c và thời gian lưu 3 giờ, sử dụng 3% B2O3 làm chất
khoáng hoá và 3% polyme làm chất tạo xốp thu đựơc gốm xốp có độ xốp 50%
về the tích.
- Xác định cấu trúc, tính chất của sản phẩm gốm xốp cordierrit, mullit và
Composit. Tinh the mullit có cấu trúc hệ trực thoi với các thông số a = 7,530’
b = 7,719; c = 2,885Ẩ ; V = 167,72. Tinh thể cordierit có cáu trúc hexauonal
với các thông số a = 9,734; b= 9,3 14 Ẵ; v = 774,205.
- - Sử đụng gốm xốp composit làm chất mang xúc tác MnO? xử lý ion Mn2+’
Fe ' trong nguồn nước ngầm, có khả năng mang 20% MnOọ lên nền gốm vả
M11 bị hấp plụi 13,95 me/g M n02 và Fe2+ bị hâp phụ 26.62 mg/g M n02.
- Đóng góp hỗ trợ đào tạo 4 sinh viên làm nghiên cứu khoa học, 4 sinh viên làm
khoá luận tốt nghiệp và đăng được 1 bài báo trong tạp chí Hoá học và 3 bài
trong tạp chí phân tích Hoá, Lý và sinh học
7. Tình hình kinh phí của đề tà i:

- Tổng kinh phí được cấp 60.000.0Ọ0đồng
- Đã chi theo đúng nội dung hợp đồng : 60.000.000 đông
XÁC NHẬN CỦA KHOA CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI
PGS.TS. Nguyễn Văn Nội PGS.TS. Nghiêm Xuân Thung
Cơ QUAN CHỦ TÀI Đ ẾTÀ l^
OGS.ĩS.
MỤC LỤC
MỚ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN 2
1.1. Giới thiệu về cordierite 2
1.1.1. Cấu trúc 2
1.1.2. Tính chất 3
1.2. Giới thiệu về m ullite 3
1.2.1. Cấu trúc 3
1.2.2. Tính chất 5
1.3. Các oxít tạo cordierite và mullite 5
1.3.1. Nhôm oxit (AI2O3) 5
1.3.2. Silic oxit (Si02) ?
1.3.3. Magie oxit (MgO) 7
1.3.4. Hệ M gO - AI2O3 - S 1O2 7
1.4. Giới thiệu về composite M C 8
1.4.1. Định nghĩa và tính chất của composite M C

8
1.4.2. Các phương pháp điều chế composite MC

9
1.5. Đặc tính của gốm xốp : 14
1.6. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ 17
1.6.1. Khái niệm 17

1.6.2. Hâp phụ vật lý và hấp phụ hoá học 17
1.6.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ 17
Cỉ IƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u

I 9
2.1. Phương pháp phân tích nhiệt ] ọ
2.2 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X
] 9
2.3. Phươniỉ pháp đo hệ sổ giãn nở nhiệt 20
2.4 . Phương pháp kính hiển vi điện tứ quét (SEM ) 21
2.5. Xác định các tính chất của gốm 22
2.6. Khả năng ứng dụng làm vật liệu mang
23
CHƯƠNG 3: THựC NGHIỆM- KẾT QUÁ VÀ THẢO LU ẬN

27
3.1 Ọuá trình thí nghiệm 27
3.1.1 Nguyên liệu và dụng c ụ 27
3.1.2. Các bước tiến hành 27
3.1.2.1. Kết quả nghiên cứu nguyên liệu : 27
* Khảo sát thành phần cấp hạt 28
3.1.2.2. Tổng họp gốm xốp 29
3.1.2.3. ứng dụng : 31
3.2. Kết quả và thảo luận ??
3.2.1. Ket quả nghiên cứu nguyên liệu 33
3.2.2. Kết quả phân tích nhiệt
33
3.2.3. Kết quả phân tích XRD
36
3.2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự hỡnh thành gốm :

36
3.2.3.2. Ảnh hưởng của thời gian lư u 38
3.2.3.3. Phương pháp tống hợp sol - gel và khuếch tán ran - lỏng

39
3.2.3.4. Xác định thông số mạng của cordierit và mullit

39
3.2.4. Kết quả nghiên cứu bằng hình ảnh SEM
42
3.2.5. Ánh hưởng của các chất hữu CO' đến quá trình tạo gốm xốp
composit 43
3.2.5.1 .Ánh hường của hàm lượng chất tạo xốp đến quá trình tạo gốm
xốp 43
3.2.5.2.Ánh hưởng của các họp chất hữu CO' đến độ xốp của eố m

4-1
3.2.6. Xác định các tính chất vật lý của gốm xốp
46
3.2.7.Úng dụng của vật liệu gốm xốp 47
5. Kết luận 49
TẢI LIỆU THAM KHAO 50
PHỤ LỤC
11