Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hydrodeclo hóa tetracloetylen trên xúc tác Pd-AgC

Đề tài:
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hydrodeclo hóa tetracloetylen trên xúc tác Pd-
Ag/C*
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ – HÓA DẦU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
8/8/15 2
Hợp chất clo hữu cơ/tetracloetylen được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp do các tính chất rất ưu việt
của chúng:
Sử dụng trong quy trình giặt là, làm sạch bề mặt, tẩy dầu mỡ
Làm dung môi, phụ gia, nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hóa học, sx nhựa, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, …
Ngoài ra còn một số ứng dụng khác như trong nông nghiệp, dược học, …
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Sau khi sử dụng đa số các hợp chất này thải trực tiếp vào môi trường, hòa
vào sông hồ, mạch nước ngầm và phân tán vào môi trường không khí.
Gây ra những hậu quả nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe con
người, như làm thủng tần ozon, gây ra những căn bệnh nan y như ung
thư, đặc biệt là những căn bệnh di truyền sang thế hệ sau.
Vì thế việc giảm thiểu các hợp chất clo hữu cơ thải ra môi trường đang là một vấn đề hết sức cấp bách
đặt ra hiện nay.
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
4

2. Thực nghiệm
1. Tổng quan lý thuyết
4. Kết luận
3. Kết quả và thảo luận
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

5
1
HỢP CHẤT CLO HỮU CƠ
Là những hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa một hay nhiều nguyên tử clo gắn vào phân tử hợp chất hữu cơ, có
công thức chung:
RCl
x
R: gốc hợp chất hữu cơ
x: số nguyên tử clo trong phân tử

Một số hợp chất clo hữu cơ tiêu biểu
1,1,1-tricloetan
Tetracloetylen
1,2,4-triclobenzen
Vinyl clorua Hexaclobenzen
6
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Phương pháp Tác nhân Ưu điểm Nhược điểm
Oxi hóa
O
2
(có hoặc không có
xúc tác)
-
TB cấu tạo đơn giản, d| vận hành.
-
Giá thành r}.
Không thân thiện với môi trường.

Sinh học Vi khuẩn
- Thân thiện với môi trường
- Không có hại đối với sức khỏe con
người.
- Thời gian xử lý dài.
- Không xử lý được các hợp chất
có chứa nhiều Clo.
Hydrodeclo hóa
H
2
(xúc tác, nhiệt độ)
-
Hiệu suất cao.
-
Sản phẩm của quá trình có giá trị ktế
- Xúc tác sử dụng là các kim loại
quý, đắc tiền và nhanh mất hoạt
tính.
Oxy hóa – khử kết hợp
H
2
, O
2
(xúc tác và nhiệt
độ cao)
Hiệu suất cao. SP không tái sử dụng được.
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1
HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐÊ TÀI
Trong đồ án này em tập trung vào nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hydrodeclo hóa tetracloetylen trên xúc tác

Pd-Ag/C*, như:
1. Nhiệt độ hoạt hóa xúc tác
2. Thời gian hoạt hóa xúc tác
3. Nồng độ dòng hoạt hóa xúc tác
4. Lưu lượng dòng hoạt hóa xúc tác
5. Nồng độ dòng phản ứng
6. Và lưu lượng dòng phản ứng
8/8/15 8
THỰC NGHIỆM
2
1
Tổng hợp xúc tác.
Đánh giá hoạt tính xúc tác.
3
2
Đánh giá đặc trưng xúc tác.
8/8/15 9
Dung dịch
Pd(NO
3
)
2
, AgNO
3
Chất mang C*
0,2 – 0,5 mm
Ngâm tẩm
Sấy 120
o
C

Qua đêm
Nung 300
0
C
trong 3h
THỰC NGHIỆM
2
TỔNG HỢP XÚC TÁC
Hoạt hóa
Xúc tác
Bay hơi ở nhiệt
độ phòng 24h
Đậy nắp ở nhiệt độ phòng 24h
THỰC NGHIỆM
2

Phương pháp này được tiến hành trong một thiết bị phản ứng vi dòng hình chữ U và được kết nối với một detector dẫn
nhiệt (TCD). Đầu tiên các mẫu xúc tác được rửa trong dòng khí He ở 350
o
C để loại bỏ vết nước.
Khí khử là hỗn hợp H
2
/Ar10% được nạp vào thông qua một bộ điều khiển lưu lượng dòng. Mẫu được gia nhiệt từ
40
o
C đến 800
o
C với tốc độ gia nhiệt là 10
o
C/phút, giữ trong 45 phút. Quá trình này được thực hiện trên máy

Autochem II của hãng Micromeritic, Mỹ.
Đánh giá đặc trưng xúc tác bằng phương pháp khử hóa theo chương
trình nhiệt độ TPR H
2
THỰC NGHIỆM
2
Hoạt tính xúc tác được đánh giá trên sơ đồ hệ vi dòng HDC
TTCE như sau:
1, 2. Thiết bị đo & điều khiển lưu lượng khí.
3. Thiết bị bay hơi nguyên liệu TTCE.
4. Bộ trộn.
5. Lò gia nhiệt.
6. Thiết bị phản ứng.
7. Bộ hấp phụ khí HCl bằng NaOH khan.
V1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 là hệ thống các van điều chỉnh.
Lò phản
ứng
GC
Độ chuyển hóa:
8/8/15 12
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
1
Tổng hợp xúc tác.
Đánh giá hoạt tính xúc tác.
3
2
Đánh giá đặc trưng xúc tác.
13
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3
TỔNG HỢP XÚC TÁC

Đã tổng hợp được mẫu xúc tác Pd-Ag/C*, với tổng hàm lượng hai kim loại là 1%, và tỉ lệ mol của Pd với
Ag là 1:1.
Ký hiệu
Tổng hàm lượng kim loại
(% khối lượng)
Tỉ lệ Pd/Ag (mol) Chất mang
Pd-Ag/C* 1 1:1 C*
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
Kết quả phân tích TPR H
2
của mẫu Pd-Ag/C*

Trên giản đồ ta thấy có 3 peak khử ở nhiệt độ 272, 403 và 568
o
C.

Mỗi peak ứng với quá trình khử các oxyt kl về dạng kl hoạt động.

Ag
2
O + H
2
= 2Ag + H
2
O
PdO +H

2
= Pd +H
2
O
PdO
2
+2H
2
= Pd + 2H
2
O
PdO
3
+3H
2
= Pd + 3H
2
O
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
STT peak Nhiệt đô,
o
C Lượng H
2
, ml/g
1 272 11,87
2 403 61,97
3 568 84,03
Kết quả phân tích TPR H
2

của mẫu Pd-Ag/C*
Kết quả lượng H
2
ứng với mỗi peak:
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt hóa xúc tác
Dòng khử 10% H
2
/Ar
Thời gian khử 3h
Lưu lượng dòng khử 80ml/phút
Lưu lượng dòng nguyên
liệu
120ml/phút
Khối lượng mẫu 50mg
Nhiệt độ phản ứng 300
o
C
Dòng và lưu lượng phản
ứng
10%H
2
/Ar, 80ml/phút
72,3% ph48
65,7%, 3h
 Khi hoạt hóa ở 300
o
C độ chuyển hóa TTCE cao và ổn định nhất. Còn ở các nhiệt độ khác độ chuyển hóa có tăng nhưng khá thấp.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3
Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa xúc tác
Dòng khử 10% H
2
/Ar
Nhiệt độ khử 300
o
C
Lưu lượng dòng khử 80ml/phút
Lưu lượng dòng nguyên
liệu
120ml/phút
Khối lượng mẫu 50mg
Nhiệt độ phản ứng 300
o
C
Dòng và lưu lượng phản
ứng
10%H
2
/Ar, 80ml/phút
 Từ đồ thị ta thấy hoạt tính xúc tác khi hoạt hóa 4 giờ > 3 giờ > 5 giờ
77,7%
55,6%
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
Ảnh hưởng của nồng độ dòng hoạt hóa
Thời gian khử 4h
Nhiệt độ khử 300
o

C
Lưu lượng dòng khử 80ml/phút
Lưu lượng dòng nguyên
liệu
120ml/phút
Khối lượng mẫu 50mg
Nhiệt độ phản ứng 300
o
C
Dòng và lưu lượng phản
ứng
10%H
2
/Ar, 80ml/phút
 Quan sát trên đồ thị ta thấy hoạt hóa ở dòng 10%H
2
/Ar cho hoạt tính xúc tác cao hơn.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
Ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoạt hóa
Thời gian khử 4h
Nhiệt độ khử 300
o
C
Nồng độ dòng khử 35%H
2
/Ar
Lưu lượng dòng nguyên
liệu
120ml/phút

Khối lượng mẫu 50mg
Nhiệt độ phản ứng 300
o
C
Dòng và lưu lượng phản
ứng
10%H
2
/Ar, 80ml/phút
 Từ đồ thị ta thấy độ chuyển hóa của xúc tác tăng theo thứ tự:
40ml/ph > 30ml/ph > 80ml/ph
3h, 59,3%
71,8%, ph12
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
Ảnh hưởng của lưu lượng dòng H
2
/Ar phản ứng
 Độ chuyển hóa TTCE cao hơn và ổn định hơn khi phản ứng với lưu lượng dòng H
2
/Ar 80ml/phút.
Nhiệt độ hoạt hóa 300
o
C
Nồng độ và lưu lượng
dòng hoạt hóa
35%H
2
/Ar, 40ml/phút
Thời gian hoạt hóa 4h

Nhiệt độ phản ứng 300
o
C
Nồng độ dòng phản ứng 10%H
2
/Ar
Khối lượng mẫu 50mg
Lưu lượng dòng nguyên
liệu
120ml/phút
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3
Ảnh hưởng của nồng độ dòng H
2
/Ar phản ứng
 Độ chuyển hóa TTCE ở nồng độ dòng H
2
/Ar35% cao và ổn định hơn so với mẫu phản ứng ở nồng độ dòng H
2
/Ar10%.

Nhiệt độ hoạt hóa 300
o
C
Nồng độ và lưu lượng
dòng hoạt hóa
35%H
2
/Ar, 40ml/phút
Thời gian hoạt hóa 4h

Nhiệt độ phản ứng 300
o
C
Lưu lượng dòng phản ứng 80 ml/phút
Khối lượng mẫu 50mg
Lưu lượng dòng nguyên
liệu
120ml/phút
KẾT LUẬN
4
1. Nghiên cứu đặc trưng xúc tác bằng phương pháp TPR H
2
cho thấy các dạng oxyt kim loại
tồn tại trong mẫu xúc tác Pd-Ag/C* được khử về kim loại ở 3 mức khác nhau tại: 272
o
C,
403
o
C và 568
o
C.
2. Điều kiện tốt nhất để xúc tác có hoạt tính cao là khử ở 300
0
C trong 4h với lưu lượng dòng
H
2
10% là 40ml/phút.
Sau hơn 3 tháng nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm về phản ứng hydrodeclo hoá tetracloetylen trên các mẫu xúc tác Pd-Ag/C
*

em đã thu được một số kết quả như sau:
KẾT LUẬN
4
3. Điều kiện tốt nhất để tiến hành phản ứng HDC TTCE là dùng dòng H
2
35% lưu lượng
80ml/phút.
Tuy nhiên đây mới chỉ là những kết quả bước đầu, cần phải có thời gian nghiên cứu, tìm hiểu
và thực nghiệm nhiều hơn nữa mới có thể ứng dụng quá quy trình này vào thực tế.
Kính chúc các Thầy Cô hạnh phúc, sức khỏe và thành đạt.
8/8/15 24
EM XIN CHÂN THÀNH
CẢM ƠN!
THỰC NGHIỆM
2

Mục đích: Xác định các dạng oxyt kim loại và điều kiện khử về kim loại trong xúc tác Pd-Ag/C*.

Nguyên tắc:
- Hỗn hợp khí khử (thường H
2
pha loảng với một khí trơ) được đưa qua bề mặt mẫu oxyt cần phân tích, nhiệt độ của mẫu được
tăng dần theo chương trình nhiệt độ, khi quá trình khử bắt đầu lượng hydro trong hỗn hợp khí giảm đi, làm thay đổi độ dẫn nhiệt
của hỗn hợp khí. Sự thay đổi này được ghi lại nhờ một detector dẫn nhiệt TCD và chuy|n thành tín hiệu điện.
Đánh giá đặc trưng xúc tác bằng phương pháp khử hóa theo chương
trình nhiệt độ TPR H
2