Tóm tắt luận văn:Tổng hợp và nghiên cứu khả năng hấp phụ CO2 của vật liệu MIL88B và zeolite A

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Hiện nay, con người đang phải đối mặt với rất nhiều vấn đề môi
trường, nguồn nước ô nhiễm ngày càng trầm trọng do chất thải công nghiệp,
chất thải sinh hoạt, chất thải chiến tranh độc hại khó hoặc khơng phân hủy với
thời gian; vấn đề biến đổi khí hậu ngày càng gay gắt do phát thải chất khí
khơng kiểm sốt được khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây hiệu ứng nhà
kính, ….
Theo tính toán của các nhà khoa học, khi nồng độ CO 2 trong khí quyển
tăng gấp đơi, thì nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên khoảng 3 oC. Các số liệu
nghiên cứu cho thấy nhiệt độ trái đất đã tăng 0,5 oC trong khoảng thời gian từ
1885 - 1940, do thay đổi của nồng độ CO 2 trong khí quyển từ 0,027% lên
0,035%. Dự báo nếu khơng có biện pháp khắc phục hiệu ứng nhà kính, nhiệt
độ trái đất sẽ tăng lên 1,5 - 4,5 oC vào năm 2050. Trong những thập kỷ gần đây
vật liệu vô cơ mao quản zeolite đã được các nhà khoa học nghiên cứu và ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Một số kết quả nghiên cứu đã được triển
khai quy mô công nghiệp khác nhau. Zeolite là các aluminosilicat tinh thể có cấu
trúc không gian ba chiều với hệ thống mao quản (pore) đồng đều và rất trật tự.
Hệ thống mao quản này có kích thước cỡ phân tử, cho phép phân chia (rây) phân
tử theo hình dạng và kích thước. Vì vậy, zeolite cịn được gọi là “rây” phân tử.
Cơng thức hóa học tổng quát của zeolite được biểu diễn như sau: Me2/n .
[(Al2O3)x.(SiO2)y]. zH2O.
Bên cạnh đó Vật liệu khung kim loại hữu cơ (Metal organic
frameworks-MOFs) là một họ vật liệu nano mao quản mới được hình thành
bởi hai cấu tử chính: ion kim loại hoặc tổ hợp (cluster) ion kim loại và một
phân tử hữu cơ thường được gọi là chất kết nối (linker). Ion kim loại và cầu

1


nối hữu cơ liên kết với nhau bằng liên kết phối trí tạo thành một hệ thống

khung mạng khơng gian ba chiều với những tính chất xốp đặc biệt và những
ưu điểm hơn hẳn những vật liệu hấp phụ truyền thống khác.
Để so sánh cấu trúc, khả năng hấp phụ khí CO2 của hai loại vật liệu trên
em chọn đề tài “Tổng hợp và nghiên cứu khả năng hấp phụ CO2 của vật
liệu MIL-88B và zeolite A”.
2. Lịch sử nghiên cứu
Các nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu và đã đề xuất hai
hướng giải pháp chính để loại bỏ hoặc chuyển hóa nguồn khí CO2 phát thải ,
một là: thu hồi và lưu trữ CO2 ngay tại nguồn phát thải của nó, hai là:khảo sát,
nghiên cứu, đề xuất các phương pháp giúp chuyển hóa CO 2 thành các sản
phẩm hóa học hữu ích. Với hướng đầu tiên các nhà khoa học đã nghiên cứu
và đưa ra được nhiều giải pháp khả thi trong đó tiêu biểu là công nghệ thu hồi
và lưu trữ CCS (Carbon Capture and Storage), công nghệ thu hồi và sử dụng
CCU (Carbon Capture and Utilization) [24], thu hồi lưu trữ CO 2 bằng phương
pháp hấp phụ và các vật liệu hấp phụ…
3. Mục đích nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu MIL-88B, khảo sát khả năng hấp phụ khí CO2
- Tổng hợp zeolite NaA từ cao lanh Phú Thọ, khảo sát khả năng hấp
phụ CO2.
- So sánh khả năng hấp phụ CO2 của zeolite NaA và MIL-88B.
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Cao lanh Phú Thọ để tổng hợp ra vật liệu mao quản zeolite NaA.
- Vật liệu MIL-88B.
- Khí ơ nhiễm CO2.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu

2


- Sưu tầm, nghiên cứu các bài báo, tạp chí, sách và các tài liệu chuyên

ngành khác có liên quan đến vấn đề đang nghiên cứu nhằm xây dựng tổng
quan cho luận văn.
- Tổng hợp vật liệu zeolite NaA và MIL-88B nghiên cứu các đặc trưng
lý hóa và khảo sát khả năng hấp phụ khí CO2. Trên cơ sở đó so sánh và tìm
được vật liệu đáp ứng được mục đích đặt ra.
6. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của đề tài
- Tổng hợp thành cơng zeolite NaA từ cao lanh Phú Thọ, biến tính bằng
Ca, K.
- Tổng hợp thành công vật liệu MIL-88B.
- Vật liệu Zeolit NaA và MIL-88B có khả năng hấp phụ tốt CO 2. Từ đó
nhằm giảm thiểu khí gây ơ nhiễm mơi trường.
7. Phương pháp tiến hành nghiên cứu
1. Phương pháp tổng hợp vật liệu.
- Phương pháp trưc tiếp (phương pháp thủy nhiệt).
- Phương pháp kết tinh bằng dung môi đẳng nhiệt.
2. Phương pháp xác định đặc trưng hóa lý của vật liệu.
- Phương pháp BET: Nghiên cứu tính chất xốp của bề mặt vật liệu.
- Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM): Nghiên cứu hình thái
học của bề mặt vật liệu.
- Phương pháp phổ nhiễu xạ Rơnghen (XRD): Xác định độ tinh thể của
vật liệu.
- Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR): Nhận biết được cấu trúc
các nhóm chức đặc trưng của vật liệu.
3. Phương pháp xác định khả năng hấp phụ CO2 của vật liệu:
- Phương pháp đo hấp phụ và khử hấp phụ CO2 trên máy TRI START
3000 – Micromeritics.

3

Chương I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
I.1.Tổng quan về CO2
I.1.1. Giới thiệu chung về CO2
Đioxit cacbon hay cacbon dioxit là một hợp chất ở điều kiện bình
thường có dạng khí khơng màu trong khí quyển Trái đất, bao gồm một
ngun tử cacbon và hai nguyên tử oxy.
I.1.2. Các nguồn phát thải CO2
*Chu trình cacbon
+ Quá trình quang hợp:
CO2 + H2O + Năng lượng mặt trời → O2 và đường
+ Sinh vật khi “hít thở” tạo ra phản ứng:
Đường + O2 → CO2 + H2O + Năng lượng
*Đốt phá rừng
*Nhiên liệu hóa thạch
*Sự ấm lên tồn cầu
I.1.3. Tác hại của khí CO2
I.1.3.1. Ảnh hưởng của CO2 tới sức khỏe của con người
I.1.3.2. Ảnh hưởng tới môi trường biển.
I.1.3.3. Hiệu ứng nhà kính
I.1.4. Một số phương pháp xử lí CO2
I.1.4.1. Cơng nghệ thu hồi và lưu trữ CO 2 (CCS – Carbon Capture
and Storage) Quy trình CCS hồn chỉnh bao gồm 4 bước cơ bản [3]:
- Bước 1: Thu khí CO2
-Thu khí sau khi đốt.
-Thu khí trước khi đốt.
-Thu khí nhờ đốt than bằng oxi tinh khiết.
- Bước 2: Vận chuyển CO2
- Bước 3: Bơm CO2 vào các kho chứa ngầm

4

- Bước 4: Giám sát q trình bơm khí CO 2 và đảm bảo CO2 được cơ
lập hồn tồn.
I.1.4.2. Phương pháp sử dụng CO2 như nguồn nhiên liệu mới
I.1.4.3. Chuyển hóa CO2 bằng xúc tác dị thể
- Tổng hợp hidrocacbon
- Tổng hợp cacbon monooxit (CO) bằng phản ứng nghịch của phản
ứng chuyển dịch khí nước (Reverse Water Gas Shift – RWGS)
I.2.Giới thiệu về khoáng cao lanh
I.2.1.Định nghĩa và thành phần hóa học
Thành phần chính của cao lanh là khống vật kaolinit, có cơng thức hóa
học đơn giản là Al2O3.2SiO2.2H2O,cơng thức lý tưởng là Al4(Si4O10)(OH)8 với
hàm lượng SiO2=46,5%; Al2O3=39,5% và H2O=13,96% trọng lượng [1],[24],
[27]. Ngồi thành phần chính kể trên khống cao lanh thường xuyên có mặt các
oxit kim loại như Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, K2O và Na2O.
I.2.2. Cấu trúc tinh thể cao lanh

Hình 1.5 : Sơ đồ khơng gian mạng lưới cấu trúc kaolinit
I.2.2. Tính chất của cao lanh
Tính chất trao đổi ion
Tính chất xúc tác
I.3. Zeolite NaA
I.3.1. Giới thiệu chung về Zeolite
*Khái niệm
Zeolite là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian ba chiều
với hệ thống mao quản (pore) đồng đều và rất trật tự. Hệ thống mao quản này

5

có kích thước cỡ phân tử, cho phép phân chia (rây) phân tử theo hình dạng và
kích thước. Cơng thức hóa học tổng quát của zeolite được biểu diễn như sau:
Me2/n .[(Al2O3)x.(SiO2)y]. zH2O
*Cấu trúc zeolite
Cấu trúc không gian ba chiều của zeolite được hình thành từ các đơn vị sơ
cấp là các tứ diện TO4 (T là nguyên tử Si hoặc Al), liên kết với nhau qua ion O 2-.
Một tứ diện TO4 bao gồm bốn ion O2- bao quanh một cation T. Khác với tứ diện
SiO4 trung hòa về điện, đối với tứ diện AlO4 do Al có hóa trị III mà số phối trí là 4
nên tứ diện AlO4 mang điện tích âm. Điện tích này được bù trừ bởi các cation kim
loại Mn+ (M là kim loại kiềm hoặc kiềm thổ). Số cation kim loại hóa trị một có
trong thành phần zeolite bằng số nguyên tử Al.
I.3.2. Zeolit NaA
I.3.2.1. Phân loại và cấu trúc

Hình 1.6 : Cấu trúc zeolite A
I.3.2.2. Một số tính chất hóa lý cơ bản
Tính chất trao đổi ion
Tính chất hấp phụ
I.4. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (Metal organic frameworks – MOFs)
I.4.1. Khái niệm
Vật liệu khung cơ – kim (Metal organic frameworks - MOFs) là loại
vật liệu cấu trúc nano được kết tinh từ kim loại và các hợp chất hữu cơ: gồm
các ion hoặc cluster kim loại liên kết với nhau bởi các cầu nối hữu cơ như

6


phosphonat, cacboxylate hoặc sulfonate, tạo thành một cấu trúc khung khơng
gian ba chiều với những lỗ xốp có kích thước ổn định.

1.4.2. Cấu trúc của MOFs
Về cơ bản cấu trúc của MOFs gồm 2 thành phần chính: cầu nối hữu cơ
và nguyên tử kim loại trung tâm.
1.4.3. Ứng dụng của MOFs


Dự trữ năng lượng



Phân tách chất



Xúc tác



Cảm biến

I.4.4. Giới thiệu về MIL-88
I.5. Hấp phụ
I.5.1. Hiện tượng hấp phụ
I.5.2. Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [8]
I.5.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
I.5.2.2. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
I.5.2.3. Phần trăm sai số trung bình: APE(%)

CHƯƠNG II : THỰC NGHIỆM
II.1.Hóa chất, dụng cụ

II.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu
II.2.1. Tổng hợp Fe-MIL-88B và Fe-Ni-MIL-88B
II.2.1.1. Tổng hợp Fe-MIL-88B
II.2.1.2. Tổng hợp Fe-Ni-MIL-88B
II.2.2. Tổng hợp vật liệu zeolit NaA theo phương pháp thủy nhiệt
II.2.2.1. Tổng hợp zeolite NaA đi từ gypxit

7


II.2.2.2. Tổng hợp zeolite NaA đi từ cao lanh
II.2.3. Trao đổi cation Ca2+, Cs+, K+
II.3. Các phương pháp hóa lý nghiên cứu đặc trưng vật liệu
II.3.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen(XRD).
II.3.2. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng theo BET.
II.3.3. Phổ hồng ngoại (IR)
II.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
II.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng
II.4. Khảo sát khả năng hấp phụ CO2.

CHƯƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
III.1. Fe-MIL-88B.
II.1.1. Đặc trưng vật liệu.
0.6

1393
0.5

0.4

1700

Abs

0.3

0.2

0.1

0.0

-0.1
0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1/cm

Hình 3.1: Phổ FT-IR của Fe-MIL-88B.
Trên hình 3.1 là phổ FT-IR của vật liệu tổng hợp được với các vân phổ
chính phù hợp tốt với phổ IR đã được công bố cho vật liệu này [7]. Trên phổ
đồ không xuất hiện vân phổ ứng với số sóng 1700 cm -1 đặc trưng cho ligand
BDC tự do.
Hình 3.2 là giản đồ nhiễu xạ mẫu Fe-MIL-88B. Các pic đặc trưng cho

8
9.52


MIL-88B đều xuất hiện ở các góc 2θ : 9,34; 9,52; 10,50; 16,50; 18,86 và
22,05

phù

hợp

với

các

nghiên

cứu

trước

250

Lin(Cps)

200

150

100

50

0

-50

0

5

10

15

20

25

30

2-theta

Hình 3.2: Giản đồ XRD của Fe-MIL-88B.

Hình 3.3: Ảnh SEM của Fe-MIL-88B.
Trên hình 3.3 giới thiệu ảnh SEM của mẫu vật liệu Fe-MIL-88B tổng

9


hợp được. Dễ nhận thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể octahedron với đối xứng
lập phương đồng đều. Các hạt nano tinh thể có kích thước khoảng 500 nm và
riêng rẽ, không kết đám. Kết quả này phù hợp với những kết quả đã công bố
về MIL-88B.
Kết quả phân tích giản đồ TGA được thể hiện ở hình 3.4

Hình 3.4: Giản đồ TGA của Fe-MIL-88B.
II.1.2. Khả năng hấp phụ CO2

Hình 3.6: Đường đẳng nhiệt hấp phụ CO2 của Fe-MIL-88B tại các nhiệt
độ khác nhau (278K, 288K, 298K, 308K, 318K).
Từ hình 3.6, ta nhận thấy dung lượng hấp phụ của vật liệu tăng khi áp

10


suất tăng. Các số liệu hấp phụ đẳng nhiệt này được phân tích nhờ hai mơ hình

đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich với độ chính xác thơng qua giá trị phần trăm
sai số trung bình (% APE) ở cả 5 nhiệt độ (278K, 288K, 298K, 308K, 318K).
Bảng 3.2: Hệ số hồi quy và phần trăm sai số trung bình (%APE
của Fe-MIL-88B.
Nhiệt độ (K)
MIL-Fe

Langmuir

278

288

298

308

318

R2

0,9933

0,9926

0,9952

0,9948

0,9934

APE

1,7718

1,4360

0,7865

0,8038

0,8362

0,9904

0,9942

0,9936

0,9971

0,9977

5,8847

4,8278

5,4023

3,8066

3,3764

(%)
2
Freundlich R

APE
(%)
III.2. Fe-Ni-MIL-88B

Hình 3.9: Ảnh SEM của Fe-Ni-MIL-88B

11


Hình 3.11: BET của Fe-Ni-MIL-88B.
Kết quả thu được bằng phương pháp hấp phụ và khử hấp phụ N 2 ở 77K
cho thấy diện tích bề mặt riêng, tổng thể tích mao quản cũng như thể tích mao
quản trung bình giảm mạnh trong khi độ rộng trung bình của mao quản lại
tăng lên khi so sánh với vật liệu Fe-MILL88B.
III.2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ CO2

Hình 3.13: Khả năng hấp phụ CO2 của Fe-Ni-MIL-88B
Giống như với Fe-MIL-88B ,dung lượng hấp phụ CO 2 của Fe-Ni-MILL88B có khuynh hướng tăng khi áp suất tăng và giảm khi nhiệt độ tăng.
Hấp phụ cân bằng của vật liệu được khảo sát theo hai mơ hình hấp phụ
Langmuir và Freundlich. Tính đúng đắn của việc sử dụng hai mơ hình này
được đánh giá thơng qua hệ số tương quan R 2 và % sai số trung bình APE.
Bảng 3.5 cho thấy, tương tự như Fe-MIL-88B, cân bằng hấp phụ của CO 2 trên
Fe-Ni-MIIL-88B tuân theo mơ hình Langmuir tốt hơn mơ hình Freundlich.

III.3. Zeolite NaA

12


III.3.1. Nguồn tổng hợp: Gypxit (NaA-G)

Hình 3.14: Phổ FT-IR của zeolite NaA-G
Trên phổ IR ( hình 3.14), zeolite A được đặc trưng bởi các dải vân sóng
983.7 cm-1, 667 cm-1, 555.5 cm-1 và 466.7 cm-1.

13


Ảnh SEM của mẫu vật liệu phản ánh đúng cấu trúc hình thái học của

zeolit

NaA.

Hình 3.15: Ảnh SEM của NaA.G ở độ phóng đại 1µm và 10µm

14


600

7.16
500

Lin(Cps)

400

300

10.12

200

12.42

34.16

100

0
0

10

20

30

40

50

2- theta

Hình 3.16 : Giản đồ XRD của zeolite NaA-G
Hình 3.16 trình bày giản đồ XRD của mẫu vật liệu. Kết quả đặc trưng
cho thấy tinh thể zeolite hình thành có cơng thức của LTA:
Na95Al96Si96O384(H2O).
III.3.2. Tổng hợp KNaA-G và CaNaA-G bằng phương pháp trao đổi ion
với NaA-G

Hinh 3.17: Giản đồ XRD của KNaA, NaA và CaNaA
Ảnh SEM của các mẫu vật liệu cho thấy cấu trúc lập phương của tinh
thể NaA vẫn được bảo tồn và phân tích EDX chứng tỏ rằng q trình trao đổi
cation thành cơng, K được đưa vào với 23,12% ( nguyên tử) và Ca là 56,3%.

15


(a)

(b)

Hình 3.18: Ảnh SEM của CaNaA-G (a) và KNaA-G (b)
III.3.3. Tổng hợp zeolite NaA từ cao lanh (NaA-KL)
Giản đồ XRD của mẫu kết tinh ở 90oC trong 10 giờ thể hiện rõ nhất
tinh thể zeolit A với các thông số mạng đặc trưng cho cấu trúc lập phương
tương tự như với trường hợp tổng hợp NaA-G từ nguồn hóa chất tinh khiết.

16


Hình 3.20: Giản đồ XRD của gel và 6 mẫu vật liệu kết tinh ở hai nhiệt độ

khác nhau và các thời gian kết tinh khác nhau

Hình 3.21: Phổ IR của gel và của 6 mẫu với thời gian kết tinh khác nhau
Khi NaA-KL được trao đổi cation với Ca2+, thu được mẫu vật liệu
khơng có sự thay đổi đáng kể về hình thái học của bề mặt cũng như độ tinh
thể. Giản đồ XRD vẫn tồn tại các pic đặc trưng cho zeolit A mặc dù cường độ
cũng như đường nền giảm đi. Phân tích giản đồ XRD cịn cho thấy thành
phần hóa học của vật liệu là Ca6Al2Si12O48(H2O)21,43, với các thông số mạng
lập phương a =b =c=12,25 và α = β = γ = 90o.

17


Hình 3.22: Giản đồ XRD của NaA-KL và CaNaA-KL

Hình 3.23: Ảnh SEM của NaA-KL ở độ phóng đại 4µm

Hình 3.24: Ảnh SEM của mẫu CaNaA-KL ở độ phóng đại 4µm (a)
Bảng 3.9: Bề mặt riêng và các đặc trưng mao quản

18


của NaA-KLvà CaNaA-KL
Mẫu
NaA -KL
CaNaAKL

SBET(m2/g)
4±5

425 ± 5

Smic(m2/g)
3, 1± 2
412 ± 5

Sex(m2/g)
1,0 ± 0,5
12 ± 1

V(cm3/g)
0,0124
0,0251

D(nm)
21,2210
8,2511

III.3.4. Khả năng hấp phụ CO2
III.3.4.1. Tính chất của quá trình hấp phụ

(b)

(c)

Hình 3.26: Hấp phụ và khử hấp phụ đẳng nhiệt CO2 tại 298K trên các vật
liệu: NaA-G (a); CaNaA-G (b) và NaA-KL (c). Áp suất nghiên cứu: 1 ÷
133kPa
III.3.4.2. Đẳng nhiệt hấp phụ

19


a. Với NaA-G
Hấp phụ đẳng nhiệt CO2 trên NaA-G ở 4 nhiệt độ khác nhau được chỉ ra trên
hình 3.28. Có thể thấy rằng khả năng hấp phụ CO 2 của vật liệu giảm với sự tăng nhiệt
độ. Kết quả khảo sát bằng mơ hình đẳng nhiệt Langmuir cho thấy hấp phụ đẳng nhiệt
phù hợp tốt với mơ hình này với các thơng số Langmuir được trình bày trên bảng
3.10.

Hình 3.28: Đường đẳng nhiệt hấp phụ CO2 của NaA-G tại các nhiệt độ
khác nhau (278K, 288K, 298K, 308K).
b. Với CaNaA-G
Khi chuyển sang dạng zeolit 5A, tính chất hấp phụ CO 2 của zeolit
khơng đổi, đó là sự hấp phụ thuận nghịch, khả năng hấp phụ giảm dần với sự
tăng nhiệt độ, q trình khử hấp phụ khơng xuất hiện đường trễ chứng tỏ động
học của quá trình hấp phụ - khử hấp phụ xảy ra nhanh, sự khuếch tán của các
phân tử CO2 trong các mao quản ít bị cản trở.

20


Hình 3.20: Hấp phụ đẳng nhiệt CO2 theo mơ hình Langmuir của CaNaAG ở 4 nhiệt độ khác nhau, trong vùng áp suất 1÷ 133kPa
c. Với KNaA-G (zeolit 3A)
Ở dạng 3A, zeolit A cũng thể hiện tính chất hấp phụ nhưng khả năng
hấp phụ CO2 giảm so với NaA-G. Có thể, việc trao đổi ion K + thu hẹp cửa sổ
mao quản gây cản trờ sự khuếch tán của các phân tử CO 2 tới các tâm hấp phụ
Trong khuôn khổ luận văn, chỉ khảo sát khả năng hấp phụ CO 2 của vật liệu ở
298K. Hình 3.21 cho thấy sự hấp phụ CO 2 tăng dần thứ tự: KNaA-G < NaAG

21


Hình 3.21: Đẳng nhiệt hấp phụ của zeolit NaA-G, CaNaA-G và KNaA-G
ở 298K, khoảng áp suất nghiên cứu: 1÷ 133kPa
d. Với NaA-KL
Hấp phụ đẳng nhiệt CO2 trên zeolit A tổng hợp từ cao lanh cũng được
nghiên cứu tại 4 nhiệt độ trong vùng áp suất từ 1 ÷ 133 kPa. Từ hình 3.21có
thể thấy, NaA-KL có tính chất hấp phụ CO 2 tượng tự như các mẫu zeolit A đi
từ nguồn hóa chất tinh khiết. Dung lượng hấp phụ có thấp hơn nhưng không
nhiều.
(a)

22


(b)

Hình 3.21: Hấp phụ đẳng nhiệt CO2 theo mơ hình Langmuir của
NaA-KL ở 4 nhiệt độ khác nhau: 278K, 288K, 298K và 308K
e.Với CaNaA-KL
Zeolit 4A tổng hợp từ cao lanh được trao đổi với ion Ca 2+ tạo mẫu
CaNaA-KL( hàm lượng Ca (% nguyên tố) trong mẫu là 15,99). Mẫu được
khảo sát khả năng hấp phụ CO2 ở 298K trong vùng áp suất từ 1÷ 133 kPa.
Kết quả thực nghiệm cho thấy tốc độ hấp phụ xảy ra chậm so với NaA-KL
nguyên khai mặc dù sự trao đổi cation Ca2+ làm tăng đáng kể diện tích bề mặt
riêng của mẫu.
f. So sánh và nhận xét:
Bảng 3.10: Các thông số của mơ hình Langmuir với các mẫu vật liệu
khảo sát

CO2 hấp
T (K)

NaA-G

278
288
298
308
278
288
298

qm (mmol/g)
4,7393
4,7619
4,3290
3,6232
4,8780
4,8077
4,6296

KL (kPa-1)
0,1801
0,1214
0,1550
0,1204
0,3223
0,2182
0,2427

23

R2

phụ tại

0,9987
0,9980
0,9987
0,9981
0,9990
0,9991
0,9992

(131 kPa)
4,6194
4,5046
4,1864
3,4710
4,7899
4,6619
4,5057


KNaA-G

CaNaA-G

308

298
278
288
298
308
298

4,1841
4,2373
4,0000
4,0816
3,4364
-

0,1763
0,1681
0,1702
0,0761
0,1220
-

0,9985
0,9980
0,9980
0,9990
0,9970
-

4,0227
3,7897

4,1269
3,8859
3,7328
3,2928
3,6681

Với kết quả thu được về hấp phụ đẳng nhiệt CO 2 trên 5 mẫu vât liệu
tiêu biểu và phân tích theo mơ hình Langmuir (các thơng số của mơ hình được
trình bày trên bảng 3.10), có thể rút ra những nhận xét sau:
1. Hấp phụ đẳng nhiệt CO2 trên zeolit A tn theo tốt mơ hình Langmuir (trừ
KNaA-G và CaNaA-KL) với hệ số tương quan lớn hơn 0,99 ở cả 4 nhiệt độ
khảo sát. Điều này chứng tỏ vật liệu tổng hợp và sau khi trao đổi cation có bề
mặt tương đối đồng nhất.
2. Khả năng hấp phụ CO2 của các vật liệu tăng theo chiều giảm nhiệt độ: ở tất
cả các mẫu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, dung lượng hấp phụ đạt giá trị
cao nhất ở 278K (5oC), giảm dần khi nhiệt độ tăng và thấp nhất khi quá trình
hấp phụ xảy ra ở 308K (35oC). Từ đó có thể nhận xét rằng q trình hấp phụ
CO2 trên zeolit A được đóng góp chủ yếu bởi hấp phụ vật lý.
3. So sánh khả năng hấp phụ CO2 của các mẫu dựa trên những thông số thu
được của mơ hình Langmuir cho thấy, zeolit A tổng hợp từ gipxit sau đó
chuyển thành zeolit 5A bằng trao đổi cation với Ca2+ thể hiện khả năng hấp
phụ cao nhất ở mọi nhiệt độ khảo sát với dung lượng hấp phụ cực đại đạt
4,8614 mmol/g ở 278K và 4,6104 mmol/g ở 298K, tiếp theo là NaA-G rồi đến
NaA-KL.
III.4. So sánh khả năng hấp phụ CO 2 của vật liệu NaA với vật liệu MILFe+Ni và một số vật liệu hấp phụ khác
Bảng 3.11: Dung lượng hấp phụ CO2 cực đại (qm, mmol/g) của một số vật

24

liệu
T(K)
Fe-MILL-88B

273
-

278
3,3681

298
3,0093

308
2,8145

318
2,1834

luận văn)
NiFe MILL88B

-

1,2636

1,1008

1,0512

0,9005

(luận văn)
NaA-G (luận văn)
CaNaA-G (luận

-

4,7393
4,8780

4,3290
4,6296

3,6232
4,1841

-

văn)
NaA-KL (luận

-

4,3273

4,0816

3,4346

-

văn)
Cu-MOR [3.30]

1,1224

1,0088

-

1,1446

25