Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Nibentonit biến tính, ứng dụng cho quá trình xử lý tar

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Ni/bentonit biến tính, ứng dụng cho quá trình
xử lý tar

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
Sinh viên thực hiện : Lê Hoàng Tuấn - 20103405

1


NỘI DUNG

1

Lý do lựa chọn đề tài

Mục tiêu đề tài

2

5

6

3

Giới thiệu chung

4

Thực nghiệm

Kết quả - thảo luận

Kết luận

2


LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

biomass
Khí hóa

CO,H2,…,
Tar
Xử lý bằng xúc tác

CO,H2,…
3


LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Bent-hoạt hóa H2SO4

Cấu trúc lớp, khả năng

Hàm lượng monmorillonite

ứng dụng làm chất mang

cao khoảng 60%, ít tạp

cho xúc tác dị thể

chất

Hoạt tính cho phản ứng
cracking tar thấp

4


MỤC TIÊU

3

Đánh giá nguyên
nhân mất hoạt tính,

2

1

Đánh giá đặc trưng,

và cấu trúc sau phản

hoạt tính xúc tác

ứng

Nghiên cứu tổng hợp
xúc tác Ni/ chất mang

5


TỔNG QUAN
1.1 Thành phần đặc trưng của Tar [24]

6


TỔNG QUAN
1.2 Phản ứng chính [39]

•

C7H8 +7H2O

7CO+11H2

(1)

•

C7H8 +14H2O

7CO2+14H2

(2)

•

C7H8 +H2

•

C7H8 +11CO2

•

C7H8

C6H6 + CH4
18CO + 4H2O
7C + 4H2

(3)
(4)
(5)

7

THỰC NGHIỆM

8


NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC

Sơ đồ phản ứng cracking Toluene

9


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

10


1. Kết quả tổng hợp Ni/ chất mang

1.1. Phân tích XRD
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample Bent da hoat hoa H2SO4

250

240

240

230

230

220

220

210

210

120
110

100

100

90

90

80

80

70

70

60

60

50

50

40

MMT

130

d=2.069

d=7.150

110

140

d=2.526

150

130
120

d=3.343

160

d=4.505

140

170

Lin (Cps)

150

180

d=1.816

d=14.584

160

d=4.490

MMT

170

190

d=4.176

180

d=3.335

190

QUAZT

200

QUAZT

200

Lin (Cps)

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample Bent 30%H2SO4-NiO

250

40

30

30

20

20

10

10

0
2

10

20

30

40

50

2-Theta - Scale
File: Anh BK mau Bent da hoat hoa H2SO4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.
00-003-0014 (D) - Montmorillonite - MgO·Al2O3·5SiO2·xH2O - Y: 67.60 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 00-033-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 63.63 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113.

Chưa có Ni

0
2

10

20

30

40

50

2-Theta - Scale
File: Anh BK mau Bent 30%H2SO4-NiO.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.8 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 18 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.00
00-003-0014 (D) - Montmorillonite - MgO·Al2O3·5SiO2·xH2O - Y: 54.57 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 00-033-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 64.88 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113.

Đã đưa Ni

11


1. Kết quả tổng hợp Ni/ chất mang

1.2. Ảnh SEM

Chưa có NiO

Đã đưa NiO

12


2. NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC

2.1 Ảnh hưởng của chất mang

13


2. NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC

2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
độ chuyển hóa

%

10 %NiO /Be nt-30 %

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
650oC

nhiệt độ

700oC

750oC

14


2. NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC

2.3. Ảnh hưởng của thời gian
Độ chuyển hóa, %

100
90
80
70
60

650
700
750

50
40
30
20
10
0

0

5

10

15

20

25

30
Thời gian, phút

Ảnh hưởng của thời gian lên hoạt tính xúc tác mẫu 10%NiO /30%H2SO4-Bent

15


2. NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC

2.4. Ảnh hưởng của Ni
Độ chuyển hóa, %

100
90
80
70
60
không có Ni
có Ni

50

40
30
20
10
0

20%H2SO4

30%H2SO4

40%H2SO4
Mẫu

16


3. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân toluene

Sắc ký đồ khi chạy bypass
17


3. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân toluene

Sắc ký đồ khi chạy phản ứng
18


3. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân toluene

Khí sản phẩm

bypass

Qua thiết bị phản ứng

H2

0.85

30.02

O2

10.55

10.33

N2

88.58

46.26

CO

0

4.12

CO2

0

0

CH4

0

9.2

benzen

Không nhận biết

Không nhận biết

toluene

Không nhận biết

Không nhận biết

19


4. NGUYÊN NHÂN MẤT HOẠT TÍNH XÚC TÁC

Trước phản ứng

Sau phản ứng

Ảnh SEM của mẫu xúc tác 30%H2SO4-Bent-10%NiO trước và sau phản ứng

20


4. NGUYÊN NHÂN MẤT HOẠT TÍNH XÚC TÁC

21


4. NGUYÊN NHÂN MẤT HOẠT TÍNH XÚC TÁC

30% H2SO4-Bent

30% H2SO4-Bent-10%NiO

Ảnh SEM của mẫu 30%H2SO4-Bent và 30%H2SO4-Bent-10%NiO sau phản ứng

22


5. Đánh giá độ bền nhiệt của sợi cacbon

Giản đồ TGA của mẫu xúc tác 30%H2SO4-10%NiO sau phản ứng

23

KẾT LUẬN

1.
2.
3.

Đã tổng hợp thành công xúc tác Ni/chất mang với tỷ lệ NiO chiếm
10% khối lượng xúc tác.
Kiểm tra hoạt tính xúc tác cho độ chuyển hóa cao nhất đạt 88%
đối với mẫu xúc tác 10%NiO/30%H2SO4-Bent ở 750oC.
Nguyên nhân gây giảm hoạt tính xúc tác được xác định là sự
hình thành cacbon bám trên bề mặt xúc tác .

24


KIẾN NGHỊ

1.
2.

Tiếp tục nghiên cứu thêm ảnh hưởng của hàm lượng của Ni trên chất
mang ở các nồng độ khác nhau để đưa ra hàm lượng tối ưu.
Sự hình thành sợi cacbon trên bề mặt xúc tác mở ra một hướng mới
cho đề tài, tận dụng tar là thành phần không mong muốn của quá trình
khí hóa biomass cho quá trình sản xuất cacbon nanotubes.

25