Preview nghiên cứu tổng hợp vật liệu mao quản trung bình MCM 41 với nguồn silic từ tro trấu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.9 MB, 34 trang )
ĐẠI HỌC HUẾ
TR
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
-----
-----
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH MCM-41
VỚI NGUỒN SILIC TỪ TRO TRẤU
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Huế, Khóa học 2011-2015
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cám ơnquýThầy,Cô giáo khoa Hóa học,
trường Đại học Sư phạm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Anh
Thư đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu,
tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa luận này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong tổ
Hóa lý, khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm đã ủng hộ, tạo điều
kiện tốt nhất và tận tình hướng dẫn chuyên môn, giải đáp thắc mắc
cho tôi trong thời gian thực hiện đề tài.
Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự chỉ bảo, hướng dẫn
của giáo viên hướng dẫn, tôi đã hoàn thành khóa luận này, nhưng do
điều kiện và kiến thức còn hạn chế nên khóa luận này không tránh
khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự góp ý của
quý Thầy,Cô giáo và các bạn để bài khóa luận của mình được hoàn
thiện hơn và đạt kết quả mong muốn.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Huế, tháng 05 năm 2015
Sinh viên thực hiện
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
Ơ
N
MỤC LỤC
N
H
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
U
Y
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
.Q
DANH MỤC BIỂU BẢNG
TP
MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
ẠO
Chương 13: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT..............................................................3
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
1.1. Vật liệu mao quản trung bình (MQTB) ......................................................3
N
G
1.1.1. Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình.............................................3
H
Ư
1.1.2. Phân loại vật liệu mao quản trung bình ..............................................5
TR
ẦN
1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc ...............................................................5
1.1.2.2. Phân loại theo thành phần ..........................................................6
B
1.2. Vật liệu MQTB MCM-41 ...........................................................................6
10
00
1.2.1. Đặc điểm cấu trúc MCM-41 ...............................................................6
1.2.2. Tổng hợp và cơ chế hình thành vật liệu MQTB MCM-41 ................8
Ó
A
1.2.2.1. Chất định hướng cấu trúc ...........................................................8
Í-
H
1.2.2.2. Cơ chế hình thành vật liệu MQTB .............................................8
-L
1.2.3. Ứng dụng của vật liệu MQTB MCM-41 ......................................... 12
ÁN
1.3. Tổng quan về trấu và tro trấu ................................................................... 13
TO
1.3.1. Giới thiệu về trấu và tro trấu ........................................................... 13
D
IỄ
N
Đ
ÀN
1.3.2. Các ứng dụng của vỏ trấu và tro trấu .............................................. 15
1.3.2.1. Sử dụng làm chất đốt............................................................... 15
1.3.2.2. Các ứng dụng khác của vỏ trấu ............................................... 15
1.3.2.3. Ứng dụng trong chế tạo vật liệu, xúc tác, hấp phụ ................. 16
Chương 2:MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 19
2.1. Mục đích .................................................................................................. 19
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
2.2. Nội dung .................................................................................................. 19
Ơ
2.3.1. Phương pháp phân tích hóa lý ......................................................... 19
N
2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 19
N
H
2.3.1.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) ................................. 19
U
Y
2.3.1.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ............................... 21
.Q
2.3.1.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) .......................................... 21
TP
2.3.2. Thực nghiệm .................................................................................... 23
ẠO
2.3.2.1. Hóa chất .................................................................................. 23
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
2.3.2.2. Điều chế Na2SiO3 từ tro trấu ................................................... 23
N
G
2.3.2.3. Tổng hợp vật liệu mao quản trung bình MCM-41 với nguồn
H
Ư
silic từ tro trấu ...................................................................................................... 24
TR
ẦN
Chương 3:KẾT QUẢ THẢO LUẬN ................................................................... 27
3.1. Điều chế dung dịch Na2SiO3 từ tro trấu................................................... 27
B
3.2. Nghiên cứu điều kiện tổng hợp vật liệu MQTB MCM-41 với nguồn silic
10
00
từ tro trấu .............................................................................................................. 28
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ H2O:CTAB ....................................... 28
Ó
A
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ SiO2:CTAB ....................................... 34
Í-
H
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy từ .................................................. 38
-L
3.3. Đặc trưng cấu trúc của vật liệu tổng hợp ................................................. 40
ÁN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 43
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 44
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
ĐHCT
Định hướng cấu trúc
EDX
Phổ tán sắc năng lượng tia X
Ơ
Brunauer –Emmett –Teller
TP
.Q
U
Y
N
H
BET
N
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ẠO
Phổ hồng ngoại (Infrared Radiation)
IUPAC
Hiệp hội hóa học cơ bản và ứng dụng quốc tế
G
Đ
IR
N
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
(Energy - dispersive X-ray spectroscopy)
H
Ư
(International Union of Pure and Applied Chemistry)
Họ vật liệu MQTB bao gồm MCM-41, MCM-48, MCM-50
MCM-41
Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng
B
TR
ẦN
M41S
10
00
(Mobil Composition of Matter No. 41)
Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lập phương
A
MCM-48
H
Ó
(Mobil Composition of Matter No. 48)
Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lớp
-L
Í-
MCM-50
ÁN
(Mobil Composition of Matter No. 50)
Mao quản trung bình
SBA-15
Santa Barbara Amorphous - 15
SEM
Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
TEOS
Tetraethyl Orthosilicate
XRD
Nhiễu xạ tia X (X –Ray Diffraction)
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
MQTB
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
Ơ
Phân loại vật liệu mao quản của IUPAC ........................................... 3
N
H
Hình 1.1.
N
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
U
Y
Mô hình mao quản sắp xếp theo dạng lục lăng............................ 6
Hình 1.4.
Sơ đồ tổng quát hình thành vật liệu MQTB ................................. 8
Hình 1.5.
Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng ............................ 9
Hình 1.6.
Cơ chế sắp xếp silicat ống ............................................................ 10
Hình 1.7.
Cơ chế phù hợp mật độ điện tích ................................................. 10
Hình 1.8.
Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc ....................................................... 11
Hình 2.1.
Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể ...................................... 20
Hình 2.2.
Minh họa cấu trúc lục lăng của vật liệu theo XRD ...................... 20
Hình 3.1.
Dung dịch Na2SiO3 được chiết từ tro trấu ................................... 28
Hình 3.2.
Giản đồ XRD của mẫu RHM-411 ............................................... 29
Hình 3.3.
Giản đồ XRD của mẫu RHM-412 ............................................... 30
TP
ẠO
Đ
G
N
H
Ư
TR
ẦN
B
10
00
A
Ó
H
Í-
Giản đồ XRD của mẫu RHM-413 ............................................... 30
ÁN
Hình 3.4.
.Q
Hình 1.3.
-L
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
Hình 1.2.Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB .......................................................... 5
Giản đồ XRD của mẫu RHM-414 ............................................... 31
Hình 3.6.
Giản đồ XRD của mẫu RHM-415 ............................................... 31
Hình 3.7.
Giản đồ XRD của mẫu RHM-416 ............................................... 35
Hình 3.8.
Giản đồ XRD của mẫu RHM-417 ............................................... 35
Hình 3.9.
Giản đồ XRD của mẫu RHM-418 ............................................... 36
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
Hình 3.5.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
Hình 3.10. Giản đồ XRD của mẫu RHM-419 ............................................... 36
Ơ
N
H
Hình 3.12. Mẫu MCM-41 tổng hợp ............................................................... 40
N
Hình 3.11. Giản đồ XRD của mẫu RHM-414(1) ........................................... 38
U
Y
Hình 3.13. Ảnh SEM của mẫu RHM-414...................................................... 41
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10
00
B
TR
ẦN
H
Ư
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
TP
.Q
Hình 3.14. Phổ IR của mẫu RHM-414........................................................... 42
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
Bảng 2.1.
Các hóa chất chính được sử dụng trong khóa luận ........................ 23
Bảng 2.2.
Tỉ lệ SiO2 : CTAB : H2O của các mẫu RHM-411; RHM-412;
Ơ
Thành phần hóa học của một loại tro trấu...................................... 13
TP
.Q
U
Y
N
H
Bảng 1.1.
N
DANH MỤC BIỂU BẢNG
Tỉ lệ SiO2 : CTAB : H2O của các mẫu RHM-416; RHM-417;
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
Bảng 2.3.
ẠO
RHM-413; RHM-414; RHM-415 .................................................. 25
Đại lượng độ rộng nửa chiều cao peak của các mẫu RHM-411;
H
Ư
Bảng 3.1.
N
G
RHM-418; RHM-419 ..................................................................... 26
Đại lượng độ rộng nửa chiều cao peak của các mẫu RHM-416;
B
Bảng 3.2.
TR
ẦN
RHM-412; RHM-413; RHM-414; RHM-415 ............................... 32
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10
00
RHM-417; RHM-418; RHM-419; RHM-414 ............................... 37
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
1
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
H
Ơ
Ngày nay, trong lĩnh vực khoa học và công nghệ, nhất là công nghiệp
N
MỞ ĐẦU
U
Y
N
hóa học, người ta thường gặp một loại vật liệu vô cơ có cấu trúc mao quản. Nhờ
.Q
một hệ thống mao quản bên trong khá phát triển mà vật liệu mao quản có nhiều
TP
tính chất lý hóa đặc biệt, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và công
ẠO
nghệ thuộc nhiều ngành khoa học khác nhau như hóa học, vật lý, sinh học,...
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
Hiện nay, nhóm vật liệu mao quản trung bình đã và đang được các nhà
G
khoa học quan tâm nhiều trên phương diện nghiên cứu tổng hợp và tìm kiếm ứng
H
Ư
N
dụng nhờ vào diện tích bề mặt lớn và kích thước mao quản rộng của chúng.
Trong số các vật liệu mao quản trung bình, có thể nói rằng các vật liệu
TR
ẦN
mao quản trung bình trật tự như: MCM-41, SBA-15, SBA-16 không chỉ trở nên
quen thuộc đối với những nhà khoa học trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ trên thế
10
00
B
giới, mà ngay ở Việt Nam những công trình liên quan đến họ vật liệu này cũng
ngày càng được công bố nhiều hơn. Nhiều nghiên cứu về vật liệu MCM-41 đã
A
được tiến hành, cung cấp nhiều thông tin quan trọng về phương pháp tổng hợp,
H
Ó
cấu trúc và tính chất không gian của hệ mao quản…
Í-
Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng dụng của vật liệu mao quản trung bình
-L
nói chung và MCM-41 nói riêng ở Việt Nam cũng như trên thế giới là chưa
ÁN
nhiều. Một trong những nguyên nhân dẫn đến khả năng ứng dụng hạn chế của vật
TO
liệu MCM-41 là do chúng được tổng hợp từ nguồn silic TEOS hay TMOS có giá
D
IỄ
N
Đ
ÀN
thành cao.
Do đó, việc tìm nguồn silic có giá thấp thay thế TEOS trong tổng hợp
MCM-41 là nhiệm vụ cấp thiết của những nhà khoa học nghiên cứu trong lĩnh
vực này. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng
hợp vật liệu mao quản trung bình MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu” cho
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
2
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
khóa luận của mình với mong muốn tổng hợp được vật liệu mao quản trung bình
Ơ
nông nghiệp, luôn có sẵn và rẻ tiền, nhằm hạ giá thành sản phẩm để tăng khả
N
H
năng ứng dụng của nó.
U
Y
Nội dung của khóa luận bao gồm các vấn đề sau:
.Q
- Điều chế dung dịch Na2SiO3 từ tro trấu.
TP
-Tổng hợp vật liệu MCM-41 từ nguồn silic trên.
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10
00
B
TR
ẦN
H
Ư
N
G
Đ
ẠO
- Đặc trưng cấu trúc của vật liệu tổng hợp.
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
N
MCM-41 có chất lượng cao với nguồn silic từ tro trấu, một phụ, phế phẩm của
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
3
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
Chương 1
H
Ơ
N
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
U
Y
N
1.1. Vật liệu mao quản trung bình (MQTB)
.Q
1.1.1. Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình
TP
Vật liệu có cấu trúc mao quản là vật liệu mà trong lòng nó có một hệ thống
ẠO
lỗ xốp (pore) với kích thước từ vài đến vài chục nanomet và rất phát triển. Các lỗ
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
xốp này có thể có dạng lồng (cage) hoặc các ống hình trụ. Việc sắp xếp các mao
G
quản có trật tự hay không tùy thuộc vào phương pháp và quá trình tổng hợp vật
H
Ư
N
liệu.
quản có các dạng như sau: [7]
TR
ẦN
Theo phân loại của IUPAC, dựa trên kích thước mao quản, vật liệu mao
– Vật liệu vi mao quản (micropore) có đường kính mao quản nhỏ hơn
10
00
B
2nm.
– Vật liệu mao quản trung bình (mesopore) có đường kính mao quản từ 2
Ó
A
đến 50nm.
H
– Vật liệu mao quản lớn (macropore) có đường kính mao quản lớn hơn
-L
Í-
50nm.
2nm < d ≤ 50nm
d > 50nm
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
d ≤ 2nm
Vi mao quản
Mao quản trung bình
Mao quản lớn
(Mesopore)
(Macropore)
(Micropore)
Hình 1.1.Phân loại vật liệu mao quản của IUPAC
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
4
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
Quá trình phát hiện, nghiên cứu tổng hợp và sử dụng các vật liệu mao
Ơ
tự nhiên có cấu trúc trật tự với một hệ thống vi mao quản phát triển và chúng đã
N
quản có lịch sử lâu đời. Đầu tiên người ta phát hiện một số khoáng nhôm silicat
N
H
được ứng dụng trong xúc tác và hấp phụ. Sau đó, các nhà khoa học đã tổng hợp
U
Y
được những vật liệu vi mao quản có cấu trúc như mong muốn bằng việc sử dụng
.Q
các hợp chất hữu cơ như những chất điều khiển cấu trúc được gọi là các chất định
TP
hướng cấu trúc. Vào những năm của thập niên 60 - 70 của thế kỉ trước, tổng hợp
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
vật liệu vi mao quản zeolit thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Cũng chính
Đ
thời gian này, rất nhiều vật liệu zeolit đã được thương mại hóa vì chúng đã đóng
N
G
góp một vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Tuy vậy, zeolit cũng thể
H
Ư
hiện những nhược điểm của nó là đường kính mao quản bé (d < 20Å) không
TR
ẦN
thích hợp cho sự chuyển hóa những phần tử có kích thước lớn (cồng kềnh) [4, 13,
22].
B
Đến năm 1992, các nhà nghiên cứu của hãng Mobil Oil đã tổng hợp thành
10
00
công một họ vật liệu mới có kích thước mao quản từ 2 đến 20nm bằng việc sử
dụng chất hoạt động bề mặt như những chất tạo cấu trúc [15]. Đây là những vật
Ó
A
liệu silicat có cấu trúc trật tự, được gọi là vật liệu rây phân tử mao quản trung
Í-
H
bình (MQTB). Với đường kính mao quản đồng đều, kích thước mao quản trung
-L
bình (dao động trong khoảng 20 đến 100Å), rộng hơn kích thước mao quản của
ÁN
zeolit từ 3 đến 4 lần và diện tích bề mặt riêng vô cùng lớn (500 - 1000 m2/g), vật
TO
liệu mao quản trung bình đã mở ra một hướng phát triển to lớn trong lĩnh vực xúc
D
IỄ
N
Đ
ÀN
tác và hấp phụ, khắc phục được những nhược điểm của vật liệu zeolit trước đó.
Tùy theo điều kiện tổng hợp như: bản chất của chất hoạt động bề mặt, bản
chất của chất phản ứng, nhiệt độ tổng hợp, giá trị pH mà kích thước và cấu trúc
mao quản khác nhau được hình thành như cấu trúc lục lăng (MCM-41), cấu trúc
lập phương (MCM-48), cấu trúc lớp (MCM-50). Vật liệu MCM-41 ra đời được
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
5
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
xem là bước đột phá lớn trong lĩnh vực xúc tác dị thể. Loại vật liệu này có cấu
Ơ
diện tích bề mặt riêng lớn (lên đến 1000m2/g). Các ưu thế đó cho phép vật liệu
N
trúc mao quản đồng đều, kích thước mao quản rộng (>2nm) với độ trật tự cao và
N
H
MCM-41 tham gia vào quá trình chuyển hóa các phân tử dầu nặng, các sản phẩm
U
Y
từ các hợp chất thiên nhiên, xử lí các phân tử gây ô nhiễm có kích thước lớn.
.Q
Ngoài ra, vật liệu mao quản trung bình còn có nhiều những ứng dụng thú
TP
vị như: điều khiển chọn lọc hình học trong quá trình polime hoá styren,
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
metylmetacrylat và vinyl axetat; chế tạo vật liệu cảm biến, tế bào năng lượng,
Đ
điện cực nano, trong các thiết bị quang học, pin, tế bào nhiên liệu… trong một số
N
G
công trình nghiên cứu gần đây người ta đã thông báo sử dụng ưu điểm về lỗ xốp
H
Ư
của vật liệu mao quản trung bình để tổng hợp các phần tử nano nằm trong những
TR
ẦN
lỗ xốp này, đây cũng là thông tin thú vị và nó sẽ mở ra một hướng nghiên cứu
mới thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.
10
00
B
1.1.2. Phân loại vật liệu mao quản trung bình
1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc
Ó
A
* Cấu trúc lục lăng (hexagonal): MCM-41, SBA-15,…
H
* Cấu trúc lập phương (cubic): MCM-48, SBA-16,….
-L
Í-
* Cấu trúc lớp (laminar): MCM-50,…
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
* Cấu trúc không trật tự (disordered): KIT-1, L3,…
a. Lục lăng
b. Lập phương
c. Lớp
Hình 1.2.Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
6
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
1.1.2.2. Phân loại theo thành phần
N
* Vật liệu MQTB chứa silic: MCM-41, Al-MCM-41, Ti-MCM-41, Fe-
N
H
Ơ
MCM-41, MCM-48, SBA-15,….
U
Y
* Vật liệu MQTB không chứa silic : ZrO2, TiO2, Fe2O3,...
.Q
1.2. Vật liệu MQTB MCM-41
TP
1.2.1. Đặc điểm cấu trúc MCM-41
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
Vật liệu mao quản trung bình là một “thành viên” quan trọng của “gia đình
Đ
vật liệu”. Năm 1992, các nhà nghiên cứu của công ty dầu mỏ Mobil lần đầu tiên
N
G
đã sử dụng chất tạo cấu trúc tinh thể lỏng để tổng hợp một họ rây phân tử mới
H
Ư
mao quản trung bình M41S [15] (đại diện là MCM-41, MCM-48 và MCM-50).
TR
ẦN
MCM-41 là một trong những loại vật liệu mao quản trung bình được nghiên cứu
nhiều nhất. MCM-41 có hệ mao quản đồng đều với kích thước mao quản cỡ 2-50
B
nm, hình lục lăng, một chiều, sắp xếp sít nhau tạo nên cấu trúc tổ ong. Nhóm
10
00
không gian của MCM-41 là P6mm (hình 1.3). Sự phân bố kích thước mao quản
rất hẹp chỉ ra trật tự cao của cấu trúc. MCM-41 có diện tích bề mặt riêng lớn đến
H
Ó
A
khoảng 1000-1200m2/g.
Nguồn silica
Bề mặt
Ngưng tụ của
nguồn silica
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
Tự lắp ráp của bề mặt
D
IỄ
N
Loại bỏ các bề mặt
Hình 1.3.Mô hình mao quản sắp xếp theo dạng lục lăng
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
7
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
Tình hình nghiên cứu vật liệu MCM-41 ở Việt Nam cũng diễn ra sôi nổi
Ơ
trên nhiều tạp chí khác nhau. Nhóm tác giả Phạm Anh Sơn [10]và đồng sự đã
N
trong thời gian qua. Nhiều công bố liên quan đến MCM-41 đã được thực hiện
N
H
khảo sát quá trình tổng hợp vật liệu xúc tác trên cơ sở MCM-41, sử dụng chất
U
Y
hoạt động bề mặt là CTAB (cetyltrimetyl amoni bromit), nguồn silic là TEOS
.Q
(tetraetyl ortho silicat). Trong khi đó, tác giả Nguyễn Đình Thành[5] và đồng sự
TP
đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác mao quản trung bình Al-MCM-41 ứng
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
dụng cho quá trình cracking hiđrocacbon nặng, dùng chất hoạt động bề mặt
Đ
không ion alkyl poly (etylen oxide) C16H33(OCH2CH2)10OH, nguồn silic là thủy
N
G
tinh lỏng (27% SiO2, 11% NaOH). Tác giả Đỗ Xuân Đồng [1] và các đồng sự đã
H
Ư
nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và xác định hoạt tính xúc tác của vật liệu lưỡng
TR
ẦN
mao quản Y/MCM-41được tổng hợp từ cao lanh. Một nguồn silic rẻ tiền được
Hồ Văn Thành[2] và đồng sự sử dụng là vỏ trấuđể nghiên cứu tổng hợp, đặc
B
trưng vật liệu mao quản trung bình trật tự MCM-41.
10
00
Tuy nhiên, việc nghiên cứu vật liệu mao quản trung bình nói chung và
MCM-41 nói riêng ở Việt Nam cũng như trên thế giới chưa nhiều. Một trong
Ó
A
những nguyên nhân dẫn đến khả năng ứng dụng hạn chế của vật liệu MCM-41 là
Í-
H
do chúng được tổng hợp từ nguồn silic TEOS hay TMOS có giá thành cao.Từ sự
-L
cân nhắc về các yếu tố kinh tế và môi trường, các nguồn nguyên liệu silicat vô cơ
ÁN
thu hút được sự chú ý vì nguồn nguyên liệu này thường rẻ và phong phú trong tự
TO
nhiên.Một trong những hướng nghiên cứu gần đây để tổng hợp hệ vật liệu mao
ÀN
quản trung bình là sử dụng nguồn silic lấy từ tro trấu, một phụ, phế phẩm của
D
IỄ
N
Đ
nông nghiệp, luôn có sẵn và rẻ tiền là một lựa chọn để giải quyết việc hạ giá
thành sản phẩm cũng như hạn chế tính độc hại trong quá trình tổng hợp vật liệu
mao quản trung bình.
Do đó, vật liệu MCM-41 đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
8
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
nghiên cứu trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Ơ
N
1.2.2. Tổng hợp và cơ chế hình thành vật liệu MQTB MCM-41
N
H
1.2.2.1. Chất định hướng cấu trúc
U
Y
Templat [14] hay chất ĐHCT là tác nhân định hình mạng lưới cấu trúc
.Q
trong quá trình hình thành vật liệu. Sự có mặt templat trong gel góp phần làm ổn
TP
định mạng lưới nhờ tương tác hiđro, tương tác tĩnh điện, tương tác Vander Walls.
ẠO
Tác nhân này sẽ định hình cấu trúc vật liệu thông qua sự định hình của chúng. Để
H
Ư
N
1.2.2.2. Cơ chế hình thành vật liệu MQTB
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
tổng hợp vật liệu MQTB MCM-41, người ta sử dụng chất ĐHCT là CTAB.
Có rất nhiều cơ chế đã được đưa ra để giải thích quá trình hình thành các
TR
ẦN
loại vật liệu MQTB. Các cơ chế này đều có một đặc điểm chung là có sự tương
tác của các chất ĐHCT với các tiền chất vô cơ trong dung dịch. Để tổng hợp vật
10
00
B
liệu MQTB cần có ít nhất 3 hợp phần:
+ Chất ĐHCT đóng vai trò làm tác nhân ĐHCT vật liệu.
A
+ Nguồn vô cơ như silic nhằm hình thành nên mạng lưới mao quản.
H
Ó
+ Dung môi (nước, bazơ,…) đóng vai trò chất xúc tác trong quá trình kết
-L
Í-
tinh.
Chất ĐHCT + Tiền chất silicat
Hình 1.4. Sơ đồ tổng quát hình thành vật liệu MQTB [14]
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
Dung môi
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
9
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
a) Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng (Liquid Crystal
H
Ơ
Cơ chế này được các nhà nghiên cứu của hãng Mobil đề nghị để giải thích
N
Templating)
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
TP
.Q
U
Y
N
sự hình thành vật liệu M41S.
N
G
Hình 1.5.Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng [18]
H
Ư
Theo cơ chế này [18], trong dung dịch các chất ĐHCT tự sắp xếp thành
TR
ẦN
pha tinh thể lỏng có dạng mixen ống, thành ống là các đầu ưa nước của các phân
tử chất ĐHCT và đuôi là phần kị nước hướng vào trong.
B
Các mixen ống này đóng vai trò làm tác nhân tạo cấu trúc và sắp xếp thành
10
00
cấu trúc tinh thể lỏng dạng lục lăng.
Sau khi thêm nguồn silic vào dung dịch, các phần tử chứa silic tương tác
Ó
A
với đầu phân cực của chất ĐHCT thông qua tương tác tĩnh điện hoặc tương tác
Í-
H
hiđro và hình thành nên lớp màng silicat xung quanh mixen ống, quá trình
ÁN
MQTB.
-L
polyme hóa ngưng tụ silicat tạo nên tường vô định hình của vật liệu oxit silic
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
b) Cơ chế sắp xếp silicat ống (Silicate rod Assembly)
David và các cộng sự đã dựa trên phổ 14N-NMR nhận thấy rằng trong quá
trình tổng hợp MCM-41, pha tinh thể lỏng dạng lục lăng của chất ĐHCT không
hình thành trước khi thêm silicat. Họ giả thiết rằng có sự hình thành 2 hoặc 3 lớp
mỏng silicat trên một mixen ống chất ĐHCT riêng biệt, các ống này ban đầu sắp
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
10
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
xếp hỗn loạn, sau đó mới hình thành cấu trúc lục lăng. Quá trình gia nhiệt và làm
TP
Hình 1.6. Cơ chế sắp xếp silicat ống [19]
.Q
U
Y
N
H
Ơ
N
già dẫn đến quá trình ngưng tụ của silicat tạo thành hợp chất MQTB MCM-41.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
c) Cơ chế lớp silicat gấp (Silicate Layer puckering)
G
Theo Steel và các cộng sự, các ion chứa silic hình thành trên các lớp và
H
Ư
N
các mixen ống của chất ĐHCT. Quá trình làm già hỗn hợp làm cho các lớp này
TR
ẦN
gấp lại, đồng thời sự ngưng tụ silicat xảy ra hình thành nên cấu trúc MQTB.
d) Cơ chế phù hợp mật độ điện tích (Charge Disnity Matching)
B
Một giả thiết khác của Stucky và các cộng sự [24, 26] cho rằng pha ban
10
00
đầu của hỗn hợp tổng hợp các cấu trúc lớp mỏng được hình thành từ sự tương tác
A
giữa ion silicat và các cation của chất ĐHCT. Khi các phân tử silicat bị uốn cong
Ó
để cân bằng mật độ điện tích với nhóm chức của chất ĐHCT thì cấu trúc MQTB
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
lớp mỏng chuyển thành cấu trúc MQTB lục lăng.
Hình 1.7. Cơ chế phù hợp mật độ điện tích [20]
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
11
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
e) Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc (Cooperative Templating)
H
Ơ
Trong một số trường hợp, nồng độ chất ĐHCT có thể thấp hơn nồng độ
N
Cơ chế này được Huo và các cộng sự đề nghị [24, 26].
N
cần thiết để tạo ra cấu trúc tinh thể lỏng hay thậm chí là dạng mixen.
U
Y
Theo cơ chế này, trước khi thêm nguồn silic vào, các phân tử ĐHCT nằm
TP
.Q
ở trạng thái cân bằng động giữa mixen ống, mixen cầu và các phân tử chất ĐHCT
riêng rẽ.
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
Khi thêm nguồn silic vào, các dạng silicat đa điện tích thay thế các ion đối
G
Đ
của các chất ĐHCT, tạo thành các cặp ion hữu cơ – vô cơ. Chúng tự sắp xếp tạo
H
Ư
N
thành pha silic.
Bản chất của các pha trung gian này được khống chế bởi các tương tác đa
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10
00
B
TR
ẦN
phối trí.
Hình 1.8.Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc [20]
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
12
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
1.2.3. Ứng dụng của vật liệu MQTB MCM-41
Ơ
dầu. Trong đó, xúc tác zeolit chiếm vị trí then chốt trong nhiều thập niên qua và
N
Xúc tác có vị trí hết sức quan trọng, không thể thiếu cho công nghiệp hóa
N
H
cho đến ngày nay. Tuy nhiên do hạn chế về kích thước mao quản làm cho zeolit
U
Y
không thuận lợi trong việc chuyển hóa các chất có kích thước phân tử lớn. Sự
.Q
phát minh ra loại vật liệu MQTB họ M41S với những ưu điểm của nó đã giúp
TP
cho xúc tác dị thể mở ra một hướng phát triển mới.
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
Vật liệu M41S được ứng dụng làm xúc tác cracking các phân tử lớn, cồng
Đ
kềnh.
N
G
Nhờ ưu điểm diện tích bề mặt lớn khoảng 1000m2/g, hệ mao quản đồng
H
Ư
đều và độ trật tự cao, vật liệu MCM-41 được dùng làm chất mang cho axit bazơ
TR
ẦN
và các nano kim loại cũng như oxit kim loại lên bề mặt của chúng để thực hiện
phản ứng xúc tác theo mong muốn. Như vậy khi kết hợp một oxit hoặc một kim
B
loại có hoạt tính xúc tác cao với một khung có diện tích bề mặt lớn có thể làm các
10
00
chất xúc tác ở trạng thái phân tán cao nên có thể phát huy tối đa tác dụng của
chúng. Ví dụ: Pd-MCM-41 thể hiện tính chất xúc tác chọn lọc hóa học trong
Ó
A
nhiều phản ứng hiđro hóa như chuyển xiclohexen thành xiclohexan,...
Í-
H
Ngoài ra, do có diện tích bề mặt lớn mà các vật liệu xốp cũng được sử
-L
dụng để chế tạo các chất hấp phụ.
ÁN
Với diện tích bề mặt lớn nên MCM-41 được ứng dụng cho các quá trình
TO
chuyển hoá phân tử kích thước lớn thường gặp trong tổng hợp hữu cơ mà các vật
Với những ưu điểm và tính năng vượt trội của vật liệu MQTB đã giúp cho
xúc tác dị thể mở ra hướng phát triển mới, và việc sử dụng vật liệu MQTB họ
M41S để xử lí môi trường nước ngày càng có tiềm năng. Người ta sử dụng
D
IỄ
N
Đ
ÀN
liệu cấu trúc mao quản nhỏ như zeolit tỏ ra không phù hợp.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
13
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
MCM-41 tổng hợp từ trấu để hấp phụ và phân hủy các chất hữu cơ độc hại, các
N
chất màu trong môi trường nước như phenol, xanh metylen.
N
H
Ơ
1.3. Tổng quan về trấu và tro trấu
U
Y
1.3.1. Giới thiệu về trấu và tro trấu
.Q
Việt Nam là nước có nền văn minh lúa nước rất lâu đời, từ lâu cây lúa đã
TP
gắn liền với đời sống của nhân dân. Không những hạt lúa được sử dụng làm thực
ẠO
phẩm chính, mà các phần còn lại sau khi thu hoạch lúa cũng được người dân tận
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
dụng trở thành những vật liệu có ích trong đời sống hàng ngày. Ví dụ rơm được
N
G
sử dụng để lợp nhà, cho gia súc ăn, làm chất đốt, hoặc ủ làm phân. Trấu được sử
H
Ư
dụng làm chất đốt hay trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng. Không những trấu
TR
ẦN
được sử dụng làm chất đốt trong sinh hoạt hàng ngày mà còn được sử dụng như
là một nguồn nguyên liệu thay thế cung cấp nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ.
B
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay
10
00
xát. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá
trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chủ yếu là
Ó
A
xenlulozơ, lignin và hemi-xenlulozơ (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác
Í-
H
như hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25 – 30% và xenlulozơ chiếm
-L
khoảng 35 – 40%. Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycacbohyđrat rất dài
ÁN
nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành
TO
phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Tro trấu là phần còn lại khi
ÀN
đốt vỏ trấu. Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic oxit, đây là thành phần
D
IỄ
N
Đ
được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực.
Thành phần hóa học của một loại tro trấu đã được tác giả [12] phân tích
định lượng bằng phương pháp phổ huỳnh quang tia X (XRF), kết quả được trình
bày trong bảng 1.1.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
14
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
Chỉ tiêu phân tích
Hàm lượng (%)
1
SiO2
85,90
2
TiO2
0,04
3
Al2O3
0,24
4
Fe2O3
0,28
5
MnO
0,21
6
MgO
0,73
7
CaO
1,46
8
Na2O
9
K2O
10
P2O5
G
Đ
ẠO
TP
.Q
U
Y
N
H
Ơ
N
STT
H
Ư
N
0,13
TR
ẦN
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
Bảng 1.1.Thành phần hóa học của một loại tro trấu
5,37
1,34
10
00
B
Thành phần pha của tro trấu chủ yếu là SiO2 ở dạng vô định hình và vi tinh
thể. Đây là đặc điểm nổi bật nhất của tro trấu vì SiO2 ở dạng vô định hình có hoạt
A
tính cao, rất dễ tách ra khi hòa tan trong dung dịch NaOH ở điều kiện không khắc
H
Ó
nghiệt như SiO2 trong cát.
Í-
Sau đây là sơ lược về quá trình tách SiO2 từ tro trấu:
-L
Khi được chiết trong dung dịch kiềm, SiO2 trong tro trấu chuyển thành
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
muối natri silicat Na2SiO3:
SiO2 + 2NaOH
→ Na2SiO3 + H2O
Axit hóa dung dịch thu được bằng dung dịch HCl thì xảy ra phản ứng:
Na2SiO3 + 2HCl
→ 2NaCl + H2SiO3
H2SiO3 trong dung dịch tự trùng hợp theo phản ứng sau:
→ (SiO2)n + nH2O
nH2SiO3
Trong dung dịch, các mầm hạt (SiO2)n lớn dần lên và phát triển thành các
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
15
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
hạt lớn liên kết với nhau tạo thành gel. Gel thu được đem rửa sạch để loại bỏ các
N
chất bẩn, sau đó sấy và nung ta sẽ thu được SiO2.
H
Ơ
1.3.2. Các ứng dụng của vỏ trấu và tro trấu
U
Y
N
1.3.2.1. Sử dụng làm chất đốt
.Q
Từ lâu, vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân,
TP
đặc biệt là bà con nông dân ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Chất đốt từ vỏ
ẠO
trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
sản xuất (làm gạch, sấy lúa) nhờ những ưu điểm sau: trấu có khả năng cháy và
N
G
sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ, trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi
H
Ư
dào và lại rẻ tiền.
TR
ẦN
Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt: Vỏ trấu
sau khi xay xát luôn ở dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận
B
chuyển dễ dàng. Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử
10
00
dụng nên việc bảo quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư ít. Chính vì các lý do
trên mà trấu được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến. Trong sinh hoạt người dân
Ó
A
đã thiết kế một dạng lò chuyên nấu nướng với chất đốt là trấu. Lò này có ưu điểm
H
là lượng lửa cháy rất nóng và đều, giữ nhiệt tốt và lâu. Lò trấu hiện nay vẫn còn
-L
Í-
được sử dụng rộng rãi ở nông thôn.
ÁN
Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu cũng được sử
TO
dụng rất thường xuyên. Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn
ÀN
nuôi cá hoặc lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu được dùng nung gạch trong
D
IỄ
N
Đ
nghề sản xuất gạch tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
1.3.2.2. Các ứng dụng khác của vỏ trấu
– Sử dụng nhiệt lượng của trấu sản xuất điện năng: Với khả năng đốt cháy
mạnh, có thể ứng dụng hơi nóng sinh ra khi đốt nóng không khí bằng trấu để làm
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
16
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
quay tua bin phát điện. Theo tính toán mỗi kg trấu có thể tạo được 0,125 kW giờ
N
điện và 4 kW giờ nhiệt, tùy theo công suất. Ứng dụng này được áp dụng để chế
Ơ
tạo máy phát điện loại nhỏ cho các khu vực vùng sâu vùng xa.
N
H
– Sử dụng làm vật liệu xây dựng: Vỏ trấu nghiền mịn có thể được trộn với
U
Y
các thành phần khác như mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ
.Q
tinh. Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây thông thường khoảng 50% và có
TP
tính cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao. Đây là vật liệu thích hợp với
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
ẠO
các vùng như miền Tây, miền Trung bị ngập úng, lũ lụt và nền đất yếu. Sau khi
Đ
sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại. Hiện nay đã có công ty sản xuất thương
N
G
mại loại vật liệu này ứng dụng vào thực tế.
H
Ư
– Dùng vỏ trấu để lọc nước: Với kỹ thuật hiện nay, người ta đã chế tạo
TR
ẦN
thành công thiết bị lọc nước từ vỏ trấu, có khả năng lọc thẳng nước ao, hồ thành
nước uống sạch. Cốt lõi của thiết bị là một cụm sứ xốp trắng, hình trụ nằm trong
B
chiếc bình lọc. Điều đặc biệt là loại sứ này được tạo ra bằng cách tách oxit silic
10
00
từ trấu, có đặc tính lọc cực tốt, với lỗ lọc siêu nhỏ, nhỏ hơn lỗ lọc thiết bị của Mỹ
tới 10 lần, của Nhật 4 lần, ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 10 đến
Ó
A
20 năm).Thiết bị còn có khả năng khử được mùi ở nguồn nước ô nhiễm, khử chất
Í-
H
đioxin khi mắc nối tiếp một bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính.
-L
– Ngoài ra vỏ trấu còn được sử dụng trong một số lĩnh vực khác như: làm
ÁN
sản phẩm mỹ nghệ, sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu, làm nguyên liệu xây dựng
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
sạch, làm thiết bị cách nhiệt, làm chất độn, dùng làm phân bón.
1.3.2.3. Ứng dụng trong chế tạo vật liệu, xúc tác, hấp phụ
Sử dụng tro trấu sản xuất silic oxit. Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn
80% là silic oxit. Silic oxit (SiO2) tổng hợp từ tro trấu được ứng dụng vào nhiều
lĩnh vực như: hút ẩm, làm chất phụ gia xi măng, cao su, chế tạo thiết bị lọc nước,
thủy tinh, chất bán dẫn, làm nguyên liệu thay thế nguồn silic TEOS để tổng hợp
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon
/>
www.facebook.com/daykem.quynhon
www.daykemquynhon.blogspot.com
17
Trường Đại học Sư phạm Huế
Khóa luận tốt nghiệp
vật liệu xúc tác mao quản trung bình như MCM-41, MCM-48, SBA-15, SBA-16.
Ơ
SBA-16 có chất lượng không kém gì so với khi sử dụng nguồn TEOS. Điều đáng
N
Sử dụng nguồn SiO2 tách từ tro trấu trong quá trình tổng hợp vật liệu MCM-41,
N
H
nói ở đây là nguồn SiO2 tổng hợp từ trấu vừa rẻ tiền, dễ bảo quản và phù hợp với
U
Y
điều kiện kinh tế ở địa phương. SiO2 còn được sử dụng để hấp phụ và thu hồi các
.Q
kim loại nặng trong môi trường nước, khả năng hấp phụ của SiO2 là khá tốt [17].
TP
Đã có nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực tách silic từ trấu để tổng hợp các vật liệu
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com
MailBox :
hấp phụ, xúc tác.
Đ
Theo công bố của các tác giả [9] đã sử dụng nguồn nguyên liệu tro trấu là
N
G
nguồn thay thế TEOS để tổng hợp MCM-41 và chức năng hóa bề mặt vật liệu
H
Ư
này. Diện tích bề mặt MCM-41 không thua kém gì so với MCM-41 tổng hợp từ
TR
ẦN
TEOS. Khả năng hấp phụ của vật liệu này khá tốt, có thể sử dụng để phân hủy
các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước như phenol, phenol đỏ, metylen
B
xanh. Nhóm tác giả đã sử dụng hai phương pháp khác nhau để tổng hợp SiO2 từ
10
00
tro trấu. Đó là chiết xuất trực tiếp từ trấu và thu hồi từ tro trong môi trường
NaOH.
Ó
A
Các tác giả [17] đã sử dụng trấu để tổng hợp vật liệu mao quản trung bình
Í-
H
SBA-16 và Sn-SBA-16 có diện tích bề mặt lớn hơn 800m2/g. Hệ vật liệu này
-L
dùng để tổng hợp các chất hữu cơ thế clo trong clobenzen bằng benzen, toluen,
ÁN
xylen...,hấp phụ và xúc tác để phân hủy phenol, cloram phenicol trong môi
TO
trường nước.
ÀN
Tro trấu được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất zeolite 4A giúp quá
D
IỄ
N
Đ
trình sản xuất zeolite 4A thuận lợi hơn so với các nguyên liệu thông thường
khác như khoáng sét, cát, hóa chất công nghiệp,... tận dụng được nguồn tro
trấu lớn, dư thừa từ các nhà máy xay xát gạo, hạn chế gây ô nhiễm môi trường.
Trong những năm vừa qua, việc nghiên cứu tổng hợp zeolite 4A từ phế
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
