Than hoạt tính từ vỏ trấu ứng dụng làm chất mang trong xúc tác nano vàng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN HÓA LÝ

TIỂU LUẬN BÁO CÁO HỌC PHẦN HÓA HỌC NANO

“Chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu và ứng dụng làm
chất mang trong xúc tác vàng nano”
 
Học viên
Mã học viên
GVHD

 
:
:
:

 

Lưu Quỳnh Trang
CB170086
TS. Nguyễn Xuân Anh


A sustainable route for the preparation of activated carbon and silica
from rice husk ash

Một phương pháp bền vững chế tạo than hoạt tính và silica từ tro trấu
Yan Liu, Yupeng Guo, Yanchao Zhu, Dongmin An, Wei Gao, Zhuo Wang, Yuejia Ma, Zichen Wang∗
College of Chemistry, Jilin University, Qianjin Street, 2699, Changchun 130012, China

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN
- Hoạt động sản xuất công nghiệp,
nông nghiệp, sinh hoạt…
- Sử dụng nhiên liệu hóa thạch

Gia tăng khí nhà kính
Cạn kiệt nguồn nhiên liệu
hóa thạch

- Trấu là phụ phẩm nông nghiệp
có sản lượng lớn (40-80 tr tấn/năm)
- Hầu hết trấu được đốt hoặc bỏ
gây lãng phí và ô nhiễm môi trường
- Thành phần chính của tro trấu là
cacbon và silic

Khai thác
nguồn năng lượng
tái tạo sạch


Tro trấu
Carbon

Silic

Than hoạt tính

Điện cực

Silica
Lọc khí

Xử lý
nước thải
Bảo vệ môi trường

Chất
kết dính
composite
Thixotropicagents

Chất
cách điện


Quy trình điều chế


Tách và thu hồi một phần CO2

Kết quả

Hoạt hóa tro trấu tạo than hoạt tính
Tách và thu Silica
Thu hồi Na2CO3 sau quá trình sản
xuất

Đặc tính của than hoạt tính thu được

Hoạt tính của than được đặc trưng bởi lượng lỗ rỗng trong cấu trúc
Cấu trúc của cacbon hoạt
tính chủ yếu là các mao quản
nhỏ, trung bình với kích
thước khoảng từ 1- 15 nm và
một lượng nhỏ mao quản có
kích thước rộng hơn.
Diện tích bề mặt của than
hoạt tính có thể đạt được
570m2/g


Đặc tính của silica

Hạt silica hình cầu có đường kính
trung bình khoảng 40-50 nm

Phổ Xquang của silica điển hình
cho cấu trúc vô định hình


Thu hồi Na2CO3
Tất cả các đỉnh nhiễu xạ là
khá giống với Na2CO3 tinh
khiết, không có đặc điểm đỉnh
của tạp chất.
Sản phẩm thu hồi được

Na2CO3 tinh khiết có thể
sử dụng làm chất phản
ứng ban đầu.


Đặc điểm hóa lý của than hoạt tính từ vỏ trấu
1. Diện tích bề mặt và khối lượng lỗ rỗng
* Kích hoạt vật lý: sử dụng CO2, hơi hoặc không khí…
SBET
khoảng 1180 m2/g

Khối lượng lỗ rỗng
khoảng 1,09 cm3/g

* Kích hoạt hóa học: thường sử dụng KOH / NaOH,
K2CO3, ZnCl2, H3PO4, kích hoạt ở 650-800°C
SBET
(2800-3014 m2 /g)

Khối lượng lỗ rỗng
khoảng 1,88 cm3/g


Kết quả xác định BET của RHB
 

SBET = 47,14 ± 1,18 m2/g trong khoảng áp suất tương đối p/po từ 0,049 đến
0,299; tương ứng với thể tích hấp phụ từ 9,87 cm3/g đến 14,86 cm3/g)
Dựa trên công thức Halsey, khảo sát trong khoảng độ rỗng vật liệu từ 1,7 nm đến
300 nm; thể tích lỗ rỗng hấp phụ và giải hấp phụ tối đa của RHB là 0,0425 cm3/g

(độ rỗng trung bình 1,8 nm) và 0,0285 cm3/g (độ rỗng trung bình 1,91 nm)


Ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Vật liệu có dạng carbon vô định hình, không có cấu trúc tinh thể,
những điểm đậm trên ảnh là những nơi có lỗ mao quản lớn và
trung bình từ 1-20 nm


Ưu
điểm

Chi phí về nguyên liệu thấp
Quy trình đơn giản
Thời gian phản ứng ngắn
Hiệu suất thu silica 72-98%
Hiệu suất thu than hoạt tính 20-50%
Tỷ lệ thu hồi natri cacbonat 92,25%.
Thân thiện với môi trường


Ứng dụng: xúc tác cho phản ứng oxyhoa
toluen
Xúc tác Au nano trên
nền chất mang than
hoạt tính được điều
chế bằng phương pháp
ngâm tẩm
Yêu cầu: hệ xúc tác Au/C* phải có kích

thước nano


Quá trình điều chế
Tẩm khô
Đưa một lượng dung dịch HAuCl4 có nồng độ
xác định lên 3 g than hoạt tính)

Sấy khô : 1000C
Nung trong không khí :
3000C trong 2 giờ


Tính chất của sản phẩm
Kích thước mao quản (ảnh TEM)

Cấu trúc mao quản nano của than không bị ảnh hưởng, Kích thước
hạt Au từ 10 – 45 nm phân bố chủ yếu trên bề mặt than


Tính chất của sản phẩm
Phân bố kích thước mao quản

Kích thước mao quản của than hoạt tính từ 1-20 nn
Khi đưa Au lên than hoạt tính kích thước mao quản <6nm


Tính chất của sản phẩm
Diện tích bề mặt riêng

Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính trước và sau khi ngâm tẩm Au
gần như không thay đổi do lượng mao quản lớn trong than không nhiều


Hoạt tính xúc tác
Ảnh hưởng của hàm lượng Au
Độ chuyển hóa tăng khi hàm
lượng Au tăng từ 0,5%-0,75%
nhưng tăng ít khi nồng độ Au
tăng tới 1% do các tinh thể Au
nano bị co cụm thành hạt Au lớn
hơn => giảm diện tích tiếp xúc
=> giảm hoạt tính


Hoạt tính xúc tác
Ảnh hưởng của nồng độ HAuCl4 đến quá trình tẩm xúc tác
Độ chuyển hóa giảm khi tăng
nồng độ dung dịch HAuCl4 do
khi tăng nồng độ dd tẩm loãng
thì mật độ hạt Au cao => giảm
khả năng đưa hạt Au lên bề mặt
xúc tác=> giảm hoạt tính


Hoạt tính xúc tác
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Độ chuyển hóa tăng khi tăng
nhiệt độ nhưng trên 2500 độ
chuyển hóa giảm nhẹ do ở nhiệt

độ cao các hạt Au có sựu co cụm
=> giảm diện tích tiếp xúc
=> giảm hoạt tính


KẾT LUẬN
1. Nhóm nghiên cứu thứ nhất chế tạo được than hoạt tinh
từ vỏ trấu và chỉ ra than hoạt tính có khả năng hấp phụ
cao do có các mao quản có kích thước nano
2. Nhóm nghiên cứu thứ 2 đã chế tạo được vật liệu xúc
tác Au nano trên chất mang than hoạt tính có kích thước
khoảng 10 – 45nm phân bố trên bề mặt chất mang và
khảo sát được hoạt tính xúc tác trong phản ứng chuyển
hóa toluene chỉ ra rằng hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào
kích thước mao quản


Em xin chân thành cảm ơn !
Em xin chân thành cảm ơn !


Ảnh hưởng của các điều kiện xử lý nhiệt lên hiệu suất
tách silica và chất lượng than hoạt tính
1. Nhiệt độ
Hiệu suất tách silic tăng lên khi nhiệt độ xử lý
nhiệt tăng lên. Khi nhiệt độ dao động từ 875°C
đến 950°C, sản lượng silica đạt giá trị lớn nhất
(96,17%). Khối lượng lỗ rỗng tăng lên khi nhiệt
độ xử lý nhiệt tăng lên và đạt đến mức tối đa
(0,76 ml / g) ở 900 ◦C. Khối lượng lỗ rỗng tăng

đáng kể từ 850◦C đến 875◦C. Do nhiệt phân hủy
của Na2CO3 là 850°C. Khi quá nhiệt độ tới hạn
này, Na2CO3 bị phân hủy nhanh chóng và thúc
đẩy quá trình kích hoạt. Khi nhiệt độ xử lý dao
động từ 875°C đến 900°C, khối lượng lỗ rỗng
than hoạt tính gia tăng và đạt đến mức tối đa
(0,76 ml / g). Với nhiệt độ tăng lên trên 900oC, lỗ
rỗng giảm do tăng lượng carbon "đốt cháy".

Để có hiệu suất tách silica và lượng lỗ rỗng tối ưu, nhiệt độ nên khoảng 900 ºC.