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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc vật liệu Nano - Zeolit NaX
có chứa mao quản trung bình từ vỏ trấu

Giảng viên hướng dẫn

: PGS.TS Tạ Ngọc Đôn
NCS.ThS Lê Văn Dương

Hà Nội 06/2016


NỘI DUNG
1

Phần 1: Tổng quan

2

Phần 2: Lý do chọn, mục tiêu đề tài

3 Phần 3: Thực nghiệm
4 Phần 4: Kết quả và thảo luận
5 Phần 5: Kết luận

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU
 Nanozeolit thực chất là các zeolit thông thường với kích thước hạt

nhỏ cỡ nanomet. Nên chúng có đầy đủ tính chất của một zeolit thông
thường và còn có những tính chất nổi trội hơn do kích thước hạt nhỏ
cỡ nanomet.
 Việc tổng hợp và ứng dụng nanozeolit đã tạo nên bước ngoặt lớn
trong công nghiệp lọc hoá dầu và các ngành liên quan như nông
nghiệp, y tế...
Mao quản
trung bình
thứ cấp


TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VỎ TRẤU
Việt Nam là nước nông nghiệp có sản lượng lúa gạo hàng năm rất lớn 43 triệu
tấn/năm (số liệu năm 2013), Sản lượng trấu khoảng 8.5 triệu tấn/năm trong đó mới
sử dụng được khoảng 4.5 triệu tấn còn lại thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm
nghiêm trọng.
Một số ứng dụng của vỏ trấu:
Làm nhiên liệu
Khí hóa
Làm gỗ
Phụ gia xi măng
Sản xuất điện năng

Hình 2: Tro trấu

Hình 1: Vỏ trấu


Hình 3: Gỗ trấu

Hình 4: củi trấu


LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
Nguyên Liệu

Vật Liệu

Vỏ Trấu là phụ phẩm
của ngành nông nghiệp.
Là nguyên liệu rẻ tiền
chứa tro trấu có tỷ lệ
SiO2 cao, trữ lượng lớn
nên rất có tiềm năng để
tổng hợp zeolit và
nanozeolit.

Là vật liệu có đồng thời
cả vi mao quản và mao
quan trung bình nên có
được các ưu điểm của
cả 2 họ vật liệu: tính
axit mạnh, độ bền nhiệt
và thủy nhiệt cao, mao
quản rộng với độ trật tự
cao và bề mặt lớn.

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu

nano – zeolit NaX có chứa
mao quản trung bình từ vỏ
trấu.


MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

 Tổng hợp được vật liệu nano – meso – zeolit X có chứa đồng

thời cả vi mao quản và mao quản trung bình từ nguyên liệu vỏ
trấu rẻ tiền, sẵn có ở Việt Nam.
 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật

liệu nano – meso – zeolit X như hàm lượng silic, hàm lượng
kiềm và hàm lượng nước.


THỰC NGHIỆM
Vỏ trấu
thô

Lọc, rửa

NaOH, H2O

Vỏ trấu sơ
chế

Xử lý bằng
H2SO4

Trong 6 giờ

Tro trấu sạch

Dung dịch 1

Vỏ trấu sạch

Lọc, rửa

Nung 700oC, 4 giờ
Tro trấu

Dung dịch 2

NH4AlO2, NaCl,
NaOH, H2O

Gel phản ứng
Làm già ở nhiệt độ phòng
Gel đã già hóa
Kết tinh thủy nhiệt
Gel đã tinh thể hóa
Lọc, rửa, sấy, nghiền, nung
Nano-Meso-zeolit
NaX

 Tỉ lệ Na2O : H2O : SiO2 : NaCl : Al2O3 = 5 : 150 : 4 : 1 : 1. Thời gian khuấy

trộn là 72h, nhiệt độ kết tinh là 95oC và thời gian kết tinh là 24h.



KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả tổng hợp vật liệu nano – meso – zeolit X
Lin
(Cps
)

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Nguyên liệu và meso X tổng hợp

1000

 Đường nền phẳng, thấp cho thấy

Q

900

800

(a)
700

X

mẫu tổng hợp được có độ tinh thể
cao.

600


Q+X
500

(b)
400

 Pic đặc trưng ở góc 2θ = 6,2 giống

X
300

mẫu chuẩn. Có độ rộng chân pic

200

100

(c)

lớn → chứng tỏ kích thước hạt nhỏ.

0
5

10

20

2-Theta - Scale


30

40

File: Don-2013-Nguyên liệu và Meso-X- Ảnh hưởng của thời gian kết tinh – Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 44.990 ° - Step:
0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/04/13 10:12:22

Giản đồ XRD của các mẫu tro trấu (a), meso-zeolit X (b) và
micro-zeolit X (Pháp) (c)

 Kích thước hạt là 45nm theo XRD.


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
 Ảnh SEM cho thấy có sự
chuyển biến từ cấu trúc vô định
hình của tro trấu thành cấu trúc
tinh thể của zeolit X.
 Tinh thể có dạng hình lập
phương, kích thước đồng đều,
độ tinh thể cao, giống với mẫu
chuẩn.

Ảnh SEM của mẫu tro trấu (a). Ảnh SEM và TEM tương ứng của
nano-meso-zeolit X (b) và (d), của micro-zeolit X (Pháp) (c) và (e)

 Kích thước hạt theo SEM là 70nm. Theo TEM là 45nm (phù hợp với kích
thước theo XRD).



KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
 Vùng phổ 560 ÷ 566 cm-1
(a)

755

(b)

675
566
464

1056

993

752

đặc trưng cho dao động

Phổ IR của các
mẫu mesozeolit X (a) và
micro-zeolit X
(Pháp) (b)

672

liên kết ngoài tứ diện TO4
của vòng kép 6 cạnh trong


565

1300

1200

1000

800

CEC,
TT

Ký hiệu mẫu

2

Nano-Meso-zeolit
X tổng hợp
Micro-zeolit X
(Pháp)

400 cm−1

600

có độ tinh thể cao.

Độ hấp phụ, %


Kích thước hạt tinh thể,

trọng lượng

nm

meq/100
g

1

zeolit X → mẫu tổng hợp

462

989

320
310

 Mẫu tổng hợp có độ
xốp lớn hơn và xuất

Nước

Toluen

XRD

TEM


SEM

29,1

27,8

50

50

70

25,0

24,6

328

350

1.000

hiện nhiều tâm kim
loại trao đổi hơn so
với mẫu chuẩn.


KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
 Mẫu tổng hợp được có bề mặt riêng


khá lớn SBET = 492 m2/g.
 Có một vùng trễ nhỏ ở giá trị P/Po

cao ứng với một lượng nhỏ mao quản
thứ cấp ở vùng 17-18nm nằm trong
vùng mao quản trung bình. Còn hệ
thống mao quản chính vẫn là vùng
micro như mẫu chuẩn.

Giản đồ hấp phụ - giải hấp phụ N2

 Như vậy, qua quá trình xử lý và tổng hợp trong điều kiện thích hợp, đã chế
tạo thành công vật liệu nano meso zeolit X chất lượng tốt, có chứa hệ thống
vi mao quản và mao quản trung bình từ nguyên liệu đầu rẻ tiền là vỏ trấu.


NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
Ảnh hưởng của hàm lượng silic
Lin
(Cps)

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng silic

1000

X
900

Q+X


(a): SiO2/Al2O3 = 2

800

X
700

Q+X

(b): SiO2/Al2O3 = 3

600

500

X

Q+X

400

(c): SiO2/Al2O3 = 4

300

Hy

200


(d): SiO2/Al2O3 = 5
100

Q

0

5

10

20

2-Theta - Scale

30

40

File: Don-2013-Meso-X-từ vỏ trấu- Ảnh hưởng của hàm lượng silic – Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 44.990 ° - Step: 0.030 ° - Step
time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 09/04/13 11:15:14

Giản đồ XRD của các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng silic:
MX-2S (a), MX-3S (b), MX-4S (c) và MX-5S (d)

 Hàm lượng SiO2 thích hợp là tỷ lệ
Ảnh SEM và TEM của các mẫu nghiên cứu
ảnh hưởng của hàm lượng silic: MX-2S (a) và
(e), MX-3S (b) và (f), MX-4S (c) và (g), MX-5S
(d) và (h)


SiO2/Al2O3 = 4 ứng với mẫu MX-4S.


Ảnh hưởng của hàm lượng kiềm
Lin
(Cps)

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng kiềm

1000

X
Q+X

900

(a): Na2O/Al2O3 = 4,5
800

X
700

Q+X

(a): Na2O/Al2O3 = 5,0

600

500


X
Q+X

400

P1

(a): Na2O/Al2O3 = 5,5

P1

(a): Na2O/Al2O3 = 6,0

300

X

200

Q+X
100

0

5

10

20


30

40

2-Theta - Scale

Giản đồ XRD của các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng kiềm:
MX-4.5N (a), MX-5.0N (b), MX-5.5N (c) và MX-6.0N (d)
Ảnh SEM và TEM tương ứng của các mẫu
nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng kiềm:
MX-4.5N (a) và( e), MX-5.0N (b) và( f), MX5.5N (c) và( g), MX-6.0N (d) và (h)

 Hàm lượng kiềm thích hợp là tỷ lệ
Na2O/Al2O3 = 5,0 ứng với mẫu MX-5.0N.


Ảnh hưởng của hàm lượng nước
Lin
(Cps)

VNU-HN-SIEMENS D5005 – Loạt mẫu meso X thay đổi hàm lượng nước

1000

X
Q+X

900


(a): H2O/Al2O3 = 110

800

X
700

Q+X
600

(b): H2O/Al2O3 = 130

500

X
Q+X

400

(c): H2O/Al2O3 = 150

300

X
Q+X

200

(d): H2O/Al2O3 = 170


100

0

5

10

20

30

40

2-Theta - Scale

Giản đồ XRD của các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng của
hàm lượng nước: MX-110H (a), MX-130H (b), MX-150H (c) và MX-170H (d)
Ảnh SEM và TEM tương ứng của các mẫu
nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước:
MX-110H (a) và (e), MX-130H (b) và (f), MX150H (c) và (g), MX-170H (d) và (h).

 Hàm lượng nước thích hợp là tỷ lệ H2O/Al2O3
= 150 ứng với mẫu MX-150H.


KẾT LUẬN
1. Đã tổng hợp thành công vật liệu Nano-meso-zeolit NaX tốt từ nguồn

nguyên liệu ban đầu là vỏ trấu ở Việt Nam bằng phương pháp kết tinh thủy

nhiệt với các điều kiện thích hợp. Vật liệu tạo thành có độ tinh thể tốt, dung
lượng trao đổi ion cao 320 meq/100g, độ hấp phụ cao với nước là 29,1%,
toluen là 27,8%, tinh thể tạo thành có kích thước khoảng 45nm theo XRD và
TEM, bề mặt riêng lớn (492m2/g) và phân bố lỗ xốp tập trung ở vùng vi mao
quản (7,4Å) và mao quản trung bình (18 Å).
2. Tiến hành nghiên cứu một số yếu tố ảnh hướng tới quá trình tổng hợp Nano

– Meso – Zeolit NaX như: hàm lượng silic, hàm lượng kiềm và hàm lượng
nước. Và đã tìm ra được điều kiện thích hợp là:
- Khi tăng hàm lượng SiO2/Al2O3 thì sẽ làm giảm kích thước hạt. Mặt khác
tăng SiO2 quá cao sẽ làm giảm pH nên chỉ đủ tạo ra các mầm tinh thể mà chưa
hình thành tinh thể zeolit X hoàn chỉnh. Và hàm lượng SiO 2 thích hợp là tỷ lệ
SiO2/Al2O3 = 4.


KẾT LUẬN
- Khi tăng hàm lượng kiềm, pic của zeolit X tăng dần và đạt cực trị tại mẫu
MX-5.0N, đồng thời xuất hiện pic của zeolit P1. Mẫu MX-5.0N ứng với tỷ lệ
Na2O/Al2O3 = 5,0 có CEC và độ hấp phụ đều đạt cực đại, mẫu này cũng cho
kết quả XRD, TEM và SEM đều tốt nhất. Chứng tỏ mẫu này được kết tinh với
các tinh thể đồng đều của Zeolit X.
- Khi tăng hàm lượng nước thì làm tăng độ tinh thể do làm tăng quá trình
chuyển hóa pha vô định hình sang pha tinh thể zeolit đồng thời tinh thể có xu
hướng lớn dần lên. Mẫu MX-150H ứng với tỷ lệ H2O/Al2O3 = 150 có CEC và
độ hấp phụ cao nhất, kích thước hạt đồng đều và có độ tinh thể cao nhất, nên
mẫu này được xem như là tốt nhất trong 4 mẫu đã nghiên cứu.
3. Đã áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại vào phân tích mẫu như
XRD, SEM, TEM, IR, CEC và BET và thu được kết quả phù hợp, đáng tin
cậy.



LOGO

CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN
ĐÃ LẮNG NGHE!