ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỖ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYÊN VĂN ĐỨC LUAN VAN THAC SI TP. HO CHÍ MINH, THANG 7 NAM 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYÊN VĂN ĐỨC TÍNH CHAT VÀ HOAT TINH CUA XÚC TÁC TiO; BIEN TÍNH W VÀ N TRONG PHAN UNG QUANG PHAN HUY p-XYLEN Chuyén nganh: Kỹ Thuật Hóa Dau Mã số chuyên ngành: 60520330 NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC 1.
LUU CAM LOC CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI PHONG DAU KHÍ VÀ XÚC TÁC, VIEN CÔNG NGHỆ HOA HỌC VIEN HAN LAM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: GS. Cán bộ cham nhận xét 1: 00022. Cán bộ chấm nhận xét 2: 00022. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai học Bách Khoa, DHQG Tp.HCM ngày 18 thang 07 năm 2019.
Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch: PGS. Phan Minh Tân 2. Phản biện 1: TS.
Nguyễn Quang Long 3. Phản biện 2: TS. Nguyễn Mạnh Huan 4. Ủy viên: GS.
Ủy viên, thư ký: TS. Hồ Quang Như Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA GS. Phan Thanh Sơn Nam ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯƠNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập — Tự do — Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Văn Đức MSHV: 1670183 Ngày, thang, năm sinh: 27/11/1983 Noi sinh: Ha Noi Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dau Mã số: 60520330 I.
TÊN DE TAL Tinh chat và hoạt tinh của xúc tác TiO2 biến tính W va N trong phản ứng quang phân hủy p-xylen. NHIỆM VU VÀ NOI DUNG - Điều chế xúc tác TiO2 biến tính W và N bang phương pháp sol-gel. - Đưa ra được hàm lượng chất biến tinh và điều kiện xử lý nhiệt (nhiệt độ và thời gian) phù hợp cho xúc tác TiOz biên tính W. - Đưa ra được điều kiện xử lý nhiệt (nhiệt độ và thời gian) phù hợp cho xúc tác TiO biên tính N và tỷ lệ tiên chat NH4aNO3/TTIP phù hợp.
- Làm sáng tỏ môi quan hệ giữa các đặc trưng lý - hóa, điêu kiện xử lý xúc tác cũng như điêu kiện phản ứng và hoạt tính của các xúc tác. NGÀY GIAO NHIEM VỤ (Ngày ký Quyết định giao dé tai): 15/8/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 15/6/2019. CAN BO HUONG DAN: GS.
Luu Câm Lộc - Tp.HCM, ngày 18 tháng 7 năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO GS. Lưu Cẩm Lộc TS. Đào Thị Kim Thoa TRƯỚNG KHOA GC. Phan Thanh Sơn Nam Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Văn Đức LOI CAM ON Trong quá trình học tập cao hoc và thực hiện luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ tận tình, những giúp đỡ quý báu từ các thay cô, bạn bè, đồng nghiệp, cấp trên và người thân.
Vì vậy, thông qua luận văn này, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS. Lưu Cam Lộc, người đã định hướng và tận tâm hướng dẫn em hoàn thành đề tài. Tiếp theo, em xin chân thành cảm ơn anh Trí, và Phụng Anh cùng các anh chị khác tại Phòng Dầu khí — Xúc tác và Phòng Quá trình Thiết bị thuộc Viện Công nghệ Hoá học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn, sắp xếp thời gian và giúp đỡ em không kể ngày đêm trong thời gian thực hiện đề tài nay. Em cũng xin cảm ơn Quý Thây/Cô thuộc Bộ môn Công nghệ Chế biến Dầu khí, Khoa Kỹ thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy, truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức bồ ích cũng như cách thức đặt và tiếp cận van đề trong suốt khóa học.
Em xin cảm ơn Phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa học. Và em luôn biết ơn anh Kiệt cùng các đồng nghiệp tại công ty TNHH Rohm and Haas Việt Nam đã tạo điều kiện cho em học tập. làm việc linh hoạt hoàn thành đề tài. Và lời cuôi là lòng biét ơn sâu sac đôi với bô mẹ, vợ và các con những người luôn ủng hộ và dành trọn niềm tin cho tôi trong hành trình cuộc đời.
Nguyễn Văn Đức ii Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Văn Đức TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài “Tính chất và hoạt tính của xúc tác TiO› biến tính W và N trong phan ứng quang phân hủy p-xylen” bao gồm tổng hợp xúc tác TiOz biến tính W (TiO2-N), TiOa- biến tính N (TiO2-N) và TiO2 đồng biến tính W+N băng phương pháp sol-gel; đồng thời các tính chất lý - hóa cơ bản của xúc tác được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm: Phố nhiễu xa tia X (XRD), quang phố Raman, hấp phụ BET, kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hién vi điện tử truyền qua (TEM), pho FT-IR, phố Raman và kha năng hap thụ photon UV-VIS. Kết qua cho thay các xúc tác TiO2 biến tinh W, N va đồng biến tính W, N đã được điều chế. Xúc tác có hoạt tính cao nhất là T¡0.3W1N-450-4, có kích thước hat khoảng 12 nm, diện tích bé mặt riêng 69,0 m”/g cao hơn xúc tác thuần TiO (25,9 m?/g), năng lượng vùng cấm 2,87 eV, bước sóng ánh sáng hap thụ được mở rộng sang vùng ánh sáng khả kiến (A > 410 nm). Hoạt tính của xúc tác được khảo sát thông qua phản ứng quang phân hủy p-xylen trong pha khí.
Phản ứng được thực hiện trong hệ phản ứng dòng vi lượng với các nguồn bức xạ là một đèn UV (A = 365 nm) và 36 bóng đèn LED (0,24 W,À = 470 - 510 nm, công suất tong là 8,64 W) ở nhiệt độ va áp suất thường. Ban đầu, việc khảo sát được tiễn hành với từng xúc tác biến tính các chất riêng lẻ dé tìm ra thời gian nung tối ưu (1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ), tiếp theo tìm ra nhiệt độ nung tôi ưu (trong khoảng 400, 450, 500, 550 °C), sau đó tìm ra hàm lượng chất biết tính tối ưu (với W hàm lượng mol 0,1%, 0,3%, và 0,5%; với hàm lượng N ty lệ mol TiQ2:NH4aNO3 lần lượt là 1:2, 1:1; 1:0,5). Ảnh hưởng của hàm lượng hơi nước đến độ chuyển hóa p-xylen của xúc tác tối ưu cũng được khảo sát. Sau đó xúc tác đồng bién tính được tổng hợp dựa theo các điều kiện tối ưu của các xúc tác biến tính riêng lẻ.
Theo các kết quả thu được xúc tác Ti0.3W1N-450- 4 chuyền hóa p-xylen tốt nhất, với hiệu suất 60 phút chuyển hóa p-xylen dat 1,67 8xyU/8xt. lil Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Văn Đức ABSTRACT In this study, the photocatalysts T1Oa2 doped W, TiO2 doped N and TiO2 co-doped W, N were synthesized by sol-gel method and characterized by XRD, Raman spectroscopy, BET, SEM, TEM, FT-IR spectroscopy and UV-VIS. The results show that the photocatalysts were successfully synthesized. The catalyst with highest performance was Ti0,3WIN-450-4.
Thanks to its good characteristics: small particle size around 12 nm, specific surface area around 69.0 m”/g higher than the pure TiO (25.9 mg), band gap energy around 2.87 eV, showing the red shift to visible region (A > 410 nm). The photoactivity of catalysts was evaluated by p-xylene degradation reaction in gas phase. The reaction was conducted in the micro flow system, using a UV light (A = 365 nm) and 36 LED bolds (0.24 W, À = 470 — 510 nm, total capacity is 8.64W) at ambient condition. Initially, each doped catalyst was investigated to find out the optimum calcination duration (from the range | hr, 2 hrs, 3 hrs and 4 hrs), optimum calcination temperature (from 400, 450, 500, 550 °C), then the optimum content of doped component (for W from 0,1% mol, 0,3 % mol and 0,5% mol; for N ratio of TiO2: NH4NOs3 was 1:2, 1:1; 1:0.
The effect of humidity to the photoactivity was also carried out. After that, the co-doped catalysts were synthesized base on the optimum conditions and content of each doped component catalysts. According to the obtained results, the catalyst Ti0,3 W1N-450-4 show greatest performance, reaching the 60 minutes yield of p-xylene conversion of 1.67 Qp-xylene/ catalyst. iV Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Văn Đức LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này được hoàn thành dựa trên các kêt quả nghiên cứu của tôi và các kêt quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bât cứ luận văn cùng câp nào khác.
HCM, ngày 18 tháng 7 nam 2019 Chữ ký Nguyễn Văn Đức Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Văn Đức MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SÌ. -- --- G2 E1 k K1 ng rệt i LOL CAM ON. G1 1 2 2 121112115 111010111 11110101011 111010101 1111010101 11010100 H0 ii TOM TAT LUẬN VĂN.2 t1 21191 91 1121 H1 H1 191 H1 g1 kg Hung TH ngưng ki iii ABSTRACT. E21 12121115 511111 1111011111101 11110101110 1111101011101 1111110 Hrg vi DANH MỤC BANG BIEU .- SG 12121191 58 11 1 91 11 51 3 11 1T kg ng ren ix DANH MỤC CÁC HINH ANH.
-G- G1112 91 1195155 11 119515111 gu re chọ X DANH MỤC CÁC TU VIET TẮTT.á- 6 tk v96 S565 S1 5195 91 91 1 3kg ng se chọ XỈV CHUONG 1 LOI MỞ DAU. -:-EC + E1 SE E51 1 5 1 1111111511111 01 ce | CHƯƠNG2 TONG QUAN.1 Các yếu tô kiểm soát việc thiết kế vật liệu xúc tác QUANG .1 Vùng cam và năng lượng vùng CAM .2 Khả năng vận chuyển các hat mang điện .3 Câu trúc mạng tinh thỂ.5 Tính 6n định hóa hỌC.- G2 E11 93E 91983 k 2E 9 S51 vn se se 4 2.2 Các cơ chế chung của phản ứng xúc tác quang .1 Cấu trúc vật liệu TÌOs.- -c- s11 SH 12 kg ngu 5 2.2 Xúc tác quang TiOa biến tính .4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến xúc tác quang oxi hóa TiO? .------- 5: 10 CHƯƠNG3 PHƯƠNG PHAP THỰC NGHIỆM. 5 6+ s Sex se £seesesxz 13 VỊ Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Văn Đức 3.1 Điều chế xúc tác, hóa chất và dụng cụ thí nghiệm .cc+ct tt ghe 13 3.3 Dụng cụ thí nghiỆm. - - - cS Q1 ng ng vờ 14 3.2 Quy trình điều chế xúc tắc .1 Chuẩn bị dung dịch axit TungsSfiC.2 Điều chế xúc tác TiO? biến tính W bang phương pháp sol-gel.3 Điều chế xúc tác TiO? biến tính N bằng phương pháp sol-gel.4 Điều chế xúc tác TiO? biến tính W và N bằng phương pháp sol-gel .5 Tạo màng xúc tác lên ống thủy tinh Pyrex.
Phương pháp đánh giá các đặc trưng ly - hóa của xúc tác .1 Xác định thành phan pha của xúc tác băng phổ XRD.2 Phương pháp hấp phụ BET xác định bề mặt riêng của xúc tác. Xác định kha năng hap thụ photon (UV-VIS) của xúc tác .4 Hình thái bề mặt xúc tác (SEM, TEM).5 Xác định phố Raman.6 Xác định phổ IR.
