Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Xúc Tác Lưỡng Kim Loại Pd Cho Quá Trình Hydrodeclo Hóa Tetracloetylen

• Tác giả: Chu Thị Hải Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hồng Liên
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Xúc Tác Lưỡng Kim Loại Pd Trong Quá Trình Hydrodeclo Hóa Tetracloetylen
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT COC, CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH HDC
• 1.1. Hợp chất clo hữu cơ
• 1.2. Khái niệm chung
• 1.3. Mức độ tiêu thụ các hợp chất clo hữu cơ
• 1.4. Phát thải và tác hại của hợp chất clo hữu cơ đối với môi trường và con người
• 1.5. Hợp chất tetracloetylen
• 1.6. Các phương pháp xử lý hợp chất clo hữu cơ
• 1.6.1. Phương pháp oxy hóa
• 1.6.2. Phương pháp sinh học
• 1.6.3. Phương pháp khử
• 1.6.4. Phương pháp oxy hóa khử kết hợp
• 1.6.5. Phương pháp phân hủy bằng natri naphtalit
• 1.6.6. Phương pháp phân hủy bằng natri trong môi trường amin
• 1.6.7. Các phương pháp xử lý COC khác
• 1.7. Quá trình hydrodeclo hóa
• 1.8. Xúc tác cho quá trình HDC
• 1.9. Cơ chế phản ứng HDC
• 1.10. Hiện tượng mất hoạt tính xúc tác. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình HDC
• 1.11. Hướng nghiên cứu của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP XÚC TÁC, ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG HÓA LÝ VÀ THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH XÚC TÁC
• 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.2. Thực nghiệm nghiên cứu đặc trưng và cấu trúc xúc tác
• 2.2.1. Xác định cấu trúc pha tinh thể
• 2.2.2. Xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố mao quản
• 2.2.3. Xác định độ phân tán kim loại trên chất mang
• 2.2.4. Xác định liên kết của các nhóm chức trong chất mang và xúc tác
• 2.2.5. Xác định trạng thái khử hóa của oxit kim loại
• 2.2.6. Hình thái bề mặt của chất mang và xúc tác
• 2.2.7. Xác định thành phần oxit kim loại bằng phổ tán sắc năng lượng tia X
• 2.2.8. Kính hiển vi điện tử quét SEM
• 2.2.9. Xác định hàm lượng kim loại trong xúc tác bằng phương pháp ICP-MS
• 2.3. Nghiên cứu xác định hoạt tính xúc tác
• 3. CHƯƠNG 3: THẢO LUẬN VỀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG CHẾ TẠO XÚC TÁC MỘT CẤU TỬ, HAI CẤU TỬ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH HDC TTCE
• 3.1. Nghiên cứu chế tạo xúc tác một cấu tử
• 3.1.1. Cấu trúc pha tinh thể
• 3.1.2. Phân bố kim loại hoạt động trên chất mang
• 3.1.3. Trạng thái oxi hóa khử
• 3.1.4. Hoạt tính xúc tác một cấu tử cho quá trình HDC TTCE
• 3.2. Nghiên cứu chế tạo xúc tác hai cấu tử trên cơ sở Pd
• 3.2.1. Ảnh hưởng của cấu tử thứ hai đến độ phân tán Pd
• 3.2.2. Ảnh hưởng của cấu tử thứ hai đến khả năng khử của các oxit kim loại về kim loại hoạt động
• 3.2.3. Ảnh hưởng của cấu tử thứ hai đến hoạt tính xúc tác cho quá trình HDC
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chất mang đến hoạt tính xúc tác hai cấu tử (Pd-Cu)
• 3.3.1. Ảnh hưởng của chất mang đến độ phân tán Pd
• 3.3.2. Sự phân bố các oxyt kim loại trên chất mang
• 3.3.3. Diện tích bề mặt riêng và phân bố mao quản của chất mang và xúc tác
• 3.3.4. Ảnh hưởng của chất mang đến hoạt tính xúc tác hai cấu tử Pd-Cu
• 3.4. Nghiên cứu xử lý chất mang C* bằng HNO3
• 3.4.1. Ảnh hưởng đến độ phân tán kim loại trên chất mang
• 3.4.2. Ảnh hưởng đến diện tích bề mặt riêng của chất mang và xúc tác
• 3.4.3. Ảnh hưởng đến nhiệt độ khử của các oxit kim loại
• 3.4.4. Ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác cho quá trình HDC TTCE
• 3.5. Nghiên cứu xác định tỷ lệ mol Pd:Cu
• 3.6. Nghiên cứu xác định hàm lượng kim loại trong xúc tác
• 3.7. Nghiên cứu xác định hàm lượng Cu trong xúc tác Pd-Cu/C*
• 3.8. Nghiên cứu xác định điều kiện hoạt hóa xúc tác
• 3.8.1. Ảnh hưởng của điều kiện hoạt hóa xúc tác đến độ phân tán Pd
• 3.8.2. Ảnh hưởng của điều kiện hoạt hóa đến hoạt tính xúc tác
• 3.9. Nghiên cứu xác định điều kiện phản ứng HDC TTCE
• 3.9.1. Ảnh hưởng của nồng độ dòng H2 tới phản ứng HDC TTCE
• 3.9.2. Ảnh hưởng của tốc độ thể tích H2 tới phản ứng HDC TTCE
• 3.9.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng HDC TTCE
• 3.10. Nghiên cứu khả năng duy trì hoạt tính của xúc tác Pd-Cu/C*
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Xúc tác lưỡng kim loại

Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển xúc tác lưỡng kim loại trên cơ sở Pd để tối ưu hóa quá trình hydrodeclo hóa tetracloetylen (TTCE). Xúc tác lưỡng kim loại được thiết kế để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí so với xúc tác đơn kim loại. Pd được chọn làm kim loại chính do khả năng xúc tác mạnh mẽ, trong khi kim loại thứ hai được thêm vào để tăng độ bền và giảm ngộ độc xúc tác bởi HCl. Các kết quả thí nghiệm cho thấy sự kết hợp giữa Pd và kim loại thứ hai (như Cu) giúp tăng cường hoạt tính xúc tác và kéo dài tuổi thọ của xúc tác.

1.1. Cơ chế phản ứng

Cơ chế của quá trình hydrodeclo hóa TTCE trên xúc tác Pd liên quan đến việc tách nguyên tử clo khỏi phân tử TTCE và thay thế bằng hydro. Sự có mặt của kim loại thứ hai (như Cu) giúp ổn định xúc tác Pd và ngăn chặn sự ngộ độc bởi HCl. Các nghiên cứu sử dụng kỹ thuật TPR-H2 và TEM đã xác nhận sự phân bố đồng đều của Pd và kim loại thứ hai trên chất mang, góp phần tăng hiệu suất phản ứng.

1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Pd Cu

Tỷ lệ mol giữa Pd và Cu có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính xúc tác. Các thí nghiệm cho thấy tỷ lệ mol tối ưu là 1:1, giúp đạt được độ chuyển hóa TTCE cao nhất. Sự cân bằng giữa hai kim loại này cũng giúp duy trì độ bền của xúc tác trong thời gian dài. Kết quả phân tích XRD và EDX cho thấy sự phân bố đồng đều của Pd và Cu trên chất mang, góp phần tăng hiệu suất phản ứng.

II. Quá trình hydrodeclo hóa tetracloetylen

Quá trình hydrodeclo hóa TTCE là một phương pháp hiệu quả để xử lý các hợp chất clo hữu cơ độc hại. Quá trình này sử dụng xúc tác Pd để tách clo khỏi TTCE và thay thế bằng hydro, tạo ra các sản phẩm hữu ích như HCl và hydrocacbon. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng, bao gồm nhiệt độ, áp suất và nồng độ hydro, để đạt được độ chuyển hóa cao nhất.

2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất quá trình hydrodeclo hóa. Các thí nghiệm cho thấy nhiệt độ tối ưu là 250°C, giúp đạt được độ chuyển hóa TTCE cao nhất. Nhiệt độ cao hơn có thể dẫn đến sự phân hủy không mong muốn của các sản phẩm trung gian, trong khi nhiệt độ thấp hơn làm giảm tốc độ phản ứng.

2.2. Ảnh hưởng của nồng độ hydro

Nồng độ hydro trong phản ứng cũng là yếu tố quan trọng. Nồng độ hydro cao hơn giúp tăng tốc độ phản ứng và độ chuyển hóa TTCE. Tuy nhiên, nồng độ quá cao có thể dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn. Các thí nghiệm cho thấy nồng độ hydro tối ưu là 10% thể tích, giúp đạt được hiệu suất phản ứng cao nhất.

III. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc xử lý các hợp chất clo hữu cơ độc hại như TTCE. Xúc tác lưỡng kim loại trên cơ sở Pd không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra các sản phẩm hữu ích có thể tái sử dụng trong các quá trình công nghiệp khác. Các kết quả nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển mới trong việc thiết kế các loại xúc tác hiệu quả và bền vững hơn.

3.1. Xử lý chất thải công nghiệp

Quá trình hydrodeclo hóa TTCE có thể được áp dụng để xử lý chất thải công nghiệp chứa các hợp chất clo hữu cơ. Phương pháp này giúp loại bỏ các chất độc hại trước khi thải ra môi trường, đồng thời tạo ra các sản phẩm hữu ích như HCl và hydrocacbon. Điều này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại lợi ích kinh tế.

3.2. Tái sử dụng sản phẩm

Các sản phẩm từ quá trình hydrodeclo hóa TTCE, như HCl và hydrocacbon, có thể được tái sử dụng trong các quá trình công nghiệp khác. Ví dụ, HCl có thể được sử dụng trong sản xuất axit clohydric, trong khi hydrocacbon có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp hóa học khác.