Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mao quản Al – MCM 41 từ bentonite Di Linh để hấp phụ dibenzothiophen

Nghiên cứu tiến hành tổng hợp vật liệu Al-MCM-41 từ nguồn khoáng bentonite sẵn có ở Việt Nam. Sử dụng các phương pháp phân tích thành phần hóa học, cấu trúc, khoảng cách cơ bản, diện tích bề mặt của vật liệu bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như: EDX, XRD, BET, TEM, SEM và XPS. Sử dụng vật liệu Al-MCM-41 cho quá trình hấp phụ các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mao quản Al – MCM 41 từ bentonite Di Linh để hấp phụ dibenzothiophen NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU MAO QUẢN Al – MCM 41 TỪ BENTONITE DI LINH ĐỂ HẤP PHỤ DIBENZOTHIOPHEN Trần Thị Hoa1*, Đàm Thị Thanh Hương1, Nguyễn Thị Kim Dung1, Phạm Văn Huấn2 1 Khoa Công nghệ Hóa học và Môi trường, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì 2 Công ty cổ phần Màu Xanh Việt – Khu CN Khắc Niệm, TP. Bắc Ninh, Bắc Ninh * Email: hoachc@gmail.com Tóm tắt Nghiên cứu tiến hành tổng hợp vật liệu Al-MCM-41 từ nguồn khoáng bentonite sẵn có ở Việt Nam. Sử dụng các phương pháp phân tích thành phần hóa học, cấu trúc, khoảng cách cơ bản, diện tích bề mặt của vật liệu bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như: EDX, XRD, BET, TEM, SEM và XPS. Sử dụng vật liệu Al-MCM-41 cho quá trình hấp phụ các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu. Khảo sát trên mẫu nhiên liệu “mô hình” chứa dibenzothiophene (DBT), sử dụng phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) để xác định nồng độ của DBT trong nhiên liệu trước và sau quá trình hấp phụ. Kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ của vật liệu đạt 70,1%. Từ khóa: Vật liệu mao quản Al-MCM-41, khoáng sét bentonite, hấp phụ dibenzothiophene STUDY ON SYNTHESIS OF MESOPOROUS MATERIAL AL – MCM 41 FROM DI LINH BENTONITE FOR DIBENZOTHIOPHENE ADSORPTION Abstract Mesoporous Al-MCM-41 were synthesized successfully by combining the sol-gel method and hydrothermal treatment from the available Bentonite mineral source in Vietnam. The synthesized materials were well characterized by EDX, XRD, BET, TEM, SEM and XPS. Using Al-MCM-41 material for the adsorption of sulfur-containing organic compounds in fuel. Survey on a 'model' fuel sample containing dibenzothiophene (DBT) and use ultraviolet-visible absorption spectroscopy (UV-Vis) to determine the concentration of DBT in the fuel before and after the adsorption process. The results showed that the adsorption efficiency of the material reached 70.1%. Keywords: Mesoporous Al-MCM-41, bentonite mineral, dibenzothiophene adsorption 1. GIỚI THIỆU Vật liệu mao quản trung bình MCM-41 có mao quản hình lục lăng, trật tự, đường kính từ 2 - 10nm, diện tích bề mặt từ 600 - 1000m2/g [1], có các vi mao quản trong cấu trúc và được ứng dụng làm chất hấp phụ [2], xúc tác [1], tách [2] và năng lượng [3]. Các nguồn silicat truyền thống được sử dụng để tổng hợp vật liệu MCM-41 bao gồm natri 141 silicat, nguồn organosilicate như tetramethylorthosilicate (TMOS) hoặc tetraetylorthosilicate (TEOS), thủy tinh hữu cơ [4]. Tuy nhiên, nhược điểm của những tiền chất này là độc hại, chi phí của nguyên vật liệu cao và MCM-41 tổng hợp từ tiền chất này tính axit và tính oxi hóa thấp [9] nên khả năng ứng dụng không cao. Hạn chế này có thể được giải quyết bằng cách kết hợp Al vào cấu trúc vật liệu MCM-41 để hình thành các tâm axit Bronsted để nâng cao khả năng hấp phụ của vật liệu MCM-41 [5]. Hơn nữa, sử dụng nguồn silica tự nhiên để tạo vật liệu thân thiện với môi trường thay cho các nguyên liệu đắt tiền trong tổng hợp MCM-41. Vì vậy, cần tìm kiếm các nguyên liệu rẻ hơn để chế tạo vật liệu Al-MCM-41. Một số vật liệu như tro bay [6], quặng sắt, sepiolite và bentonite [7],… đã được nghiên cứu để tổng hợp các vật liệu Al-MCM-41. Bởi vì, việc tổng hợp chất hấp phụ Al-MCM-41 sẽ tận dụng nguồn khoáng sét tự nhiên để hấp phụ các hợp chất chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Các loại hóa chất: Bentonite Di Linh; acetonitrile (CH3CN); cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), dibenzothiophene 99% (Aldrich), acetic acid, hydroperoxide 30% và NaOH (Trung Quốc). 2.2. Quy trình điều chế 2.2.1. Quy trình tinh chế bentonite Lấy 50 gam bentonite thô cho vào trong 2 lít nước cất. Sử dụng cánh khuấy, khuấy liên tục trong 24 giờ, sau đó để lắng hỗn hợp trong 2 ngày, gạn lấy phần giữa (dịch đất sét) của hỗn hợp đã được để lắng. Phần dịch đất sét được lọc và sấy khô ở 100oC thu được bentonite tinh. 2.2.2. Quy trình tách silica-aluminun Trộn bentonite với NaOH; tỷ lệ khối lượng của bentonite và NaOH là 1: 1,2. Nung hỗn hợp ở 600oC trong 4 giờ và để khối nung chảy nguội qua đêm ở nhiệt độ phòng. Sau khi khối bentonite đã nung được trộn với nước theo tỷ lệ khối lượng 1: 4 và khuấy 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau khi khuấy xong hỗn hợp được ly tâm để lấy phần lỏng (tiền chất silicat) để tổng hợp vật liệu Al-MCM-41. 2.2.3. Quy trình tổng hợp vật liệu Al-MCM-41 Hòa tan 1.2 gam CTAB vào 25 mL nước, 42 ml huyền phù bentonite cho vào cốc thủy tinh, khuấy hỗn hợp trên trong thời gian 4h ở nhiệt độ phòng, điều chỉnh pH =10 bằng axit axetic. Sau đó cho hỗn hợp vừa khuấy xong vào bình teflon, quá trình làm già diễn ra ở 100oC trong 24h. Lọc mẫu, rửa sạch mẫu nhiều lần bằng nước cất để loại bỏ chất hoạt động bề mặt, sấy khô mẫu ở nhiệt độ 100oC và để nguội qua đêm. Nghiền mẫu đã sấy khô rồi nung mẫu ở 600oC trong 6h với tốc độ 2oC/phút. 142 Trong quá trình tổng hợp vật liệu chúng tôi lần lượt khảo sát các yếu tố: tỷ lệ mol CTAB/(Si+Al), nồng độ pH, thời gian già hóa mẫu, nhiệt độ già hóa và nhiệt độ nung. Tiến hành khảo sát tỷ lệ mol CTAB/(Si+Al) bằng cách cố định 25ml CTAB và thay đổi số ml mẫu (Si+Al) lần lượt 37, 42, 47 ml dung dịch silica-nhôm, tương ứng với tỷ lệ mol lần lượt CTAB/(Si+Al)= 0.67, 0.59 ,0.53. Tiến hành khảo sát pH lần lượt bằng 5, 7 và 10. Tiến hành khảo sát thời gian già hóa mẫu trong bình teflon ở 100oC lần lượt là 12, 24, 36h. Tiến hành khảo sát nhiệt độ nung ở 550oC, 600oC, 650oC. 2.3. Các phương pháp đặc trưng Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) đo trên máy HUT- PCM D8 Advance (Đức). Ảnh hiển vi điện tử quét (SE ...