Tổng hợp vật liệu (HO)2BDC@MIL-101(Cr)-NH2 ứng dụng hấp phụ khí CO2 và tách khí CO2/N2. :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẠM VĂN VŨ

TỔNG HỢP VẬT LIỆU (HO)2BDC@MIL￾101(Cr)-NH2 ỨNG DỤNG HẤP PHỤ KHÍ CO2 VÀ

TÁCH KHÍ CO2/N2

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HOÁ HỌC

Mã chuyên ngành: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Võ Thế Kỳ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường

Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 22 tháng 03 năm 2022.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. GS. TS. Lê Văn Tán ........................................ - Chủ tịch Hội đồng

2. PGS. TS. Mai Đình Trị ................................... - Phản biện 1

3. TS. Đỗ Chiếm Tài ........................................... - Phản biện 2

4. TS. Lộ Nhật Trường ........................................ - Ủy viên

5. TS. Cao Xuân Thắng ....................................... - Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ

GS. TS. Lê Văn Tán PGS. TS. Nguyễn Văn Cường

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHẠM VĂN VŨ ..................... MSHV: 19630631

Ngày, tháng, năm sinh: 24/ 03/ 1981 .................. Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá Học Mã chuyên ngành: 8520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Tổng hợp vật liệu (HO)2BDC@MIL-101(Cr)-NH2 ứng dụng hấp phụ khí CO2 và

tách khí CO2/N2.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Tổng hợp vật liệu MIL-101(Cr)-NH2 và (HO)2BDC@MIL-101(Cr)-NH2;

 Phân tích cấu trúc các vật liệu MIL-101(Cr)-NH2 và (HO)2BDC@MIL-101(Cr)-

NH2 bằng các phương pháp phân tích hóa lý: XRD, FT-IR, TGA, hấp phụ N2,

SEM, TEM, CO2-TPD

 Đo hấp phụ khí CO2, N2;

 Tính nhiệt hấp phụ CO2;

 Tính độ chọn lọc CO2/N2.

 Xác định khả năng tái sử dụng vật liệu.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/02/2021

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/12/2021

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Võ Thế Kỳ

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành cảm ơn đến tất cả Quý Thầy cô, bạn bè, các em

sinh siên đã luôn giúp đỡ, chia sẻ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực

hiện luận văn này.

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

 TS. Võ Thế Kỳ là người Thầy, người giảng viên tận tụy đã trực tiếp hướng dẫn

tôi hết sức chu đáo, đã động viên, khuyến khích tôi rất nhiều để hoàn thành luận

văn này.

 Tất cả các Thầy Cô trong Khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công

nghiệp TP HCM đã tạo điều kiện máy móc và cơ sở vật chất tốt nhất cho chúng

tôi tiến hành các phản ứng thực nghiệm. Các Thầy Cô đã nhiệt tình giảng dạy,

truyền đạt nhiều kiến thức mới mẻ, quý báu trong từng buổi học.

 Các anh chị, các bạn lớp Cao học CHHO9B và CHHOPT9B và các em sinh viên

tại phòng thí nghiệm D.14 thuộc Khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học

Công nghiệp TP. HCM đã giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Vật liệu khung hữu cơ-kim loại MIL-101 (Cr) -NH2 đã được pha tạp với axit 2,5-

dihydroxyterephthalic ((HO)2BDC) với các hàm lượng khác nhau để thu được vật

liệu (HO)2BDC@MIL-101(Cr)-NH2, sau đây gọi là (HO)2BDC@CrN. Phân tích

CO2 -TPD chỉ ra rằng sự pha tạp các phân tử (HO)2BDC vào MIL-101(Cr)-NH2 tạo

ra các tâm hấp phụ OH mới bên cạnh các tâm kim loại Cr (III) bất bão hòa và nhóm

NH2. Các tâm OH đã cải thiện sự hấp phụ và tách CO2 trên vật liệu

(HO)2BDC@CrN đã tổng hợp. Dung tích hấp phụ CO2 cao nhất đạt ~ 3,58 mmol/g

thu được trên chất hấp phụ (HO)2BDC@CrN-12, cao hơn ~ 40% so với chất hấp

phụ MIL-101(Cr)-NH2 ban đầu, và cũng vượt qua nhiều vật liệu CO2 khác đã được

báo cáo trước đây, bao gồm than hoạt tính, cacbon pha tạp nitơ, zeolit, ZIF-68,

MOF-5, ZIF-8, UiO -66(Zr) và MIL-100(Cr). Vật liệu có độ chọn lọc CO2/N2 ~ 67

thu được trên vật liệu (HO)2BDC@CrN-12 ở 100 kPa, cao hơn 6 lần so với MIL￾101(Cr) –NH2 tinh khiết. Ngoài ra, hấp phụ (HO)2BDC@CrN thể hiện khả năng tái

sinh tốt sau 6 chu kỳ hấp phụ-giải hấp phụ liên tiếp.

ABSTRACT

The MIL-101(Cr)-NH2 framework was effectively modified by 2,5-

dihydroxyterephthalic acid ((HO)2BDC) guest molecules to obtain (HO)2BDC￾incorporated MIL-101(Cr)-NH2 adsorbent, namely (HO)2BDC@CrN. The CO2-

temperature programmed-desorption (TPD) analysis indicated that the incorporation

of (HO)2BDC into the MIL- 101(Cr)-NH2 framework generated new OH sites

besides unsaturated Cr- metal sites and NH2 sites. The formed OH sites improved

CO2 adsorption and separation on the prepared adsorbent. The highest CO2 uptake

capacity of ~3.58 mmol g1

obtained over the novel (HO)2BDC@CrN adsorbent

was higher 40% than that of the parent MOF, and also surpasses that of other

previously reported adsorbents, including activated carbon, nitrogen-doped hollow

carbon, zeolite, ZIF-68, MOF-5, ZIF-8, UiO-66(Zr), and MIL-100(Cr). The highest

ideal adsorbed solution theory (IAST) CO2/N2 selectivity of ~67 was obtained over

the (HO)2BDC@CrN adsorbent at 100 kPa. The achieved selectivity was six times

greater than that of pure MIL-101(Cr)-NH2. In addition, the synthesized

(HO)2BDC@CrN adsorbent displayed good regenerability after six consecutive

adsorption-desorption cycles.