CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
3.2. ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU
Hình 3.3: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu hấp phụ Fe2O3 – MnO2 trên nền cordierit
Từ kết quả phân tích trên đây cho thấy vật liệu hấp phụ Fe2O3 –MnO2 chế tạo được có kích thước từ 80 – 200 nm. Trong quá trình chế tạo vật liệu hấp phụ, phương pháp trên đây cho phép nhận được vật liệu có kích thước hạt nhỏ. Do việc đưa hạt nano lên chất mang hạn chế lượng chất hấp phụ sử dụng nên hạn chế dung lượng hấp phụ. Trong đề tài định hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Fe2O3 –MnO2 dạng compozit để dễ dàng hấp phụ và ứng dụng vào thực tế.
3.2.2. Diện tích bề mặt riêng BET
Hình 3.4: Đồ thị đường thẳng BET của vật liệu hấp phụ Fe2O3 –MnO2
được điều chế
Phương pháp nghiên cứu vật liệu bằng phương pháp BET ta đã xác định được diện tích bề mặt riêng của vật liệu Fe2O3 –MnO2. Dựa vào phương trình BET xây dựng đường sự phụ thuộc với khoảng thí nghiệm P/Ps từ 0,05 đến 0,35. Kết quả diện tích bề mặt riêng BET của mẫu vật liệu được xác định ∼ 2.5433 m2/g.
Đồ thị có dạng như trên, ta có: OA = b = 0,0373 và Tg α = a = 1,7489 Từ đồ thị ta tính được:
Độ hấp phụ đơn lớp am theo công thức
56 , 7489 0 , 1 0373 , 0
1
1 =
= +
= +
tga am OA
mmol/g 3.3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ HCl CỦA VẬT LIỆU
3.3.1. Khảo sát chế độ nhiệt độ của hệ tới khả năng hấp phụ khí HCl của vật liệu Fe O – MnO
So với các hợp chất kim loại kiềm, kiềm thổ khả năng hấp phụ của các hợp chất trên cơ sở kim loại màu, kim loại đen như oxit sắt, oxit mangan nhỏ hẹp hơn. Các oxit này đã được nghiên cứu, sử dụng làm chất hấp phụ các hợp chất halogen, H2S, NO2, SO2, As, Hg.... trong khoảng nhiệt độ dưới 400oC. Để đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống, trước tiên đề tài tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng hấp phụ HCl của vật liệu. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện sau: khối lượng vật liệu là 10 g; lưu lượng dòng khí là 90 ml/s; nhiệt độ trong suốt quá trình hấp phụ được thay đổi ở các mức 80, 100, 120, 150, 200, 250, 300 oC.
Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng hấp phụ HCl của vật liệu Fe2O3 – MnO2 được trình bày trong Bảng 3.1 và trên Hình 3.3.
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng hấp phụ HCl
Nhiệt độ
(0C) 80 100 120 150 200 250 300
a (mmol/g) 0,1 0,45 0,56 0,61 0,63 0,67 0,63
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của khả năng hấp phụ HCl vào nhiệt độ của vật liệu được điều chế
Ta đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng hấp phụ HCl của vật liệu từ 80 oC – 300 oC. Ở nhiệt độ 80 oC khả năng hấp phụ HCl của vật liệu là khá thấp 0,1 mmol/g vật liệu. Khi tăng nhiệt độ lên 100 oC khả năng hấp phụ của vật liệu tăng lên 0,45 mmol/g. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ HCl của vật liệu tăng. Tuy nhiên sự chênh lệch về dung lượng hấp phụ HCl giữa các mốc nhiệt độ 100, 120, 150, 200, 250, 300 oC của vật liệu là không cao. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong quá trình hoạt động của hệ thống. Với mục đích tiết kiệm điện năng mà vẫn đảm bảo hiệu suất xử lý HCl đề tài lựa chọn khoảng nhiệt độ 100 – 120 oC để duy trì hoạt động của hệ thống xử lý.
3.3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý HCl của vật liệu Fe2O3 – MnO2
Nhằm xác định được độ hấp phụ cực đại khí HCl của Fe2O3 – MnO2 ta đã tiến hành đánh giá hiệu quả xử lý HCl của vật liệu. Fe2O3 – MnO2. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện sau: khối lượng vật liệu là 10 g; lưu lượng dòng khí là 90 ml/s; nhiệt độ trong suốt quá trình hấp phụ được giữ không đổi ở 120°C.
Hình 3.6: Hiệu suất hấp phụ khí HCl của vật liệu Fe2O3 – MnO2
Kết quả nghiên cứu trên hình 3.4 cho thấy, ban đầu hàm lượng khí HCl thấp nhưng hiệu suất hấp phụ không cao khoảng 16%, điều này có thể do lúc này hệ mới đi vào hoạt động nên khả năng hấp phụ của vật liệu còn chưa ổn định. Khả năng hấp phụ hàm lượng HCl của vật liệu tăng từ 0,1 đến 0,2 mmol/g vật liệu, hiệu suất loại bỏ HCl tăng từ 16% đến 75%, cho thấy hiệu quả xử lý khí HCl tăng cao và tăng đều do lúc này hệ đã hoạt động được khoảng thời gian nhất định để quá trình hấp phụ khí HCl diễn ra ổn định và hấp phụ hiệu quả. Khi hàm lượng HCl trên vật liệu cao hơn từ 0,2 cho đến 0,56 mmol/g vật liệu thì hiệu suất loại bỏ HCl có tăng mạnh từ 75% đến 90%, kết quả thu được có sự tăng giảm nhẹ qua mỗi lần đo. Hàm lượng HCl từ 0.56 đến 0,67 mmol/g vật liệu hiệu suất loại bỏ HCl dần giảm mạnh cho đến 0%, điều này do các lỗ xốp trên bề mặt vật liệu đã dần bị lấp đầy bởi khí HCl đẫn đến vật liệu dần không thể hấp phụ được khí HCl nữa đồng nghĩa với việc hiệu suất loại bỏ khí giảm dần đến 0%.
Độ hấp phụ khí HCl của vật liệu đạt cực đại = 0,56 mmol/g, đồng thời hiệu suất tối đa loại bỏ HCl tại đó = 90%.