Đồ Án Nghiên cứu phương pháp cung cấp nhiên liệu hydro dựa vào phản ứng oxyhoa khử Fe2O3/ Fe

Đề tài: Nghiên cứu phương pháp cung cấp nhiên liệu hydro dựa vào phản ứng oxyhoa khử Fe2O3/ Fe


ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong vài thập kỷ gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ các ngành công nghiệp mới đã phát hiện ra nhiều tính năng ưu việt của oxyt sắt. Sắt oxyt được xếp vào nhóm các vật liệu có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ hóa học, sinh học, điện tử . đặc biệt trong công nghệ hóa học, sắt oxyt có kích thước hạt nanomet là vật liệu xúc tác có hoạt tính cao trong phản ứng oxy hóa - khử, phản ứng Fisher-Tropsch, phản ứng tạo nhiên liệu sạch .
Khi các nguồn năng lượng truyền thống có nhiều hạn chế như ảnh hưởng đến môi trường thì việc tìm ra một nguồn năng lượng mới sạch hơn để thay thế đang trở thành một vấn đề cần quan tâm. Gần đây, ngoài việc sử dụng các nhiên liệu sạch như khí tự nhiên, hydro, metan, etanol, amoniac đã và đang được nghiên cứu và áp dụng trong đó hydro được xem là nguồn nhiên liệu xanh và sạch nhất cho tương lai. Để có thể sử dụng hydro làm nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho nhiên liệu truyền thống đòi hỏi rất nhiều nỗ lực nghiên cứu giải quyết các yêu cầu kỹ thuật và một trong những kỹ thuật then chốt đó là công nghệ tồn chứa hydro trong các phương tiện vận chuyển. Vì hydro là khí rất dễ gây cháy nổ nên vấn đề quan trọng cần quan tâm là phải đảm bảo tuyệt đối an toàn khi tích trữ hydro. Do đó, việc nghiên cứu đưa ra phương pháp tích trữ hydro sao cho vừa hiệu quả, an toàn, kinh tế vừa thuận tiện và thân thiện với môi trường đã và đang là vấn đề được rất nhiều quốc gia phát triển trên thế giới tập trung nghiên cứu.
Xuất phát từ các yêu cầu cấp bách trên, bản đồ án này nghiên cứu phương pháp cung cấp nhiên liệu hydro an toàn và hiệu quả dựa vào phản ứng oxyhoa khử Fe2O3/ Fe theo hai phương trình:
Phản ứng khử sắt oxyt tích trữ H2 : Fe2O3 +3H2 → 2Fe + 3H2O
Phản ứng oxyhoa sắt tạo H2 : 3Fe + 4H2O → Fe3O4 +4H2
Để đảm bảo hiệu suất và hoạt tính của sắt oxyt sau các chu kỳ oxy hóa-khử, chúng tôi mong muốn tổng hợp được vật liệu sắt oxyt có kích thước hạt nanomet, hoạt tính cao và ổn định đối với quá trình tạo nhiên liệu hydro, nhằm tăng vận tốc phản ứng và tăng tính bền nhiệt , bền cơ của vật liệu. Mục đích của đồ án này là tìm ra phương pháp phù hợp để tổng hợp mẫu oxyt sắt có hoạt tính trong quá trình oxy hoá khử sắt oxyt để giải phóng hydro.

MỤC LỤC
Trang

Lời cảm ơn .1
Mục lục 2
Danh mục các kí hiệu và viết tắt 4
Danh mục các hình .5
Danh mục các bảng 6
Đặt vấn đề .7

PHẦN 1 : TỔNG QUAN
CHƯƠNG1: PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ OXIT SẮT GIẢI PHÓNG H2
1.1. Ứng dụng của hydro 8
1.2. Phương pháp giải phóng H2 từ phản ứng oxy hoá khử của oxyt sắt 9
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OXYT SẮT
2.1. Oxyt sắt và các dạng hợp chất của sắt 13
2.1.1. Sắt và các dạng oxit sắt 14
2.1.2. Các dạng FeOOH .17

2.2 Nhiệt động học phản ứng oxy hóa khử oxit sắt .18
2.2.1 Nhiệt động học phản ứng khử oxit sắt bằng H2 18
2.2.2 Nhiệt động học phản ứng oxy hóa Fe bằng hơi nước .20

PHẦN 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ ĐẶC TRƯNG HÓA LÝ
CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
1. Hóa chất sử dụng 21
2. Các phương pháp thực nghiệm .21
2.1 Phương pháp kết tủa .21
2.1.1 Bản chất phương pháp 21
2.1.2. Tiến hành thí nghiệm 21
2.2. Phương pháp sol–gel 23
2.2.1 Khái niệm về sol 24
2.2.2 Khái niệm về gel 24
2.2.3. Ưu nhược điểm của phương pháp 25
2.2.4. Tiến hành thí nghiệm .25
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐẶC TRƯNG HÓA LÝ
2.1. Phương pháp phân tích nhiệt (Thermal Analysis_ TA) 28
2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X ( X-Ray Diffraction XRD) 30
2.3. Khử theo chương trình nhiệt độ (TPR) .32
2.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) .33

PHẦN 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
I Đánh giá đặc trưng mẫu sau quá trình tổng hợp .34
1. Kết quả phân tích nhiệt 34
1.1 Phương pháp sol – gel 34
1.2 Phương pháp đồng kết tủa .35
2. Phổ XRD của mẫu trước phản ứng oxy hóa khử 36
2.1 XRD mẫu sol – gel .36
3. SEM của mẫu trước phản ứng oxy hóa khử .38
3.1 SEM mẫu sol – gel .38
3.2 SEM mẫu đồng kết tủa .40
II Giải phóng H2 trong phản ứng oxy hóa khử oxit sắt 41
1. TPO mẫu sol – gel 41
2. TPO mẫu đồng kết tủa 42
III Đánh giá đặc trưng mẫu sau phản ứng oxy hóa khử .42
1. XRD của mẫu sau phản ứng oxy hóa khử 43
1.1 XRD mẫu sol – gel .43
1.2 XRD mẫu đồng kết tủa .45
2. SEM của mẫu sau phản ứng oxy hóa khử 46
2.1 SEM mẫu sol – gel 46
2.2 SEM mẫu đồng kết tủa .48
KẾT LUẬN 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO .51

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Fe2O3 –kt Sắt oxyt tổng hợp theo phương pháp kết tủa
Fe2O3 – sol Sắt oxyt tổng hợp theo phương pháp sol –gel
M Khối lượng phân tử ,g/mol
d Khối lượng riêng ,g/cm3
tnc Nhiệt độ nóng chảy, oC