Slide Tổng hợp các chất xúc tác có chất mang bằng kĩ thuật trao đổi ion

Đại học mỏ địa chất
Mơn học: hóa hữu cơ
PGS.TS : Bùi Thị Lệ Thủy


Tổng hợp các chất xúc tác có chất
mang bằng kĩ thuật trao đổi ion
1, Giới thiệu chung
2, Phương pháp
3, Ví dụ về ứng dụng trao đổi ion


1, Giới thiệu chung


Chất xúc tác có vai trị rất to lớn trong cơng nghiệp hóa học,trong cơng nghệ
lọc hóa dầu. Trong đó phải kể đến vai trị của chất xúc tác trên chất mang



có rất nhiều phương pháp tổng hợp chất xúc tác trên chất mang như:
- Kĩ thuật trao đổi ion
- Kĩ thuật tẩm
- Kĩ thuật phân tán và thẩm ướt
- Kĩ thuật ghép và định vị


1, Giới thiệu chung
- kĩ thuật trao đổi ion


Hệ thống xúc tác này trong thực tiễn địi hỏi chi phí cao,nhưng có tác
dụng rất lớn bởi tính triệt để và xử lí có chọn lựa đối tượng.



Chất mang dùng trong trao đổi ion là vật liệu trơ có nhiều lỗ xốp và ít
hoạt động hóa học. Tùy thuộc vào loại thiết bị phản ứng mà chất xúc tác
trên chất mang có thể có những hình dạng như : cầu, trụ, vẩy, ....


1, Giới thiệu chung
- kĩ thuật trao đổi ion


Nhược điểm: chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên ít được sử dụng
cho các cơng trình lớn và thường sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi
chất lượng xử lý cao.



Ưu điểm của phương pháp là rất triệt để và xử lý có chọn lựa đối tượng.


2, Phương pháp
2.1, Cơ sở của phương pháp
2.2, Vật liệu trao đổi ion.
2.3, Cơ chế trao đổi ion.


2, Phương pháp

2.1, Cơ sở của phương pháp


Cơ sở : Dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn .



Đó là một q trình gồm các phản ứng hố học đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion
trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của
nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng
thế chổ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi.



Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau .


2, Phương pháp
2.1, Cơ sở của phương pháp


Có hai phương pháp :
- trao đổi ion với lớp nhựa động và tái sinh liên tục
- trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh và tái sinh gián đoạn.



Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến.

2, Phương pháp
2.2, Vật liệu trao đổi ion.


Vật liệu  trao đổi ion có thể là loại tự nhiên hay tổng hợp, có
nguồn gốc vơ cơ hay hữu cơ



Chất trao đổi ion ở đây là dạng rắn không tan trong nước và hầu hết tan trong dung
môi hữu cơ
Dạng trao đổi ion

Mạng chất rắn

Ion linh động

Vơ cơ,hữu cơ

Điện tích nhóm
chức
âm

Cationit
Anionit

Vơ cơ,hữu cơ

dương

âm

Lưỡng tính

Vơ cơ,hữu cơ

Âm, dương

Âm,dương

dương


2, Phương pháp
2.2, Vật liệu trao đổi ion.
Phân loại

Loại cationit
Vơ cơ
•

•

tự nhiên (zeolit, kho
áng sét).
tổng hợp(zeolit tổng 
hợp, permutit, silicat 
tỗng hợp).

Loại anionit

Hữu cơ
•
•
•

Tự nhiên (than bùn, lig
in).
than sunfon hóa.
Tổng hợp

Vơ cơ
•

Tự nhiên (dolomite, apat
it,hydroxyl apatit).

•

Tổng hợp
(silicat của kim loại nặng).

Hữu cơ
•

Tổng hợp
(nhựa trao đổi io
n).

2, Phương pháp
2.3, Cơ chế trao đổi ion.
Qúa trình trao đổi ion có thể biểu diễn:
       

R- I+ + M+ X  ↔ R- M+ + I+ X

                     R+ Y + M+ X  ↔  R+ X  + M+ Y
Trong đó: R-I+  là cationit 
R+Y là anionit  
R- , R-+  là mạng chất không tan của chất trao đổi ion
 


2, Phương pháp
2.3, Cơ chế trao đổi ion.
Thứ tự ưu tiên khi trao đổi


Đối với nhựa Cationit acid mạnh(SAC) ,
Fe3+ > Al3+ > Ca2+ >Mg2+ > K+ > H+ > Li+



Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC) 
H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+



Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA) 



Đối với nhựa anionit kiềm yếu (WBA) 


2, Phương pháp
2.3, Cơ chế trao đổi ion.
Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, các tác dụng 
sau đây sẽ diễn ra:


Tác dụng trao đổi : Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngược dấu
khác trong dung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau



Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối trong các dung dịch tăng lớn,
có thể làm cho lớp  khuếch tán bị nén ép lại


2, Phương pháp
2.3, Cơ chế trao đổi ion.
Tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc trên tốc độ của các quá trình thành phần sau:


Khuếch tán của các ion từ trong pha lỏng đến bề mặt của hạt rắn .



Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi .



Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng )



Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn 



Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung


3, Ví dụ về ứng dụng trao đổi ion
- Xúc tác của quá trình FCC


FCC là xúc tác chiếm khối lượng lớn trong tổng xúc tác của nhà máy lọc dầu ,
gần 80% khối lượng xúc tác rắn và hơn 50% giá trị .



Đường kính trung bình hạt xúc tác là từ 60-70 micron,



Phân bố kích thước hạt từ 20-100 micron

Nguyên liệu

sản phẩm trung gian

sản phẩm cuối cùng

Oxit sillic
Oxit nhôm

10-50%

Hydroxyt natri

Zeolit

Clorua đất hiếm

pha hoạt động xúc tác

Sulfat amoni ....

Vật liệu khống sét
Oxit nhơm
Oxit sillic ...

50-90%

Chất nền
pha ổn định cấu trúc và

Chất xúc tác
FCC

có thể có hoạt tính xúc tác
Bạch kim
Đất hiếm
Zeolit ZSM-5

0-10%

Chất phụ trợ

Antimon...

SƠ ĐỒ CÁC HỢP PHẦN CHÍNH CỦA CHẤT XÚC TÁC FCC


3, Ví dụ về ứng dụng trao đổi ion
- Xúc tác của q trình FCC
Chất xúc tác FCC có thể được sản xuất theo hai phương pháp chính


Các zeolit được tổng hợp trước, sau đó mới được phối trộn vào chất
nền



-Zeolit được kết tinh trong pha nền khoáng sét tự nhiên

Silliccat natri

NaOH

Aluminosillicat

Mầm NaY

trộn
Gen Aluminosillicat natri
kết tinh
NaY và nước ót
lọc, rửa với nước
Zeolit NaY
trao đổi NH4

trao đổi RE
Re, NaY

trao đổi NH4

NH4 NaY

NH4 NaY

Na-USY

AFSY

nung ~ 540°c
Re, NaY nung
trao đổi NH4, rửa với nước
Re, NH4 Y
đổ
o
a
tr

RE - USY

iR

ửa v
r
E,

ướ c
n
i
ớ

trao
đổi
NH
xử lí với axit
4, rử
a vớ
trao đổi RE
i nư

ớc
rửa với nước

RE - USY

RE - AFSY

NH4 - USY


3, Ví dụ về ứng dụng trao đổi ion
- Xúc tác của quá trình FCC


Zeolit Y thường được chế ở dạng NaY từ nguồn silic, chủ yếu là
silicat Natri, nguồn nhôm ( Aluminosilicat Natri), và hydroxyt Natri.
Một số chất để khơi mào cho quá trình kết tinh NaY cũng được thêm
vào hỗn hợp gel để tổng hợp zeolit.



Các muối đất hiếm dùng cho trao đổi ion thường được sử dụng
clorua của hai loại quặng tự nhiên là bastnasit và monazit. Các đất
hiếm tự nhiên gồm Xeri, lantan, neodym, paraseodym…


3, Ví dụ về ứng dụng trao đổi ion
- Xúc tác của quá trình FCC
Thành phần của quặng đất hiếm
Đất hiếm

Nomazit (%)

Bastnactic (%)

Xeri

46

50

Lantan

24

33

Neodym

17

12

Paraseodym

6

4

Samari

3

0.5

Gadolini

2

0.2

Khác

2

0.3


 

Các tài liệu tham khảo đã sử dụng


A. Trunschke, Department of Inorganic Chemistry, Fritz-Haber-Institut
der Max-Planck-Gesellschaft. Synthesis of Catalysts ; p.58 – 60



James A. Schwarz. Methods for Preparation of Catalytic Materials ;
p.498-499



/>


http
://www.hoahocngaynay.com/fr/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-hoc-dau-khi/1125-xuc
-tac-cua-qua-trinh-fcc.html

 
 


CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN !