Nghiên cứu chế tạo xúc tác và chất hấp phụ nhằm xử lý khí thải của quá trình sản xuất thuốc tuyển quặng

Bộ Công THƯƠNG
Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam
2 Phạm Ngũ Lão, Hà nội










Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:
Nghiờn cu ch to xỳc tỏc v ch

t h

p ph
nhm x lý khớ thi ca quỏ trỡnh
sn xut thuc tuyn qung


TS. Vũ Thị Thu Hà

7639
01/02/2010


Hà Nội, 12-2009

Bộ Công thơng
Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam
2 Phạm Ngũ Lão, Hà nội








Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:
Nghiờn cu ch to xỳc tỏc v ch

t h

p ph
nhm x lý khớ thi ca quỏ trỡnh
sn xut thuc tuyn qung

TS. Vũ Thị Thu Hà











Hà Nội, 12-2009


Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài cấp Bộ, HĐ số 141.09-
RD/HĐ-KHCN
Danh sách những ngời thực hiện


STT

H v tờn Hc
hm,
hc v
C quan cụng tỏc
1 Vũ Thị Thu Hà TS Viện Hoá học công nghiệp Việt Nam
2 Bựi ng Hc ThS
Viện Hoá học công nghiệp Việt Nam

3 Phạm Thế Trinh PGS.TS Viện Hoá học công nghiệp Việt Nam
4 Đỗ Mạnh Hùng KS Viện Hoá học công nghiệp Việt Nam
5
Thanh Hi
NCS Viện Hoá học công nghiệp Việt Nam
6
Nguyễn Thị Thu
Trang
ThS
Viện Hoá học công nghiệp Việt Nam
7
Nguyễn Thị Phơng
Hòa
KS
Viện Hoá học công nghiệp Việt Nam

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
PHẦN 1. TỔNG QUAN 2
I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI 2
I.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI Ô NHIỄM NÓI CHUNG 2
I.2. XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 3
I.2.1. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ 3
I.2.2. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ 3
I.2.3. Xử lý bằng phương pháp xúc tác 4
I.3. VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH 6
I.3.1. Giới thiệu một số vật liệu mao quản trung bình 7
I.3.2. Cơ chế hình thành cấu trúc mao quản trung bình có trật tự 11
I.3.3. Sự hình thành các cấu trúc MQTB khác nhau 12

I.3.4. Khống chế kích thước mao quản 13
I.3.5. Quá trình tổng hợp vật liệu mao quản trung bình có trật tự 14
I.3.6. Ứng dụng của vật liệu mao quản trung bình 18
II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 20
II.1. XỬ LÝ KHÍ THẢI CÔNG NGHIỆP 20
II.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH 21
II.2.1. Oxit nhôm hoạt tính 21
II.2.2. Vật liệu mao quản trung bình có trật tự 22
PHẦN II. THỰC NGHIỆM 23
I. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 23
II. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, QUI TRÌNH 23
II.1. Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị và dụng cụ 23
II.2. Qui trình tổng hợp chất mang 25
II.2.1. Tổng hợp oxit nhôm hoạt tính 25
II.2.2. Tổng hợp chất mang mao quản trung bình có trật tự 25
II.2.3. Tổng hợp các chất mang khác 27
II.3. Điều chế xúc tác kim loại hoạt tính/chất mang 27
II.4. Đặc trưng tính chất của chất mang và xúc tác 27
II.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 27
II.4.2. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N
2
27
II.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (TG/DTA) 27
II.4.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 28
II.5. Đánh giá hoạt tính vật liệu hấp phụ và xúc tác 28
II.6. Xử lý số liệu và tính toán kết quả 29
PHẦN III. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 30
I. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC TUYỂN QUẶNG 30
II. THÀNH PHẦN KHÍ THẢI TỪ DÂY CHUYỀN OXY HÓA N-
PARAFIN

33
III. TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA CHẤT HẤP
PHỤ-XÚC TÁC
35
III.1. Tổng hợp và đặc trưng tính chất của chất hấp phụ (chất mang) 35
III.1.1.
γ
-Al
2
O
3

35
III.1.2. Chất mang mao quản trung bình SBA-15, MCM-41, Al-MCM-41 38
III.1.3. Chất mang VH01, VH02 và VH03 48
III.2. Tổng hợp và đặc trưng tính chất của xúc tác 50
IV. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH CỦA XÚC TÁC 53
IV.1. Đánh giá sơ bộ hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxy hóa một số
hợp chất đại diện
53
IV.2. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác Me/VH01 54
IV.3. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác Me/VH02 60
IV.4. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác Me/VH03 63
IV.5. Xử lý khí thải của dây chuyền sản xuất thuốc tuyển quặng 64
IV.6. Đề xuất phương án triển khai xử lý khí thải cho dây chuyền sản
xuất thuốc tuyển quặng
67
IV.7. Tính toán sơ bộ chi phí đầu tư hệ thống xử lý khí thải 68
PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC


BÀI TÓM TẮT

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tạo ra công nghệ sản xuất các vật liệu hấp
phụ - xúc tác có hoạt tính cao, giá thành hạ để xử lý khí thải cho dây chuyền sản
xuất thuốc tuyển quặng của Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam.
Để đạt mục tiêu này, trước tiên, thành phần và tính chất của khí thải từ dây
chuyền sản xuất thuốc tuyển đã được xác định nhằ
m làm cơ sở để lựa chọn loại xúc
tác. Kết quả cho thấy sau khi xử lý bằng phương pháp hấp thụ bằng NaOH, hàm
lượng VOCs trong khí thải (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) vẫn cao (khoảng 3000
ppm). Vì vậy, cần phải có một xúc tác có hoạt tính cao để có thể xử lý triệt để các
chất ô nhiễm này.
Đề tài đã lựa chọn một số chất hấp phụ - xúc tác trên cơ sở kim lo
ại chuyển
tiếp mang trên các chất hấp phụ (chất mang) có cấu trúc và tính chất khác nhau để
nghiên cứu quá trình oxy hóa hoàn toàn trên nguyên liệu đại diện. Các chất hấp phụ
và xúc tác được tổng hợp và nghiên cứu tính một cách có hệ thống chất bằng các
phương pháp hóa lý hiện đại.
Kết quả thử hoạt tính cho thấy các chất xúc tác kim loại chuyển tiếp trên các
chất mang VH01, VH02 và VH03 (tên của các chất và pha hoạt tính sẽ được công
bố sau khi đề nghị
cấp bằng sáng chế được chấp nhận) cho hoạt tính cao mà phương
pháp điều chế lại đơn giản. Xúc tác Me/VH01 có hoạt tính cao hơn các xúc tác
Me/VH02 và Me/VH03 trong một số trường hợp (chất phản ứng là m-xylen và
etanol) nhưng lại có hoạt tính thấp hơn các chất hấp phụ - xúc tác Me/VH02,
Me/VH03 trong một số trường hợp khác (ví dụ là n-hexan). Xúc tác Me/VH01 có
hoạt tính đạt cực đại trong thời gian ngắn nhưng lại kém bền hơn hai chất h

ấp phụ -
xúc tác còn lại. Chính vì thế, chất hấp phụ - xúc tác composit có thành phần tổ hợp
hai loại chất hấp phụ - xúc tác Me/VH01 và Me/VH02 đã được sử dụng để xử lý khí
thải của dây chuyền thuốc tuyển quặng. Chất xúc tác này có khả năng oxi hóa hoàn
toàn khí thải thuốc tuyển quặng thành CO
2
và nước trong điều kiện mềm (300
0
C, áp
suất khí quyển) và có tuổi thọ cao. Ngoài ra vật liệu này được chế tạo trên cơ sở các
chất hấp phụ (chất mang) có sẵn trong nước, chứa một vài phần trăm kim loại hoạt
tính (xúc tác) nên giá thành hạ, rất thích hợp với điều kiện Việt Nam. Đây là một
kết quả có ý nghĩa lớn về kinh tế trong vấn đề ứng dụng vật liệu hấp phụ - xúc tác
d
ể xử lý ô nhiễm môi trường nói chung và xử lý khí thải ô nhiễm bởi các hợp chất
hữu cơ nói riêng.



1
Më ®Çu
Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam có một dây chuyền sản xuất thuốc tuyển
quặng công suất 1 000 tấn/năm. Dây chuyền đang vận hành rất tốt và cho sản phẩm có
chất lượng cạnh tranh với sản phẩm nhập ngoại. Hiện tại, Viện đang sử dụng hệ thống
thu gom khí thải để xử lý sơ bộ bằng phương pháp hấp thụ rồi đốt b
ằng lò than. Các
phương pháp này khá phức tạp và có hiệu quả chưa cao.
Phương pháp xử lý với sự tham gia của chất hấp phụ - xúc tác dị thể có ưu điểm
là hiệu quả xử lý cao, có thể tái sử dụng chất hấp phụ - xúc tác, thiết bị xử lý gọn nhẹ,
không đắt tiền. Viện muốn nghiên cứu áp dụng công nghệ này cho dây chuyền công

nghệ sản xuất thuốc tuyển quặng c
ủa Viện. Xử lý triệt để khí thải bằng các chất hấp
phụ - xúc tác với công nghệ thích hợp, giá thành cạnh tranh sẽ góp phần mang lại môi
trường trong sạch hơn và tăng thêm giá trị khoa học và thực tiễn của dây chuyền sản
xuất thuốc tuyển quặng của Viện.
Thực tế ở Việt Nam, việc xử lý khí thải cho lò đốt rác y tế đã được nghiên cứu
và triển khai áp dụng trên th
ực tế. Tuy nhiên, khí thải của quá trình sản xuất thuốc
tuyển quặng có thành phần hoàn toàn khác và vấn đề nghiên cứu một cách có hệ
thống, nghiên cứu triển khai việc xử lý khí thải của quá trình này là hoàn toàn mới và
lần đầu tiên được đề xuất ở Việt Nam.
Vì những lý do đó, đề tài đặt ra mục tiêu là nghiên cứu tạo ra công nghệ sản
xuất các vật liệu hấp phụ - xúc tác có hoạt tính cao, giá thành hạ để x
ử lý khí thải cho
dây chuyền sản xuất thuốc tuyển quặng của Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam. Đối
tượng nghiên cứu của đề tài là chất hấp phụ - xúc tác có khả năng xử lý các chất độc
hại, chất gây mùi thải ra trong quá trình sản xuất thuốc tuyển quặng tại Viện Hóa học
công nghiệp Việt Nam nói riêng và xử lý các chất thải hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) nói
chung. Nội dung nghiên c
ứu của đề tài bao gồm :
- Nghiên cứu công nghệ chế tạo chất hấp phụ (chất mang) dùng cho quá trình xử
lý khí thải của dây chuyền sản xuất thuốc tuyển quặng
- Nghiên cứu công nghệ chế tạo chất xúc tác (pha hoạt tính mang trên chất mang)
dùng cho quá trình xử lý khí thải của dây chuyền sản xuất thuốc tuyển quặng
- Sử dụng chất hấp phụ - xúc tác nghiên cứu để
xử lý khí thải của dây chuyền sản
xuất thuốc tuyển quặng tại Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam.

2
PhÇn I. Tæng quan

I. T×nh h×nh nghiªn cøu ë n−íc ngoµi
I.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI Ô NHIỄM NÓI CHUNG
Không khí bị ô nhiễm nghĩa là bên cạnh các thành phần chính của không khí
tồn tại những chất có nồng độ đủ gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người, gây ảnh
hưởng xấu tới sự sinh trưởng phát triển của động thực vật, phá hủy vật liệu, làm giảm
cảnh quan môi trường.
Các tác nhân gây ô nhiễm không khí bao gồm:
− Các loại ôxit: NO
x
, CO, CO
2
, SO
2
, H
2
S,…các khí halogen: F
2
, Cl
2
, Br
2
,
I
2
, …
− Các phân tử lơ lửng: hạt bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật, nitrat, sunphat,
các nguyên tử cacbon, muội than, khói, hơi sương…
− Các khí quang hóa: O
3
, FAN, FB

2
N, NO
x
, Andehyt, êtylen…
− Các khí thải có tính phóng xạ
− Nhiệt
− Tiếng ồn
Quá trình công nghiệp thải ra các khí ô nhiễm độc hại rất đa dạng, đặc biệt là
các khí phát sinh trong quá trình sản xuất. Căn cứ vào tính chất hóa lý có thể hình
thành 2 loại cơ bản sau đây :
− Các khí thải thuộc loại vô cơ như: SO
2
, SO
3
, H
2
S, HF…
− Các khí thải thuộc loại hữu cơ như: axeton, axetilen, các axit hữu cơ, các
dung môi hữu cơ
Các phương pháp giảm khí độc hại trong khí thải bao gồm:
− Phương pháp tiêu hủy: được sử dụng trong trường hợp khí thải có thể
cháy được (hydrocacbon, các dung môi,…)
− Phương pháp hóa học (hấp thụ, hấp phụ, xúc tác): Hấp thụ là phương
pháp làm sạch chất thải dựa trên cơ sở hấp thụ khí
độc hại chứa chứa
trong hỗn hợp khí bằng phản ứng của các chất lỏng. Hấp phụ là phương
pháp lôi cuốn các phân tử khí, hơi bởi bề mặt chất rắn. Người ta áp dụng
phương pháp hấp phụ để làm sạch khí có hàm lượng tạp chất khí và hơi

3

nhỏ. Xúc tác là phương pháp sử dụng chất xúc tác để chuyển hóa khí thải
độc hại thành các sản phẩm không độc hại. Hiệu quả của các phương
pháp này dao động trong một phạm vi rộng, phụ thuộc vào loại khí độc
cần xử lý và chất dùng để xử lý.
− Phương pháp sinh hóa vi sinh: là lợi dụng các vi sinh vật phân hủy hoặc
tiêu thụ các khí thải độc hại nhất là các khí thải từ các nhà máy thực
phẩm, nhà máy phân
đạm, phân tổng hợp hữu cơ. Các vi sinh vật, vi
khuẩn sẽ hấp thụ và đồng hóa các chất thải hữu cơ, vô cơ độc hại và thải
ra các khí.
I.2 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
I.2.1 Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ
Hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình chuyển khối, nghĩa là có sự vận chuyển từ
pha này vào pha khác. Phụ thuộc vào bản thân của sự
tương tác giữa chất hấp thụ và
chất bị hấp thụ (ở pha khí):
− Hấp thụ vật lý dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng
− Hấp thụ hóa học giữa chất bị hấp thụ và chất hấp thụ hoặc cấu tử trong
pha lỏng xảy ra phản ứng hóa học
Dây chuyền xử lý khí thải của xưởng thuốc tuyển hiệ
n đang áp dụng phương
pháp hấp phụ các khí axit trong khói thải bằng dung dịch xút để xử lý sơ bộ.
I.2.2. Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là hiện tượng hoá lí rất hay gặp trong đời sống hằng ngày, trong kĩ
thuật và trong công nghệ. Quá trình hấp phụ là hiện tượng tăng nồng độ của chất (rắn,
lỏng hoặc khí) trên bề mặt của một chất r
ắn. Chất có khả năng được làm giàu gọi là
chất bị hấp phụ và được gắn lên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ). Bản chất của hiện
tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ với các nguyên tử, ion ở
trên bề mặt chất hấp phụ. Quá trình hấp phụ là một quá trình toả nhiệt và tuỳ theo kiểu

tươ
ng tác giữa chất bị hấp phụ - chất hấp phụ, được chia thành 2 dạng hấp phụ sau:
hấp phụ vật lí và hấp phụ hoá học. Người ta áp dụng phương pháp hấp phụ để làm
sạch khí có hàm lượng tạp chất khí và hơi nhỏ. Vật liệu dùng làm chất hấp phụ là các
vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hoặc do tự

nhiên. Sau đây là một vài ví dụ về quá trình hấp phụ.

4
Hấp phụ các oxit nitơ (NO
x
)
NO
x
được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính. Tuy nhiên khi tiếp xúc với các oxit
nitơ, than có thể cháy và nổ. Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi có
thể chuyển NO
x
thành NO.
Khả năng hấp phụ của silicagen đối với NO
x
thấp hơn so với than hoạt tính
nhưng silicagen bền cơ học, không cháy nên được sử dụng rộng dãi hơn. Tuy nhiên do
tính kinh tế, quá trình này không được áp dụng trong công nghiệp.
NO
x
được hấp phụ bởi than bùn có tính kiềm trong thiết bị tầng sôi. Khi ứng
dụng hỗn hợp than bùn, với hỗn hợp khí chứa 0,1-0,2% NO
x
, thời gian tiếp xúc pha

1,6-3s, hiệu quả xử lý có thể đạt 96-99%.
Hấp phụ SO
2
(Phương pháp oxit mangan)
MnO
x
.nH
2
O + SO
2
+ (1-x/2) O
2
→ MnSO
4
+ nH
2
O
Trong thực tế, khi nồng độ SO
2
trong khí thải là 0,15% (thể tích), phương pháp
oxit mangan cho phép hấp phụ SO
2
đến 90%. Hiệu quả xử lý của phương pháp này đạt
96-99%.
Hấp phụ H
2
S
Hàm lượng H
2
S trong khí thải thường thấp nhưng không đạt tiêu chuẩn chất

lựơng môi trường nên thường phải tiến hành xử lý. Có thể hấp phụ H
2
S bằng hydroxit
sắt, bằng than hoạt tính…
Xử lý hơi thủy ngân
Khi hàm lượng thủy ngân có giá trị cao trong không khí thì có thể ngưng tụ
một phần hơi đó bằng cách làm nguội khí. Khi đó thủy ngân trong không khí ở dạng
sương mù và có thể thu hồi trong thiết bị lọc điện.
Khi hàm lượng thủy ngân thấp có thể hấp phụ bằng các vật rắn khô như than
hoạt tính hoặc silicagen, zeolit, oxit nhôm, oxit magie, đá bọt, oxit silic.
I.2.3 X
ử lý bằng phương pháp xúc tác
[1 - 3]

Trong quá trình này, chất xúc tác thường ở trạng thái rắn (kim loại, oxit kim
loại…), chất tham gia phản ứng ở trạng thái khí, hơi. Nói chung, đây có thể coi đó là
quá trình oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ thành khí CO
2
và nước. Quá trình xúc tác có
thể được ứng dụng hiệu quả trong quá trình xử lý nhiều loại khí thải ô nhiễm khác
nhau.

5
Khi có mặt chất xúc tác, năng lượng hoạt hóa của phản ứng xúc tác nhỏ hơn
nhiều so với năng lượng hoạt hóa của phản ứng không xúc tác, do đó tốc độ phản ứng
tăng lên rõ rệt.
Tại nhiệt độ T, tốc độ phản ứng xác định theo biểu thức:

)()(
0 i

RT
E
ipupu
CfekCfkr
pu
−
×==

)()(
0 i
RT
E
ipuxtpuxt
CfekCfkr
puxt
−
×==
Với:
r
pu
: tốc độ phản ứng không có xúc tác
r
puxt
: tốc độ phản ứng có mặt xúc tác
k
pu
, k
puxt
: hằng số tốc độ phản ứng không xúc tác và có xúc tác
k

0
: hệ số
E
pu
, E
puxt
: năng lượng hoạt hóa phản ứng không xúc tác và có xúc tác
Vì E
pu
< E
puxt
nên r
puxt
> r
pu

Trong phản ứng xúc tác dị thể, năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm so với
phản ứng không xúc tác là do chất tham gia phản ứng được hấp phụ trên bề mặt chất
xúc tác. Thực vậy, nếu không có chất xúc tác, diễn tiến năng lượng phản ứng được
diễn tả theo đường 1 (hình I.1), ứng với năng lượng hoạt hóa E
1
. Khi có mặt chất xúc
tác, chất phản ứng bị hấp phụ, do đó diễn tiến năng lượng phản ứng xảy ra theo một
con đường khác hẳn (đường 2). Do đó, năng lượng hoạt hóa của phản ứng chính là E
2
.
E
2
nhỏ hơn nhiều so với E
1

.

Hình I.1 : Diễn tiến năng lượng theo tọa độ phản ứng

6
Động học của phản ứng xúc tác dị thể
Xét phản ứng: A + B C
A, B: chất tham gia phản ứng ở trạng thái khí (hơi); C: sản phẩm ở trạng thái
khí (hơi); XT: chất xúc tác rắn
Các chất phản ứng A, B trước hết được tiếp cận với các tâm xúc tác và bị hấp
phụ hóa học trên các tâm đó. Hấp phụ hóa học là điều kiện tiên quyết cho phản ứng
xúc tác dị thể. Lư
u ý rằng, sự hấp phụ hóa học phải không thật yếu và không thật mạnh
chỉ đủ để hoạt hóa phân tử tham gia phản ứng. Sau đó, các tiểu phân hấp phụ A và B
sẽ tương tác với nhau (phản ứng bề mặt) để tạo ra sản phẩm C ở trạng thái hấp phụ bề
mặt. Cuối cùng C được khử hấp phụ thành sản phẩm ở pha khí và trả lại (hoàn nguyên)
các tâm ho
ạt động của xúc tác (hình I.2).

Hình I.2 : Chu trình phản ứng xúc tác
Trong đề tài này, chúng tôi định hướng xử lý khí thải bằng quá trình xúc tác dị
thể nên trước khi nghiên cứu quá trình xử lý khí thải, chúng tôi quan tâm đến việc tổng
hợp chất xúc tác dị thể có thành phần gồm có pha hoạt tính là kim loại chuyển tiếp,
mang trên chất mang là các vật liệu có cấu trúc xốp thuộc họ vật liệu mao quản trung
bình.
I.3 VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH (MQTB)
Theo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)
vật liệu
cấu trúc mao quản được chia thành 3 loại dựa trên kích thước mao
quản

(d
pore
) của
chúng
.

XT

7
- Vật liệu vi mao quản (microporous): d
pore
< 2 nm: zeolit và các vật
liệu có cấu trúc tương tự (aluminosilicat, aluminophotphat
AlPO
4
).

- Vật liệu mao quản trung bình (mesoporous): 2 < d
pore
< 50 nm:
M41
S
, M
S
U,

S
BA,
các oxit kim loại
MQTB.

-

Vật liệu mao quản lớn (macroporous): d
pore
> 50 nm: gel mao quản,
thủy
tinh mao
quản.
Cho đến nay, ứng dụng của vật liệu mao quản lớn rất hạn chế do diện tích bề
mặt nhỏ, kích thước mao quản lớn và phân bố không đồng đều. Ngược lại, vật liệu vi
mao quản đặc biệt là zeolit đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xúc tác, hấp
phụ do cấu trúc mao quản đồng đều, thể tích mao quản và bề mặt riêng lớn, tính axit
mạnh và có tính bền nhi
ệt, bền thủy nhiệt. Tuy nhiên, hạn chế của zeolit là không có
hiệu quả đối với các quá trình có sự tham gia của các phân tử có kích thước lớn (>13
Å) do hạn chế sự khuếch tán trong hệ thống mao quản. Vì vậy, song song với việc sử
dụng các vật liệu mao quản trung bình không trật tự có nguồn gốc tự nhiên và tổng
hợp như than hoạt tính, bentonit hoặc oxit nhôm hoạt tính, đã có nhiều nghiên cứu
nhằm tìm kiếm một ph
ương pháp tổng hợp để thu được những vật liệu có cấu trúc
giống tinh thể zeolit với đường kính mao quản lớn hơn. Đầu những năm 1990, các nhà
nghiên cứu của hãng Mobil đã phát minh ra phương pháp tổng hợp họ vật liệu mao
quản trung bình (MQTB) (ký hiệu là M41S) có cấu trúc mao quản với độ trật tự cao,
kích thước mao quản phân bố trong khoảng 15 ÷ 100 Å và có diện tích bề mặt lớn nhờ
tác dụng tạo cấ
u trúc MQTB của chất hoạt động bề mặt (HĐBM) [4 - 6].
I.3.1 Giới thiệu một số vật liệu mao quản trung bình
I.3.1.1 Nhôm oxit hoạt tính
Nhôm oxit được phân loại dựa vào nhiệt độ chuyển hoá từ nhôm hydroxit hoặc

dựa vào cấu trúc [7 - 11]. Trong khuôn khổ đề tài này, chúng ta chỉ quan tâm đến dạng
γ-Al
2
O
3
.
Dạng γ-Al
2
O
3
không tìm thấy trong tự nhiên mà nó được tạo thành khi nung
Gibbsit, Bayerit, Nordstrandit và Boehmite ở nhiệt độ khoảng 400 – 600°C hay trong
quá trình phân huỷ muối nhôm từ 900 – 950°C.

8
Trên bề mặt của γ-Al
2
O
3
tồn tại hai loại tâm axit, đó là tâm axit Lewis và tâm
Bronsted. Tâm axit Lewis có khả năng tiếp nhận điện tử từ phân tử chất hấp phụ, còn
tâm axit Bronsted có khả năng nhường proton cho phân tử chất hấp phụ.
Tính axit của γ-Al
2
O
3
liên quan với sự có mặt của các lỗ trống trên bề mặt của
nó. Tính bazơ do ion nhôm trong lỗ trống mang điện tích dương không bão hoà quyết
định.
Việc nghiên cứu sơ đồ phân huỷ nhiệt cho nguời ta thấy có sự chuyển pha γ-

Al
2
O
3
sang các dạng nhôm oxit khác. Vì vậy, trong quá trình điều chế cần có chế độ
nhiệt độ thích hợp để thu được γ-Al
2
O
3
có hàm lượng tinh thể cao.
Thông thường diện tích bề mặt riêng của γ-Al
2
O
3
khoảng từ 150-280 m
2
/g
Dạng γ-Al
2
O
3
được tạo thành khi nung Gibbsit, Bayerit, Nordtrandit và Boehmite
ở nhiệt độ 450 – 600°C. Tuy nhiên, γ-Al
2
O
3
thu được từ quá trình nhiệt phân Boehmite,
dạng thù hình của mono nhôm hydroxit là tốt nhất, chứa nhiều lỗ xốp có đường kính vào
khoảng 30 - 120 A°, thể tích lỗ xốp 0,5 - 1 cm
3

/g. Diện tích bề mặt phụ thuộc vào cả
nhiệt độ nung và thời gian nung. Môi trường khí khi nung cũng đóng vai trò quan trọng,
tốt nhất là dàn đều sản phẩm thành lớp mỏng để nung.
γ-Al
2
O
3
được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như lọc hoá dầu, xúc tác cho
các phản ứng hoá học, trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường, [12 - 15] do đặc tính có
bề mặt riêng lớn, hoạt tính cao, bền cơ, bền nhiệt.
Một lượng lớn nhôm oxit được ứng dụng trong quá trình xử lý khí thải với vai trò
là chất mang.
Ngoài vai trò được sử dụng làm chất xúc tác, chất mang, γ-Al
2
O
3
còn được sử
dụng làm chất hấp phụ để tách loại một số cấu tử khỏi các cấu tử khác hay làm chất hút
ẩm. Ví dụ, dùng làm chất hấp phụ trong quá trình sấy khí, làm khô chất lỏng hữu cơ,
tách SOx có trong khí, làm lớp chất hấp phụ bảo vệ chất xúc tác trong thiết bị phản ứng
khỏi các chất gây ngộ độc xúc tác.
Phần lớn các công trình nghiên cứu về γ-Al
2
O
3
dùng làm chất mang xúc tác
hoặc chất xúc tác, hấp phụ trong công nghiệp đều theo phương pháp tổng hợp chung là
kết tủa nhôm hydroxit từ dung dịch muối nhôm nhưng chủ yếu là phân giải natri
aluminat hoặc muối nhôm bằng axit như: HCl, H
2

SO
4
, HNO
3
, Al(OH)Cl
2
.

9
Thành phần của dung dịch ban đầu, điều kiện kết tủa hydroxit, già hoá và rửa
kết tủa có ảnh hưởng rất lớn không những đến thành phần pha của nhôm hydroxit
(Boehmite, giả Boehmite, Bayerit hoặc pha vô định hình) mà cả về hình dạng và kích
thước tinh thể, đặc tính cấu trúc không gian… Tiến hành khử nước của nhôm hydroxit
sẽ thu được nhôm oxit và sản phẩm này thường thừa kế cấu trúc của nhôm hydroxit
ban đầu do hiệu ứng giả hình, nhấ
t là với dạng giả Boehmite và Boehmite. Chính vì
vậy, người ta cho rằng những đặc trưng cấu trúc cơ học cơ bản của nhôm oxit (diện
tích bề mặt riêng, thể tích và bán kính trung bình của mao quản, sự phân bố mao quản
theo kích thước, độ bền cơ học) được khởi thảo ngay ở giai đoạn điều chế nhôm
hydroxit. Phần lớn khung của nhôm hydroxit được hình thành ở giai đoạn kết tủ
a và
già hoá, nói chung chúng chỉ bị biến dạng qua các quá trình tiếp theo.
I.3.1.2 SBA-15
Năm 1998, vật liệu MQTBTT SBA-15 đầu tiên được tổng hợp thành công.
SBA-15 là vật liệu mao quản trung bình có hệ mao quản lục lăng 2 chiều (2D), độ dày
thành mao quản có thể từ 30 – 70 A
0
, bề mặt riêng lớn (hàng trăm đến hàng nghìn
m
2

/g). Với kích thước mao quản lớn, đồng đều, thành mao quản dày, độ bền nhiệt và
thủy nhiệt cao hơn MCM-41, vật liệu mao quản trung bình SBA-15 thu hút sự quan
tâm của các nhà khoa học, trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụ.
I.3.1.3 MCM-41
MCM-41 là vật liệu mao quản trung bình trong họ M41S, được hãng Mobil
tổng hợp đầu tiên năm 1992. MCM-41 có hệ mao quản sắp xếp trật tự lục lăng 1 chiều
(1-D), kích thước mao quản có thể thay đổi từ 15 ÷ 100 Å tu
ỳ thuộc điều kiện tổng
hợp. MCM-41 là vật liệu mao quản trung bình có bề mặt riêng rất lớn (hàng trăm đến
hàng ngàn m
2
/g), mao quản rộng và trật tự, có khả năng phân tán tốt các pha hoạt động
xúc tác lên bề mặt của nó nên nó được sử dụng làm chất mang cho rất nhiều phản ứng.







10







Hình I.3: Cấu trúc lục lăng (hexagon) của MCM-41 [4]
I.3.1.4 Al-MCM-41

Phương pháp tổng hợp vật liệu MQTB đầu tiên chủ yếu tập trung vào các vật
liệu silicat và aluminosilicat do tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác và chất
mang xúc tác. Những nghiên cứu sau đó tập trung nghiên cứu tổng hợp các vật liệu
oxit hỗn hợp như vanadosilicat, borosilicat, zirconosilicat, titanosilicat, gallosilicat có
cấu trúc MQTB. Việc đưa các kim loại vào mạng lưới oxit silic có thể được thực hi
ện
bằng phương pháp xử lí sau tổng hợp (ghép các kim loại vào mạng lưới của vật liệu
MQTB - post - synthesis treatment) hoặc bằng phương pháp tổng hợp trực tiếp (direct
synthesis route) (trộn đồng thời tiền chất kim loại vào hỗn hợp phản ứng ban đầu với
vai trò như tiền chất vô cơ).
Bằng phương pháp tổng hợp trực tiếp, khi thay thế một phần Si mạng lưới bằng
kim loạ
i Al, người ta có thể thu được vật liệu MQTB Al-MCM-41. Mục đích của việc
thay thế này là làm tăng tính axit cho vật liệu MQTB vốn có tính axit yếu.
Cũng giống như vật liệu MQTB MCM-41, Al-MCM-41 có cấu trúc lục lăng
(hình I.4), kích thước mao quản có thể thay đổi từ 15 ÷ 100 Å tuỳ thuộc điều kiện tổng
hợp. Thành mao quản được tạo bởi liên kết giữa Al, Si và O. Thành càng dày thì vật
liệu càng bền.

Hình I.4: Cấu trúc lục lăng của Al-MCM-41
Al-MCM-41 là vật liệu có cấu trúc xốp do nó chứa nhiều lỗ xốp có đường kính
vào khoảng 15 ÷ 100 Å, thể tích lỗ xốp 0,5 ÷ 1 cm
3
/g. Việc thay thế một phần Al vào

11
mạng lưới MCM-41 đã tạo ra tính axit trung bình của Al-MCM-41. Trên bề mặt của
chúng tồn tại cả tâm axit Bronsted (hình I.5) và tâm axit Lewis (hình I.6). Tùy thuộc
vào quy trình tổng hợp, tỉ lệ Si/Al, các quá trình xử lý Al-MCM-41… mà nồng độ của
các axit này bị thay đổi, thường bị giảm đi sau quá trình xử lý và tăng khi tỉ lệ Si/Al

giảm. Theo một số nghiên cứu thì độ mạnh của axit Bronsted hầu như không phụ
thuộc vào nồng độ của nó và tỉ lệ Si/Al.





Hình I.5: Axit Bronsted trong vật liệu MQTB Al-MCM-41 [16]

Hình I.6: Axit Lewis trong vật liệu MQTB Al-MCM-41 [16]
I.3.2 Cơ chế hình thành cấu trúc mao quản trung bình có trật tự
Rất nhiều cơ chế được đưa ra để làm sáng tỏ bản chất của việc hình thành vật
liệu MQTBTT, song có một cơ chế chung nhất được thừa nhận là: nhờ sự có mặt của
chất hoạt động bề mặt (HĐBM) trong dung dịch mà các tiền chất vô cơ có thể hình
thành cấu trúc MQTBTT. Vấn đề khác bi
ệt nhau ở chỗ sự tương tác như thế nào giữa
chất HĐBM và các tiền chất vô cơ. Từ đó mới xuất hiện nhiều lý thuyết khác nhau về
cơ chế hình thành vật liệu MQTBTT.
Để tổng hợp vật liệu MQTB thì cần ít nhất 3 thành phần: nguồn chất vô cơ
(như
S
i,
Al), chất HĐBM và dung
môi [4].

Chất HĐBM là những phân tử lưỡng tính (amphipathic) chứa đồng
thời đuôi
kỵ nước và nhóm ưa nước
. Do đặc trưng cấu tạo lưỡng tính, trong
dung

dịch các chất

12
HĐBM có thể tự sắp xếp thành các mixen [
17].

Ví
dụ:
chất HĐBM CTMABr (
CH
3
(CH
2
)
15
N(CH
3
)
3
Br):


Trong dung dịch khi nồng độ đủ lớn, chất HĐBM sẽ
tự sắp xếp

thành

các
mixen hình cầu do
sự

kết hợp của 92 phân tử chất HĐBM. Trong cấu trúc
mixen,

phần ưa nước hướng ra ngoài để hình thành bề mặt ngoài trong khi đuôi kị nước
hướng vào tâm của
mixen.
Nồng độ của chất HĐBM trong dung dịch là tham
số quan trọng
cho

sự hình thành
mixen, hình dạng mixen và
sự sắp xếp của
mixen
thành

pha
tinh thể lỏng [18].
I.3.3 Sự hình thành các cấu trúc MQTB khác nhau
Cấu trúc vật liệu MQTB được hình thành dựa trên bản chất của chất HĐBM,
nghĩa là hình dạng mixen và sự tương tác tại bề mặt hữu cơ – vô cơ (trong trường hợp
dung dịch thì sự tương tác đó là giữa mixen và dung môi) [4].
Chất HĐBM có thể tự sắp xếp thành mixen với các hình dạng khác nhau như
hình cầu, trụ hoặc lớp.



A. Hình c
ầu B. Hình trụ C. Lớp
Hình I.7: Mô hình của các dạng mixen khác nhau [19]

Đã có nhiều mô hình được đưa ra để giải thích cho sự hình thành các cấu trúc
MQTB. Mô hình tương đối đơn giản được đưa ra bởi Israclachvili dựa trên khái niệm
thông số tạo cấu trúc g (packing parameter) [19]:


Trong đó:
V: là thể tích tổng các đuôi kỵ nước của chất HĐBM và các phân tử dung môi
nằm giữa các đuôi kỵ nước.
a
o
: là diện tích hiệu dụng của nhóm chức trên bề mặt mixen.

13
l
c
: là chiều dài của đuôi kỵ nước, có thể tính toán từ số nguyên tử C (n).
Bằng thực nghiệm người ta đưa ra công thức:
l
c
= 1,54 + 1,26n (
Å
)

V = 27,4 + 26,9n (Å
3
)
Giá trị g thể hiện mối liên hệ giữa cấu tạo của chất HĐBM và cấu trúc của
mixen. Thông số g được dùng để dự đoán sự hình thành loại cấu trúc của vật liệu
MQTB.

A. Hình nón dạng que kem B. Hình nón nghịch
Hình I.8: Các mô hình chất HĐBM [19]
Bảng I.1: Cấu trúc pha MQTB phụ thuộc vào g [19]

Như vậy, từ bảng I.1 ta thấy, để hình thành được cấu trúc lục lăng của vật liệu
MQTB Al-MCM-41 thì giá trị g cần phải nằm trong khoảng 1/3 ÷ 1/2. Khi đó các chất
HĐBM sẽ sắp xếp thành các mixen có dạng trụ, để từ đó hình thành cấu trúc lục lăng.
I.3.4 Khống chế kích thước mao quản
Phân tử chất HĐBM giữ vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước mao
quản. Thay đổi độ dài
đuôi kỵ nước của chất HĐBM có thể làm thay đổi kích thước
mixen, do đó có khả năng tổng hợp các vật liệu MQTB có kích thước mao quản khác
nhau. Các vật liệu MQTB có kích thước lớn hơn có thể được tổng hợp khi mở rộng

14
kích thước mixen nhờ sử dụng các phân tử phát triển đuôi của chất HĐBM (swelling
agents) như mesitylen (1,3,5- trimetyl benzen) [4, 20].
Các phân tử phát triển đuôi là những phân tử kỵ nước, khi hòa tan chúng được
chèn vào phần kỵ nước của mixen do đó làm tăng kích thước mixen (hình I.9).

Hình I.9: Sự thay đổi kích thước mixen nhờ chất phát triển đuôi [20]
I.3.5 Quá trình tổng hợp vật liệu mao quản trung bình có trật tự
Có rất nhiều loại vật liệu MQTB đã được tổng hợp thành công như:

MCM41,MCM-48, MCM-50, HMS, MSV-x, KIT-1, SBA-15, SBA-16,…
Để tổng hợp vật liệu MQTBTT thì ít nhất cần 3 thành phần: nguồn chất vô cơ,
chất HĐBM (templat) và dung môi.

I.3.5.1 Tổng hợp SBA-15
SBA-15 được tổng hợp đầu tiên năm 1998 với hệ mao quản lục lăng 2 chiều,
kích thước mao quản thay đổi trong khoảng 50 - 300 A
0
. SBA-15 được tổng hợp

trong
môi trường axit với chất trợ cấu trúc là P123 (poly etylene oxit – poly propylene oxit –
poly etylene oxit), tên thương mại là Pluronic. Nguồn silic hay sử dụng là TEOS
(Tetraetyl orthosilicat).
Quá trình tổng hợp SBA-15 gồm có 4 bước chính:
- Giai đoạn 1: tạo gel từ chất hoạt động bề mặt và nguồn silic.
- Giai đoạn 2: già hóa.
- Giai đoạn 3: lọc rửa, sấy.
- Giai đoạn 4: nung để loại chất HĐBM.
I.3
.5.2 Tổng hợp MCM-41
MCM – là vật liệu MQTBTT trong họ M41S, được tổng hợp đầu tiên năm
1992, MCM – 41 có hệ mao quản sắp xếp trật tự lục lăng 1 chiều (1-D), kích thước
mao quản có thể thay đổi từ 15 – 100 A
0
tuỳ thuộc điều kiện tổng hợp

.
Trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp vật liệu MCM-41

15
theo những quy trình khác nhau, có thể từ hóa chất tinh khiết hoặc từ cao lanh. Tuy
nhiên vẫn dựa trên những nguyên tắc chung đã nêu ở phần trước.
MCM-41 là vật liệu thoáng và có khả năng phân tán tốt các pha hoạt động xúc

tác lên bề mặt khá lớn của nó. Nó là vật liệu ưa nước nên không bền trong môi trường
nước, nhiệt độ cao và phải tiếp xúc lâu dài với các dung môi phân cực mạnh.
I.3.5.3 Tổng hợp Al-MCM-41
Để tổng hợp Al-MCM-41 cần hai nguồn chấ
t vô cơ chính là nguồn silic và
nguồn nhôm:
- Nguồn silic hay được sử dụng là TEOS (Tetraetyl orthosilicat) và thủy tinh
lỏng (SiO
2
).

- Nguồn nhôm: Do việc đưa kim loại nhôm vào mạng lưới oxyt silic được thực
hiện bằng phương pháp tổng hợp trực tiếp nghĩa là trộn đồng thời tiền chất kim loại
(Al) vào hỗn hợp phản ứng ban đầu với vai trò như tiền chất vô cơ nên nguồn nhôm
hay được sử dụng là Al
2
(SO
4
)
3
, AlO(OH)
2
hoặc nhôm iso-propoxit.

Chất HĐBM: Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng tạo thành Al-MCM-41
là templat được sử dụng. Nhiều nghiên cứu [21] đã chỉ ra rằng bản thân templat không
chỉ đơn thuần là chất định hướng cấu trúc mà còn tham gia vào các quá trình thủy phân
và ngưng tụ để tạo sol-gel. Vì vậy Tsatsumi và Mokaya [21] cho rằng templat thích
hợp nhất để tạo Al-MCM-41 có hệ mao quản dạng hexagon là amin bậc 4 như
CTMABr (cetyl trimetyl ammonnium bromit).

Theo Robert Mokaya [21-23], quá trình hình thành gel Al-MCM-41 gồm hai
giai
đoạn:
- Giai đoạn một là quá trình hình thành gel MCM-41. Giai đoạn này nguồn
silic (TEOS) bị thủy phân và với sự có mặt của một chất định hướng cấu
trúc như amin bậc 4 CTMABr sẽ tạo ra một hỗn hợp đồng thể, sau đó tạo
gel của silic xung quanh chất hoạt động bề mặt (chất hoạt động bề mặt như
một tâm tạo các mixen). Cuối cùng thu được gel silic vô đị
nh hình thuộc họ
MCM-41.
- Giai đoạn hai là giai đoạn tạo gel Al-MCM-41. Giai đoạn này được coi như
là quá trình aluminat hóa gel silic (gel MCM-41) để thu được gel silica

16
alumina vô định hình. Đây là quá trình Al
3+
sẽ phân tán vào trong cấu trúc
của gel silic và kết quả là thu được gel Al-MCM-41.
Như vậy, nếu một lượng nhôm quá lớn được sử dụng thì chỉ một phần Al
3+
có
thể phân tán được vào cấu trúc của gel silic, phần còn lại sẽ nằm ngoài cấu trúc. Mặt
khác, nếu lượng Al
3+
quá lớn cũng làm ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ của gel Al-
MCM-41 và có thể không tạo được vật liệu có mao quản dạng các kênh hexagon.
Al-MCM-41 sau khi được tổng hợp cần được loại bỏ các chất hoạt động bề mặt
(templat). Có hai phương pháp chính để loại bỏ templat là phương pháp nung và
phương pháp trao đổi ion.
+ Phương pháp nung

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc nung để đốt cháy hết templat. Nếu nhiệt
độ nung thấp thì templat cháy không hoàn toàn, làm giảm bề
mặt riêng của vật liệu
cũng như giảm khả năng làm chất mang xúc tác. Ngược lại, nếu nhiệt độ nung cao thì
có thể làm “sập cấu trúc” vì Al-MCM-41 không bền nhiệt. Vì vậy, cần phải tìm được
nhiệt độ nung tối ưu sao cho vừa đảm bảo loại hết templat vừa đảm bảo không phá hủy
cấu trúc mao quản. Để tăng cường khả năng cháy của templat, các mẫu được thổ
i dòng
khí oxy hoặc không khí trong khi nung.
+ Phương pháp trao đổi ion
Các chất HĐBM được sử dụng để tạo cấu trúc MQTB của Al-MCM-41 thuộc
loại cation, vì vậy người ta đã thực hiện quá trình loại bỏ các chất này bằng phương
pháp trao đổi ion. Cụ thể, Al-MCM-41 sau quá trình tổng hợp sẽ được xử lý trong
dung dịch etanol của ammonium nitrat (NH
4
NO
3
/EtOH) trong 30 phút ở 60
0
C [24].

Hình I.10: Quá trình loại templat bằng phương pháp trao đổi ion
Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với các vật liệu silica có tỉ lệ Si/Al thấp:
tất cả các chất HĐBM đã được loại bỏ chỉ trong vòng 15 phút. Sau quá trình xử lý, các
cation NH
4
+
nằm cân bằng điện tích với nguyên tử Al trong aluminosilicat có thể được
loại bỏ bằng cách nung Al-MCM-41 vừa chiết được tại nhiệt độ vừa phải. Al-MCM-

17
41 chiết được có cấu trúc trật tự cao và có các đặc tính tương tự như của Al-MCM-41
được nung trực tiếp.
Cơ chế tách loại templat và sự hình thành các tâm axit Lewis và Bronsted sau
quá trình trao đổi ion được thể hiện trong hình I.11.
Các ion Na
+
rất dễ phản ứng trao đổi với các cation kim loại, NH
4
+
, H
+
. Vì thế
khi thực hiện quá trình chiết Al-MCM-41 trong dung dịch NH
4
NO
3
/EtOH, phản ứng
trao đổi ion xảy ra:
Na
+
+ NH
4
NO
3
Æ NH
4
+
+ NaNO
3

Hình I.11: Sơ đồ sự hình thành các tâm axit Lewis và tâm axit Bronsted [25]
Sau quá trình chiết, để loại bỏ ion NH
4
+
, nung Al-MCM-41 vừa chiết được ở
400
0
C. Sau quá trình nung, tính axit của Al-MCM-41 tăng lên nhờ các tâm axit
Bronsted được tạo ra.
Tóm lại, so với phương pháp nung thì phương pháp trao đổi ion có ưu điểm là
nhanh, cho hiệu quả cao, không những loại được hoàn toàn templat mà còn tránh được
nguy cơ bị sập cấu trúc.

18
I.3.6 Ứng dụng của vật liệu mao quản trung bình
Với cấu trúc mao quản có độ trật tự cao, diện tích bề mặt và thể tích hấp phụ
lớn, tính axit trung bình có độ bền nhiệt cao, vật liệu MQTB hứa hẹn nhiều tiềm năng
ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác, hấp phụ và chất mang.
1.3.6.1 Ứng dụng làm xúc tác
Các vật liệu MQTB ứng dụng làm xúc tác chủ yếu là những vật liệu có thay thế
một phần kim loại hoạt động vào mạng lưới silic (MCM-41, MCM-48, SBA), có hoạt
tính cho các phản ứng xúc tác axit, xúc tác oxy hoá và các phản ứng xúc tác khác [4].
Việc thay thế một phần Al vào mạng lưới MCM-41 tạo ra tính axit trung bình
cho các phản ứng cracking, hydrocracking và xử lý hydro các phân đoạn nặng, phần
nhựa và cặn nặng của quá trình chưng cất dầu mỏ, hoạt tính xúc tác cho phản ứng
alkyl hoá hydrocacbon thơm bằng các olefin mạch dài, dime và oligome hoá olefin,
sản xuất các axetat, oxy hóa n-parafin sản xuất các axit béo.
Một trong nhữ

ng phương pháp quan trọng nhất để chuyển hoá hydrocacbon
thành các sản phẩm trung gian và sản phẩm hoá dược là phản ứng oxy hoá có xúc tác.
Các vật liệu MQTB chứa Ti, V trong mạng lưới cũng như các kim loại có hai trạng
thái oxy hoá như Mo, Co, Fe, Cr, Cu đều là những tác nhân mang oxi cho các phản
ứng oxy hoá có xúc tác [8] đặc biệt đối với các phân tử có kích thước cồng kềnh (kích
thước động học > 10Å).
Vật liệu MQTB Ti-HMS và Ti-MCM-41 có hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxy
hoá peroxit của nhiều hydrocacbon thơm có các nhóm thế cồng k
ềnh như phản ứng oxi
hoá 2,6-đi-tertbutylphenol thành 2,6-đi-tert-butylbenzoquinon hay phản ứng oxi hoá α-
alkylnaphtalen thành vitamin K3 [4, 20].
Ngoài ra, các vật liệu MQTB chứa Ti (TiMCM-41) thể hiện hoạt tính cho các
phản ứng xúc tác quang [4].
1.3.6.2 Ứng dụng làm chất hấp phụ
Các vật liệu MQTB trên cơ sở MCM-41 có thể ứng dụng làm chất hấp phụ do
có đặc tính kỵ nước và ưa nước, phụ thuộc vào thành phần và phương pháp biến tính
sau tổng hợp. Quá trình tách hydrocacbon từ nước, ch
ứa khí (H
2
, O
2
, CH
4
), hấp phụ
tách xylen, tách các hợp chất sinh học và hợp chất hoá dược ngày nay là lĩnh vực có
nhiều tiềm năng cho sự phát triển các lĩnh vực ứng dụng của MCM-41 [4, 20].