luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp nano nax trực tiếp từ metacaolanh và tro trấu để xử lý nhiên liệu kém chất lượng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.32 MB, 143 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

NGUYâN VI¾T QUANG

LUÀN ÁN TIÀN S) KĀ THT HĨA HàC

Hà Nßi – 2023

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

NGUYâN VI¾T QUANG

NGHIÊN CĄU TNG HỵP NANO ZEOLITE NaX

TRỵC TIắP T METACAOLANH VÀ TRO TRÂU Đà XĈ LÝ NHIÊN LIäU KÉM CHÂT LỵNG

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LõI CAM OAN

Tụi xin cam đoan các kÁt quÁ khoa hác đ°ÿc trình bày trong luÁn án này là kÁt quÁ nghiên cąu căa bÁn thân tơi và tÁp thể h°ßng d¿n. Các sá liáu và kÁt quÁ nghiên cąu nêu trong luÁn án là trung thăc, chính xác và ch°a từng xuÃt hián trong công bá căa các tác giÁ khác.

Hà Nội, ngày 30 tháng 01 nm 2024

Thày mặt tÁp thá h°áng d¿n

GS.TS. T¿ Ngác Đôn

Nghiên cąu sinh

Nguyãn Vi¿t Quang Đ¾I HàC BÁCH KHOA H NịI

TL. GIM C TRọNG BAN O TắO

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LâI CÁM ¡N

Tr°ßc hÁt, tơi xin bày tß lịng bit Ân sõu sc tòi GS.TS T Ngỏc ụn v TS. Trßnh Xn Bái đã tÁn tình h°ßng d¿n, chỉ đ¿o nghiên cąu khoa hác và giúp đỡ tôi trong suát quá trình thăc hián luÁn án.

Xin chân thành cám ¢n các cán bá căa Tr°áng Hóa và Khoa hác să sáng - Đ¿i hác Bách Khoa Hà Nái và lãnh đ¿o chỉ huy Vián Kā tht Xng dÅu Qn đái đã ln hß trÿ, giúp đỡ tôi trong thái gian làm luÁn án.

Xin trân tráng cÁm ¢n Khoa Kā tht Hóa hác - Tr°áng Hóa và Khoa hác să sáng, Ban Đào t¿o - Đ¿i hác Bách Khoa Hà Nái đã ln t¿o mái điều kián về c¢ sã vÁt chÃt và thă tāc hành chính cho tơi thăc hián ln án.

Xin trân tráng cÁm ¢n các Phịng thÿ nghiám phân tích m¿u căa Vián Kā thuÁt Xng dÅu Quân đái, Khoa Hóa hác 3 Tr°áng Đ¿i hác Khoa hác Tă nhiên - Đ¿i hác Quác gia Hà Nái, Khoa Hóa hác 3 Tr°áng Đ¿i hác S° ph¿m Hà Nái, Vián Vá sinh Dßch tß Trung °¢ng, Vián Hàn lâm Khoa hác và cơng nghá Viát Nam v cỏc Ân vò khỏc ó to iu kián thn lÿi cho tơi có đ°ÿc kÁt q thăc hián luÁn án.

Xin chân thành cám ¢n gia đình, b¿n bè, đßng nghiáp đã đáng viên giúp đỡ tơi hồn thành ln án này.

Tác giÁ

Nguyãn Vi¿t Quang

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

1.2.1. CÃu trúc tinh thể zeolite ... 11

1.2.2. Phân lo¿i zeolite ... 14

1.2.3. Ąng dāng căa zeolite ... 17

1.2.4. Các ph°¢ng pháp táng hÿp zeolite ... 21

1.3. Táng quan zeolite NaX ... 23

1.3.1. Đặc điểm cÃu trúc ... 23

1.3.2. Tính chÃt căa zeolite NaX ... 25

1.3.3. Ąng dāng căa zeolite NaX ... 28

1.4. Táng quan nhiên liáu diesel ... 30

1.4.1. Thành phÅn hóa hác căa nhiên liáu diesel ... 30

1.4.2. Nhāng chỉ sá khai thác sÿ dāng chă yÁu căa nhiên liáu diesel ... 32

1.4.3. Gißi thiáu nhiên liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng phát sinh trong quá trình ho¿t đáng căa tàu thuyền ... 38

1.5. Gißi thiáu nhiên liáu phÁn lăc kém chÃt l°ÿng ... 41

1.6. Gißi thiáu về vÁt liáu MAS ... 42

1.7. Đßnh h°ßng căa luÁn án ... 42

CH¯¡NG 2. THĂC NGHIàM ... 43

2.1. Nghiên cąu táng hÿp Nano-NaX từ vß trÃu và cao lanh ... 43

2.1.1. Hóa chÃt, dāng cā và thiÁt bß ... 43

2.1.2. Chuẩn bß nguyên liáu cao lanh ... 43

2.1.3. Chuẩn bß nguyên liáu vß trÃu... 43

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

2.1.4. Quy trình táng hÿp Nano-NaX ... 44

2.1.5. Nghiên cąu các yÁu tá Ánh h°ãng đÁn quá trình táng hÿp Nano-NaX .. 44

2.2. Nghiên cąu xÿ lý nhiên liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng ... 46

2.2.1. ThiÁt bß, dāng cā và hóa chÃt... 46

2.2.2. Nghiên cąu các yÁu tá Ánh h°ãng tßi quá trình xÿ lý nhiên liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng ... 47

2.3. Nghiên cąu xÿ lý nhiên liáu phÁn lăc TC-1 kém chÃt l°ÿng ... 49

2.4. Các ph°¢ng pháp đặc tr°ng vÁt liáu nghiên cąu ... 49

2.4.1. Ph°¢ng pháp phá nhißu x¿ tia X ... 49

2.4.2. Phá hÃp thā hòng ngoi ... 50

2.4.3. PhÂng phỏp hin vi iỏn t quét ... 50

2.4.4. Ph°¢ng pháp hiển vi đián tÿ truyền qua ... 50

2.4.5. Phân tích thành phÅn hóa hác ... 51

2.4.7. Xác đßnh táng dung l°ÿng trao đái cation ... 51

CH¯¡NG 3. KÀT QUÀ VÀ THÀO LUÀN ... 53

3.1. KÁt quÁ táng hÿp Nano-NaX ... 53

3.1.1. KÁt quÁ xÿ lý nguyên liáu ... 53

3.1.2. Các yÁu tá Ánh h°ãng tßi quá trình táng hÿp Nano-NaX ... 55

3.1.3. Đặc tr°ng Nano-NaX đ°ÿc táng hÿp trong điều kián thích hÿp ... 75

3.1.4. KÁt quÁ đã đ¿t đ°ÿc trong táng hÿp ... 82

3.2. KÁt quÁ ąng dāng Nano-NaX để xÿ lý nhiên liáu kém chÃt l°ÿng ... 82

3.2.1. KÁt quÁ xÿ lý nhiên liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng ... 82

3.2.2. KÁt quÁ xÿ lý nhiên liáu phÁn lăc TC-1 kém chÃt l°ÿng ... 98

3.2.3. Xây dăng quy trình cơng nghá xÿ lý nhiên liáu kém chÃt l°ÿng ... 101

KÀT LUÀN ... 104

DANH MĀC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG Bà CĂA LN ÁN ... 106

TÀI LIàU THAM KHÀO ... 107

PHĀ LĀC ... 122

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

DANH MĀC CHĊ VI¾T TÂT

1 AAS Atomic absorption

thā nguyên tÿ 2 BET Brunauer-Emmett-Teller

3 CBU Composite Building Unit Ân vò cu trỳc cÂ bÁn 4 CEC Cation exchange capacity Dung l°ÿng trao đái

10 MCM-22 Mobil composition of matter No 22

14 SAPO Silico-alumino-phosphate

15 SBU Secondary building unit Ân vò cu trúc thą cÃp 16 SEM Scanning electron microscope Hiển vi đián tÿ quét

Nam

19 TEM Transmission electron microscopy Hiển vi đián tÿ truyền qua

21 XRD X 3 ray diffraction Nhiòu x tia X (Nhiòu x RÂnghen) 22 ZSM-5 Zeolite Socony Mobil35 Zeolit ZSM-5

23 Nano-NaX Nano zeolite NaX

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

DANH MĀC BÀNG

BÁng 1.1. SÁn l°ÿng trÃu phát sinh hàng nm ã Viát Nam 9

BÁng 1.3. Dung l°ÿng trao đái cation căa mát sá zeolite táng hÿp 26 BÁng 1.4. Ành h°ãng căa nhiát đá đÁn đá nhßt căa nhiên liáu diesel 34 BÁng 1.5. Các chỉ tiêu chÃt l°ÿng nhiên liáu diesel theo TCVN 5689 36 BÁng 1.6. Các chỉ tiêu chÃt l°ÿng nhiêu liáu diesel theo TCVN/QS

1755:2014

BÁng 2.1. Thành phÅn và điều kián phÁn ąng táng hÿp Nano-NaX 44 BÁng 2.2. Các thiÁt bß sÿ dāng để nghiên cąu quá trình hÃp phā xÿ lý nhiên

liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng

BÁng 3.1. Thành phÅn hoá hác căa m¿u cao lanh s¢ chÁ (Kao-SC), cao lanh đã xÿ lý axit (Kao-AX) và metacaolanh (Meta-Kao), % khái l°ÿng

BÁng 3.2. Thành phÅn hoá hác căa nguyên liáu tro trÃu, % khái l°ÿng 54 BÁng 3.3. Ành h°ãng căa hàm l°ÿng kiềm đÁn să kÁt tinh Nano-NaX 57 BÁng 3.4. Ành h°ãng căa hàm l°ÿng silic đÁn să kÁt tinh Nano-NaX 60 BÁng 3.5. Ành h°ãng căa hàm l°ÿng n°ßc đÁn să kÁt tinh Nano-NaX 63 BÁng 3.6. Ành h°ãng căa hàm l°ÿng muái đÁn să kÁt tinh Nano-NaX 65 BÁng 3.7. Ành h°ãng căa thái gian làm già đÁn să kÁt tinh Nano-NaX 69 BÁng 3.8. Ành h°ãng căa thái gian kÁt tinh đÁn să kÁt tinh Nano-NaX 72 BÁng 3.9. Ành h°ãng căa nhiát đá kÁt tinh đÁn să kÁt tinh Nano-NaX 75 BÁng 3.10. CEC, đá hÃp phā và kích th°ßc tinh thể căa các m¿u nghiên cąu 79 BÁng 3.11. Hàm l°ÿng hydrocarbon, hàm l°ÿng naphthalene, hàm l°ÿng

nhăa, hàm l°ÿng asphaltene căa các m¿u nghiên cąu

BÁng 3.12. Tiêu chuẩn kā thuÁt th°¢ng m¿i căa các m¿u nghiên cąu 87 BÁng 3.13. Ành h°ãng căa thái gian hÃp phā đÁn hiáu suÃt hÃp phā xÿ lý

diesel L62 kém chÃt l°ÿng

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

BÁng 3.14. Ành h°ãng căa thái gian khuÃy trán đÁn hàm l°ÿng nhăa sau xÿ

BÁng 3.16. Ành h°ãng căa quá trình nén đÁn hiáu suÃt xÿ lý nhiên liáu 93 BÁng 3.17. Ành h°ãng căa nhiát đá tßi thái gian xÿ lý nhiên liáu diesel L62

BÁng 3.19. Hàm l°ÿng nhăa còn l¿i trong nhiên liáu sau các lÅn tái sÿ dāng 96 BÁng 3.20. KÁt quÁ phân tích các chỉ tiêu kā thuÁt căa nhiên liáu phÁn lăc

TC-1

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

DANH MĀC HÌNH

Hình 1.2. Sá l°ÿng cơng trình nghiên cąu sÿ dāng cao lanh làm nguyên liáu cho quá trình táng hÿp zeolite qua các nm

Hình 1.3. SÁn l°ÿng g¿o xuÃt khẩu căa các n°ßc trên thÁ gißi nm 2018/2019

Hình 1.4. Sá l°ÿng cơng trình nghiên cąu sÿ dāng vß trÃu làm nguyên liáu cho quá trình táng hÿp zeolite qua cỏc nm

Hỡnh 1.5. Ân vò cÃu trúc s¢ cÃp căa zeolite 3 tą dián TO4 11

Hỡnh 1.7. Cỏc Ân vò cu trỳc th cp căa zeolite 13 Hình 1.8. Mát sá cÃu trúc c¢ bÁn (CBU) căa zeolite 14 Hình 1.9. Să liên kÁt hình thành mát sá loi zeolite 14

Hỡnh 1.18. SÂ ò mụ tÁ q trình chán lác chÃt phÁn ąng thơng qua các mao quÁn căa zeolite

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 3.3. GiÁn đß XRD căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng kiềm đÁn să kÁt tinh Nano-NaX NX-3.5N (a), NX-4.0N (b), NX-4.5N (c) và NX-5.0N (d)

Hình 3.4. Ành SEM và TEM t°¢ng ąng căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng kiềm đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: 3.5N (a) và (e), 4.0N (b) và (f), 4.5N (c) và (g), NX-5.0N (d) và (h)

Hình 3.5. GiÁn đß XRD căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng silic đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: NX-2S (a), NX-3S (b), NX-4S (c) và NX-5S (d)

Hình 3.6. Ành SEM và TEM căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng silic đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: NX-2S (a) và (e), NX-3S (b) và (f), NX-4S (c) và (g),NX-5S (d) và (h)

Hình 3.7. GiÁn đß XRD căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng n°ßc đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: 140H (a), NX-150H (b), NX-160H (c) và NX-170H (d)

Hình 3.8. Ành SEM và TEM t°¢ng ąng căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng n°ßc đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: 140H (a) và (e), 150H (b) và (f), 160H (c) và (g), NX-170H (d) và (h)

Hình 3.9. GiÁn đß XRD căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng muái đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: 0NaCl (a), NX-1NaCl (b), NX-2NaCl (c)và NX-3NaCl (d)

Hình 3.10. Ành SEM và TEM t°¢ng ąng căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa hàm l°ÿng muái đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: NX-0NaCl (a) và (d), NX-1NaCl (b) và (e), NX-2NaCl (c) và (f)

Hình 3.11. GiÁn đß XRD căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa thái gian 67

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

làm già đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: NX48-24 (a), NX72-24 (b) và NX96-24 (c)

Hình 3.12. Ành SEM căa m¿u NX48-24 (a). Ành SEM và TEM t°¢ng ąng căa m¿u NX72-24 (b) và (d), NX96-24 (c) và (e)

Hình 3.13. GiÁn đß XRD căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa thái gian kÁt tinh: NX72-12 (a), NX72-24 (b) và NX72-36 (c)

Hình 3.14. Ành SEM và TEM t°¢ng ąng căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa thái gian kÁt tinh đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: NX72-12 (a) và (d), NX72-24 (b) và (e), NX72-36 (c) và (f)

Hình 3.15. GiÁn đß XRD căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa nhiát đá kÁt tinh đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: NX-75 oC (a), NX-85 oC (b) và NX-95 oC (c)

Hình 3.16. Ành SEM và TEM t°¢ng ąng căa các m¿u nghiên cąu Ánh h°ãng căa nhiát đá kÁt tinh đÁn să kÁt tinh Nano-NaX: NX-75

Hình 3.18. Phá IR căa các m¿u Nano-NaX táng hÿp (a) và Nano-NaX theo 77 Hình 3.19. Ành SEM căa Nano-NaX táng hÿp (a) và Nano-NaX theo

[166] (b), Nano-NaX theo [167] (c). Ành TEM căa Nano-NaX táng hÿp (d)

Hình 3.20. Đ°áng đẳng nhiát hÃp phā - giÁi hÃp phā N2 (a) và phân bá lß xáp (b) trên m¿u m¿u Nano-NaX táng hÿp (A) và Nano-NaX

Hình 3.22. Màu sÃc căa nhiên liáu diesel L62 th°¢ng m¿i (a), nhiên liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng (b), nhiên liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng sau xÿ lý (c)

Hình 3.23. Ành h°ãng căa lăc nén đÁn chiều cao chÃt hÃp phā 94 Hỡnh 3.24. SÂ ò cụng nghỏ x lý nhiờn liáu kém chÃt l°ÿng 101

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Mä ĐÄU

Zeolite là vÁt liáu vi mao quÁn cÃu trúc tinh thể nên có nhiều ąng dāng trong l*nh văc xúc tác và hÃp phā. Zeolite th°áng đ°ÿc táng hÿp từ các ngn chąa nhơm và silic trong mơi tr°áng kiềm và có hoặc khơng có mặt chÃt t¿o cÃu trúc. Ngußn nguyên liáu chă yÁu để táng hÿp zeolite hián nay là sÿ dāng hóa chÃt tinh khiÁt (chẳng h¿n nh° táng hÿp zeolite ZSM-5 [1,2], zeolite BEA [3,4], zeolite Y [5] &), hoặc từ vß trÃu cung cÃp ngn silic và hóa chÃt tinh khiÁt cung cÃp ngn nhơm [6,7], hoặc từ tro bay cung cÃp ngn silic và hóa chÃt tinh khiÁt cung cÃp ngn nhơm [8,9], hoặc từ cao lanh cung cÃp ngn nhơm và ngußn silic cùng vßi viác bá sung thêm ngn silic từ hóa chÃt tinh khiÁt [10,11,12]. Các nghiên cąu táng hÿp zeolite trăc tiÁp từ vß trÃu (ngußn cung cÃp silic) và cao lanh (ngußn cung cÃp silic và nhôm) hián nay còn rÃt h¿n chÁ, cho tßi nay chỉ có báo cáo [13] táng hÿp analcime và báo cáo [14] táng hÿp zeolite mordenite từ vß trÃu và cao lanh. Hián nay zeolite NaX đ°ÿc táng hÿp chă u từ ngn hóa chÃt tinh khiÁt [15], mát sá đ°ÿc táng hÿp từ hóa chÃt tinh khiÁt và cao lanh [16,17], vß trÃu [18], tro bay [19,20], ch°a có cơng bá nào về viác táng hÿp zeolite NaX hồn tồn từ ngn ngun liáu tă nhiên là metacaolanh và tro trÃu mà không bá sung thêm hóa chÃt tinh khiÁt khác, đặc biát là Nano-NaX có chąa MQTB. Đây là vÁt liáu có nhiều ąng dāng trong các l*nh văc, ngành nghề khác nhau, trong đó có hÃp phā các t¿p chÃt trong nhiên liáu kém chÃt l°ÿng.

Hián nay ã Viát Nam, mát sá tàu biển đặc thù sÿ dāng nhiên liáu diesel L62

sau khi kÁt thúc hành trình cịn tßn d° mát l°ÿng nhiên liáu có chÃt l°ÿng rÃt kém do ho¿t đáng ã các điều kián khÃc nghiát. Viác nhiên liáu bß xuáng cÃp là do xuÃt hián hàm l°ÿng cặn, hàm l°ÿng nhăa và hàm l°ÿng asphaltene tng h¢n so vßi nhiên liáu ban đÅu. Chính vì vÁy, nhiên liáu diesel L62 khi bß xuáng cÃp cÅn xÿ lý

tiêu hăy nh° chÃt thÁi nguy h¿i gây tán kém, lãng phí ngn tài ngun và Ánh h°ãng xÃu tßi mơi tr°áng. Ngồi ra trong q trình tßn chąa để đÁm bÁo cho māc đích an ninh qc phịng, nhiên liáu phÁn lăc TC-1 cũng bß xuáng cÃp kém chÃt l°ÿng do bß oxy hóa, xÁy ra các phÁn ąng trùng hÿp, trùng ng°ng... t¿o ra các hÿp chÃt cao phân tÿ nh° các chÃt nhăa, asphaltene.

Vì vÁy, luÁn án này tÁp trung vào: Nghiên cąu táng hÿp Nano-NaX trăc tiÁp từ metacaolanh và tro trÃu, sÿ dāng làm chÃt hÃp phā xÿ lý nhiên liáu diesel L62 kém chÃt l°ÿng phát sinh trong quá trình ho¿t đáng căa tàu, thuyền trên biển và nhiên liáu phÁn lăc TC-1 kém chÃt l°ÿng do tßn chąa lâu nm.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Tć đó, luÁn án đ°ÿc thÿc hiån vái các māc tiêu sau:

1. Nghiên cąu mát cách có há tháng các yÁu tá Ánh h°ãng tßi q trình táng hÿp Nano-NaX bằng ph°¢ng pháp thăy nhiát để lăa chán đ°ÿc điều kián tái °u cho quá trình táng hÿp vÁt liáu.

2. Nghiên cąu táng hÿp trăc tiÁp vÁt liáu Nano-NaX có dián tích bề mặt lßn, chąa MQTB từ metacaolanh làm ngn cung cÃp nhơm, silic và tro trÃu làm ngn bá sung silic cho q trình táng hÿp mà khơng bá sung thêm các hóa chÃt tinh khiÁt hoặc chÃt t¿o cÃu trúc nào khác.

3. Nghiên cąu mát cách có há tháng các yÁu tá Ánh h°ãng tßi q trình hÃp phā xÿ lý nhiên liáu kém chÃt l°ÿng bằng vÁt liáu hÃp phā Nano-NaX táng hÿp đ°ÿc, từ đó lăa chán điều kián thích hÿp trong ph¿m vi khÁo sát cho quá trình hÃp phā để thu đ°ÿc nhiên liáu có thể tái sÿ dāng.

Đái tng, phÂng phỏp v nòi dung nghiờn cu:

1. ỏi t°ÿng nghiên cąu:

- Zeolite, zeolite NaX, Nano-NaX, cao lanh, metacaolanh, vß trÃu, tro trÃu. - Nhiên liáu diesel L62 và nhiên liáu phÁn lăc TC-1.

2. Ph°¢ng pháp nghiên cąu:

- Nghiên cąu tài liáu trong và ngồi n°ßc về táng hÿp vÁt liáu zeolite và vÁt liáu Nano-NaX.

- Sÿ dāng ph°¢ng pháp kÁt tinh thăy nhiát để táng hÿp vÁt liáu Nano-NaX và nghiên cąu đặc tr°ng vÁt liáu táng hÿp đ°ÿc bằng các ph°¢ng pháp hóa lý hián đ¿i.

- Sÿ dāng các ph°¢ng pháp hóa lý khác để phân tích, đánh giá hàm l°ÿng và chÃt l°ÿng căa nhiên liáu.

- Sÿ dāng ph°¢ng pháp hÃp phā để lo¿i bß các chÃt gây Ánh h°ãng xÃu tßi nhiên liáu diesel L62 và nhiên liáu phÁn lăc TC-1 kém chÃt l°ÿng.

3. Nái dung nghiên cąu:

- Nghiên cąu thành phÅn và cÃu trúc căa vß trÃu, tro trÃu, cao lanh và metacaolanh.

- Táng hÿp vÁt liáu Nano-NaX bằng ph°¢ng pháp kÁt tinh thăy nhiát.

- Nghiên cąu các yÁu tá Ánh h°ãng đÁn quá trình táng hÿp vÁt liáu Nano-NaX.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

- Xÿ lý nhiên liáu diesel L62 và nhiên liáu phÁn lăc TC-1 kém chÃt l°ÿng bằng ph°¢ng pháp hÃp phā trên Nano-NaX táng hÿp đ°ÿc và nghiên cąu các u tá Ánh h°ãng tßi q trình hÃp phā.

4. Ý ngh*a khoa hác và ý ngh*a thăc tißn căa đề tài:

- Đã táng hÿp đ°ÿc vÁt liáu Nano-NaX hồn tồn từ ngn ngun liáu tă nhiên mà không bá sung thêm hóa chÃt tinh khiÁt hay chÃt t¿o cÃu trúc nào khác, vßi vß trÃu làm ngußn cung cÃp silic và cao lanh làm ngn cung cÃp nhơm, silic cho quá trình táng hÿp.

- Đã đ°a ra đ°ÿc quy trỡnh tỏng hp Ân gin vòi cỏc iu kiỏn táng hÿp thích hÿp để thu đ°ÿc vÁt liáu Nano-NaX có đặc tr°ng và tính chÃt tát.

- Đóng góp vào c¢ sã lý thut táng hÿp vÁt liáu Nano-NaX chąa mao quÁn trung bình và đặc biát là vÁt liáu đ°ÿc táng hÿp trăc tiÁp từ các ngn ngun liáu tă nhiên sẵn có và rẻ tiền t¿i Viát Nam.

- LÅn đÅu tiên sÿ dāng vÁt liáu đã táng hÿp đ°ÿc để xÿ lý nhiên liáu diesel L62 và nhiên liáu phÁn lăc TC-1 kém chÃt l°ÿng. Nhiên liáu kém chÃt l°ÿng này sau khi xÿ lý có thể tái sÿ dāng, tiÁt kiám ngn tài ngun và góp phÅn giÁm thiểu ô nhißm môi tr°áng.

Điám mái căa luÁn án

- Đã táng hÿp thành công vÁt liáu Nano-NaX trăc tiÁp từ ngußn nguyên liáu tă nhiên là metacaolanh và tro trÃu mà không cÅn bá sung thêm chÃt t¿o cÃu trúc hay ngn silic hoặc nhơm từ hóa chÃt s¿ch. Đã tìm ra điều kián táng hÿp Nano-NaX thích hÿp vßi tÿ lá mol trong hÿp phÅn gel ban đÅu: 4Na2O.Al2O3.4SiO2. 160H2O.NaCl. Hßn hÿp gel đ°ÿc làm già trong 72 giá ã nhiát đá phịng có khy trán và kÁt tinh thăy nhiát ã 95 oC trong 24 giá không khuÃy trán.

- Đã sÿ dāng vÁt liáu Nano-NaX táng hÿp đ°ÿc để lo¿i bß các hÿp chÃt nhăa, asphaltene trong nhiên liáu diesel L62 và nhiên liáu phÁn lăc TC-1 kém chÃt l°ÿng cho kÁt quÁ tát, đáp ąng tiêu chuẩn kā thuÁt cho nhiên liáu th°¢ng m¿i theo TCVN 5689, OCT 305, OCT 10227 và có thể tái sÿ dāng.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Ch°¢ng 1. TàNG QUAN

1.1.

Táng quan vß nguyên liåu cho táng hÿp zeolite

Từ khi đ°ÿc phát hián cho tßi ngày nay, zeolite là vÁt liáu mao quÁn đ°ÿc các nhà khoa hác trong và ngồi n°ßc nghiên cąu, phát triển và ąng dāng trong nhiều l*nh văc nhá các tính chÃt đặc tr°ng riêng căa chúng. Trên thÁ gißi, zeolite chă u đ°ÿc táng hÿp từ ngn hố chÃt tinh khiÁt chąa silic và nhôm riêng biát. Theo cách này sÁn phẩm th°áng có giá thành cao. Để giÁm giá thành và tÁn dāng các ngußn nguyên liáu sẵn có trong tă nhiên, nhāng nm gÅn đây các nhà khoa hác đã và đang nghiên cąu, xem xét sÿ dāng ngn nhơm và silic giá rẻ và sẵn có trong tă nhiên để táng hÿp zeolite. Tiêu biểu là cao lanh, vß trÃu, tro bay, tro từ quá trình đát chÃt rÃn và xỉ cơng nghiáp. Nh°ng các cơng trình nghiên cąu này hián v¿n cÅn sÿ dāng thêm mát ngußn nguyên liáu hoặc là nhơm hoặc là silic từ hóa chÃt tinh khiÁt. Chính vì vÁy giá thành căa zeolite v¿n cịn cao và ch°a tÁn dāng triát để ngn ngun liáu trong tă nhiên rẻ tiền và có sẵn.

Nghiên cąu táng hÿp zeolite vßi ngn cung cÃp nhơm là cao lanh và ngußn cung cÃp silic là cao lanh và vß trÃu là mát h°ßng táng hÿp mßi vßi ngun liáu táng hÿp có sẵn và rẻ tiền, giúp giÁi quyÁt các phā phẩm từ nông nghiáp và nâng cao giá trß căa tài nguyên sẵn có căa đÃt n°ßc, đßng thái giÁm giá thành sÁn xuÃt.

1.1.1. Cao lanh

Cao lanh là mát lo¿i khống sét tă nhiên ngÁm n°ßc, th°áng có màu trÃng, dẻo, mềm nhẹ và chßu lÿa, đã đ°ÿc nhân lo¿i phát hián và sÿ dāng từ rÃt lâu. Vai trò đÅu tiên căa cao lanh đ°ÿc biÁt đÁn là nguyên liáu cho quá trình sÁn xuÃt đß gám są. Cùng vßi să tiÁn bá căa khoa hác kā thuÁt ngày nay, cao lanh đã và đang nhÁn đ°ÿc să quan tâm căa các nhà nghiên cąu và có ąng dāng ráng rãi trong nhiều ngành công nghiáp khác nhau nh° làm nguyên liáu sÁn xuÃt g¿ch chßu lÿa [22], làm chÃt đán trong cơng nghiáp sÁn xuÃt giÃy [23], làm nguyên liáu chÁ t¿o sÿi thăy tinh [24], nguyên liáu cung cÃp nhôm và silic cho táng hÿp vÁt liáu zeolite [25-30]. â Viát Nam, cao lanh đ°ÿc phân bá khá ráng rãi và có tiềm nng to lßn, tÁp trung chă yÁu ã các khu văc nh° Tây BÃc Bá, Đông BÃc Bá, BÃc Trung Bá, Trung Trung Bá, Tây Nguyên và Nam Bá.

Cao lanh đ°ÿc hình thành do quá trình phân huÿ khoáng vÁt felspat và các khoáng vÁt alumosilicate giàu nhơm, có trong thành phÅn căa nhiều lo¿i đá sét ngn gác khác nhau. Nó có màu trÃng, d¿ng đặc sít hoặc là nhāng khái d¿ng đÃt sáng màu, tÁp vÁy nhß. Khi ngÃm n°ßc, nó có tính dẻo, nh°ng khơng có hián t°ÿng

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

co giãn, có khÁ nng trao đái cation bằng mát nÿa illite, hoặc mát phÅn t° montmorilonite [31]. Mặt khác, khÁ nng trao đái anion căa cao lanh l¿i t°¢ng đái cao. Khái l°ÿng riêng 2,58-2,60 g/cm3, đ°áng kính tinh thể 0,2-10 ¼m, có đá cąng khng 1 (thang đá cąng Mohs), nhiát đá nóng chÁy 1.580-1.787 oC [32]. Trong tă nhiên, cao lanh th°áng bß l¿n sÃt oxit, titan oxit, hßn hÿp kiềm, đÃt hiÁm và các khoáng vÁt sét khác nh° haloysite, phlogopite, hydromica, felspat, -quartz, rutil, pyrite. SÃt oxit có trong cao lanh là thành phÅn gây Ánh h°ãng xÃu đÁn chÃt l°ÿng cao lanh, chính vì vÁy thành phÅn căa nó trong cao lanh qut đßnh viác phân lo¿i và sÿ dāng cao lanh trong các l*nh văc công nghiáp khác nhau.

Cao lanh là ngun liáu mang nhiều tính chÃt kā tht có giá trß kinh tÁ cao, đ°ÿc dùng trong nhiều l*nh văc sÁn xuÃt căa nền kinh tÁ quác dân. ChÃt l°ÿng và khÁ nng sÿ dāng chúng trong các ngành công nghiáp phā thuác vào thành phÅn hố hác, đặc điểm c¢ lý, thành phÅn khống vÁt căa cao lanh. Thành phÅn chính là khống vÁt kaolinite, cơng thąc hóa hác đ¢n giÁn là Al2O3.2SiO2.2H2O, cơng thąc lý t°ãng là Al4(Si4O10)(OH)8 có hàm l°ÿng SiO2 = 46,54 %; Al2O3 = 39,5 % và H2O = 13,96 % theo khái l°ÿng [33].

CÃu trúc tinh thể căa kaolinite đ°ÿc hình thành từ mát m¿ng l°ßi tą dián SiO4

liên kÁt vßi mát m¿ng l°ßi bát dián Al t¿o nên mát lßp cÃu trúc (Hình 1.1).

Hình 1.1. Cấu trúc khơng gian cÿa kaolinite

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Chiều dày căa lßp này dao đáng trong khoÁng 7,10 - 7,21 Å [34]. Các tą dián SiO4 có đỉnh h°ßng về bát dián Al, ion OH- căa bát dián đ°ÿc thay thÁ bằng ion O2- căa tą dián SiO4. Chính vì cÃu trúc nh° vÁy nên giāa hai mặt căa nó xuÃt hián lăc liên kÁt giāa các lßp làm cho m¿ng tinh thể kaolinite ít di dáng, bề mặt riêng căa kaolinite thÃp, khÁ nng hÃp phā căa kaolinite khơng cao, đá hÃp phā n°ßc căa nó th°áng chỉ ã bề mặt. Do đó, cao lanh th°áng ít đ°ÿc sÿ dāng làm chÃt hÃp phā.

Cao lanh đ°ÿc phân lo¿i theo nhiều ph°¢ng pháp khác nhau phā thuác vào ngußn gác phát sinh, đá chßu lÿa, đá dẻo, thành phÅn khống vÁt và thành phÅn hóa hác.

Theo ngn gác phát sinh, cao lanh đ°ÿc chia làm hai lo¿i là phát sinh t cỏc nguòn sÂ cp v phỏt sinh từ ngußn thą cÃp. Cao lanh thą cÃp đ°ÿc t¿o ra từ să chuyển dái căa cao lanh s¢ cÃp từ n¢i nó sinh ra do q trình xói mịn và đ°ÿc chuyển cùng các vÁt liáu khác tßi vß trí tái trÅm lÃng. Mát sá cao lanh cũng đ°ÿc sinh ra t¿i n¢i tái trÅm lÃng do biÁn đái thăy nhiát hay phong hóa hóa hác đái vßi acco (arkose), mát d¿ng đá trÅm tích vßi hàm l°ÿng fenspat trên 25 %.

Theo nhiát đá chßu lÿa, cao lanh đ°ÿc phân thành lo¿i chßu lÿa rÃt cao (trên 1.750 oC), cao (trên 1.730 oC), vừa (trên 1.650 oC) và thÃp (trên 1.580 oC).

Theo thành phÅn Al2O3, SiO2ã tr¿ng thái đã nung nóng, cao lanh đ°ÿc phân thành lo¿i siêu baz¢, baz¢ cao, baz¢ hoặc axít [31,35].

Vßi trā l°ÿng khoÁng 268.000 triáu tÃn [36], Viát Nam là n°ßc có tiềm nng lßn về ngn ngun liáu cao lanh, chỉ đąng sau Ân Đá, Trung Quác và có khÁ nng cung cÃp cho các ngành cơng nghiáp trong n°ßc và xt khẩu ra thÁ gißi.

Cao lanh đ°ÿc ąng dāng ráng rãi trong nhiều l*nh văc cơng nghiáp. Nhá có khÁ nng hÃp phā đặc biát không chỉ các chÃt béo, chÃt đ¿m mà cịn có khÁ nng hÃp phā cÁ các lo¿i virus và vi khuẩn, vì vÁy, cao lanh đ°ÿc ąng dāng trong các l*nh văc y tÁ, d°ÿc phẩm, mā phẩm&.Trong công nghiáp sÁn xuÃt giÃy, cao lanh đ°ÿc sÿ dāng làm chÃt đán t¿o cho giÃy có mặt nhẵn h¢n, tng đá kín, giÁm đá thÃu quang và làm tng đá ngÃm măc in tßi mąc tát nhÃt. Trong sÁn xuÃt vÁt liáu chßu lÿa, ng°ái ta dùng cao lanh để sÁn xuÃt g¿ch chßu lÿa, g¿ch chßu axit và các đß chßu lÿa khác, cũng nh° sÿ dāng cao lanh làm nguyên liáu cho quá trình sÁn xuÃt sÿi thuÿ tinh. Đặc biát, trong cao lanh có chąa thành phÅn chính là nhơm và silic, vì vÁy nó đ°ÿc sÿ dāng làm ngun liáu chính cho q trình táng hÿp vÁt liáu mao quÁn, trong đó có zeolite.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Theo sá liáu tháng kê trên trang web sciencedirect.com do nhà xuÃt bÁn Elsevier điều hành bao gßm gÅn 2.500 t¿p chí khoa hác và h¢n 26.000 sách đián tÿ cho thÃy, các cơng trình nghiên cąu táng hÿp zeolite từ ngn ngun liáu cao lanh đang ngày đ°ÿc quan tâm nhiều h¢n, phÁn ánh các cơng trình nghiên cąu qua các nm đều tng nhá các °u điểm đặc tr°ng và giá thành thÃp căa cao lanh (hình 1.2).

Hình 1.2. Số lượng cơng trình nghiên cāu zeolite có liên quan đến cao lanh qua các nm [37]

Cao lanh là mát lo¿i khống sét tă nhiên, chính vì vÁy nó có chąa mát l°ÿng n°ßc nhÃt đßnh khi ã nhiát đá th°áng. N°ßc ã trong cao lanh th°áng tßn t¿i ã d¿ng n°ßc hÃp phā trong lß xáp, trên bề mặt và mát sá nằm trong khe hã giāa các lßp hoặc nằm trong các khe, hỏc gia cỏc Ân vò cu trỳc lòp. Khi nung cao lanh đÁn nhiát đá 550-700 oC n°ßc trong cÃu trúc s¿ dÅn mÃt hÁt và cÃu trúc căa cao lanh bß phá vỡ. Nhóm OH ã các vß trí bß mÃt dÅn khi nung ã nhiát đá cao và khái l°ÿng cao lanh bß giÁm dÅn khi tng nhiỏt ỏ, c xỏc ònh da theo phÂng pháp nhiát vi sai và ph°¢ng pháp nhiát khái l°ÿng. â tr¿ng thái bình th°áng, cao lanh có cÃu trúc d¿ng tinh thể nh°ng khi nung ã nhiát đá cao, cÃu trúc căa cao lanh s¿ chuyển sang d¿ng vơ đßnh hình có phái trí 4, chính vì vÁy cao lanh sau khi nung có phái trí thích hÿp để chuyển hóa thành zeolite.

1.1.2. Vß trÃu

Lúa là mát trong nm lo¿i cây l°¢ng thăc cung cÃp thăc phẩm chính cho con ng°ái cùng vßi ngơ, lúa mì, sÃn và khoai tây. SÁn phẩm chă yÁu căa cây lúa là h¿t thóc, sát bß lßp vß bên ngồi là vß trÃu ta thu đ°ÿc g¿o và phā phẩm là cám và trÃu.

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Go l nguòn cung cp lÂng thc ch yu cho hÂn mỏt na dõn sỏ th giòi, chă yÁu ã châu Á và châu Mā La Tinh. Chính vì vÁy, sÁn l°ÿng phā phẩm vß trÃu ca nguòn lÂng thc ny l rt lòn.

Viỏt Nam là đÃt n°ßc có nền vn minh lúa n°ßc lâu đái, từ rÃt lâu tr°ßc đây cây lúa đã gÃn vßi đái sáng căa nhân dân ta và go c xem l nguòn lÂng thc chớnh. Cỏc phā phẩm căa g¿o cũng đ°ÿc tÁn dāng trong cuác sáng căa con ng°ái nh° sÿ dāng làm chÃt đát, chÃt đán, thąc n cho gia súc. Ngày nay cùng vßi să phát triển căa đÃt n°ßc, chúng ta cng ó tng bòc vÂn lờn tró thnh mỏt trong nhāng quác gia xuÃt khẩu g¿o lßn nhÃt trên thÁ gißi. Sá liáu tháng kê nm 2019 căa táng cāc tháng kê cho thÃy táng sÁn l°ÿng lúa căa Viát Nam đ¿t 43,4 triáu tÃn [38] và xuÃt khẩu g¿o căa chúng ta đ¿t h¢n 6,5 triáu tÃn, đąng thą 3 thÁ gißi sau Ân Đá và Thái Lan [39] (Hình 1.3). Chính vì vÁy mà phā phẩm phát sinh trong quá trình sÁn xuÃt g¿o là vß trÃu ã n°ßc ta cũng rÃt lßn.

Hình 1.3. SÁn lượng g¿o xuất khẩu cÿa các nước trên thế giới nm 2018/2019

Vßi các giáng lúa ã Viát Nam, vß trÃu th°áng chiÁm khoÁng 20% về khái l°ÿng. Tùy thuác vào giáng lúa, điều kián thái tiÁt vā mùa, vß trí trßng lúa mà tÿ lá này có thể thay đái nh°ng khơng đáng kể. L°ÿng vß trÃu thu đ°ÿc trong nm s¿ khơng đßng đều mà nó phā thuác vào thái điểm thu ho¿ch căa vā mùa. Dăa vào tÿ lá căa vß trÃu và h¿t thóc ta có thể tháng kê sá liáu vß trÃu phát sinh hàng nm trong bÁng 1.1. Vßi khái l°ÿng trung bình hàng nm thu đ°ÿc là gÅn 8,8 triáu tÃn cho thÃy vß trÃu là ngußn ngun liáu rÃt dßi dào cho các ngành cơng nghiáp.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

BÁng 1.1. SÁn lượng vỏ trấu phát sinh hàng nm ở Việt Nam [38]

SÁn l°ÿng lúa, triáu tÃn 44 45 45,1 43,2 42,7 44 43,4 Tÿ tá vß trÃu/thóc 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 SÁn l°ÿng vß trÃu, triáu tÃn 8,8 9,0 9,2 8,6 8,5 8,8 8,7 Vß trÃu là phā phẩm đ°ÿc tách ra khßi h¿t thóc trong quá trình xay sát để sÁn xuÃt g¿o và chiÁm khoÁng 20% khái l°ÿng căa thóc. Sau khi xay sát, vß trÃu ã d¿ng khơ, có hình dáng nhò v rỏi, tÂi xỏp, nh, vn chuyn dò dng. Trong vß trÃu chąa khoÁng 75 % chÃt hāu cÂ dò bay hÂi s chỏy trong quỏ trỡnh ỏt và 25 % còn l¿i chuyển thành tro. Các thành phÅn chă u có trong vß trÃu là xenlulo (50 %), lignin (25 -30 %), silic (15 -20 %) và đá ẩm (10 -15 %). Khái l°ÿng riêng căa vß trÃu khoÁng 90 - 150 kg/m3 [40].

Để tÁn dāng ngußn phā phẩm từ sÁn xt nơng nghiáp, vß trÃu đã đ°ÿc quan tâm từ rÃt sßm. Từ lâu vß trÃu đã đ°ÿc ng°ái dân sÿ dāng làm chÃt đát trong sinh ho¿t hàng ngày cũng nh° trong sÁn xuÃt g¿ch. Ngồi ra ngày nay vß trÃu cịn đ°ÿc sÿ dāng làm chÃt đát để sÁn xuÃt đián. Cùng vßi să phát triển căa khoa hác kā thuÁt, vß trÃu đã đ°ÿc tÁn dāng trong nhiều ngành nghề phāc vā cuác sáng con ng°ái.

Trong các ngành công nghiáp thép: Do đặc tính cách nhiát tát căa trÃu nh° đá d¿n nhiát thÃp, nhiát đá nóng chÁy cao, mÁt đá xáp cao nên nó đ°ÿc sÿ dāng để sÁn xuÃt thép chÃt l°ÿng cao. Nó cũng đ°ÿc sÿ dāng nh° mát lßp phă trên kim lo¿i nóng chÁy vßi vai trị nh° mát chÃt cách đián tát và không làm nguái kim lo¿i mát cách nhanh chóng [41].

Trong ngành xi mng và xây dăng: Xi mng trán đ°ÿc sÁn xuÃt bằng cách sÿ dāng tro trÃu để đáp ąng nhu cÅu xây dăng ngày càng tng. Tro trÃu có ho¿t tính cao chă u đ°ÿc dùng để thay thÁ silic hoặc nh° mát phā gia trong sÁn xuÃt bê tông giá rẻ [42].

Do hàm l°ÿng silic lßn trong tro trÃu nên viác khai thác silic là kinh tÁ. Silic đ°ÿc sÿ dāng trong các ngành công nghiáp nh° mát chÃt gia cá, sÿ dāng trong công nghiáp vũ trā, trong thuác đánh rng, trong các ngành cơng nghiáp thăc phẩm [43].

Ngồi ra chúng còn đ°ÿc sÿ dāng làm chÃt đán trong sÁn xt g¿ch, dùng chÁ t¿o đß thă cơng mā nghá, dùng để sÁn xuÃt nhiên liáu sinh hác [44,45] và đặc biát nhằm tÁn dāng ngn silic dßi dào có trong vß trÃu, thái gian gÅn đây các nhà

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

nghiên cąu đã tiÁn hành sÿ dāng vß trÃu làm ngußn nguyên liáu cung cÃp silic cho quá trình táng hÿp vÁt liáu mao quÁn sau khi xÿ lý ã nhiát đá cao.

Tro trÃu là sÁn phẩm căa vß trÃu đ°ÿc nung ã nhiát đá cao. Thành phÅn các chÃt có trong tro trÃu phā thuỏc vo loi tru, nÂi tròng lỳa v mựa v nh°ng chă u là SiO2, ngồi ra cịn có thêm mát l°ÿng nhß các oxit kim lo¿i khác (bÁng 1.2). Ngn SiO2 có trong tro trÃu rÃt cao, có thể lên đÁn 98 %, chính vì vÁy tro trÃu là mát trong nhāng ngußn nguyên liáu tiềm nng cung cÃp silic cho nhiều ngành công nghiáp, trong đó có táng hÿp vÁt liáu mao quÁn.

BÁng 1.2. Thành phần các chất có trong tro trấu [46-49]

Hình 1.4. Số lượng cơng trình nghiên cāu về zeolite có liên quan đến vỏ trấu qua các nm [37]

Theo sá liáu tháng kê trên trang web sciencedirect.com sá l°ÿng cơng trình nghiên cąu zeolite có liên quan đÁn vß trÃu qua các nm đang ngày càng tng, qua đó chąng tß tiềm nng căa ngn ngun liáu này đái vßi q trình táng hÿp vÁt liáu mao quÁn (hình 1.4).

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Từ kÁt quÁ táng quan về nguyên liáu cho táng hÿp zeolite có thể thÃy, cao lanh và vß trÃu là các nguyên liáu ban đÅu cho táng hÿp zeolite đã và đang đ°ÿc nghiên cąu nhiều trên thÁ gißi. â Viát Nam, cao lanh và vß trÃu có trā l°ÿng rÃt lßn, nh°ng zeolite sÁn xt quy mơ cơng nghiáp l¿i rÃt h¿n chÁ. Vì vÁy viác sÿ dāng cao lanh và vß trÃu để táng hÿp và ąng dāng zeolite nói chung và Nano-NaX nói riêng có ý ngh*a khoa hác và thăc tißn to lßn ã Viát Nam.

1.2. Táng quan vß zeolite

Zeolite là các khống chÃt silicate nhơm hay cịn gái là aluminosilicate ã d¿ng tinh thể, có cÃu trúc khơng gian ba chiều vßi há tháng mao qn đßng đều và trÁt tă. Khơng gian bên trong căa zeolite gßm nhāng hác nhß đ°ÿc kÁt nái vßi nhau bằng các mao qn có kích th°ßc án đßnh khoÁng 3-12 Å [50]. Mßi lo¿i zeolite có kích th°ßc mao qn riêng. Nhá há tháng mao quÁn đó mà zeolite có thể hÃp phā chán lỏc nhng phõn t cú kớch thòc nhò hÂn kích th°ßc mao qn căa chúng, vì vÁy zeolite cịn đ°ÿc xem là mát lo¿i <rây phân tÿ=.

Cơng thąc hóa hác căa zeolite đ°ÿc biểu dißn d°ßi d¿ng [51]: Mx/n[(AlO2)x.(SiO2)y].zH2O

Trong đó: M là cation bù trừ đián tích âm (th°áng là các kim lo¿i kiềm và kiềm thá nh° K, Na, Mg, Ca) có hố trß n.

x, y là sá tą dián nhơm và silic, tÿ sá y/x th°áng lßn h¢n 1 và thay đái tuỳ theo từng lo¿i zeolite.

z là sá phân tÿ n°ßc kÁt tinh trong zeolite.

C¢ sã xây dăng cÃu trúc căa zeolite là tą dián TO4, trong đó T là nguyên tÿ silic hoặc nhơm (hình 1.5). Trong zeolite, nhơm giáng nh° silic, phái trí tą dián vßi oxy và thay thÁ silic trong khung silic-alumina. Tÿ lá giāa silic và nhôm trong m¿ng tinh thể căa zeolite có thể thay đái trong gißi h¿n khá ráng, nh°ng đái vßi nhơm có gißi h¿n trên.

Hình 1.5. Đơn vị cấu trúc sơ cấp cÿa zeolite – tā diện TO4

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Theo các nghiên cąu thăc nghiám Loweinstein cho thÃy, sá l°ÿng nguyên tÿ nhôm ã các tą dián trong m¿ng tinh thể zeolite ch cú th nhò hÂn hoc bng sỏ l°ÿng nguyên tÿ silic trong m¿ng tinh thể, do hai ngun tÿ Al khơng thể tßn t¿i lân cÁn nhau, ngh*a là cÃu trúc zeolite khơng thể tßn t¿i các liên kÁt Al-O-Al mà chỉ có thể tßn t¿i các liên kÁt Si-O-Al hoặc Si-O-Si [40]. Chính vì vÁy tỉ lá Si/Al g 1. Các tą dián nhơm oxit và silic oxit liên kÁt vßi nhau qua nguyên tÿ oxy hình thành nên m¿ng tinh thể căa zeolite. Do nhôm thay thÁ mát sá nguyên tÿ silic trong m¿ng l°ßi tinh thể căa silic oxit kÁt tinh, nên m¿ng l°ßi tinh thể zeolite có d° đián tích âm vì ngun tÿ nhơm có hóa trß 3 thay cho ngun tÿ silic có hóa trß 4. Để trung hịa đián tích, zeolite cÅn có cation bù trừ đián tích âm d°. Nhāng cation đó th°áng là các kim lo¿i kiềm (Na+, K+) hoặc kim lo¿i kiềm thá (Mg2+, Ca2+). Các cation này nằm ngồi m¿ng l°ßi tinh thể và dß dàng tham gia vào các q trình trao đái ion vßi các cation khác (hình 1.6). Chính nhá đặc tính trên mà ng°ái ta có thể biÁn tính zeolite và làm cho nó có nhāng tính chÃt cÅn thiÁt nhằm ąng dāng vào các quá trình hÃp phā và xúc tác.

Hình 1.6: Cấu trúc thā cấp cÿa zeolite [52]

CÃu trúc tinh thể căa zeolite th°áng đ°ÿc phõn loi thnh Ân vò cu trỳc sÂ cp (primary building unit-PBU) bao gßm các tą dián TO4 và Ân vò cu trỳc th cp (secondary building unit-SBU) do các PBU liên kÁt vßi nhau bằng cách chia sẻ oxy vßi các tą dián liền kề (hình 1.7). Trong các lo¿i zeolite khác nhau đều có chung cÃu trúc s¢ cÃp là các tą dián TO4. Să phân chia zeolite thành các lo¿i khác nhau là do să khác nhau v cỏc Ân vò th cp hỡnh thnh nờn m¿ng tinh thể zeolite. Mát sá là vịng đ¢n, vũng ụi, khỏi a diỏn hoc cỏc Ân vò phc tp hÂn c liờn kt vòi nhau theo nhiu cách khác nhau để t¿o ra mát há tháng mao qn và lßng đác đáo. Cho đÁn nay có khoÁng 23 lo¿i SBU khác nhau đ°ÿc biÁt đÁn nh° đ°ÿc minh háa trong hình 1.7, các tą dián TO4 nằm ã giāa các nút (các đỉnh) còn oxy

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Hình 1.7. Các đơn vị cấu trúc thā cấp cÿa zeolite [53]

Hình 1.8. Một số cấu trúc cơ bÁn (CBU) cÿa zeolite [53]

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Ngồi các PBU và SBU đ°ÿc mơ tÁ ã trên, zeolite có thể chąa các thành phÅn khác nh° vịng đơi, lßng và khoang. Đây đ°ÿc gái l cỏc Ân vò cu trỳc cÂ bn (CBU). Các CBU đ°ÿc hình thành do các liên kÁt giāa các SBU vßi nhau hoặc giāa các SBU và PBU. Trong hình 1.8 miêu tÁ mát sá lo¿i CBU. Các CBU và SBU liên kÁt vßi nhau t¿o thành các lo¿i zeolite khác nhau nh° zeolite A, zeolite X, sodalite (hình 1.9). Să liên kÁt này th°áng t¿o thành các hác trong tinh thể zeolite. Các hác ny cú ỏng kớnh lòn hÂn ỏng kớnh mao quÁn căa zeolite, đây chính là đặc điểm đác đáo đã và đang đ°ÿc các nhà khoa hác nghiên cąu để sÿ dāng chúng cho l*nh văc xúc tác và hÃp phā. Kích th°ßc mao qn căa zeolite th°áng đ°ÿc qut đßnh bãi các vịng, các vòng đ°ÿc đặc tr°ng và đặt tên theo sá l°ÿng tą dián TO4 có trong chúng, các vịng zeolite th°áng bao gßm 4, 5, 6, 8, 10, hoặc 12 tą dián TO4.

Hình 1.9. Sự liên kết hình thành một số lo¿i zeolite [54]

Có nhiều cách để phân lo¿i zeolite nh°ng ng°ái ta th°áng dăa vào ngn gác, đ°áng kính mao quÁn, tỉ lá Si/Al và chiều h°ßng khơng gian căa các kênh hình thành cÃu trúc mao quÁn.

1.2.2.1. Phân lo¿i theo ngußn gác

Theo cách này zeolite đ°ÿc chia thành zeolite tă nhiên và zeolite táng hÿp. Các zeolite tă nhiên chă yÁu đ°ÿc tìm thÃy trong đá trÅm tích núi lÿa [55], đ°ÿc hình thành khi núi lÿa phun trào, magma (đá nóng chÁy trong lòng đÃt) xuyên

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

qua vß trái đÃt và chÁy ra ngồi d°ßi d¿ng dung nham kèm theo khí, bāi và tro dày. Khi đÁn biển, dung nham nóng gặp n°ßc và mi từ biển trÁi qua các phÁn ąng trong suát hàng nghìn nm, d¿n đÁn viác t¿o ra các chÃt rÃn kÁt tinh đ°ÿc gái là zeolite. Có khoÁng 60 lo¿i zeolite tă nhiên đ°ÿc biÁt đÁn [56,57], xuÃt hián tă nhiên trong đÃt, trÅm tích và đá, chă yÁu tÁp trung trong các lo¿i đá và đÃt có ngn gác núi lÿa. Các zeolite tă nhiên phá biÁn nhÃt là analcime, chabazite, clinoptilolite, erionite, mordenite và phillipsite. Các zeolite tă nhiên có đặc tính hÃp phā m¿nh có thể đ°ÿc khai thác để lo¿i bß các chÃt gõy ụ nhiòm nh kim loi nng, nitÂ v lu huỳnh từ các sÁn phẩm dÅu mß đ°ÿc chiÁt xuÃt.

Vì các ąng dāng ráng rãi và đa d¿ng căa zeolite, nên nhu cÅu sÿ dāng zeolite ngày cng nhiu hÂn v lòn hÂn lng zeolite t nhiờn có thể đ°ÿc khai thác trên tồn thÁ gißi. Ngồi ra do các zeolite tă nhiên có chąa các t¿p chÃt d¿n đÁn làm giÁm các tính chÃt đặc tr°ng căa zeolite, nên đã thúc đẩy nhu cÅu sÁn xuÃt nhân t¿o, nghiên cąu và táng hp zeolite. Cho tòi nm 2018 cú hÂn 200 loi zeolite đã đ°ÿc nghiên cąu và táng hÿp thành công [58], các kÁt quÁ nghiên cąu cho thÃy các zeolite táng hÿp cú thnh phn òng u v bn hÂn so vòi zeolite tă nhiên. Zeolite táng hÿp có dián tích bề mặt riêng cao h¢n, khơng có t¿p chÃt và có thể đ°ÿc sÁn xuÃt cho các ąng dāng cā thể vßi sá l°ÿng lßn. Các zeolite táng hÿp phá biÁn nhÃt là zeolite A, X, Y và ZSM-5. Các zeolite táng hÿp đã khÃc phāc đ°ÿc nhāng h¿n chÁ căa zeolite tă nhiên, vßi nhāng °u điểm v°ÿt trái, tiêu biểu là:

- Không l¿n t¿p chÃt d¿n đÁn làm giÁm các tính chÃt có lÿi căa zeolite.

- Có thể sÁn xt vßi sá l°ÿng lßn, ít gây Ánh h°ãng đÁn mơi tr°áng do không phÁi khai thác trong tă nhiên.

- CÃu trúc tinh thể đßng đều, tinh khiÁt, đa d¿ng về chăng lo¿i.

- Điều chỉnh đ°ÿc kích th°ßc h¿t, kích th°ßc lß xáp, thay đái tỉ lá Si/Al, tng dián tích bề mặt.

- Có đá bn cÂ, ỏ bn nhiỏt lòn hÂn nhiu so vòi các zeolite tă nhiên, đáp ąng tát nhu cÅu cơng nghiáp.

1.2.2.2. Phân lo¿i theo thành phÅn hóa hác

Tÿ lá Si/Al trong zeolite đóng vai trị quan tráng và có Ánh h°ãng trăc tiÁp tßi să hình thành cÃu trúc và tính chÃt hóa lý căa zeolite. Chính vì vÁy khi phân lo¿i zeolite theo thành phÅn hóa hác, các nhà nghiên cąu đã dăa theo tÿ lá Si/Al và đ°ÿc chia thành các lo¿i sau:

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

- Zeolite có hàm l°ÿng silic thÃp khi tỉ lá Si/Al = 1-1,2. Nhóm này có chąa l°ÿng cation bù trừ cao và có khÁ nng trao đái cation lßn nhÃt. Thuác lo¿i này có các zeolite A, X, P1.

- Zeolite có hàm l°ÿng silic trung bình khi tỉ lá Si/Al = 1,2-10. Thuác nhóm này có các zeolite Y, chabazite, mordenite. Lo¿i này có đá bền nhiỏt cao, kớch thòc mao qun tÂng ỏi òng đều.

- Zeolite có hàm l°ÿng silic cao khi tỉ lá Si/Al > 10. Thuác nhóm này có zeolite ZSM-5, ZSM-11, zeolite β.

1.2.2.3. Phân lo¿i theo đ°áng kính mao quÁn

Đ°áng kính mao quÁn căa zeolite là mát đặc tr°ng đặc biát căa zeolite làm cho nó có tính chÃt rây phân tÿ. Mßi lo¿i zeolite có kích th°ßc khác nhau, vì vÁy viác phân lo¿i zeolite theo đ°áng kính mao qn thn lÿi cho q trình nghiên cąu và ąng dāng căa zeolite. Theo cách phân lo¿i này, ng°ái ta chia zeolite làm 3 lo¿i:

Zeolite có mao qn ráng: Đ°áng kính mao quÁn > 7 Å, nh° zeolite X, Y, mordenite (hình 1.10) [53].

Hình 1.10. Đường kính mao quÁn zeolite X, Y

Zeolite có mao quÁn trung bình: Đ°áng kính mao qn từ 5-6.9 Å, nh° zeolite ZSM-5, ferrierite (hình 1.11) [53].

Hình 1.11. Đường kính mao qn zeolite ZSM-5

Zeolite có mao qn nhß: Đ°áng kính mao quÁn < 5 Å, nh° zeolite A, P (hình 1.12) [53].

Hình 1.12. Đường kính mao quÁn zeolite A

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

1.2.2.4. Phân lo¿i theo h°ßng khơng gian căa các kênh hình thành mao quÁn Dăa theo h°ßng khơng gian căa các kênh hình thành mao qn, ng°ái ta chia zeolite làm 3 lo¿i:

Zeolite có há tháng mao qn mát chiều khơng có să giao nhau giāa các há tháng mao quÁn nh° analcime, ZSM-22.

Hình 1.13. Hệ thống mao quÁn một chiều [53]

Zeolite có há tháng mao quÁn hai chiều có các mao quÁn chính ch¿y song song đ°ÿc kÁt nái vßi nhau bãi các mao quÁn phā nhß h¢n ch¿y song song nh° mordenite, ZSM-5.

Hình 1.14. Hệ thống mao quÁn hai chiều [53]

Zeolite có há tháng mao quÁn ba chiều nh° zeolite A, X, Y.

Hình 1.15. Hệ thống mao quÁn ba chiều [53]

Trong nhāng nm qua, zeolite đã thu hút să chú ý căa các nhà khoa hác do các điểm đặc thù căa chúng. Sau khi đ°ÿc phát hián vào nm 1756 bãi Axel Fredrik Cronstedt, zeolite đ°ÿc biÁt đÁn là chÃt hÃp phā tát, chÃt trao đái ion và rây phân tÿ. Nhá có các đặc tính đặc tr°ng kể trên mà zeolite đ°ÿc sÿ dāng ráng rãi trong

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

công nghiáp lác hóa dÅu, trong nơng nghiáp, y hác, bÁo vá môi tr°áng và nhiều l*nh văc khác.

1.2.3.1. Ąng dāng làm chÃt xúc tác

Mát trong nhāng phÁn ąng xúc tác nái bÁt nhÃt sÿ dāng zeolite là cracking xúc tác pha lßng (FCC) - mát phÁn ąng đ°ÿc sÿ dāng trong quá trình cracking dÅu mß. Trong q trình này, các thành phÅn hydrocarbon có khái l°ÿng phân tÿ cao căa dÅu thơ đ°ÿc chuyển thành xng, khí olefinic và các sÁn phẩm khác có giá trß h¢n. Mặc dù ban đÅu đ°ÿc thăc hián bằng ph°¢ng pháp cracking nhiát nh°ng sau đó nó gÅn nh° đã đ°ÿc thay thÁ hồn tồn bằng ph°¢ng pháp cracking xúc tác vì ph°¢ng pháp này t¿o ra nhiều sn phm hÂn vòi ch sỏ octane cao hÂn, cựng vßi các khí sÁn phẩm phā có nhiều olefinic hÂn v do ú cú giỏ trò hÂn so vòi sÁn phẩm đ°ÿc t¿o ra bằng ph°¢ng pháp cracking nhiát. ĐÁn nay, toàn bá l°ÿng xng trên thÁ gißi đ°ÿc sÁn xuÃt từ dÅu mß đều qua quá trình cracking xúc tác (FCC) và phÁi sÿ dāng zeolite. Xúc tác FCC hián nay đ°ÿc sÿ dāng phá biÁn là să tá hÿp căa zeolite Y siêu bền (USY) và zeolite ZSM-5 đ°ÿc phân tán trên aluminosilicate vơ đßnh hình. Ngồi ra cịn sÿ dāng zeolite ZSM-5 trong q trình đßng phân hóa xylene, SAPO-34 trong sÁn xuÃt olefin, MCM-22 trong quá trình alkyl hóa hydrocarbon th¢m [59].

Cho đÁn nay, zeolite v¿n là vÁt liáu đ°ÿc sÿ dāng làm xúc tác ráng rãi nhÃt trong công nghiáp bãi nó có nhiều °u điểm nh°: dián tích bề mặt lßn và đá hÃp phā cao, tính chÃt hÃp phā có thể thay đái tùy mơi tr°áng, kích th°ßc mao qn đa d¿ng t¿o nên tính chán lác hình d¿ng cao, chßu đ°ÿc nhāng điều kián cơng nghiáp khÃc nghiát, khơng có đác tính, dß tái sinh và khơng làm mịn thiÁt bß phÁn ąng.

1.2.3.2. Ąng dāng trong trßng trát và chn ni

Nhá có nhiều tính chÃt đặc biát mà zeolite đ°ÿc sÿ dāng khá phá biÁn trong trßng chát và chn nuôi.

Viác sÿ dāng zeolite trong nông nghiáp t¿o ra nhāng kÁt quÁ đáng kể đái vßi đÃt, t°ßi tiêu, bón phân và bÁo vá thăc vÁt cũng nh° nng suÃt căa cây trßng [60-64].

Viác bá sung zeolite tă nhiên vào đÃt s¿ cÁi thián các đặc tính vÁt lý và hóa hác căa nó, cā thể nh°:

- àn đßnh và tng c°áng kÁt hÿp đÃt có lÿi, cÁi thián đá đặc căa đÃt lm tÂi xỏp, thụng khớ t tròng, giỳp tng khÁ nng trao đái cation căa đÃt và dung dßch

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

đÃt, có xu h°ßng điều chỉnh đá pH căa đÃt thành trung tính, góp phÅn làm giÁm ơ nhißm trong đÃt bằng cách khÿ các kim lo¿i nặng và chÃt đác.

- CÁi thián khÁ nng giā n°ßc căa đÃt, đặc biát là ã nhāng vùng đÃt có chąa nhiều cát, giúp dă trā n°ßc và cung cÃp n°ßc dă trā cho cây trßng,

- Khi bón vào đÃt, chúng giā l¿i các cht dinh dng, gi li nitÂ dòi dng ion amoni (NH4+) và kali d°ßi d¿ng ion K+, các nguyên tá vi l°ÿng trong phân bón và khơng cho chúng bß rÿa trơi. Chính vì vÁy, zeolite góp phÅn giÁm l°ÿng phân bón cho cây trßng và làm tng nng suÃt cây.

- Hàm l°ÿng silic và nhôm cao căa nó giúp tng c°áng khÁ nng kháng bánh căa cây trßng cháng l¿i mát sá ký sinh trùng thăc vÁt gây bánh. Zeolite có thể hÃp phā mát mąc đá nhÃt đßnh các phytopathogens gây ra să thái rāa ã thăc vÁt khi bón vào đÃt d°ßi d¿ng hịa tan trong n°ßc. Bằng cách sÿ dāng thành phÅn căa các chÁ phẩm sinh hác cā thể, zeolite làm tng khÁ nng bÁo vá thăc vÁt cháng l¿i să nhißm nÃm căa cây và tng đá phì nhiêu căa đÃt.

Trong chn nuôi, zeolite đ°ÿc sÿ dāng làm phā gia cho thąc n. Trong cÃu trúc tinh thể căa zeolite có các mao quÁn có chąa các cation kali, canxi, natri và magiê, mang đÁn cho đáng vÁt theo tÿ lá vi mơ cùng vßi thąc n, sau đó từ từ giÁi phóng chúng. Nhá có các mao quÁn mà zeolite có thể hÃp phā các kim lo¿i nặng và các chÃt phóng x¿, khí, amoniac đã đi vào c¢ thể vÁt ni cùng vßi thąc n và lo¿i bß chúng khßi c¢ thể đáng vÁt qua đ°áng bài tiÁt. KÁt quÁ là các chÃt đác h¿i và nguy hiểm đ°ÿc zeolite hÃp phā và thÁi ra ngoài theo phân. Các nghiên cąu gÅn đây căa các nhà khoa hác đã chąng tß rằng, khi sÿ dāng zeolite làm thąc n trong chn nuôi gia cÅm đã giúp tng khÁ nng đề kháng và giúp tng tr°ãng căa gà trong chn nuôi [65]. VÃn đề quan tráng không kém là giúp bÁo vá mơi tr°áng khßi ơ nhißm bãi chÃt thÁi từ các khu liên hÿp chn ni và cÁi thián vi khí hÁu trong các trang tr¿i chn nuôi, do zeolite làm giÁm đáng kể nßng đá amoniac, hydro sulfua, mercaptan, amin dò bay hÂi v cỏc cht ụ nhiòm khỏc.

Zeolite cịn có thể sÿ dāng làm chÃt làm s¿ch trong hß ni để hÃp phā amoniac và các hÿp chÃt nit¢ khác [66].

1.2.3.3. SÁn xuÃt chÃt tẩy rÿa

Trong các giai đo¿n tr°ßc đây, các chÃt phā gia trÿ giúp tẩy rÿa th°áng đ°ÿc sÿ dāng là natri-tripolyphotphate. Trong quá trình tẩy rÿa, phā gia này t¿o phąc vßi các ion kim lo¿i nh° Ca2+, Mg2+ có trong n°ßc, t¿o điều kián cho quá trình tẩy rÿa tát hÂn khi cỏc cht bn ó bò kộo ra ngoi, khơng có hián t°ÿng bám bẩn trã l¿i

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

[71]. Tuy nhiên, khi sÿ dāng phā gia trên, n°ßc thÁi sau khi tẩy rÿa chąa mát l°ÿng lßn hÿp chÃt photpho t¿o ra từ phā gia gây ơ nhißm ngn n°ßc thÁi nói chung và n°ßc sinh ho¿t nói riêng, làm h¿i mơi tr°áng sáng căa các sinh vÁt sáng d°ßi n°ßc và con ng°ái. Do đó, nhiều n°ßc trên thÁ gißi đã h¿n chÁ hoặc ngừng hẳn viác dùng các phā gia giặt rÿa có h¿i cho mơi tr°áng và thay thÁ dÅn hoặc chuyển hẳn sang sÿ dāng zeolite thay thÁ cho viác dùng tripolyphotphate. Zeolite có khÁ nng trao đái ion lßn gÃp 2 lÅn khÁ nng t¿o phąc căa natri-tripolyphotphate. Ngoài ra, trong thành phÅn căa zeolite không chąa các nguyên tá đác h¿i, nên không làm Ánh h°ãng xÃu đÁn môi tr°áng n°ßc thÁi sau khi giặt rÿa. Nhá thÁ, phā gia tng c°áng giặt rÿa trên c¢ sã zeolite có °u thÁ h¢n hẳn natri-tripolyphotphate về mặt bÁo vá môi tr°áng.

1.2.3.4. Ąng dāng làm chÃt làm khô và tách chiÁt

Do zeolite có đá hÃp phā và chán lác cao, nên đ°ÿc ąng dāng trong sÁn xt cßn có nßng đá cao sÿ dāng làm nhiên liáu sinh hác [67].

Zeolite cịn có khÁ nng làm khơ khí cơng nghiáp và làm chÃt cháng ẩm trong bÁo quÁn, tách chiÁt và tinh chÁ các chÃt. Zeolite đã đ°ÿc sÿ dāng rÃt phá biÁn để tách các chÃt khí nh° CO, CO2, N2, SO2, O2 và các hydrocarbon [68-70].

1.2.3.5. Ąng dāng trong y hác

VÁt liáu silicate tă nhiên đã đ°ÿc chąng minh là có các ho¿t đáng sinh hác đa d¿ng. Do là chÃt aluminosilicate, zeolite cũng có ho¿t tính sinh hác. Ho¿t đáng sinh hác này phát sinh do thăc tÁ các quá trình sinh hóa xÁy ra thơng qua trao đái ion, hÃp phā, xúc tác hoặc các q trình có liên quan chặt ch¿ vßi nhāng điều đã nói ã trên. Vì lý do này, zeolite đã đ°ÿc sÿ dāng trong các quá trình y hác khác nhau nh° trong điều trß ung th° [72].

Ngồi ra, zeolite cịn có tiềm nng trong viác giÁi đác cho ng°ái và đáng vÁt, cÁi thián tình tr¿ng dinh d°ỡng và khÁ nng mißn dßch căa đáng vÁt trang tr¿i, tách các phân tÿ sinh hác và tÁ bào khác nhau, xây dăng bá cÁm biÁn sinh hác và phát hián dÃu hiáu sinh hác căa các bánh khác nhau, kiểm soát viác phân phái thuác. Trong kā tht mơ và lßp phă vÁt liáu sinh hác, zeolite là thành phÅn căa khung cho kā thuÁt mơ x°¢ng, zeolite có thể cung cÃp oxy đÁn các tÁ bào, có thể kích thích să biát hóa căa tÁ bào t¿o x°¢ng và có thể ąc chÁ q trình tiêu x°¢ng [73-75].

Zeolite cũng có thể ho¿t đáng nh° ngn dă trā oxy và có thể cÁi thián hiáu suÃt tÁ bào trong m¿ch máu và chāa lành vÁt th°¢ng. Khi biÁn tính cùng vÁt liáu

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

kim lo¿i để cÃy ghép x°¢ng, màng zeolite cho thÃy tác dāng cháng n mòn và cÁi thián să tích hÿp liên kÁt căa các mô cÃy này [76,77].

Zeolite đ°ÿc sÿ dāng để khỏng khun, kớch thớch s hỡnh thnh xÂng, cha trò tiểu đ°áng, chāa tiêu chÁy, làm giÁm axit trong há tiêu hóa và làm các chÃt mang d°ÿc phẩm [78,79].

1.2.3.6. Ąng dāng trong hÃp phā để xÿ lý môi tr°áng

Trong l*nh văc bÁo vá môi tr°áng, zeolite đ°ÿc sÿ dāng khá ráng rãi trong viác xÿ lý n°ßc, đÃt, lác khơng khí và khÿ nhißm mơi tr°áng khßi hián t°ÿng phóng x¿. Các ąng dāng này dăa trên ho¿t tính hÃp phā và trao đái ion cao căa zeolite.

Zeolite đ°ÿc sÿ dāng ráng rãi nhÃt trong các ąng dāng này là zeolite clinoptilolite tă nhiên. Chúng đ°ÿc sÿ dāng để lo¿i bß đßng thái amoni và nitrat từ nòc thi [80], loi bò amoni v nitÂ t nòc ngÅm [81]. Sÿ dāng zeolite đã biÁn tính để lo¿i bß molypden khßi các dịng n°ßc thÁi cơng nghiáp [82].

Zeolite còn đ°ÿc sÿ dāng để làm mềm n°ßc bằng cách hÃp phā các ion kim lo¿i có trong n°ßc, sÿ dāng để lo¿i bß Cr3+ và Cr6+đác h¿i khßi đÃt bß ơ nhißm [83]. Clinoptilolite cịn đ°ÿc sÿ dāng để lo¿i bß benzene, toluene và xylene khßi khơng khí ơ nhißm [84].

Trong q trình khÿ nhißm phóng x¿ mơi tr°áng, zeolite đ°ÿc sÿ dāng nh° là chÃt hÃp phā để xÿ lý đÃt bß nhißm phóng x¿ nhằm māc đích tái t¿o đÃt [85]. Đái vßi các ngußn n°ßc bß nhißm phóng x¿, zeolite đ°ÿc nghiên cąu để khÿ nhißm phóng x¿ từ phóng x¿ h¿t nhân nh° khÿ các đßng vß 134Cs, 137Cs và 90Sr [86,87].

1.2.4. Các phương pháp tổng hợp zeolite

1.2.4.1. Ph°¢ng pháp kÁt tinh thăy nhiát

Ph°¢ng pháp kÁt tinh thăy nhiát đ°ÿc biÁt đÁn lÅn đÅu tiên vào nm 1845 qua báo cáo căa nhà khoa hác ng°ái Đąc Karl Emil von Schafhäutl [50]. Ông đã phát triển các tinh thể th¿ch anh từ mát nßi áp st nhß. Từ đó đã có rÃt nhiều cơng trình nghiên cąu cơng bá sÿ dāng ph°¢ng pháp kÁt tinh thăy nhiát. ĐÁn ngày nay, d°ßi să phát triển m¿nh m¿ căa khoa hác kā thuÁt và đặc biát là să phát triển căa vÁt liáu mao quÁn và các ph°¢ng pháp phân tích hián đ¿i nh° XRD, SEM, TEM, IR thì ph°¢ng pháp kÁt tinh thăy nhiát ngày càng đ°ÿc sÿ dāng ráng rãi.

Zeolite đ°ÿc táng hÿp theo ph°¢ng pháp thuÿ nhiát th°áng tiÁn hành ã nhiát đá thÃp trong khoÁng từ nhiát đá phòng đÁn 150 oC, trong điều kián môi tr°áng axit hoặc bazÂ [25,60]. Quỏ trỡnh tri qua cỏc bòc nh sau: đÅu tiên hoà tan chÃt ho¿t

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

đáng bề mặt trong n°ßc thành dung dßch đßng nhÃt, sau đó tiền chÃt vơ c¢ đ°ÿc thêm vào, d°ßi điều kián th nhiát và mơi tr°áng phÁn ąng s¿ xÁy ra să chuyển pha từ tr¿ng thái sol sang tr¿ng thái gel. Sau khi hßn hÿp hình thành gel đßng nhÃt, q trình ng°ng tā các tiền chÃt vơ c¢ lên trên bề mặt mixen chÃt ho¿t đáng bề mặt và rÃn hoá tinh thể lßng. Hßn hÿp sau đó đ°ÿc lác, rÿa và làm khơ rßi nung để lo¿i bß chÃt ho¿t đáng bề mặt d° và chÃt ho¿t đáng bề mặt có trong các mao quÁn để thu đ°ÿc sÁn phẩm.

1.2.4.2. Ph°¢ng pháp táng hÿp nhiát dung mơi

Về c¢ bÁn ph°¢ng pháp nhiát dung mơi là t°¢ng òng so vòi phÂng phỏp thy nhiỏt khi thay n°ßc bằng các dung mơi nh° r°ÿu, pyridin, hydrocarbon. Các dung môi đ°ÿc sÿ dāng trong táng hÿp zeolite thay đái từ khơng phân căc và kỵ n°ßc n phõn cc v a nòc. Theo phÂng phỏp nhiỏt dung môi, các dung môi th°áng sÿ dāng là nhāng dung môi phân căc, có nhiát đá sôi cao nh° dialkyl formamide, acetonitrile hay nòc. PhÂng phỏp nhiỏt dung mụi, dăa trên să thay đái đá phân căc căa dung mơi kÁt hÿp vßi nhiát đá thích hÿp. Nhiát đá phÁn ąng th°áng từ nhiát đá phòng đÁn 220 oC, thái gian từ vài giá cho đÁn vài ngày [88,89].

â nhiát đá từ 80-220 oC, quá trình táng hÿp đ°ÿc thăc hián trong thiÁt bò autoclave. u im ca phÂng phỏp ny là có thể thu đ°ÿc tinh thể zeolite có chÃt l°ÿng cao. Tuy nhiên, nh°ÿc điểm căa ph°¢ng pháp là thái gian phÁn ąng dài, l¿i chßu áp st nên khó táng hÿp ã quy mơ lßn.

1.2.4.3. Ph°¢ng pháp nhiát ion

Ph°¢ng pháp táng hÿp nhiát ion ch khỏc phÂng phỏp nhiỏt dung mụi ó chò dung mơi sÿ dāng là chÃt lßng ion. ChÃt lßng ion có nhiều tính chÃt đặc biát dùng để táng hÿp vÁt liáu cÃu trúc mßi, đó là đá phân căc cao, khÁ nng sÃp xÁp l¿i cÃu trúc làm cho chúng có khÁ nng hịa tan cao, khÁ nng chßu nhiát đá cao và ít bay hÂi. Cht lòng ion cng phự hp cho phn ąng ã nhiát đá cao nh° trong thiÁt bß autoclave và lị vi sóng [88,90].

1.2.4.4. Ph°¢ng pháp vi súng

ỏi vòi phÂng phỏp vi súng, thỏi gian phn ąng và thái gian gia nhiát đ°ÿc rút ngÃn. Q trình có thể chỉ dißn ra trong vài phút. Tinh th zeolite cú kớch thòc nhò hÂn so vòi phÂng phỏp nhiỏt dung mụi, kt qu ny cú thể do tác đá t¿o mÅm nhanh, sá l°ÿng mÅm lßn. Lị vi sóng là mát thiÁt bß đặc biát, cÅn có ngn phát bąc x¿ nên s¿ có nhāng răi ro nhÃt đßnh khi ąng dāng thăc tÁ [91].

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

1.2.4.5. Ph°¢ng pháp rung siêu âm

Ph°¢ng pháp rung siêu âm cũng giáng nh° ph°¢ng pháp vi sóng là rút ngÃn đ°ÿc thái gian phÁn ąng và thái gian gia nhiát. Ąng dāng căa siêu âm có thể Ánh h°ãng đÁn kích th°ßc và hình thái căa tinh thể, thái gian kÁt tinh và đá kÁt tinh căa zeolite. Trong ph°¢ng pháp vi sóng, nng l°ÿng cung cÃp cho phÁn ąng là sóng vi ba, cịn trong ph°¢ng pháp rung siêu âm thì do sóng siêu âm làm chuyển đáng các phân tÿ chÃt làm cho nng l°ÿng căa chúng tng cao và dß xÁy ra phÁn ąng giāa các chÃt phÁn ąng [92,93].

1.3. Táng quan zeolite NaX

Zeolite NaX có đÅy đă các °u điểm căa zeolite nh° có tính chÃt trao đái ion, có khÁ nng hÃp phā tát, nh°ng do có tÿ sá Si/Al thÃp lên nó kém bền nhiát h¢n các zeolite có tÿ sá Si/Al cao. Chính vì vÁy zeolite NaX th°áng đ°ÿc nghiên cąu ąng dāng trong công nghiáp để hÃp phā, tách khí và làm chÃt xúc tác trong mát sá phÁn ąng ã điều kián nhiát đá êm dßu.

1.3.1. Đặc điểm cấu trúc

Zeolite NaX cũng đ°ÿc hình thành từ các PBU là tą dián TO4 kÁt hÿp vòi cỏc Ân vò cu trỳc th cp SBU (các vịng 4 và vịng 6) thơng qua cÅu oxy hỡnh thnh cỏc Ân vò cu trỳc cÂ bn (các lßng sodalite và các vịng kép 6 c¿nh), liên kÁt hình thành các cÃu trúc tinh thể đặc tr°ng căa zeolite NaX (hình 1.16). Các lßng sodalite đ°ÿc hình thành bãi liên kÁt giāa các vịng kép 6 c¿nh (D6R) và các vòng kép 4 c¿nh (D4R) t¿o thành mát khái bát dián cāt gßm 8 mặt 6 c¿nh và 6 mặt 4 c¿nh do 24 tą dián TO4 ghép l¿i.

Hình 1.16. Cấu trúc khung cÿa zeolite NaX [94]

Să liên kÁt giāa các lßng sodalite và các vịng kép 6 c¿nh t¿o thành cÃu trúc khung căa zeolite NaX đ°ÿc đặc tr°ng bãi 2 lßng (hác) chính, trong đó lßng nhß là các lßng sodalite (hác β), lßng lßn t¿o thành các hác α có đ°áng kính khng 13 Å (hình 1.17).

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Mßi hác lßn thơng vßi 4 hác lßn khác qua các vòng 12 nguyên tÿ oxy có đ°áng kính bằng 7,4 Å t¿o nên mát cÃu trúc m¿ng vßi đá rßng cao, vßi mao quÁn đ°ÿc đặc tr°ng bằng vịng 12 và có đ°áng kính bằng 7,4 Å trong điều kián t*nh và trong tr°áng hÿp đáng đ°áng kính mao quÁn căa zeolite NaX có thể lên tßi 8,1 Å.

Hình 1.17. Cấu trúc các lồng (hốc) zeolite NaX [95]

Trong zeolite NaX, các cation bù trừ đián tích khung chiÁm các vß trí khác nhau trong mao quÁn, tuỳ thuác vào bÁn chÃt cation, mąc đá trao đái, điều kián xÿ lý nhiát và tỉ sá Si/Al. Trong quá trình dehydrate, să phân bá cation bß thay đái. Tr°ßc hÁt, vß hydrat căa cation kò nòc hÂn bò phỏ v v lng nòc cịn l¿i tÁp trung xung quanh cation ái n°ßc hÂn. Khi tng nhiỏt ỏ lm gim lng nòc xung quanh cation và có thể xÁy ra să phân ly n°ßc d°ßi tác dāng căa tr°áng t*nh đián cation. Trong tr°áng hÿp này, cation có thể dßch chuyển vào các vß trí trong sodalite, ã đó nó có sá phái trí cao vßi phân tÿ n°ßc d° và oxy m¿ng l°ßi. NÁu tiÁp tāc tng nhiát đá tąc là tng mąc đá dehydrate hố s¿ xÁy ra să dßch chuyển cation từ hác sodalite vào lng trā lāc giác. Să khuÁch tán đó xÁy ra qua vịng 6 oxy. Để có thể thâm nhÁp qua cÿa sá 6 oxy vào sodalite và lng trā lāc giác d¿ng phái trí căa cation và n°ßc phÁi có să t°¢ng thích m¿nh. Khi nghiên cąu quá trình trao đái cation căa zeolite faujazite vßi dung dßch muái căa kim lo¿i đÃt hiÁm, ng°ái ta nhÁn thÃy rằng quá trình chỉ xÁy ra ã các vß trí trong hác lßn. Điều này là do lßp vß hydrat ca nhng ion ny cú kớch thòc lòn hÂn cÿa sá 6 oxy căa hác sodalite. Quá trình nung s¿ tách lßp vß hydrat và nhāng ion này có thể di chuyển vào bên trong sodalite để t¿o phąc hydroxyl vßi oxy m¿ng l°ßi và khi đó zeolite đóng vai trị giáng nh° mát phái tÿ lßn, d¿ng này t¿o cho vÁt liáu có tính bền nhiát và bền th nhiát [96].

Zeolite NaX có tÿ sá Si/Al = 1-1,5 (hay SiO2 /Al2O3 = 2-3) và sá ion Al3+ trong mỏt Ân vò cÂ bn căa zeolite NaX thay đái từ 77-96. Cơng thąc hố hỏc ỏi vòi mỏt ụ mng cÂ só căa zeolite NaX nh° sau [58]:

Nan[AlnSi106O384].260H2O (83 < n  87)

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Zeolite NaX có đÅy đă các tính chÃt c¢ bÁn quan tráng căa zeolite nh° tính chÃt trao đái cation, hÃp phā, xúc tác và chán lác hình dáng.

1.3.2.1. Tính chÃt trao ỏi cation

Ân vò cu trỳc cÂ bn ca zeolite NaX chính là các tą dián TO4, bao gßm các tą dián SiO4 và AlO4-. Khi nhôm thay thÁ nguyên tÿ silic trong tą dián TO4 thì tą dián AlO4- s¿ mang mát đián tích âm do Al có hóa trß 3 cịn silic hóa trß 4. Chính vì vÁy, để trung hịa đián tích âm trong m¿ng tinh thể zeolite cÅn có các cation kim lo¿i nh° (Na+, K+,Ca2+, Ba2+). Các cation trong m¿ng tinh thể căa zeolite này th°áng dß dàng trao đái vßi các cation khác.

Q trình trao đái cation có thể biểu dißn d°ßi d¿ng phÁn ąng sau [97]:

Trong đó: - nA và nBlà đián tích căa các cation trao đái A và B;

- (Z) và (S) l cỏc ch sỏ tÂng ng vòi zeolite v dung dßch trao đái. PhÁn ąng s¿ dißn ra liên tāc cho đÁn khi đ¿t tr¿ng thái cân bằng. Điểm cân bằng th°áng đ°ÿc xác đßnh bãi khÁ nng trao đái cation lý thuyÁt (CEC) căa zeolite, nó phā thuác vào táng sá các cation tă do ngoài m¿ng tinh thể căa zeolite. Sá l°ÿng cation ngồi m¿ng tă do này căa zeolite có liên quan trăc tiÁp đÁn l°ÿng nhơm có trong m¿ng tinh thể zeolite, do l°ÿng Al 3+ thay thÁ Si 4+ trong cÃu trúc tinh thể căa zeolite. Các thơng sá chính căa m¿ng tinh thể zeolite s¿ khơng bß thay đái, khung m¿ng tinh thể khơng bß biÁn đái nh°ng đ°áng kính trung bình căa các mao quÁn zeolite s¿ bß thay đái trong quá trình trao đái cation. Khi quá trình trao đái ion dißn ra trên m¿ng tinh thể zeolite, kích th°ßc các cation trong m¿ng tinh thể có thể tng lên khi thay thÁ Na+ bằng H+, hoặc sá l°ÿng các cation có thể bß giÁm đi khi hai cation Na+ đ°ÿc thay thÁ bằng mát cation Ca2+, chính vì vÁy sau q trình trao đái cation kích th°ßc mao qn trung bình căa zeolite s¿ bß Ánh h°ãng.

Khi zeolite có đ°áng kính mao qn lòn hÂn kớch thòc ca cation trao ỏi thỡ tÿ sá SiO2/Al2O3 căa zeolite có Ánh h°ãng rÃt lßn đÁn dung l°ÿng trao đái. Thông th°áng, các zeolite có tÿ lá SiO2/Al2O3 càngthÃp thì khÁ nng trao đái cation càng cao và ng°ÿc l¿i [98]. KhÁ nng trao đái cation th°áng đ°ÿc biểu thß bằng mili đ°¢ng l°ÿng (meq) kim lo¿i trên 100 g zeolite. BÁng 1.3 trình bày dung l°ÿng trao đái cation (CEC) căa mát sá zeolite.

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

KhÁ nng trao đái cation căa zeolite phā thuác chă yÁu vào cÃu trúc khung căa zeolite, c°áng đá tr°áng t*nh đián khung căa zeolite, thành phÅn nguyên liáu táng hÿp zeolite, bÁn chÃt cation trao đái và mÁt đá đián tích căa nó, nhiát đá mơi tr°áng phÁn ąng, nßng đá cation trong dung dßch, bÁn chÃt căa anion kÁt hÿp vßi cation trong dung dßch, dung mơi hồ tan cation, đặc điểm cÃu trúc căa zeolite và pH căa dung dßch trao đái, thiÁt bß xÿ lý và điều kián vÁn hành trong quá trình trao đái ion (bÁng 1.3).

BÁng 1.3. Dung lượng trao đổi cation cÿa một số zeolite tổng hợp [96].

Zeolite 4A X Y Erionite T Mordenite

CEC,

meq Na+/g 7,0 6,4 5,0 3,8 3,4 2,6

Tác đá trao đái cation căa zeolite phā thuác phÅn lßn vào đ°áng kính mao qn trung bình căa zeolite và kích th°ßc căa các cation tham gia trao đái. VÁn tác trao đái càng lßn khi kích th°ßc cation trao đái càng nhß và đ°áng kính mao qn căa zeolite càng lßn và ng°ÿc l¿i. Khi cation trao ỏi cú kớch thòc lòn hÂn ỏng kớnh mao qn căa zeolite thì să trao đái có thể dißn ra chÁm trên bề mặt zeolite. Dăa vào tính chÃt trao đái cation, các zeolite có tÿ lá SiO2/Al2O3 thÃp nh° zeolite NaX th°áng đ°ÿc sÿ dāng trong công nghiáp sÁn xuÃt các chÃt tẩy rÿa và xÿ lý n°ßc thÁi cơng nghiáp có chąa các cation kim lo¿i nặng.

1.3.2.2. Tính chÃt hÃp phā

Vßi há tháng mao quÁn trÁt tă và đßng đều, zeolite NaX có khÁ nng hÃp phā chán lác vßi dung l°ÿng lßn và đây cũng là đặc tr°ng quan tráng căa nó, khác vßi than ho¿t tính, silicagen và các chÃt hÃp phā vơ c¢ khác.

Cỏc zeolite cú diỏn tớch b mt ngoi nhò hÂn rÃt nhiều so vßi dián tích bề mặt trong, vì vÁy quá trình hÃp phā căa zeolite chă yÁu xÁy ra ã bên trong các mao quÁn. Ngh*a là, để thăc hián quá trình hÃp phā, các chÃt hÃp phā phÁi khuÁch tán vào trong các mao quÁn căa zeolite. Do đó, khÁ nng hÃp phā căa zeolite không nhāng phā thuác vào bÁn chÃt phân tÿ chÃt bß hÃp phā và kích th°ßc căa há mao quÁn trong zeolite, mà còn phā thuác vào nhiều yÁu tá khác nh° áp suÃt, nhiát đá, bÁn chÃt căa mßi lo¿i zeolite.

Cân bằng hÃp phā đ°ÿc xác đßnh bãi lăc t*nh đián và bãi lăc phân tán. Zeolite X là lo¿i zeolite giàu nhơm, khi đián tích âm căa m¿ng l°ßi đã đ°ÿc cân bằng bãi các cation thích hÿp, thì lăc t*nh đián chiÁm °u thÁ, d¿n đÁn să hÃp phā tát các chÃt có mơ men l°ỡng căc lßn (nh° H2O và NH3) hoặc mô men bán căc (nh° N2).

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Ng°ÿc l¿i, đái vßi các zeolite giàu silic, thì să hÃp phā chỉ do lăc Vander Waals. Khi Ãy, ái lăc liên kÁt căa các chÃt bß hÃp phā phā thuác vào khÁ nng phân căc và khái l°ÿng phân tÿ căa chúng.

1.3.2.3 Tính chÃt chán lác hình d¿ng

Zeolite NaX là vÁt liáu mao qn có kích th°ßc mao qn trÁt tă và đßng đều vßi kích th°ßc mao qn là 7,4 Å. Chính vì có cÃu trúc nh° vÁy nên zeolite NaX có tính chÃt chán lác hình d¿ng.

Tính chÃt chán lác hình d¿ng căa zeolite có liên quan chặt ch¿ vßi cÃu t¿o <rây

phân tử= trong hÃp phā và là đặc tính rÃt quan tráng khi sÿ dāng zeolite làm xúc tác

trong các phÁn ąng hố hác. Chán lác hình d¿ng là să điều khiển theo kích cỡ và hình d¿ng căa phân tÿ khuÁch tán vào và ra khßi há tháng mao quÁn, làm Ánh h°ãng đÁn ho¿t tính và đá chán lác căa xúc tác.

Hình 1.18. Sơ đồ mơ tÁ q trình chọn lọc chất phÁn āng thơng qua các mao quÁn cÿa zeolite [99]

Về nguyên tÃc, mát phân tÿ muán phÁn ąng trong các zeolite cÅn phÁi trÁi qua các giai đo¿n: hÃp phā trên bề mặt ngoài căa xúc tác  khuÁch tán qua các cÿa sá vào mao quÁn và tiÁn về phía tâm ho¿t tính  hÃp phā trên các tâm ho¿t tính bên trong mao quÁn và t¿o hÿp chÃt trung gian căa phÁn ąng  phÁn ąng  giÁi hÃp phā và khuÁch tán ra khßi mao quÁn. Trong các giai đo¿n trên có thể thÃy, khÁ nng khuÁch tán căa các phân tÿ có Ánh h°ãng rÃt lßn đÁn tồn bá tiÁn trình phÁn ąng. Mà khÁ nng khuÁch tán l¿i phā thuác vào bÁn chÃt phân tÿ và phā thc vào kích th°ßc căa há mao qn trong zeolite, do đó, vßi cÃu trúc mao qn rÃt đặc biát và đßng đều, zeolite chỉ cho phép các phõn t cú kớch thòc ỏng hỏc tÂng Âng v nhò hÂn kớch thòc ca sỏ i vo v thốt ra khßi các mao qn căa nó.

Tính chÃt chán lác hình d¿ng căa zeolite đã đ°ÿc phân lo¿i thành ba lo¿i theo c¢ chÁ ho¿t đáng căa chúng.

Mát là, chán lác chÃt phÁn ąng. Trong đó mát sá phân tÿ chÃt phÁn ąng quá cßng kềnh để đi vào các mao quÁn căa zeolite thì s¿ bß lo¿i khßi phÁn ąng (hình 1.18).

Hai là, chán lác sÁn phẩm phÁn ąng. Các phân tÿ sÁn phẩm kích th°ßc nhß hÂn cú th khuch tỏn ra khòi zeolite, trong khi các sÁn phẩm cßng kềnh bß cÁn trã di chuyển trong các mao quÁn zeolite. Các sÁn phẩm này có thể đ°ÿc chuyển đái

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

thành cỏc phõn t ớt còng knh hÂn (thụng qua cõn bằng) hoặc cuái cùng tích tā và chặn tÃt cÁ các mao quÁn căa zeolite, d¿n đÁn ngá đác và vơ hiáu hóa tính chÃt chÃt xúc tác (hình 1.19).

Hình 1.19. Sơ đồ mơ tÁ q trình chọn lọc sÁn phẩm phÁn āng thông qua lồng zeolite [99]

Ba là, chán lác hÿp chÃt trung gian. Lo¿i này xÁy ra khi mát sá phÁn ąng nhÃt đßnh bß ngn cÁn do să cÁn trã căa viác hình thành mát sá chÃt trung gian phÁn ąng và các tr¿ng thái chuyển tiÁp trong mao quÁn zeolite (hình 1.20).

Hình 1.20. Sơ đồ mơ tÁ q trình chọn lọc hợp chất trung gian thông qua mao quÁn zeolite [99]

1.2.3.4. Tính chÃt xúc tác

Zeolite khi sÿ dāng làm xúc tác đ°ÿc coi là các axit rÃn và đá axit đ°ÿc biểu thß bằng sá l°ÿng và lăc căa tâm axit.

Đá axit căa zeolite chßu Ánh h°ãng bãi các yÁu tá nh° cÃu trúc tinh thể căa zeolite (să thay đái góc liên kÁt (Si-OH-Al), thành phÅn căa zeolite (tÿ sá Si/Al khung m¿ng, să phân bá Al trong và ngồi m¿ng, să thay thÁ đßng hình Si bãi các nguyên tá khác), bÁn chÃt và hàm l°ÿng căa cation trao đái, các điều kián xÿ lý.

Các zeolite đ°ÿc sÿ dāng làm xúc tác th°áng có tỉ sá Si/Al cao, cịn zeolite NaX do có tỉ sá Si/Al thÃp nên th°áng đ°ÿc sÿ dāng làm chÃt hÃp phā và trao đái ion.

1.3.3. Āng dụng cÿa zeolite NaX

1.3.3.1. Xÿ lý n°ßc thÁi

Cùng vßi să phát triển căa khoa hác kā thuÁt và công nghá, các khu công nghiáp chÁ biÁn ngày càng đ°ÿc mã ráng. Há q d¿n đÁn l°ÿng n°ßc thÁi và khí thÁi ra mơi tr°áng ngày càng cao, gây nguy h¿i tßi môi tr°áng sáng nÁu không đ°ÿc xÿ lý lo¿i bò cỏc hp cht ỏc hi.

Hu ht cỏc phÂng pháp mà zeolite đ°ÿc sÿ dāng để làm s¿ch n°ßc đều dăa

</div>