tổng hợp và đặc trưng vật liệu MCM 41 biến tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


Họ tên học viên cao học: NGUYỄN THỊ HẢI HÀ


TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
MCM-41 BIẾN TÍNH



Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ





Cán bộ hướng dẫn : TS. LÊ THỊ SỞ NHƯ






ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ


TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
MCM-41 BIẾN TÍNH


Họ tên học viên cao học: NGUYỄN THỊ HẢI HÀ
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 66 44 25



Cán bộ hướng dẫn: TS. LÊ THỊ SỞ NHƯ






TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
1

MỤC LỤC
1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 2
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 3
3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI CỦA VẤN ĐỀ SẼ ĐI SÂU 3
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4
5. NƠI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 5
6. THỜI GIAN THỰC HIỆN (dự kiến) 5

TÀI LIỆU THAM KHẢO 6

2

1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Zeolit thuộc nhóm vật liệu vi xốp được phát hiên vào năm 1756 bởi Cronstedt
– một nhà khoa học người Thụy Điển [7]. Trong gần 4 thập kỷ qua, zeolit tổng hợp
đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học như là một chất hấp phụ, chất
trao đổi ion và chất xúc tác rất hiệu quả và đa dạng. Tuy nhiên trong quá trình sử
dụng, người ta càng ngày càng phát hiện khuyết điểm của loại vật liệu này. Đó là
kích thước mao quản tương đối nhỏ nên zeolit bị hạn chế trong việc hấp phụ và
chuyển hoá các phân tử lớn.
Đầu thập kỷ 90, các nhà khoa học đã khám phá ra được một loại vật liệu mới:
vật liệu xốp mao quản trung bình (MQTB), chúng có độ đồng đều và độ trật tự cao.
Loại vật liệu này có kích thước lỗ có thể đạt đến 100Å được tổng hợp theo hướng
khuôn tinh thể lỏng [5]. Vật liệu xốp MQTB ra đời đã mở ra triển vọng mới cho
ngành công nghệ xúc tác. Với bề mặt riêng lớn, cấu trúc mao quản đồng đều với độ
trật tự cao, kích thước mao quản lớn cho phép các phân tử lớn có thể dễ dàng
khuếch tán và tham gia phản ứng bên trong mao quản. Tuy nhiên nhược điểm của
vật liệu này lại là độ bền thuỷ nhiệt kém và độ axit yếu do cấu trúc thành mao quản
là cấu trúc vô định hình [1].
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã cố gắng tìm những cách khác
nhau để tận dụng các ưu điểm của hai loại vật liệu trên [4]. Một trong các cách đó là
tinh thể hoá thành mao quản bằng các vi tinh thể như zeolit X, ZSM-5, mordenit…
[1, 3, 8]. Hứa hẹn đây sẽ là một loại vật liệu xúc tác khắc phục được nhược điểm
của zeolit và MQTB, đồng thời lại phát huy được những ưu điểm của chúng. Vật
liệu này có chứa đồng thời cả các vi mao quản và mao quản trung bình, có độ
bền thuỷ nhiệt cao hơn, độ axit mạnh hơn so với vật liệu MQTB. Đồng thời trong
phản ứng cracking các phân tử lớn, đầu tiên các phân tử lớn sẽ phản ứng ở trong các
mao quản trung bình, sau đó sẽ tiếp tục phản ứng trong các vi mao quản cho phép

thu được các sản phẩm có trị số octan cao và các sản phẩm nhẹ làm nguyên liệu cho
ngành tổng hợp hưu cơ.
3

Do đó trong nghiên cứu này tôi sẽ tiến hành tinh thể hóa thành mao quản của
vật liệu MQTB MCM-41 bằng cách đưa các mầm zeolit Y vào thành mao quản
nhằm cải thiện độ bền nhiệt của MCM-41 và chức năng hóa để tăng tính acid của
chúng bằng cách đưa thêm vào 1 số kim loại chuyển tiếp M (ví dụ: Fe, Mn…) vào
thành mao quản.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
2.1. Tính cấp thiết:
Xúc tác cho phản ứng cracking trong hóa dầu đòi hỏi những đặc điểm sau: độ
bền nhiệt và thủy nhiệt phải cao đồng thời phải có nhiều tâm axit mạnh. Đường kính
mao quản phải lớn và đồng đều, thành mao quản phải được tinh thể hóa và chứa hệ
vi mao quản. Để có thể vừa cracking phân tử lớn bằng hệ thống mao quản trung
bình đồng thời có thể cracking phân tử nhỏ bằng hệ vi mao quản [2]. Do đó việc tạo
ra được loại xúc tác này hứa hẹn sẽ đem lại hiệu suất cao cho quá trình cracking các
phân đoạn nặng của dầu thô.
2.2. Ý nghĩa lý luận:
Tạo ra một loại vật liệu phát huy những ưu điểm của vật liệu zeolit và vật liệu
mao quản trung bình, bằng cách cải thiện độ bền nhiệt và thủy nhiệt của vật liệu, cải
thiện số tâm axit cũng như lực của các axit và đồng thời có đường kính mao quản
lớn.
2.3. Ý nghĩa thực tiễn:
Tạo ra một thế hệ xúc tác mới có nhiều tính ưu việt đi từ nguồn nguyên liệu ban
đầu rẻ tiền (thủy tinh lỏng).
3. NỘI DUNG VÀ PHẠM VI CỦA VẤN ĐỀ SẼ ĐI SÂU
Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp mầm zeolit Y
- Tổng hợp MCM-41 từ mầm zeolit Y

- Tổng hợp M-MCM-41 từ mầm zeolit Y (với M là kim loại nguyên tố d)
- Đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp vật lý
4

4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ (BET)
Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N
2
ở nhiệt độ -196
o
C (77 K), áp suất
770 mmHg.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ trong vùng P/P
0
nhỏ (0,05 ÷ 0,35) ứng dụng để đo diện tích
bề mặt riêng, còn toàn bộ đường đẳng nhiệt hấp phụ dùng để xác định phân bố kích thước
lỗ xốp theo công thức Barrett-Joyner-Halenda (BJH).
4.2. Hiển vi điện tử quét (SEM)
Hiển vi điện tử quét cho phép quan sát được hình ảnh bề mặt, kích thước hạt, mức độ
trật tự của xúc tác.
4.3. Nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
Giản đồ nhiễu xạ giúp xác định có zeolit Y trong thành mao quản (chụp góc lớn), cũng
như cấu trúc lục lăng, mức độ trật tự của MCM-41( chụp góc nhỏ) của xúc tác.
Ống phát tia X bằng Cu với bước sóng Kα = 1,540
o
A
điện áp 30 KW, cường độ dòng
ống phát ra 0,01 A, góc quét 2θ thay đổi từ 20 ÷ 70
o
(góc lớn) và từ 0 ÷ 10

o
(góc bé), tốc độ
quét 0,02
o
/s.
4.4. Phân tích trọng lượng nhiệt và nhiệt vi phân TG - DTA
Phân tích trọng lượng nhiệt và nhiệt vi phân (phân tích nhiệt) TG-DTA giúp ta xác
định nhiệt độ nung mẫu thích hợp để loại bỏ hoàn toàn chất định hướng cấu trúc.
4.5. Giải hấp NH
3
theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH
3
)
Phương pháp này sử dụng NH
3
để xác định lực axit của vật liệu [6].
4.6. Nghiên cứu độ bền nhiệt và thủy nhiệt
Lần lượt làm các thí nghiện như sau:
- Tiến hành nung mẫu ở các nhiệt độ khác nhau: 700
o
C, 800
o
C và 900
o
C. Thời gian
nung là 3 giờ [8]. Sau đó đem đặc trưng bằng XRD để đánh giá độ bền nhiệt.
- Cho mẫu vào bình teflon và thêm vào 100ml H
2
O. Rồi đặt bình vào trong autoclave,
đặt autoclave vào trung tủ nung. Duy trì nhiệt độ là 100

o
C trong 10 ngày [8]. Sau đó lấy
mẫu ra lọc lấy Y/MCM-41 và sấy khô rồi đem đặc trưng bằng XRD để đánh giá độ
bền thủy nhiệt.
5

5. NƠI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Phòng thực hành Hóa vô cơ – Bộ môn Hóa vô cơ – Khoa Hóa – Trường Đại
học Khoa học và Tự nhiên – Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
6. THỜI GIAN THỰC HIỆN (dự kiến)
Thời gian
Công việc thực hiện
Tiến độ quá
trình thực hiện
7/2012 - 9/2012
1. Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài.
2. Lập đề cương nghiên cứu
3. Chuẩn bị các hóa chất
Đang thực hiện
9/2012 – 7/2013
1. Tổng hợp mầm zeolit Y
2. Tổng hợp MCM-41 từ mầm zeolit Y
3. Tổng hợp M-MCM-41 từ mầm zeolit Y
(với M là kim loại nguyên tố d)
4. Đặc trưng vật liệu bằng các phương
pháp vật lý
Chưa thực hiện

7/2013 – 8/2013
Viết luận văn

Chưa thực hiện
9/2013
Bảo vệ luận văn
Chưa thực hiện

6

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng việt
[1] Đỗ Xuân Đồng, Nguyễn Thị Thanh Loan, Nguyễn Ngọc Trìu, Vũ Anh
Tuấn, Lê Thị Hoài Nam (2007), “nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu mao quản
trung bình Al-MSU và xác định hoạt tính trong phản ứng cracking phân tử lớn”, tạp
chí hóa học, tập 45 (3), tr. 294-298.
[2] Nguyễn Hữu Phú (2005), Cracking xúc tác, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
[3] Ngô Quyết Tiến (2009), Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng và hoạt tính xúc
tác của perovskit mang trên vật liệu mao quản trung bình SBA-15, luận văn thạc sĩ
hóa học, Hà Nội
Tài liệu tiếng Anh
[4] Abdelhamid Sayari, Mietek Jaroniec (2008), Nanoporous material, World
Scientific Publish.
[5] J.S. Beck, J.C. Vartuli, W.J. Roth et al (1992), “A new family of
mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates”, J. Am. Chem.
Soc, vol 114, pp. 10834.
[6] J.W. Niemantsverdriet (2007), Spectroscopy in catalysis, WILEY-VCH
Verlag GmbH & Co. KgaA.
[7] Stanti Kulprathipanja (2010), Zeolites in Industrial Separation and
Catalysis, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, Weinheim.
[8] Tingshun Jiang, Liwen Qi, MeiruJi, Haihui Ding, Yanhui Li, Zhangfeng
Taoo, Qian Zhao (2012), “Characterization of Y/MCM-41 composite molecular

sieve with high stability from Kaolin and its catalyic property”, Applied clay
science, vol 62-63, pp. 32-40.