Tiểu luận động học xúc tác: Tính chất và xu hướng tương lai của zeolit

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

TIỂU LUẬN
TÌM HIỂU VỀ ZEOLITE
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM THANH HUYỀN

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN:

MSSV


MỤC LỤC
I. KHÁI QUÁT VỀ ZEOLIT

II. MỘT SỐ ZEOLIT TIÊU BIỂU VÀ ỨNG DỤNG
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG
IV. NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT HOẠT TÍNH XÚC TÁC


I. KHÁI QUÁT VỀ ZEOLITE
• Zeolit là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian ba chiều
với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự. Hệ mao quản trong zeolit
có kích thước cỡ phân tử, dao động trong khoảng 3 12 Å.
• Công thức hoá học của zeolit:
Mx/n.[(AlO2)x . (SiO2)y]. zH2O
Trong đó:M: là cation bù trừ điện tích khung, có hoá trị n;
• x và y: là số tứ diện nhôm và silic, thông thường y/x 1 và
thay đổi tuỳ theo từng loại zeolit
• z : là số phân tử nước kết tinh

Tính chất chung
Tính
xúc tác

Tính chọn
lọc hình
dáng

Các tính
chất khác

Tính
chất của
Zeolite

Tính chất
trao đổi
cation

Tính chất
hấp phụ


Cấu trúc chung của tinh thể zeolit
• Các zeolit có cấu trúc không gian ba chiều, được hình thành
từ các đơn vị sơ cấp là các tứ diện TO4 (T: Al, Si)
2-

2-

0
02 -

2-

Si

4+

0

2-

0

0
02 -

2-

3+

0

2-

0

• Sự liên kết các tứ diện TO4 theo một trật tự nhất định sẽ

tạo ra các đơn vị thức cấp khác nhau


Theo nguồn gốc

PHÂN LOẠI

• Zeolit tự nhiên
• Zeolit tổng hợp

Theo chiều hướng không gian của các kênh hình
thành cấu trúc mao quản
• Zeolit có hệ thống mao quản một chiều không giao nhau
• Zeolit có hệ thống mao quản 2 chiều
• Zeolit có hệ thống mao quản 3 chiều

Theo tỉ lệ Si/Al
• Zeolit có hàm lượng Si thấp : tỷ lệ Si/Al=1÷1,5
• Zeolit có hàm lượng Si trung bình : Si/Al=2÷5
• Zeolit có hàm lượng cao : Si/Al >5

Theo kích thước mao quản
• Loại mao quản lớn có đường kính từ 7÷8 A
• Loại mao quản trung bình có đường kính từ 5÷6 A
• Loại mao quản nhỏ có đường kính < 5 A


II. MỘT SỐ ZEOLIT TIÊU BIỂU VÀ ỨNG DỤNG

1. ZSM-5

•
•

Công thức hóa học củaZSM-5 có dạng:
Nan.Aln.SiO96-nO192.16H2O
Cấu trúc

(a) Cấu trúc đặc trưng của ZSM-5
(b) Chuỗi các đơn vị cấu trúc trong ZSM-5
(c) Nhìn từ mặt, sự mở của các mao quản thẳng song song


1. ZSM-5
Hệ thống mao quản:
• Song song với trục a của tinh thể kích thước cửa sổ gần
tròn (5,4-5,6 A0 )
• Thẳng song song với trục với trục b, có dạng hình elip
(5,1- 5,7 A0).
Hai hệ kênh này cắt nhau tạo ra một
hốc rộng có kích thước cỡ 9 A0 và là
nơi định xứ các tâm axit mạnh đặc
trưng cho hoạt tính xúc tác của zeolit
ZSM-5.


 Điều chế ZSM-5
Nhiệt độ 130-220 độ C
Thời gian: 15-75 giờ
pH: 10-10.5
Sol

SiO2

Al2O3 và dd
NaOH

Chất tạo cấu
trúc và mầm

Gel

Lọc, rửa, sấy, nung

NaZSM-5


2. Zeolit A
• Zeolite A là loại zeolite tổng
hợp có cấu tạo khác so với
zeolite tự nhiên, cấu trúc
của nó dạng mạng lưới lập
phương đơn giản tương tự
như kiểu liên kết trong tinh
thể muối NaCl, với các nút
mạng là các bát diện cụt.
• Zeolite A tỉ số Si/Al = 1


Tổng hợp Zeolite A
• Nguyên liệu: các Zeolite tự nhiên được tinh chế, loại bỏ tạp chất
•Thành phần gel:

•SiO2/Al2O3 = 1,3 – 2,2
•Na2O/ SiO2 = 1,7 – 2,8
•[Na2O] = 0,33 – 0.92 mol/l
•Phương pháp tổng hợp:


3. Zeolit X, Y
3.1. Cấu trúc.

• Cấu trúc zeolit X, zeolit
Y có dạng bác diện cụt
được sắp xếp theo kiểu
kim cương .
• Đường kính của Zeolite
X, Y khoảng 12,7A


3.2. Phân biệt zeolite X và zeolite Y
 Dựa vào tỉ số Si/Al:
• Zeolit X: Si/Al = 1-1.5
• Zeolit Y: Si/Al = 2
 Công thức của một số ô mạng cơ sở:
• Zeolit X: Na86 [(AlO2)86.(SiO2)106].260 H2O
• Zeolit Y: Na86 [(AlO2)56.(SiO2)136].260 H2O
• Số tứ diện SiO4 và AlO-4 trong một ô mạng cơ sở
của Zeolite X, Y là 192, số nguyên tử Oxy là 384.
• Tỷ số Si/Al zeolit Y lớn hơn zeolit X nên độ bền cơ
nhiệt của zeolit Y cao hơn zeolit X

3.3. Điều chế Zeolit X Y


4. Ứng dụng
 Làm xúc tác trong nhà máy lọc hóa dầu:
- Cracking
- Oligome hoá
- Alkyl hoá
- Thơm hoá các alkan, alken
- Izome hóa
 Ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ
 Ứng dụng trong bảo vệ môi trường:
- Xử lý khí thải
- Xử lý nước thải
- Xử lý các kim loại trong nước


 Trong chăn nuôi, làm phụ gia thức
ăn cho lợn và gà
 Làm phân bón
 Dùng làm phụ gia trong bột giặt
 Làm chất hút ẩm.


III.CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG
1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

Zeolit A

2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
ZSM 5

FT-IR NICOLET 6700 NRX RAMAN MODULE - THERMO


3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).


3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).
Zeolit ZSM 5

Zeolit A


4. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).


4. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
ZSM 5

Zeolit Y


5. Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ

Zeolit Y


IV. Các nguyên nhân gây mất hoạt tính xúc tác

Ngộ độc
Ngưng tụ cốc và sa lắng cacbon

Bị thiêu kết
Tạo thành chất bay hơi

Mài mòn cơ học


1. Ngộ độc xúc tác
 Che phủ tâm hoạt động
 Hấp phụ hóa học lên tâm hoạt động
Cách khắc phục:
Tăng T → giảm tác dụng của
chất độc
Khi điều chế, tránh đưa chất
độc vào xúc tác
Chọn chất mang hấp thụ chất
độc mạnh
Làm sạch nguyên liệu đầu
Sử dụng chất trợ xúc tác