Tiểu luận môn động học xúc tác tìm hiểu và nghiên cứu về zeolit x,y

Tiểu Luận :Tìm hiểu và nghiên
cứu về zeolit X,Y
GV hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Thanh Huyền
Nhóm SV thực hiện

MSSV

Nguyễn Ngọc Khánh

20113537

Phạm Văn Vương

20113474

Hoàng Văn Minh

20113143

Dương Văn Huynh

20113041


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ
ZEOLIT
I.

Nguồn gốc và khái niệm

II.

Phân loại

III. Cấu
IV.

trúc tinh thể zeolit

Các tính chất của zeolit


I.Nguồn gốc và khái niệm
1.

Nguồn gốc

Vào năm 1756 Baron Axel F.Cronstedt, một nhà khoáng
vật học người Thụy Điển đã phát hiện ra thứ khoáng vật
mà khi tăng nhiệt độ thích hợp chúng nổi bong bóng .Ông
gọi tên đó là zeolit –xuất phát từ tiếng Hy Lạp : zeo-đun sôi
và lithos-đá.Trong tự nhiên người ta đã phát hiện ra hơn 40
loại zeolit.


I.Nguồn gốc và khái niệm
2.Khái niệm


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 thường được biểu diễn dưới dạng sau:
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;
 [ ] : là thành phần của một ô mạng cơ sở.


II.Phân lo ại
1.Phân lo ại theo ngu ồn g ốc


2.Phân lo ại theo kích th ước mao qu ản


3.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 như zeolit ZSM-22 .



Zeolit có hệ thống mao quản 2 chiều : ZSM-5.



Zeolit có hệ thống mao quản 3 chiều :zeolit
A,X,Y.


4.Theo tỷ lệ Si/Al


Zeolit có hàm lượng Si thấp : tỷ lệ Si/Al=1÷1,5 như zeolit
A,X.



Zeolit có hàm lượng Si trung bình : Si/Al=2÷5 như zeolit Y.



Zeolit có hàm lượng cao : Si/Al >5.



=>kiểu phân chia zeolit theo tỷ số Si/Al được coi là một đặc
trưng quan trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc và các
tính chất hoá lý của zeolit


III.Cấu trúc tinh thể zeolit



Các zeolit tự nhiên cũng như zeolit tổng hợp đều có cấu trúc
không gian ba chiều, được hình thành từ các đơn vị sơ cấp là các tứ
diện TO4 (T: Al, Si). Trong mỗi tứ diện TO4, cation T được bao
quanh bởi 4 ion O2- và mỗi tứ diện liên kết với 4 tứ diện quanh nó
bằng cách ghép chung các nguyên tử oxy ở đỉnh.




Sự liên kết các tứ diện TO4 theo một
trật tự nhất định sẽ tạo ra các SBU
khác nhau.


IV.Các tính chất của zeolit


Tính chất chính của các zeolit được thể hiện bởi cấu
trúc và hình thái của chúng ,tức là sự sắp xếp trật tự của
các tứ diện ,phần thể tích rỗng ,sự tồn tại các mao quản
và các lỗ ,kích thước các lỗ và mao quản .Ngoài ra còn
phụ thuộc vào tỷ lệ Si/Al và các cation bù ( K+, Na+,..)

1.

Tính chất xúc tác ( axit bề mặt )

2.

Tính chất chọn lọc hình dáng

3.

Tính chất trao đổi ion

4.

Tính chất hấp phụ


Tính ch ất ch ọn l ọc hình dáng


1) Chọn lọc chất tham gia phản ứng: Chỉ những phân tử có khả
năng thâm nhập vào bên trong mao quản của zeolit mới có thể tham
gia phản ứng.



2) Chọn lọc hợp chất trung gian: Phản ứng ưu tiên xảy ra theo
hướng tạo hợp chất trung gian hoặc trạng thái chuyển tiếp có kích
thước phù hợp với kích thước mao quản của zeolit.



3) Chọn lọc sản phẩm phản ứng: chỉ những sản phẩm có kích thước
phù hợp với kích thước mao quản mới có thể khuếch tán khỏi mao
quản để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Sản phẩm nào có tốc độ khuếch

tán lớn nhất sẽ cho độ chọn lọc theo sản phẩm đó là lớn nhất.




Tính chất trao đổi ion

Nguyên tắc là dựa trên hiện tượng trao đổi thuận nghịch hợp thức giữa
các cation trong dung dịch với các cation bù trừ điện tích âm trong
khung mạng zeolit. Sự trao đổi này tuân theo quy luật tỷ lượng, nghĩa
là qui luật trao đổi “tương đương 1-1” theo hoá trị.
Khả năng trao đổi cation của zeolit phụ thuộc chủ yếu vào 7 yếu tố


Tính chất hấp phụ

Khác với than hoạt tính, silicagel và các chất hấp phụ vô cơ khác,
zeolit có cấu trúc tinh thể với hệ thống lỗ xốp kích thước cỡ phân tử và
rất đồng đều, nên hấp phụ chọn lọc với dung lượng hấp phụ lớn là đặc
trưng quan trọng của zeolit.


Đặc trưng của xúc tác Zeolite X, Y
1.Cấu trúc của Zeolite X, Y.
 Trong cấu trúc Zeolite dạng X, Y, các lồng sodalit có hình dạng bát
diện cụt được xắp xếp theo kiểu tinh thể kim cương.



Số tứ diện SiO--4 -- và AlO-----4 trong một ô mạng cơ sở của

Zeolite X, Y là 192, số nguyên tử Oxy là 384.


2. Phân loại


Việc phân biệt giữa Zeolite X và Y dựa vào tỉ số giữa Si/Al
Zeolite

X

Y

Tỉ số Si/Al

1 đến 1,5

2

 Công thức của một số ô mạng cơ sở của Zeolite X, Y như sau :
• Zeolite X : Na86 [(AlO2)86.(SiO2)106].260
H2O .
• Zeolite Y : Na86 [(AlO2)56.(SiO2)136].260 H2O

3. Kích thước
 Đường kính của Zeolite X, Y khoảng 12A


 Do có sự tạo thành liên kết giữa các mặt của Zeolite X, Y
nên hốc anpha của đường

kính Zeolite X, Y khoảng
12.7 A.


Liên kết ở các mặt 6 cạnh nên tồn tại 3 dạng cửa sổ tương ứng với
các mặt thông nhau của các hốc anpha và beta.

• Khi hai hốc anpha thông nhau, cửa sổ là 7.8 A0.
•

Trường hợp gốc anpha thông với hốc beta,
của sổ gồm 6 nguyên tử oxy, kích thước
khoảng 2.2 A0.
• Trường hợp thông giữa hai gốc beta của sổ cũng
có 6 nguyên tử oxy và kích thước khoảng 2.2 A0


Đặc trưng của zeolit x,y
Phương pháp nhiễu xạ tia
x (XRD)
Phương pháp phổ hấp phụ
hồng ngoại (IR)
Bao
Gồm

kính hiện vi điện tử quét
(SEM)
Kính hiện vi điện tử
truyền quang (TEM)
Phương pháp hấp phụ vật

lý Nitơ


1.Phương pháp nhiễm xạ Rơnghen (XRD)..
• Là phương pháp phổ biến nghiên
cứu cấu trúc tinh thể
• Nguyên tắc: khi chiếu chùm tia X
vào mẫu, các nguyên tử bị kích
hoạt và tạo thành các tâm phát xạ.
• Hiệu quang của hai tia phát xạ:
∆= 2.d.sin0
• Căn cứ vào các cực đại nhiễm xạ
trên giản đồ nhiễm xạ ronghen ta
xác định được 20, từ đó tính được
d sẽ xác định được cấu trúc mạng
tinh thể.


2. Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại.
•

Nguyên tắc: khi chiếu 1 chùm tia
đơn sắc có bước sóng nằm trong
vùng hồng ngoại qua chất cần
phân tích, một phần năng lượng
bị chất hấp phụ và làm giảm
cường độ tia tới.

•

Phân tử hấp phụ năng lượng sẽ
thực hiện dao động làm biến đổi
momen lưỡng cực điện của liên
kết và xuất hiện tín hiệu hồng
ngoại.

•

Đường biểu diễn sự phụ thuộc
của độ truyền quang và bước
sóng là phổ hấp thụ hồng ngoại.
Từ đó ta xác định được cấu trúc
chất cần phân tích.

Phổ IR zeolite Y


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

Nguyên tắc cơ bản là dùng
chùm điện từ để tạo ảnh cho
mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử
được quét lên mẫu sẽ phát ra
các điện tử phản xạ thứ cấp,
chúng được khuếch đại và đưa
vào mạng lưới điều khiển tạo độ
sáng trên màn ảnh.



Nhờ khả năng phóng đại và tạo
ảnh mẫu rõ nét, phương pháp
thường được sử dụng để nghiên
cứu kích thước và hình dạng của
Zeolite.


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

Nguyên tắc: sử dụng chùm điện tử
có năng lượng cao chiếu xuyên
qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng
các thấu kính từ để tạo ảnh với độ
phóng đại lớn (hàng triệu lần) ảnh
có thể tạo ra trên màng huỳnh
quang hay phim quang học hay
ghi nhận băng các máy chụp kỹ
thuật số.



Phương pháp này thường được
dùng để phân tích cấu trúc bên
trong của Zeolite.

Ảnh TEM zeolite Y

5. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ -khử hấp phụ nito


Sự hình thành của hệ
mao quản trung bình
trong vật liệu có thể
được chứng minh rõ
hơn bằng phương
pháp hấp phụ khử
hấp phụ đẳng nhiệt
với Nito.

Đường cong đẳng nhiệt hấp
phụ- khử hấp phụ nito đối với
zeolite Y


ĐIỀU CHẾ:


Nguyên
liệu chứa
cả Al và
Si

Cao lanh
Yên Bái, Phú
Thọ...

Nguyên

liệu đầu
Các
muối Al
Nguyên
liệu chứa
nguồn Al và
Si riêng rẽ

Tro trấu,
thủy tinh
lỏng...


Chuẩn bị
nguồn
nguyên liệu
Al, Si

Già hóa
gel

Thu sản
phẩm

Kết tinh
thủy nhiệt