Nghiên cứu tổng hợp Zeolit 3A từ cao lanh và khảo sát khả năng làm khan cồn (Đồ án tốt nghiệp)

B GIÁO D

O

I H C BÀ R A-

ÁN T T NGHI P

NGHIÊN C U T NG H P ZEOLIT 3A T
KH O SÁT KH

o:

CAO LANH VÀ

LÀM KHAN C N

i H c Chính Quy

Ngành:

Công Ngh

Chuyên ngành:

Hóa D u

Gi

t Hóa H c

ng d n:

ThS. Di p Khanh

Sinh viên th c hi n:
MSSV: 12030009

Bà R a-

c Thanh
L p: DH12HD

2016


I H C BÀ R A-

TÀU

KHOA HÓA H C VÀ CÔNG NGH TH C PH M

PHI

TÀI

ÁN T T NGHI P
nh v vi c t ch c, qu n lý các hình th c t t nghi
hành kèm theo Quy

nh s

-

a Hi

ng

i h c BR-VT)

c Thanh.

H và tên sinh viên:
MSSV

Ngày sinh:14/12/1994.

: 12030009

a ch

: 935/7/27D Bình G

E-mail

L p: DH12HD
ng 10, thành ph

:
i h c chính quy

Ngành

:

Công ngh k thu t hóa h c

Chuyên ngành: Hóa d u
tài: Nghiên c u t ng h p Zeolit 3A t cao lanh và kh o sát kh
làm khan c n.
ng d n: ThS. Di p Khanh

2. Gi

tài: 21/01/2016

3.

4. Ngày hoàn thành

án/ khoá lu n t t nghi p:
Bà R a-

GI

NG D N
(Ký và ghi rõ h tên)

NG B
(Ký và ghi rõ h tên)

SINH VIÊN TH C HI N
(Ký và ghi rõ h tên)

NG KHOA
(Ký và ghi rõ h tên)


L
th c hi

án t t nghi p v

t cao lanh và kh o sát kh
ki n th

c

tài li

is

Nghiên c u t ng h p Zeolit 3A

làm khan c n
ng d n c a gi

s d ng nh ng
ng d n và s d ng các

u trong ph n tài li u tham kh o. Tôi hoàn toàn chi u

trách nhi m v i nh
tôi th c hi n trong su t th i gian th c hi

a
án.


L IC

Sau th

án, tuy th i gian nghiên c u ng

giúp tôi c ng c l i nh ng ki n th
nhìn t ng quan v

c h c trên l p, giúp chúng tôi có cái

ng nghiên c u m i c a ngành v t li u, nh ng v t li u

m

i hi u qu kinh t cao cho vi c s d ng làm v t li u h p ph , ch t

xúc tác

ng th i, góp ph n làm h n ch

c ô nhi

ng.

c k t qu này tôi xin bày t lòng bi
i H c Bà R
Ph

c
c Và Công Ngh Th c

u ki n thu n l i, trang b và h tr nhi u m
c bi t, tôi c

y Di p Kh

tôi hoàn
c ti

ng

d n, cung c p tài li u và phân tích t n tình m i th c m c c a tôi. Bên c
n nh

góp, nh ng ý ki n c a các b n l p DH12HD.

M t l n n a tôi xin chân thành c

Sinh viên th c hi n

c Thanh

M CL C
M C L C.......................................................................................................... i
DANH M C CÁC C M T

VI T T T .......................................................iii

DANH M C HÌNH ......................................................................................... iv
DANH M C B NG........................................................................................ iv
L IM

U ................................................................................................... 1
NG QUAN............................................................................. 3

1.1 T ng quát v nguyên li u cao lanh ............................................................. 3
1.1.1 Khái ni m và tr

ng cao lanh

c ta ............................................. 3

1.1.2 Thành ph n và tính ch t c a cao lanh ...................................................... 4
.................................................................. 7
1.1.4

ng d ng c a cao lanh........................................................................... 10

1.2 T ng quan v Zeolit .................................................................................. 11

1.2.1 Gi i thi u chung v Zeolit ..................................................................... 11
1.2.2 T ng quan v zeolit 3A.......................................................................... 23
C NGHI M T NG H P ZEOLIT 3A
......................................................................................................................... 24
2.1 D ng c và hóa ch t.................................................................................. 24
2.2 T ng h p zeolit 4A ................................................................................... 24
2.2.1 Nguyên li u ............................................................................................ 24
c ti n hành thí nghi m .............................................................. 25
i ion thu Zeolit 3A ........................................................................ 27
2.2.1 Nguyên li u ............................................................................................ 27

i


c ti n hành thí nghi m .............................................................. 27
nh c u trúc c a Zeolit................................................ 28
u x tia X (XRD)....................................................... 28
d ng kính hi

n t quét SEM ........................... 29

h ng ngo i (IR)........................................................ 30
2.3.4

n tích b m t (B.E.T) ................................................................... 31

2.4 Kh o sát kh

n c a Zeolit 3A ....................................... 31

2.4.1 Nguyên li u ............................................................................................ 31
c ti n hành thí nghi m .............................................................. 32
.................................................. 33
3.1 K t qu t ng h p ....................................................................................... 33
3.1.1 K t qu t ng h p zeolit 4A .................................................................... 33
3.1.2 K t qu

i ion t ng h p Zeolit 3A................................................ 35

3.2 K t qu kh o sát kh

n t c n công nghi p.................. 37

K T LU N VÀ KI N NGH ......................................................................... 42
K t lu n ........................................................................................................... 42
Ki n ngh ......................................................................................................... 42
Tài li u tham kh o........................................................................................... 43
PH L C ........................................................................................................ 45

ii


DANH M C CÁC C M T

VI T T T

IR: Infra Red spectroscopy ( ph h ng ngo i).
XRD: X-Ray diffraction (nhi u x tia X).
SEM: Scanning electron microscope (

ng kính hi

t quét).
UV-

h p th

iii

n


DANH M C HÌNH
Hình 1. 1 C u trúc

c p c a zeollite ............................................................ 14

Hình 1. 2 C u trúc th c p c a zeolite............................................................ 14
Hình 1. 3 S ch n hình d ng ch t tham gia ph n ng ................................... 16
Hình 1. 4 S ch n l c hình d ng s n ph m ph n ng.................................... 16
Hình 1. 5 S ch n l c s n ph m theo tr ng thái t o thành c a h p ch t trung
gian.................................................................................................................. 17
Hình 2. 1Mô hình kh o sát kh

n ....................................... 32

Hình 3. 1 M

c (ph i) ........................ 33

Hình 3. 2 Gi

XRD zeolit 4A t ng h p .................................................... 34

Hình 3. 3 Gi

XRD zeolit 4A chu n ......................................................... 34

Hình 3. 4 nh ch p SEM c a meta cao lanh (trái) và zeolit 4A (ph i).......... 35
Hình 3. 5 M u zeolit 3A t ng h p ................................................................... 36
Hình 3. 6 Gi

XRD c a Zeolit 3A t ng h p ............................................ 36

Hình 3. 7 Gi

XRD zeolit 3A chu n ......................................................... 36

Hình 3. 8 Hình ch p SEM Zeolit 3A ............................................................... 37
th kh o sát

ng c a nhi

n quá trình h p ph c n

......................................................................................................................... 38
th

h p ph

cc

i v i c n 90o ................ 40

th

h p ph

cc

i v i c n 95o ................ 41

iv


DANH M C B NG
B ng 2. 1. Thành ph
B ng 3. 1

i dùng làm nguyên li u.............. 25

ng c a nhi

n quá trình h p ph

c trong c n 90o

......................................................................................................................... 38
B ng 3. 2

ng c a nhi

n quá trình h p ph

c trong c n 95o

......................................................................................................................... 39
B

th kh o sát

ng c a nhi

n quá trình h p ph c n

95o .................................................................................................................... 39
B

h p ph

c c a Zeolit 3A...................................................... 40

iv


án t t nghi

-2016

c Thanh

L IM

U

Hi n nay, vi c s d

v i nhi

n

8 t nh thành

Vi t

thanol có vai trò r t quan tr ng trong vi c s n xu
ph c v cho chi n d
là bán

l n này,

. Có th nói vi c s n xu t ethanol t biomass
là r t quan tr

ng d ng pha

s d ng ethanol pha vào

t thi t ethanol ph i là ethanol tuy
i ta s d ng nhi

i. Vì v y, mu

u

c khác nhau nh

ethanol. M

i hi u qu cao là s d ng Zeolit 3A
t li u h p ph m

c s d ng r ng rã

u qu kinh t r

c u c p thi t và t m quan tr ng c a zeolit 3A, tôi
Nghiên c u t ng h p Zeolit 3A t

c nh ng yêu
n nghiên c

cao lanh và kh o sát kh

tài
làm

khan c
hi

i sao c n ph i t ng h p

tinh luy n ethanol, chúng ta c n hi u rõ nh ng v
1. Tính c p thi t c

sau:

ng nhu c u tìm ra m

nh m nâng cao hi u qu trong vi

t c n tinh luy

v t li u h p ph có tính ch n l c cao, giá thành r
vi

ph c v cho vi c

t c n công nghi p thành c n tuy
2. Tình hình nghiên c u: hi n nay trên th gi i

t
i hi u qu t t trong

s n xu
t vài công trình

nguyên c u vi c t o thành công zeolit 3A. Zeolit 3A là l a ch n s m t cho
vi c t o c n tuy

i.

3. M
c u trúc

u: T nguyên li u cao lanh ta ti n hành t o zeolit có
nh,

zeolit m i t ng h p nh m
kh

c mao qu n l
c zeolit 3A. S d

n tính
kh o sát

làm khan c n t c n công nghi p.
Trang 1

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

4. Nhi m v nghiên c u: T

c Thanh

c zeolit 3A và kh o sát kh

làm

khan c n.
5.

u: S d ng m t s
u ki n cho phép c
nh hi

6. C

t lí, hóa h c

ng. S d

nhi u x

n t quét SEM...
tài bao g
ng quan.
c nghi m t ng h p zeolit 3A.
t qu và th o lu n.

Trang 2

Khoa HH và CNTP

án t t nghi

-2016

c Thanh

1. T NG QUAN
1.1 T ng quát v nguyên li u cao lanh
1.1.1 Khái ni m và tr

ng cao lanh

c ta

Cao lanh là s n ph m phong hoá t các ngu

t ch a các ngu n tràng

th ch

c

hình thành do quá trình bi n ch

c

lanh nguyên sinh (t c cao lanh thô) là cao lanh hình thành ngay t i m
N u s n ph

c.

i l ng

ng t i các ch

t sét tr m tích -

còn g i là cao lanh th

y s hình thành các m cao lanh là do

ch u s tác d ng qua l i c a các quá trình hoá h
g m các hi

ng phong hoá, r a trôi và l

c, sinh v t h c bao
ng trong th i gian khá lâu

t.
t cao lanh, là m t lo

t sét màu tr ng, b , ch u l a, v i

thành ph n ch y u là khoáng v t cao lanhit cùng m t s khoáng v
illit, montmorillonit, th ch anh... s p x p thành t p h p l ng l
lanh quy

nh ki u c u t o và ki n trúc c a cao lanh.

Cao lanh có ngu n g c tên g i t

sét tr ng t

t khu v

Qu c. Các m
s n xu

cao

(t
it iC

t sét tr ng t

t

c Tr n, Giang Tô, Trung
làm ngu n nguyên li u

s Trung Qu c. Tên g i cao lanh

i Pháp du nh p vào châu Âu trong th k
tr l i ti ng Vi
Vi t Nam, tr

c

thành cao lanh.
ng cao lanh d báo kho ng 15 tri u t

ng

Al2O3 trong cao lanh kho ng t 29-38%. Qu ng cao lanh t p trung ch y u
các t
ng,

Lào Cai, Yên Bái, Phú Th , Qu ng Ninh, Tuyên Quang, Lâm
ng Nai

c hình thành do quá

trình phong hóa c a natri-

m chi
Trang 3

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

ng phân b dài kho
mét. Cao lanh

c Thanh
n 10 km, v i b dày kho

t t p trung

n 10

Prenn, Tr i Mát và B o L c [1].

1.1.2 Thành ph n và tính ch t c a cao lanh
a) Thành ph n
Cao lanh hình thành do quá trình phân hu khoáng v t felspat và các
khoáng v t alumosilicat giàu nhôm, có trong thành ph n c a nhi u lo
ngu n g c khác nhau.
Cao lanh xét theo thành ph n hoá, thành ph
bao g m 28 lo

u trúc

khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng. M i

nhóm khoáng bao g

u trúc ho c tính ch t g n gi ng

nhau. Ba nhóm khoáng quan tr ng nh

i v i ngành công nghi p g m s là:

Nhóm caolinit
a nhóm caolinit là khoáng

cl y

làm tên cho c nhóm), là khoáng ch y u trong các m

t sét, có

công th c hoá h c là Al2O3.2SiO2.2H2O. Thành ph n hóa c a khoáng này là
SiO2: 46.54%; Al2O3 : 39.5%; H2O: 13.96%. N u m cao lanh nào ch a ch
y u là khoáng caolinit thì có ch

ng r t cao và ch a r t ít t p ch t gây màu

ng oxit s t Fe2O3 < 1%).
Nhóm môntmôrilônit (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O)
M

i tinh th khoáng này g m 3 l p (2 t di n [SiO4] và 1 bát di n

[AlO6]). So v i caolinit thì khoáng này có l c liên k t y
nhóm OH- n m bên trong 3 l p trên t o thành gói ki u kín. Do có s thay th
ng ch a các cation Fe2+ , Fe3+, Ca2+, Mg2+
v

ng khá l

phân tán cao, h t m n, kích t

th chi

ng c h t trên ch chi m 5-20%, trong

cao lanh t 0.5

lo i silicat 3 l
b gi a các l p làm cho m

c c 0.06 µm có

d o r t l n. Môntmôrilônit là
c các phân t H2O có th
ic
Trang 4

r tl
Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

c Thanh

c u trúc c a b n thân nó nên khoáng này có kh

p ph

i ion

ng riêng môntmôrilônit t 1.7 ÷ 2.7 g/cm3. Trong s n xu t g m

l n. Kh

i v i g m m n khi ph i li
ng thêm m

d o kém
d o.

Nhóm khoáng ch a alkali (còn g i là illit hay mica):
Illit hay mica ng

c là nh ng khoáng chính trong nhi u lo

d ng mica ng

t sét. Các

ng g p là: Muscôvit: K2O.3Al2O3.6SiO2. 2H2O

Biôtit : K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2. H2O V m t c u trúc các khoáng này có
m

i tinh th

p nên tính ch t c a chúng r t

gi ng nhau. Trong nhóm này còn có m t s khoáng khác có c u trúc và tính
ch

ng th y

mica khác [2].

b) Tính ch t c a cao lanh
Cao lanh có màu tr ng, d
màu, t p v y nh . Khi ng

c sít ho c là nh ng kh i d
c, nó có tính d

co giãn, có kh

ng

i cation b ng m t n a illit, ho c m t ph

montmorilonit. M t khác, kh
cao. Tr

t sáng

i anion c a cao lanh l

ng riêng: 2,58-2,60 g/cm3

i

c ng kho ng 1, nhi

nóng

ch y: 1.750-1.787oC. Khi nung nóng, cao lanh có hi u ng thu nhi t 510600 0

ns m

c k t tinh và hi

nh hình c a

n 1.000 và 1.200o

khoáng v t. Hai hi u ng to nhi t t
quá trình mulit hoá c a các s n ph

n

nh hình, v i hi u ng

1.200oC là quá trình k t tinh c

t o thành

cristobalit.
Trong t nhiên, cao l
h p ki

ng b nhu m b n b i oxit s t, titan, h n

t hi m, và các khoáng v

montmorilonit. Oxit s t là ch t có h i, quy

nh vi c phân lo i và s d ng

c công nghi p khác nhau.
Trang 5

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

c Thanh

Thành ph n h t
c các h

t sét và cao lanh n m trong gi i h n

c các lo i t p ch t bao g m th ch anh, tràng
th

ng khá l n. Thành ph
n kh

p ph

c h t có tác d ng r t l n

i ion, tính d

co khi s

n bi n tính ch t c
Kh

nung.

th tích và h p ph

Tính ch t này c

m c

i ion

t sét, cao lanh ch y u là do c u trúc tinh th c a

oáng c a nó quy

nh. Các silicat 2 l p (caolinit): s h p ph trao

c h t và ch y u x y ra
c a các c nh tinh th

các m

ch a SiO2 bên ngoài

c bi t là khi có s thay th

Al3+ hay Fe3+. Các silicat 3 l p

ng hình c a Si4+ b ng
ng h p ph

i ion

l n do s thay th

ng hình x

Kh

th tích l n do có ki u c u trúc d ng vi v y ch ng khít

lên nhau, t

ng th i c trong l p t di n và bát di n.

u ki n cho các phân t

gian gi

c d bám ch c vào kho ng không

th

n 16 l n so v i th tích

c.

tr n v

c tính c

c

d o và kh

d oc ah nh

c là kh

t sét và cao lanh khi

nguyên hình d ng m i khi ch u tác d ng c a

l c bên ngoài mà không b n t. Nguyên nhân: Kh
các h t sét. Hi
ph
sét (

ng dính k t các h t sét v i nhau thành m t kh i. Thành
c và hình d ng (v y, ng, s i) c a h t sét, c u trúc c a khoáng
n chi

c hydrat hoá) là nh ng y u t chính

d o. Nói chung, n
c thành n m. T 21-26% h n h

b

t lên nhau c a

o.

d

c kho
t d o, có kh

tc

cv

t sét
o hình
th c

hi n quá trình hydrat hoá hoàn toàn, cho phép t o hình d
Trang 6

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

c Thanh

th c hi n quá trình hydrat hoá hoàn toàn ph thu c vào c
c

t sét. Ch ng h

cao nh t, m n nh

t bentônit ( ch a khoáng mônmôril
ng trong bài ph i li

10% do nó có kh

i ta ch dùng kho ng 5-

i ion l n và kh

ng hình làm

ng s t trong nó cao. Bentônit r t khó s

co khi s y l n, th i

gian s y lâu. Trong s n xu t n u g
cc

t này chúng ta ph

t sét l i ch y thành dòng

liên t c, cho phép ta t o hình b

háp h

m c a gi i h n ch y và gi i h

rót. Ch s d o: là hi u

i h n ch

vica chu n. Gi i h
s i

c

c c u trúc n m gi a các l p khoáng). Khi

l n (kho ng 28%) thì h

s

d o

nh theo
n(t

t thành

= 2-3 mm).
S bi

i c a cao lanh khi nung:

Khoáng chính và ph bi n nh

t sét và cao lanh là caolinit. Khi nung

nóng x
- Bi

i th tích kèm theo m

- Bi

c lý h c.

i thành ph n khoáng bao g m m

c u trúc tinh th kh

c bi

- Các c u t ph n ng v
- Hi

c hoá h c, bi

i

i thù hình).

t o ra pha m i.

ng k t kh i.

Cao lanh phong hoá t pegmatit:
i v i cao lanh ngu n g c phong hoá, ch
vào m
hoá m

phong hoá và có s bi

ng ph thu c ch y u

i theo chi u th

ng t

i phong

i phong hoá y u cao lanh phong hoá t

c

sau:
-

i phong hoá m nh: Cao lanh

ng s

ng h t m n, giàu nhôm và hàm
n vàng s

Trang 7

thu h

i rây

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

c Thanh

it
v

i 40 %. Thành ph n khoáng

i rây 0,21 mm ch y u là cao lanhit (90-96 %), m t ít là halloysit,

metahalloysit, ít felspat và th ch anh. Thành ph n hoá h c (%): Al2O3 = 3439,5; Fe2O3 = 1-3,5; K2O+Na2O = 0,2-2.
-

i phong hoá trung bình: Cao lanh

s t gi m so v

i phong hoá m

50 %, trung bình 30-

ng có màu tr

thu h

ng oxit

i rây 0,21 mm t

n

i rây < 0,21 mm, khoáng v t cao lanhit chi m

50-58 %, còn l

ch anh. Thành ph n hoá h c (%):

Al2O3 = 29-34; Fe2O3 = 0,5-2,5; K2O+Na2O = 2-4,5.
-

i phong hoá y u: Cao lanh

d

ng b t. Ph

ng có màu tr ng, h t thô, c u t o

i rây 0,21 mm, khoáng v t ch y u là felspat,

cao lanh

n hoá h c (%): Al2O3 = 18-24; Fe2O3 =

0,69; K2O+Na2O = 4,5-7 [3].
Cao lanh phong hoá t gabbro: Cao lanh phong hoá t
i theo chi u th

ng rõ r

ng

i phong hoá m

i

i phong hoá y
- Kh

i cao lanh

i rây 0,21 mm là 40-60 %, trung bình 28-38

%.

-

tr ng

d o kho ng 10 %.

- Thành ph n khoáng v t: g m cao lanhit, halloysit, metahalloysit, th ch anh

- Thành ph n hoá h c (%): Al2O3 = 13,0-25; SiO2 = 43-75; Fe2O3 = 0,3-0,8
[3].
Cao lanh phong hoá t

á phun trào axit và keratophyr: Cao lanh phong

hoá t

các m V Linh (Hà N i), Phong D (Qu ng
m Minh Tân (H i
tr tm

ng có màu tr ng, tr ng h ng.

thu h i

qua rây 0,21 mm là 50-90 %, trung bình kho ng 70 %.
Trang 8

Khoa HH và CNTP

án t t nghi

-2016

c Thanh

i rây 0,21 mm, cao lanh có thành ph n hoá h c (%): Al2O3 = 15-22;
SiO2 = 60-75; Fe2O3 = 0,8-2; MgO = 0,1-0,3; TiO2 = 0,03-0,11; K2O = 2,5-5;
Na2O = 0,06-1,6 và m t khi nung = 6-8.
Thành ph n khoáng v t: cao lanhit, th
tr

d o là 8-16 %.
Cao lanh phong hoá t

m tích và tr m tích bi n ch t

cho ki u cao lanh phong hoá t

m tích sét k t, b t k t, cát k t là các t

khoáng và m
phong hoá t

Khe Mo (Thái Nguyên) và m Hoàng
ts m

ng.

i v i lo i ngu n g c này, cao lanh

m n cao. Thân qu

ng d ng

ng có màu tr ng, tr ng xám,

ho c d ng th

thu h i qua

rây 0,21 mm là 20-80 %, trung bình 60 %.
Thành ph n khoáng v t: cao lanh

ch anh, limonit.

Thành ph n hoá h c (%): Al2O3 = 10-25, SiO2 = 40-85, Fe2O3 = 1-8.
m ch

ng cao lanh ngu n g c tr m tích

Cao lanh ngu n g c tr
Nam B và

ng phân b t p trung

m ts t

cB

các t nh thu c

Trúc Thôn (H

Th (Qu ng Ninh), Tuyên Quang .... Cao lanh tr
thu h
và 60-

i rây 0,21 mm là 20i v i các m

m sau:
i v i các m

cB

Nam B . Thành ph n hoá h c (%): Al2O3 = 10-

37; SiO2 = 45-90; Fe2O3 = 0,5-7. Thành ph n khoáng v t: bao g m cao lanhit,
ch anh, limonit. Tài li
ng Al2O3 r
Cao lanh tr
h i thu c lo i

ch

tt

d o l n.

ng có thành ph n hoá h c, khoáng v
n không

m ch

các m cao lanh cho th y

thu

nh.

ng cao lanh-pyrophyllit ngu n g c nhi t d ch - bi n

i
Trang 9

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

T ng h p tài li

c Thanh
a ch

n hành

vùng T n Mài

(Qu ng Ninh), ta th y thành ph n cao lanh-pyrophyllit vùng T
(%): Al2O3 = 10-39; SiO2 = 40-50; Fe2O3 = 0,01-0,07; MgO = 0,05-0,5; CaO
= 0,05-1,4; TiO2 = 0,03-1; K2O = 0,16; Na2O = 0,1-1,3; MKN = 1,4-2,1.
Trong các thân qu ng t n t i 4 lo i qu ng t nhiên: cao lanh, pyrophyllit,
alunit và quarzit cao nhôm.
Tóm l i, t các d n li u trên ta th y ch

ng cao lanh t nhiên c a

ng Al2O3 th p; ph n l n các t
tìm ki

ng nh
i cao lanh

1.1.4

c

ng Fe2O3

ng cao

m [4].

ng d ng c a cao lanh

Trong công nghi
nhau, ch ng h

c s d ng trong nhi
n xu

c khác

g m s , v t li u ch u l a, v t li u mài, s n

xu t nhôm, phèn

ng v.v
c s d ng r ng rãi ho c t cao lanh t nhiên, ho

làm giàu. Yêu c u công nghi

c

i v i cao lanh ch y u d a vào ch tiêu

thành ph n hoá h c c a Al2O3, TiO2, Fe2O3, CaO, SO3
b

c

các tính ch t lý

tr

ch u l

tr ng.

Các ngành công nghi p s d ng cao lanh khá nhi u. D

c p

m t s ngành công nghi p chính s d ng cao lanh.
- Công nghi p s n xu t gi y: Trong công nghi p gi
d ng làm ch

n t o cho gi y có m t nh

th

cs
kín, gi m b t

ng m m c in t i m c t t nh t. Lo i gi y thông

ng ch a 20 % cao lanh, có lo i ch a t
gi y

i 250-300 kg cao lanh. Ch
nh b

tr

là t p ch t làm gi m ch

ng, m t t n
ng cao lanh dùng làm gi

phân tán và m
ng cao lanh, vì nó làm gi
Trang 10

c

u c a các nhóm h t. Cát
bóng c a m t.
Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

- Công nghi p s n xu

c Thanh

g m m n: Công nghi p s n xu t s , g m s

dân d ng, s m ngh , d ng c thí nghi m, s

n, s v

u

s d ng ch t li u chính là cao lanh; ch t li u k t dính là sét ch u l a d o, có
m u tr ng. Ch

i r t cao và ph i kh ng ch các oxit t o

m u (Fe2O3 và TiO2

ng Fe2O3

c quá 0,4-1,5 %;

TiO2 không quá 0,4-1,4 %; CaO không quá 0,8 % và SO3 không quá 0,4 %.
- Công nghi p s n xu t cao su, da, v i nhân t o và dây cáp
v

i gi i h n c a Fe2O3 không quá 0,5-0,8 %.
- Công nghi p hoá h c

cs d

s n xu t sulfat và

chlorit nhôm. Các ch tiêu quan tr ng c
th

-

ng Al2O3 không

ng Fe2O3 < 1-

ng TiO2 < 0,8-1,4 %.

- S n xu t g ch sam t: Các ch

i v i cao lanh s n

xu t g ch samôt là Al2O3 = 36-

ng Fe2O3 < 1,5-

ch u l a

1730-1780oC.
- S n xu t g ch ch u axit
SiO2

2O3 +

i ch

TiO2

2O3

ng cao lanh v
-2 %; nhi t

ng

ch u l a 1670-

1730oC.

- Trong công nghi p s n xu t v t li u: t o zeolit, t o ch t xúc tác và ng
d ng r ng rãi trong công ngh hóa h c
1.2 T ng quan v Zeolit
1.2.1 Gi i thi u chung v Zeolit
a) Khái ni m Zeolit
Zeolite b

c phát hi

1756

1756, Bronsted là m t nhà khoáng h

nay
i Th

phát

ra m t lo i khoáng m i v i tên g i là zeolite, theo ti ng Hy L
sôi,

là

vì v y zeolite còn có tên g

Trang 11

là

3

k
n
là

sôi.

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

Zeolite

c khám phá t r

a th k

c, zeolite m

ng d ng h

ích và

c Thanh

lâu, tuy nhiên cho

n nh

60

c nghiên c u sâu s c và khám phá nhi u

d ng.

Trong t nhiên có nhi u m zeolite l n, v i kho ng 56 lo i. Các zeolite
t nhiên ch y

c dùng làm v t li u xây d ng kh

h p ph x lý

ng nh , làm ch t

c th i.

Các zeolite

c ng d ng r ng rãi và

c s có t m quan tr ng l n

lao trong khoa h c và k thu t.
Trong t t c các lo i zeolite hi

có,

i ta bi t rõ thành ph n, tính

ch t ng d ng, c u trúc m ng tinh th c a nhi u lo i zeolite t nhiên và
zeolite t ng h

: Zeolite A, zeolite Y, zeolite X, zeolite ZSM 5, zeolite

ZSM 11 [5].
Zeolite là tên chung ch m t h
thành

v t li

n là aluminosilicat. Nó có m

khoáng vô

i anion c ng ch c v i các l

x p và các kênh mao qu n ch y kh p m

i, giao nhau

tr ng. Các khoang tr ng ch a các ion kim lo i có th trao
v i các phân t bên ngoài xâm nh p vào. Các khoang tr
c kho ng 0,2
Công

2 nm nên zeolite
quát

có cùng

các khoang
c (Na+, K+)
này có kích

c x p vào lo i v t li u vi mao qu n.

zeolite :
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O

Hay

oxit :
M2/nO.Al2O3.xSiO2.mH2O
:
x, y là
m là s mol

c n m trong các h c tr ng

b) Phân lo i zeolit
Theo
Zeolite

c chia làm 2 lo i chính
Trang 12

Khoa HH và CNTP

án t t nghi

-2016
nhiên có 56 lo

Zeolite
ng v i

c Thanh

có

do

c ng m có tính ki m. Nh

trong môi

và các

p tro núi l a ph n

zeolite này

c k t tinh và l

ng qua hàng ngàn, hàn tri

n sông. Zeolite t nhiên ít khi tinh khi

và các

nên ít

c ng d ng

ng ch phù h p v i các ng d ng không yêu c u kh t khe v ch
ng, ch ng h

dùng làm

n trong phân t t y r a, ch t h p ph

có trên 200 lo

Zeolite

tinh khi t cao, thành ph

ng

nh t nên r t phù h p trong nghiên c u và ng d ng công nghi p. H u h
các zeolite

c t ng h p t s phân h y các ngu n nhôm và silic trong

dung d ch ki m m nh
Theo

ng kính mao qu n

Zeolite

c chia làm 3 lo i chính :

- Zeolite có mao qu n nh

ng kính bé

- Zeolite có mao qu n trung bình
- Zeolite có mao qu n l n
Theo chi u

5 Å)

zeolite A, P.

ng kính 5-6 Å)

ng kính 7-15 Å)

zeolite ZSM-5.

zeolite X, Y

ng không gian c a các kênh trong c u trúc mao qu n

- Zeolite có h th ng mao qu n 1 chi u, 2 chi u, 3 chi u

Theo t l Si/Al
- Zeolite có hàm

ng silic th p (Si/Al = 1 1,5)

- Zeolite có hàm

zeolite A, X.

ng silic trung bình (Si/Al = 2

5)

zeolite Y,

chabazit...
- Zeolite có hàm

ng silic cao (ZSM-5) [6].

c) C u trúc c a Zeolit
Zeolite hình thành d a trên nh ng

v c u trúc

b n MO4 là t

di n silica [SiO4]4- và t di n alumina [AlO4]5- liên k t v i nhau qua các
oxi chung. Các

v c u trúc

nh

c p là gi ng nhau trong các lo i zeolite khác

nhau. Các zeolit này có tâm là silic ho c nhôm,

Trang 13

nh là oxi.

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

Hình 1. 1 C u trúc

c Thanh

c p c a zeollite

Các t di n có th dùng chung các s oxi khác nhau t o nên các
c u trúc th c p khác nhau,

u

làm cho zeolite tr nên

v

d ng.

Hình 1. 2 C u trúc th c p c a zeolite
Khi t t c oxi trong t di n SiO4
s trung hòa

c dùng chung thì t di n silica

n. S thay th Si(IV) b ng Al(III) làm xu t hi n trong c u

trúc zeolite m t
các cation

n tích âm.
bù tr

trung hòa

n tích âm,

n tích âm

trong zeolite có

ng là Na+, K+, Ca2+, Mg2+. Và

chính nh s có m t c a các cation này mà zeolite có tính ch t trao

i

ion [5].
Trong m t s

c u trúc th c p l i

k t n i v i nhau theo nhi

t o thành d ng c u trúc

sodalite v i d ng hình h c l

n, g

sodalite. M i

sodalite có 24 nguyên t nhôm hay silic và 48 nguyên t

Trang 14

Khoa HH và CNTP


án t t nghi

-2016

c Thanh

v sodalite l i k t n i v

t o thành các lo i

zeolite khác nhau
d) Tính ch t c a Zeolit [7]
Tính h p ph c a zeolite
Chính vì zeolite là nh ng v t li u x p, có h th ng mao qu n v i kích
c l tr ng

u

n và v ng ch c, b m t trong r t phát tri n ( di n tích

b m t bên trong l n

bên ngoài). Do

zeolite có tính ch t h p ph và

ch n l c cao
H p ph là quá trình làm

n ng

ch t b h p ph lên trên b m t

c a ch t h p ph . Vì zeolite có b m t trong phát tri n nên hi n

ng h p

ph x y ra ch y u trên b m t trong, t c là phân t h p ph ph i
c l tr ng. Nh ng phân t có kích
các l tr ng m i
l n

kích

trên zeolite.

vào b m t trong
c các l tr ng thì b

u này ch ng t

Thông

c nh

hay b ng kích

c

c. Nh ng phân t có kích

c

y ra ngoài và không

c h p ph

c tính h p ph ch n l c c a zeolite.

ng trên b m t zeolite

kho ng tr ng bên trong zeolite.

h p ph

c và

c khi s d ng zeolite

phân t khác c n ti n hành dehydrate hóa
là s d ng nhi t

qua

lo i các phân t

k t h p v i x lý chân không.

trên zeolite s tùy thu c vào nhi t

c l p

y

h p ph các
c,

ng

ng ch t b h p ph

, áp su t, b n ch t c a ch t b h p ph

và b n ch t c a lo i zeolite.
Các nghiên c u còn ch ra r ng quá trình h p ph
thu n ngh ch. Nh ng phân t

c a zeolite là

c h p ph trên zeolite có th b gi i h p

ph mà không b bi n d ng. Chính nh s ch n l c và thu n ngh ch, zeolite
c s d ng r ng rãi

phân tách các h n h p ch t l ng hay ch t khí.

Tính ch t ch n l c hình d ng
Zeolite có ba hình th c ch n l c hình d ng sau:

Trang 15

Khoa HH và CNTP