Vật liệu xúc tác Zeolite Y

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

Tiểu luận Động học xúc tác

Đề tài: Tìm hiểu về Zeolite Y

GVHD: PGS. TS. Phạm Thanh Huyền
SVTH: Nguyễn Văn Đạt
Đặng Văn Tiến
Trịnh Ngọc Linh


Nội dung

Giới thiệu chung

Cấu trúc

Tính chất

Các phương pháp tổng hợp

Phương pháp nghiên cứu đặc trưng


I. Giới thiệu chung

Zeolite là hợp chất vô cơ dạng aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian 3

Zeolite là gì ???

chiều, tạo nên hệ thống vi mao quản với các cửa sổ đều đặn ở kích thước ph
ân tử, có khả năng hấp phụ chọn lọc. Nên còn được gọi là “Rây phân tử” [1]

[1] PGS. TS. Tạ Ngọc Đôn. Rây phân tử và vật liệu hấp phụ. NXB Bách Khoa Hà Nội(2015)


Đặc tính nổi trội của Zeolite:

Bề mặt riêng lớn

Cấu trúc tinh thể xốp, kích thước mao quản đồng đều
Khả năng biến tính tốt
Có thể điều chỉnh được độ axit

Zeolite được sử dụng rộng rãi trong CN Lọc Hóa-Dầu


•

Hiện nay có khoảng hơn 150 loại zeolit
e tổng hợp và 48 loại có trong tự nhiên.

•

Trong số đó có zeolite Y là thành phần
quan trọng nhất của xúc tác cracking.

•

Theo dự báo trong thế kỷ 21, zeolite Y
vẫn là cấu tử hoạt động quan trọng nhất
của xúc tác FCC mà chưa loại zeolite n
ào có thể thay thế được.[6]

Ảnh: Phân Xưởng FCC nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất

[6] C. Marcilly. Proceedings of ICZ. Montperllier France (7/2006)


Zeolite Y

•
•
•

Là zeolite tổng hợp thuộc họ Faujasite.

•

Tỉ lệ Si/Al là 1.5- 3.

Được Barrer tổng hợp đầu tiên và đến năm 1964 được Breck tổng hợp thương mại. [3]
Zeolite Y là vật liệu vi mao quản, đường kính mao quản cỡ 7.4 Å, diện tích bề mặt riên
g lớn.

[3] D. W. Breck. Crystalline zeolite Y. U.S. Patent 3130007 -1964


So sánh giữa zeolite X và Y

Zeolite X

Zeolite Y

1 - 1.5

1.5 - 3

Tính bền nhiệt, bền thủy nhiệt

Thấp hơn

Cao hơn

Tính chất bề mặt

Ưa nước

Ít ưa nước hơn

Số tâm axit

Lớn hơn

Bé hơn

Lực axit/tâm

Bé hơn

Lớn hơn

Ứng dụng

Hấp phụ

Xúc tác

Tỷ lệ Si/Al


Ứng Dụng Zeolite Y

Chất xúc tác

Hấp phụ

Ứng dụng khác


VD: Thành phần xúc tác FCC

[2] GS. TS. Nguyễn Hữu Phú. Cracking xúc tác. NXB Khoa học và kỹ thuật(2005)


II. Cấu trúc

•Công thức tế bào đơn vị là:
Na56[(AlO2)56(SiO2)136].250H2O

•Có cấu trúc lập phương, nhóm đối xứng F
d3m.
Khoảng cách ô mạng là a= 24.7 Å

•
•Mật độ vật liệu rất thấp: 17.7 T/ 1000 Å3 (
số nguyên tử T của tứ diện TO4 (T: Si, Al
…) trong thể tích 1000 Å3 )
→ Chứng tỏ Y là zeolite khá “rỗng”.

[2]

[2] GS. TS. Nguyễn Hữu Phú. Cracking xúc tác. NXB Khoa học và kỹ thuật(2005)


II. Cấu trúc

Hình: Cấu trúc tinh thể zeolite Y [2]


Tính xúc
tác

Tính chọn
lọc hình
dáng

Tính hấp
phụ

Tính trao
đổi ion

III. Tính chất


Tính chất trao đổi ion

•

Nguyên tắc dựa trên quá trình tra
o đổi cation trong dung dịch với c
ation bù trừ điện tích âm trong kh
ung mạng Zeolite.

•

Quy luật trao đổi “tương đương 1
-1” theo hóa trị.

•

Ví dụ: Trao đổi 1 Na+ với 1 H+ 3
Na+ với 1 La3+

Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

Tính chất hấp phụ
•

Zeolite Y hệ thống lỗ xốp có kích thước phân tử và rất đồ
ng đều, nên hấp phụ chọn lọc với dung lượng hấp phụ lớ
n, độ chọn lọc cao.

•
•

Xảy ra bên trong các mao quản.
VD: hấp phụ các dung môi, dioxin, Hg trong khí thải công
nghiệp…


Tính chất chọn lọc hình dáng


Tính chất xúc tác


Tính chất xúc tác

Tâm axit Lewis


IV. Các phương pháp tổng hợp

1

Từ Si và Al riêng biệt

2

Từ khoáng sét tự nhiên

Nguyên liệu


Đi từ nguồn Si và Al riêng biệt
Silicat natri

Aluminosilicat

NaOH

Mầm NaY

Trộn
Gel
Aluminosilicat
natri
Kết tinh

NaY và nước cái
Lọc và rửa với nước
Zeolit NaY
[2]GS. TS. Nguyễn Hữu Phú. Cracking xúc tác. NXB Khoa học và kỹ thuật(2005)

Biến tính Zeolite Y
RE-USY




Zeolite
NaY

Trao đổi NH4

NH4NaY

Na-USY








Trao đổi RE
Rửa nước

Xử lý với Axit
Trao đổi RE
Rửa nước

RE-USY

Trao đổi NH4
Rửa nước

NH4-USY

[2]GS. TS. Nguyễn Hữu Phú. Cracking xúc tác. NXB Khoa học và kỹ thuật(2005)


V. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng
1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét ( SEM)

a. SEM image of nano NaY

b. SEM image of micro NaY

[5] Ta Ngoc Don, Ta Ngoc Hung, Pham Thanh Huyen, Trinh Xuan Bai, Huynh Thi Thanh Huong, Nguyen Thi Linh, Le Van Duong, Minh- Hao Pham.
Synthesis, characterization and catalytic activity of nano- zeolite Y for the alkylation of benzene with isopropanol. Indian journal of chemical Teachnology Vol 23(2016), pp 392-399


V. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng
2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua( TEM)
c. TEM image of nano NaY

[5] Ta Ngoc Don, Ta Ngoc Hung, Pham Thanh Huyen, Trinh Xuan Bai, Huynh Thi Thanh Huong, Nguyen Thi Linh, Le Van Duong, Minh- Hao Pham.
Synthesis, characterization and catalytic activity of nano- zeolite Y for the alkylation of benzene with isopropanol. Indian journal of chemical Teachnology Vol 23(2016), pp 392-399

V. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng
3. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- nhả hấp phụ nito ( BET)
Đường cong hấp phụ và nhả hấp phụ N2 ở 77 K của nano NaY(a) và
micro NaY(b)
Sự phân bố mao quản của nano NaY( c)
và micro NaY [5]

[5] Ta Ngoc Don, Ta Ngoc Hung, Pham Thanh Huyen, Trinh Xuan Bai, Huynh Thi Thanh Huong, Nguyen Thi Linh, Le Van Duong, Minh- Hao Pham.
Synthesis, characterization and catalytic activity of nano- zeolite Y for the alkylation of benzene with isopropanol. Indian journal of chemical Teachnology Vol 23(2016), pp 392-399


V. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng
4. Phương pháp TPD- NH3

[5] Ta Ngoc Don, Ta Ngoc Hung, Pham Thanh Huyen, Trinh Xuan Bai, Huynh Thi Thanh Huong, Nguyen Thi Linh, Le Van Duong, Minh- Hao Pham.
Synthesis, characterization and catalytic activity of nano- zeolite Y for the alkylation of benzene with isopropanol. Indian journal of chemical Teachnology Vol 23(2016), pp 392-399


Kết luận

 Qua bài tiểu luận chúng em đã trình bày được:
•

Cấu trúc, tính chất, phương pháp tổng hợp và phương pháp nghiên cứu đặc trưng của Ze
olite Y

•

Ứng dụng của Zeolite Y, đặc biệt là trong lọc hóa dầu.