Động học xúc tác tìm hiểu về Al2O3

TÌM HIỂU VỀ
Al2O3
GVHD:PGS.TS Phạm Thanh Huyền
Trần Văn Thế

20113350


Gi
ới
thi
ệu

Ứ
ch

Cấ
u
trú

Tí

c

nh

NỘI

ch

DU

n
un

NG

ất
Đi

g
g

CHÍ

ề

d

NH

u

iên

ch

ụ
n

Ngh

cứu
đặc
trư

ế


GIỚI THIỆU
η-Al2O3

γ-Al2O3

χ-Al2O3

κ-Al2O3

α-Al2O3

θ-Al2O3

δ-Al2O3

Al2O3 là chất rắn màu trắng,không tan và không tác dụng với nước.Nhiệt độ nóng chảy rất cao
0
(2050 C ).


NHÔM OXIT ĐƯỢC SỬ DỤNG RỘNG RÃI

- Giá thành rẻ.
- Điều chế dễ dàng.
- Có diện tích bề mặt tương đối lớn.
- Tương đối trơ, khó tạo hợp chất với chất được mang.


Cấu trúc

Al2O3 có nhiều dạng thù hình. Trong các dạng thù hình thì bền hơn hết là các dạng
α, γ.


Cấu trúc của dạng α-Al2O3

2- Mạng tinh thể lục phương xếp chặt tạo bởi các anion O .

- Mỗi cation Al3+ liên kết với 6 anion O2- tạo các mạng 8 mặt.
- Dạng bản mặt thoi.


Cấu trúc của dạng γ-Al2O3

Trạng thái khuyết

• Các cation kim loại Al3+ được phân bố trong không gian giữa các anion O2- .
• Mạng tinh thể lập phương, dạng bát diện.


Tính chất của các dạng nhôm oxit
α-Al2O3

2
- α-Al2O3 có diện tích bề mặt nhỏ, khoảng 5-10 m /g.

- Đường kính mao quản lớn, khoảng 1-2 µm.
- Không màu, không tan trong nước và không tan trong axit.
- Trong thiên nhiên thường gặp ở dạng khoáng vật có tên là corunđum chứa 90% Al2O3.
γ-Al2O3

• Khối lượng riêng : 3,2 - 3,77g/cm3
• Cấu trúc xốp của γ-Al2O3 thay đổi theo nhiệt độ nung. Khi nung qua nhiệt độ mà tại đó oxit nhôm thu được có diện tích
bề mặt lớn nhất, oxit nhôm bắt đầu bị thiêu kết, sập cấu trúc, dẫn đến giảm diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp.


Sự thay đổi diện tích bề mặt, thể tích mao quản, đường kính mao quản của γ-Al2O3 theo
nhiệt độ:
Temperature (°C)

Alumina Phase

450
650

γ-Alumina

850

2
SA (m /g)

3

Vpore (cm /g)

dpore (nm)

335

0.53

6.4

226

0.55

9.8

167

0.58

14

950

δ-Alumina

120

0.50

16.6

1050

θ-Alumina

50

0.50

28

1200

α-Alumina

10

2.10

3


Tính axit bề mặt của nhôm oxit

Nhôm oxit thể hiện tính axit Bronsted lẫn tính axit Lewis.
Bề mặt nhôm oxit luôn có một lượng H2O nhất định. Tùy theo nhiệt độ mà lượng H2O nhiều hay ít, qua đó thể hiện trên
bề mặt các tâm axit Bronsted cũng như tâm Lewis.
H2O sẽ Hydro hóa hoàn toàn bề mặt nhôm oxit => xuất hiện các nhóm OH trên bề mặt. Các nhóm này thể hiện tính axit
Bronsted yếu.

Tính axit bề mặt của nhôm oxit

Ở nhiệt độ khoảng 150°C xảy ra sự Dehydrat hóa => giải phóng một số nguyên tử Al ở lớp dưới => các nguyên tử này là
các tâm axit Lewis.

Ở 400°C bề mặt bị Dehydrat hóa một phần => Al2O3 thể hiện các tâm axit Lewis (Al3+), bazơ Lewis (O2-) và tâm axit
Bronsted.

Ở 900°C bề mặt bị Dehydrat hóa hoàn toàn => chỉ thể hiện các tâm axit và bazơ Lewis.


ĐIỀU CHẾ
Trong công nghiệp, Al2O3

được điều chế bằng cách nung Al(OH)3 ở 1200-14000C

được tạo thành bằng nung Al(OH)3 hoặc muối nhôm của axit dễ bay hơi đến 10000C, hay được tạo nên trong phản ứng
nhiệt nhôm.

α-Al2O3

γ-Al2O3 được tạo nên khi nung Al(OH)3 ở 4500C , nhưng ở khoảng 12000C thì nó chuyển thành dạng α-Al2O3.


SƠ ĐỒ CHUYỂN HÓA CÁC DẠNG NHÔM OXIT


Phương pháp đặc trưng

Diện tích bề

Hấp phụ vật lý N2 và tính

Sự phân bố mao

toán theo phương trình

quản trong vật

BET

liệu

mặt

Phổ nhiễu xạ tia X
(XRD)

Hấp phụ hóa học
NH3, Pyridine

Cấu trúc tinh
thể

Phổ hồng ngoại (IR)

Kết cấu bề mặt, hình

SEM, TEM

dạng, kích thước tinh
thể…

Xác định được các tâm axit trên
bề mặt


Đồ thị phổ nhiễu xạ tia X


Quan sát các tinh thể oxit nhôm

SEM

TEM


ỨNG DỤNG CHUNG

Làm chất
mang

Al2O3

Hấp phụ 1 số chất

Làm xúc
tác

ỨNG DỤNG

Diện tích bề mặt riêng lớn, cấu trúc xốp,
γ-Al2O3

hoạt tính cao, bề cơ, bền nhiệt,…

Được ứng dụng rộng rãi trong
các lĩnh vực như lọc hóa dầu,
xúc tác phản ứng, chất hấp
phụ…


Các phản ứng Hydro hóa:

ỨNG DỤNG

Hệ xúc tác Co-Mo/γ-Al2O3: phản ứng Desulfua hóa:
R-S + H2 → H2S + RH
Hệ xúc tác Ni/γ-Al2O3 phản ứng Metan hóa:
CO + 3H2 → CH4 + H2O

Xúc tác Ni hoặc Co, Fe, Ru mang trên γ- Al2O3.


Các phản ứng Dehydro hóa:

ỨNG DỤNG

Xúc tác Pt/γ-Al2O3 phản ứng Dehydro hóa Naphten tạo
Làm chất xúc tác cho một số phản ứng yêu cầu xúc tác có tính axit.
thành Hydrocacbon thơm.
Ví dụ: Hệ xúc tác Pt/γ-Al2O3 của quá trình reforming xúc tác yêu cầu chức axit để thúc đẩy phản ứng
isome hóa và vòng hóa.


ỨNG DỤNG

Hơi nước

Hỗn hợp của các hydrocacbon
nhẹ, hoặc các khí có nhiệt độ sôi
thấp

Al2O3 làm chất hấp
phụ

Hỗn hợp khí có nhiệt độ
sôi thấp

Hỗn hợp của một số
hydrocacbon, các hợp chất màu.


Hơi nước

Nhôm oxit có thể hấp phụ hơi nước trong quá trình bảo
quản mức độ ẩm của không khí trong các thiết bị, máy móc

đặc biệt và kho chứa, làm khô các vật liệu ở nhiệt độ thấp,
bảo vệ các tranzito .


Hỗn hợp của các hydrocacbon
nhẹ, hoặc các khí có nhiệt độ sôi
thấp

Để làm giàu và tinh chế các phân đoạn
dầu như phân tách các hợp chất vòng từ
các vòng no.


Hỗn hợp của một số hydrocacbon,
các hợp chất màu.

Các hydrocacbon chưa bão hoà có nhiệt độ
sôi cao, các hợp chất màu từ sáp, dầu,
chất béo.


Hỗn hợp khí có nhiệt độ
sôi thấp

Khí hiếm, không khí, nitơ oxit, metan,
axetilen trong quá trình phân tách.