tìm hiểu về xúc tác Zeolite x

TIỂU LUẬN ĐỘNG HỌC XÚC TÁC
Đề tài: Tìm hiểu về Zeolite X

GVHD: PGS.TS. Phạm Thanh Huyền
SVTH: Đinh Văn Tỉnh
Nguyễn Huy Nam
Nguyễn Văn Trí

20144519
20143054
20144656
1


Nội dung
Tổng quan về zeolit và zeolit X.

Cấu trúc của zeolit X

Các phương pháp tổng hợp.

Phương pháp nghiên cứu đặc trưng

Các tính chất của zeolite X

Ứng dụng

2


Hình ảnh zeolite X dạng ba chiều

3


1. TỔNG QUAN VỀ ZEOLITE:



Zeolite là hợp chất vô cơ dạng aluminosilicat tinh thể



Cấu trúc không gian ba chiều, lỗ xốp đặc biệt và trật tự



Cho phép chúng phân chia (Rây) phân tử theo hình dạng và kích thước.

Vì vậy, Zeolite còn được gọi là hợp chất rây phân tử.



Thành phần chủ yếu là Si, Al, Oxi và một số kim loại kiềm, kiềm thổ khác



Công thức chung zeolite: M2/nO . Al2O3 . x SiO2 . y H2O



X là tỉ số mol SiO2/Al2O3, Zeolite X có x = 2,3 – 3, Zeolite Y có x = 3,1-6

4




Phân loại zeolite

Thành phần

Phân loại

Nguồn gốc

Kích thước mao
quản

5


Nguồn gốc

Zeolite tự nhiên

•
•
•

Zeolite tổng hợp

Kém bền
Thành phần hoá học biến đổi đáng kể
Chỉ phù hợp ứng
dụng mà không
yêu cầu tinh khiết cao

•

Thành phần đồng
nhất và tinh khiết.

•
•

Đa dạng
Ứng dụng rất rộng rãi

Zeolite X thuộc loại zeolit tổng hợp
6






Phân loại theo kích thước mao quản:

Vi mao quản kích thước nhỏ
o

(<5 A )

Vi mao quản kích thước
trung bình
o
(5 - 6,9 A )

Vi mao quản kích thước lớn
°
(7 - 8 A )

Phân loại theo thành phần hóa học

Rây phân tử Si
Zeolite biến
Zeolite
tínhgiàu silic
Zeolite giàu Al
7


2. Cấu trúc zeolite X

Sơ cấp

Cấu trúc

Thứ cấp

8

a. Cấu trúc sơ cấp zeolit X

•

Tâm Si hay Al

•

Đỉnh O

9


b. Cấu trúc thứ cấp zeolit X

•

Các tứ diện liên kết với nhau qua nguyên tử oxi thành cấu trúc thứ cấp.

10


b. Cấu trúc thứ cấp

Sản phẩm được đặc trưng bởi kỹ thuật XRD, SEM và FT-IR. Zeolite X có cấu trúc bát
diện gồm:

•

•
•
•

8 mặt lục
6 mặt vuông
24 đỉnh (Si,Al)
36 cạnh (O)

11


c. Cấu trúc zeolite X

•

Sodalit ghép với nhau tại các mặt 6 cạnh thành zeolite X.

•

o
Zeolite kiểu X (thuộc họ Faujazite): có Si/Al =1,1-1,2 nên NaX có đường kính mao quản lớn hơn 8 A .

•

Tỷ lệ Si/Al của zeolit X < Y.

•

Kích thước lỗ zeolite A < X

•

Thực nghiệm chứng minh rằng tỷ lệ Si/Al càng cao thì khả năng bền nhiệt của zeolit càng cao.

12


d. So sánh zeolit X và Y
Chúng đều là zeolit tổng hợp

Đặc điểm

Zeolit X

Zeolit Y

Tỷ lệ SiO2/Al2O3

2,3 -3

3,1 – 6

Độ bền cơ nhiệt

Đường kính mao quản

Thấp hơn zeolit Y

>8 A

o

Cao hơn

Nhỏ hơn

13


14

2

Từ nguồn Si và Al khác nhau

•

Từ cao lanh

•

1

3. Phương pháp tổng hợp




Từ nguồn Si và Al

Dung dịch natri silicate

Tổng hợp theo phương
Đồng nhất ở nhiệt độ phòng

Cho vào

pháp

trong 2h

autoclave

thủy nhiệt
(100 °C, 4 giờ)

Dung dịch natri aluminat

Ozgul Dere Ozdemir1, and Sabriye Pişkin, “Zeolite X Synthesis with Different Sources”, International Journal of Chemical, Environmental & Biological Sciences (IJCEBS) Volume 1, Issue 2 (2013) ISSN 2320 –4087.

15




Cơ chế

C.S. Cundy and P.A. Cox, “The hydrothermal synthesis of zeolites: Precursors, intermediates and reaction mechanism”, Micropor. Mesopor. Mat., vol. 82 pp. 1-78, 2005.

16


Sản phẩm zeolite tinh thể

Hydroxit kim loại kiềm

chứa liên kết Si-O-Al được
tạo ra

Kết tủa tách ra
bằng cách lọc

Các tinh thể zeolite kết tinh
rửa bằng nước deionized

Cho đến khi dung dịch
sau rửa có pH 10 và sấy
khô ở 105 °C trong 12h

Ozgul Dere Ozdemir1, and Sabriye Pişkin, “Zeolite X Synthesis with Different Sources”, International Journal of Chemical, Environmental & Biological Sciences (IJCEBS) Volume 1, Issue 2 (2013) ISSN 2320 –4087

17




Từ cao lanh

NaOH (89%)

Zeolit được tổng hợp bằng phương
Nung cao lanh 3h trong không

Mẫu hoạt hóa nhiệt (loại nước trong kaolin)

pháp
thủy nhiệt

khí ở 600 ℃

(thực hiện dưới áp suất tự sinh tại 50 ℃)

Thủy tinh lỏng

Rửa sạch bằng nước cất, được sấy tại 100

[SiO2 / Na2O = 3,18 (W.W), KLR = 1,36 g / mL]

℃

Sản phẩm được lấy ra

Chin.J.Geochem, “Synthesis and characterization of zeolite X obtained from kaolin for adsorption of Zn(II)”, © Science Press and Institute of Geochemistry, CAS and Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010, Received May 15,
2009; accepted June 10, 2009

18


4. PP nghiên cứu đặc trưng

Giản đồ XRD tổng hợp zeolite X

Ozgul Dere Ozdemir, and Sabriye Pişkin, “Zeolite X Synthesis with Different Sources”, International Journal of Chemical, Environmental & Biological Sciences (IJCEBS) Volume 1, Issue 2 (2013) ISSN 2320 –4087.

19


 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)

(a) Ex-1

(b) Ex-2

Ozgul Dere Ozdemir, and Sabriye Pişkin, “Zeolite X Synthesis with Different Sources”, International Journal of Chemical, Environmental & Biological Sciences (IJCEBS) Volume 1, Issue 2 (2013) ISSN 2320 –4087.

20


 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)

(c) Ex-3

(d) Zeolite X thương mại

Ozgul Dere Ozdemir, and Sabriye Pişkin, “Zeolite X Synthesis with Different Sources”, International Journal of Chemical, Environmental & Biological Sciences (IJCEBS) Volume 1, Issue 2 (2013) ISSN 2320 –4087.

21

 Phổ FT-IR của zeolit tổng hợp và zeolit thương mại X

Ozgul Dere Ozdemir, and Sabriye Pişkin, “Zeolite X Synthesis with Different Sources”, International Journal of Chemical, Environmental & Biological Sciences (IJCEBS) Volume 1, Issue 2 (2013) ISSN 2320 –4087.

22


5. Tính chất của zeolit X

Tính chất bề mặt

Tính chọn học hình dạng

Trao đổi

ion

Tính hấp phụ

23


a. Trao đổi ion

•

Số oxi hóa của Si: +4, Al: +3.

•

Tâm Si trung hòa về điện

•

Tâm Al sẽ tích điện âm trung hòa bởi một ion dương

→ trao đổi ion.
→ không làm thay đổi cấu trúc
→ ở vị trí khác nhau tốc độ trao đổi cũng khác nhau
24


b. Tính chất bề mặt

-

Khi tiến hành xử lí nhiệt thì
xuất hiện tâm lewis.

-

Tâm axit tạo hoạt tính xúc tác

-

Tỷ lệ Si/Al↑ thì tâm axit↓

-

Vị trí khác nhau độ linh động

của prroton cũng khác nhau.

25