Tiểu luận đề tài :Tìm hiểu về chất mang Al2O3 ứng dụng trong xúc tác

Đề tài:
Tìm hiểu về chất mang Al2O3
Nhóm 12

GVHD: PGS.TS. Phạm Thanh Huyền

Team members

VŨ GIA TÙNG

CAO HỒNG
DƯƠNG

MSSV: 20145154
MSSV: 20140847

NGUYỄN VĂN SỬ

MSSV: 20143899

LÊ NGỌC SƠN

MSSV: 20143803


Nội Dung

ỨNG DỤNG

ĐIỀU CHẾ

CẤU TRÚC

TỔNG QUAN

NGHIÊN CỨU
TÍNH CHẤT

ĐẶC TRƯNG


TỔNG QUAN

Chất mang là gì? Tại sao nhôm oxit có thể làm chất mang ?

Chất mang xúc tác là một thành phần của hệ xúc tác, tuy không có hoạt tính xúc
tác, nhưng có bề mặt riêng lớn dùng làm nền để phân bố đều thành phần có hoạt
tính xúc tác. Vd. silicagen, nhôm oxit, amiăng... là những CMXT thông dụng

Khái niệm

Tính chất: - Bề mặt riêng lớn
- Bền nhiệt
- Bền cơ
- Dễ khuếch tán nhiệt
- Ảnh hưởng đến độ phân cực của xúc tác
- Dễ làm thay đổi hướng phản ứng

GS. TS. Đào Văn Tường, Động học xúc tác, NXB Khoa học và kĩ thuật, 2006

TỔNG
QUAN

NHÔM OXIT

•
•
•
•
•
•
•

Bề mặt riêng lớn
Hoạt tính cao
Bền cơ
Bền nhiệt
Tương đối trơ
Điều chế dễ dàng
Giá thành rẻ
Phân loại:

•
•
•
•

α-Al2O3
γ-Al2O3
η-Al2O3

•
•
•

κ-Al2O3
δ-Al2O3
χ-Al2O3

θ-Al2O3
2 dạng α-Al2O3, γ -Al2O3 vẫn được ứng dụng phổ biến hơn cả .


CẤU TRÚC

Alpha Alumina
α-Al2O3

Cấu trúc tinh thể corundum Al2O3

GS. Phạm Văn Tường, Giáo trinh Vật liệu vô cơ, NXB ĐHQG, 2007


CẤU TRÚC

•

Mạng tinh thể α-Al2O3 được xây dựng từ các đơn
2lớp anion O xếp chặt khối theo 6 phương bó chặt
(hcp) khối lục giác

•

Mỗi cation Al

3+

liên kết với 6 anion O

Alpha Alumina
2-

tạo thành

các khối bát diện. Các khối này liên kết với nhau tạo
thành mạng tinh thể Alpha-Al2O3

Cấu trúc mạng tinh thể α-Al2O3

Hoàng Nhâm, Hóa vô cơ tập 2, 1996

α-Al2O3


CẤU TRÚC

Gamma Alumina
γ-Al2O3
1

1

1

1

O
1

3
Al

1

1

2-

+

1

1

1

3+
Cấu trúc khối và vị trí của Al trong cấu trúc của γ - Al2O3

GS. Phạm Văn Tường, Giáo trinh Vật liệu vô cơ, NXB ĐHQG, 2007

CẤU TRÚC

•

Nhiều nghiên cứu chỉ ra mạng tinh thể của γAl2O3 tương tự như dạng tinh thể Spinel

Gamma Alumina

(MgAl2O4)

•
•

Ô mạng cơ sở giả lập phương.
Có 2 vị trí mà cation Al

3+

có thể phân bố vào giữa

các lớp anion để tạo thành khối
tứ diện hoặc bát diện.

Cấu trúc mạng tinh thể γ-Al2O3

GS. Phạm Văn Tường, Giáo trinh Vật liệu vô cơ, NXB ĐHQG, 2007

γ-Al2O3

SO SÁNH
Các dạng thù hình

Dạng thù hình

Mạng tinh thể

Hình dạng

Mật độ khối
3
D(g/cm )

Nhiệt độ nóng

α-Al2O3

Lục phương

Bản mặt thoi

3,99

2050°C

γ-Al2O3

Lập phương

Bát diện

3,6

1200°C  α

GS. Phạm Văn Tường, Giáo trinh Vật liệu vô cơ, NXB ĐHQG, 2007

chảy


TÍNH CHẤT

01. α-Al2O3

•
 

•

Diện tích bề mặt nhỏ, khoảng 5-10
m2/g

02. γ-Al2O3

•
•

200A Là dạng bền vững nhất của

Al2O3

Chứa nhiều lỗ xốp có đường kính từ 30-120A

0

3
và thể tích lỗ xốp từ 0,5-1 cm /g

Đường kính mao quản khá lớn >
0

2
Diện tích bề mặt vào khoảng 100 - 300m /g

•

Cấu trúc xốp dễ bị biến đổi khi nung. Nếu nhiệt
độ quá cao sẽ bị sập cấu trúc, giảm diện tích
bề mặt


BỀ MẶT
TÍNH &
AXIT

•

Trên bề mặt nhôm oxit tồn tại cả hai loại tâm: tâm Bronsted và Lewis - là các trung tâm xúc tác hoạt tính trên
bề mặt nhôm oxit .

•

Tùy theo nhiệt độ mà trên bề mặt luôn chứa một lượng nước nhất định nhiều hay ít. Nước sẽ Hydroxyl hóa bề
mặt nhôm oxit Tạo các nhóm OH trên bề mặt. Các nhóm này thể hiện tính axit Bronsted .


BỀ MẶT
TÍNH &
AXIT
•

o
Ở nhiệt độ khoảng 150 C xảy ra sự Dehydroxyl hóa  giải phóng một số điện tử  các nguyên tử Al thiếu điện tử là các
tâm axit Lewis.

•

o
Ở 400 C bề mặt bị Dehydroxyl hóa một phần  Al2O3 thể hiện các tâm axit Lewis (Al3+), bazơ Lewis (O2-) và tâm axit
Bronsted.

•

o
Ở 900 C bề mặt bị Dehydroxyl hóa hoàn toàn  chỉ thể hiện các tâm axit và bazơ Lewis.


ĐIỀU CHẾ

•

γ -Al2O3 thông thường được

•

Nhôm oxit được điều chế bằng

điều chế bằng cách nung

cách nung các tiền chất như

Boehmite đến khoảng 450-

Boehmite, Gibbsite, Bayerite,

o

500 C

Diaspore,…

•

Tùy theo tiền chất và nhiệt độ
nung ta sẽ thu được các dạng
oxit nhôm khác nhau với cấu trúc
bề mặt, độ xốp khác nhau

•

Diện tích bề mặt riêng khoảng
150-250 m2/g

•

α -Al2O3 thu được bằng cách
nung Boehmite đến khoảng
o
1200 C. Nếu đi từ Gibbsite thì
o
nung đến khoảng 1000-1100 C


Sơ đồ
chuyển hóa các dạng nhôm oxit
Khi nung các tiền chất ở các nhiệt độ khác nhau sẽ thu được các dạng nhôm oxit khác nhau. Tùy theo mục đích muốn thu được sản phẩm nào mà ta có chế độ nung và thời gian nung
thích hợp


CÁC PHƯƠNG PHÁP Điều chế

Phương pháp kết tủa

Dễ tiến hành
Chi phí thấp
Bề mặt riêng không lớn lắm 50-300
m2/g

Phương pháp sol-gel

Khó tiến hành
Chi phí cao
Hoạt tính cao
2
Bề bặt riêng lớn 100-500 m /g


Cơ sở
Phương pháp kết tủa

Sơ đồ điều chế gamma nhôm oxit

, Vũ Thu Hà

1

, Đỗ Thanh Hải

2

,Đinh Thị Ngọ

3

Tạp chí hóa học, T.45 (6) Tr .741-748, 2007, Ảnh hưởng của các phương pháp tổng hợp đến tính chất cấu trúc của nhôm oxit. Tiềm năng ứng dụng làm chất mang của
nhôm oxit mao quản trung bình có trật tự


Các giai đoạn cơ bản

Phương pháp sol-gel

•

Hòa tan nhôm aluminum
iso propoxide trong dung

•

•

Gel được già hóa nhiệt độ

môi (iso propanol hoặc

o
80-100 C, trong thời gian 1-

propanol)

3 ngày

Thủy phân và ngưng tụ của

•

Nhiệt độ và thời gian già

tiền chất bằng dung dịch

hóa gel là 2 thông số quan

axit thu gel acol

trọng nhất

Giai đoạn

Tạo gel nhôm

Giai đoạn

Già hóa gel nhôm

•
•
•

Nung xerogel trong lò nung

Bay hơi dung môi khỏi gel

để loại bỏ dung môi, phân

bằng phương pháp sấy

huỷ các nhóm alkoxit trong

thường hoặc sấy phun

xerogel

Thu được các hạt xerogel
rất nhỏ, đều và rất tơi xốp

Giai đoạn

Thu hồi sản phẩm

•

Thu được oxit nhôm hoạt
tính ở dạng vô định hình

Giai đoạn

Xử lý nhiệt

Nguyễn Hữu Trịnh, Luận án Tiến sĩ Hoá học “Nghiên cứu điều chế các dạng hydroxit nhôm, oxit nhôm và ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu”. Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002.


Các phương pháp Nghiên cứu đặc
trưng

- Hấp phụ vật lý N2
- Ứng dụng pt BET

- SEM

- Diện tích bề mặt

- Kết cấu bề mặt
- Hình dạng, kích thước tinh

- TEM

Phổ nhiễu xạ tia

- Phân bố mao quản

thể

Cấu trúc tinh thể

X (XRD)

- Hấp phụ hóa học
NH3,
pyridine
-TPD/TPR

-Xác định các tâm axit trên
bề mặt
-Độ axit


XRD

Nung tiền chất:

Boehmite

a) gamma
alumina

d) Alpha alumina

Fang Hu,a Xiang Wu,ac Yamin Wanga and Xiaoyong Lai* b,
sUltrathin γ-Al2O3 nanofibers with large specific surface area and
their enhanced thermal stability by Si-doping


HP vật lý N2

a) gamma
alumina

d) Alpha alumina

Fig. 6 (A) Nitrogen adsorption-desorption isotherms and (B) the corresponding
pore size distribution curves of alumina obtained at different calcined
temperatures: (a) 500 °C, (b) 1000 °C, (c) 1100 °C and (d) 1200 °C

Fang Hu,a Xiang Wu,ac Yamin Wanga and Xiaoyong Lai* b,
sUltrathin γ-Al2O3 nanofibers with large specific surface area and
their enhanced thermal stability by Si-doping


TEM

a) gamma
alumina

d) Alpha alumina

Fang Hu,a Xiang Wu,ac Yamin Wanga and Xiaoyong Lai* b,
sUltrathin γ-Al2O3 nanofibers with large specific surface area and
their enhanced thermal stability by Si-doping


Bảng
kết quả phân tích

A-500:
Gamma alumina

A-1200:
Alpha alumina

Fang Hu,a Xiang Wu,ac Yamin Wanga and Xiaoyong Lai* b,
sUltrathin γ-Al2O3 nanofibers with large specific surface area and
their enhanced thermal stability by Si-doping


SEM &TEM α-Al2O3

P. Souza Santosa, H. Souza Santos*b, S.P. Toledob
Standard Transition Aluminas. Electron Microscopy Studies

SEM &TEM
γ-Al2O3

P. Souza Santosa, H. Souza Santos*b, S.P. Toledob
Standard Transition Aluminas. Electron Microscopy Studies


Xúc tác

•

γ- Al2O3 thường được sử dụng với
vai trò hỗ trợ xúc tác như một chất
xúc tác thứ 2

Trong đó vai trò làm chất mang là vai trò quan trọng nhất !

Chất mang

• α-Al2O3 làm chất mang trơ
• γ- Al2O3 làm chất mang đa chức

Chất hấp phụ

• γ- Al2O3 có vai trò làm khô chất
lỏng và khí, hấp phụ chọn lọc trong
ngành xăng dầu.

năng

ỨNG DỤNG