Tổng hợp chất xúc tác trên chất mang bằng kỹ thuật trao đổi ion

Nội dung thực nhóm : Tổng hợp chất xúc tác chất mang Kỹ thuật trao đổi ion (Ion-exchange) 1, Giới thiệu chung 2, Phương pháp 3, Ví dụ ứng dụng trao đổi ion Giới thiệu chung Chất xúc tác có vai trị to lớn cơng nghiệp hóa học,trong cơng nghệ lọc hóa dầu.có nhiều phương pháp tổng hợp chất xúc tác Trong phần ta xét đến kĩ thuật trao đổi ion tổng hợp chất xúc tác chất mang Hệ thống xúc tác thực tiễn đòi hỏi chi phí cao,nhưng có tác dụng lớn tính triệt để xử lí có chọn lựa đối tượng Chất mang dùng trao đổi ion ta nói tới chương vật liệu trơ có nhiều lỗ xốp hoạt động hóa học,và tùy thuộc vào loại thiết bị phản ứng mà chất xúc tác chất mang có hình dạng : cầu, trụ, vẩy, Nhược điểm phương pháp chi phí đầu tư vận hành cao nên sử dụng cho cơng trình lớn thường sử dụng cho trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao Ưu điểm phương pháp triệt để xử lý có chọn lựa đối tượng Phương pháp I Cơ sở phương pháp Là trình trao đổi ion dựa tương tác hoá học ion pha lỏng ion pha rắn Trao đổi ion trình gồm phản ứng hố học đổi chỗ (phản ứng ) ion pha lỏng ion pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu nhựa trao đổi dành cho ion pha lỏng nhờ ion pha lỏng dễ dàng chổ ion có khung mang nhựa trao đổi Quá trình phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi loại ion khác Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành tái sinh liên tục ; trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên,vận hành tái sinh gián đoạn Trong trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh phổ biến II V ật li ệu trao đổ i ion Vật liệu có tính trao đổi ion loại tự nhiên hay tổng hợp, có nguồn gốc vơ hay hữu cơ, Chúng coi nguồn tích trữ ion trao dổi dược với bên ngoài, Chất trao đổi ion dạng rắn không tan nước hầu hết dung môi hữu Trên bề mặt chất rắn tồn nhóm chức, nhóm chức chứa hai thành phần tích điện: nhóm chức cố định ion linh động trao đổi Dạng trao đổi ion Mạng chất rắn Điện tích nhóm chức Ion linh động Cationit Vô cơ,hữu âm dương Anionit Vô cơ,hữu dương âm Lưỡng tính Vơ cơ,hữu Âm, dương Âm,dương Các loại chất trao đổi ion yếu tích điện âm pH cao cationit vùng pH thấp anionit khơng nhóm chức chúng tồn thái khơng phân li, điện tích tỏng nhóm chức khơng Chất trao đổi ion lưỡng tính khác, vùng pH định chúng thể khả trao đổi anion hay cation, tồn thái trung hòa điểm đẳng điện Phân loại vật liệu trao đổi ion: A Loại cationit a.Vơ -tự nhiên (zeolit, khống sét) -tổng hợp(zeolit tổng hợp, permutit, silicat tỗng hợp) b Hữu -Tự nhiên (than bùn, ligin) -than sunfon hóa -Tổng hợp (nhựa trao đổi ion sở phản úng trùng ngưng Polymer hóa) B Loại anionit a.Vơ -Tự nhiên (dolomite, apatit,hydroxyl apatit) -Tổng hợp (silicat kim loại nặng) b Hữu -Tổng hợp (nhựa trao đổi ion) II.1, Vật liệu trao đổi ion vô Chất trao đổi ion vô tự nhiên chủ yếu alumosilicat tinh thể, loại zeolit tự nhiên khoáng sét cấu trúc lớp Các loại zeolit tự nhiên analcite, chabazite, harmotome…Các loại zeolit có hệ mao quản rộng thuận lợi cho trình trao đổi ion Các ion trao đổi linh động, chuyển dịch tự gốc zeolit, thường nhiều loại Na+, Ca2+, K+, Mg2+ Dung lương trao đổi chúng phụ thuộc vào cấu trúc zeolit, độ sẩn phẫm Khoáng sét cấu trúc lớp montmorilonit, vermiculite có tính trao đổi ion Các ion nằm lớp cấu trúc mạng, trình hydrat hóa ion gây tính trương nở khoáng sét Dung lượng trao đổi khoáng sét thấp so với zeoli, nằm khoảng 1mdl/g Glauconite khống sắt (П) alumosilicat chứa ion trao đổi kali Cấu trúc mạng chặt nên q trình trao đổi ion diễn bề mặt bên ngoài, nhiên trạng thái phân tán cao, dạng keo, khả trao đổi ion đáng kể Một số vật liệu tự nhiên có tính trao anion dolomite, silicat kim loại nặng Tuy có apatit [Ca5(PO4)3]F hydroxyl apatit [Ca5(PO4)3]OH có ứng dụng trọng thực tiễn Zeolit loại khoáng vật mềm, độ chịu mài mòn thấp, hệ mao quản nhỏ, độ dẻo thấp Khả trương nở thấp hệ mao quản nhỏ nên ion trao đổi có độ linh động khơng cao, Khống sét cấu trúc lớp có khả trương nở cao, trình trao đổi ion dễ dàng loại vật liệu có độ bền học tháp, kích thước nhỏ khó sử dụng thực tiễn Tất vật liệu trao9 đổi ion vô ( tự nhiên tổng hợp) bền mặt hóa học, bị axit kiềm phá hủy, điều hạn chế ứng dụng thực tiễn, tức sử dụng chúng khoảng pH hẹp Nhiều loại không bền dung dịch số muối Giai đoạn tỏng hợp loại zeolit, khả hấp phụ phân tử trung hòa, zeolit tổng hợp có dung lượng trao đổi cao nhiều so với zeolit yu75 nhiên Một số loại oxit kim loại: Fe2O3,Al2O3, MnO2, Cr2O3, Tio2, ZrO2, ThO2, SnO2 chất lưỡng tính axit- bazo, chúng có khả trao đổi cation pH môi trường cao điểm đẳng điện, chúng sử dụng cho số trường hợp đặc thù hấp phụ flo, asen nhôm oxit II.2, Vật liệu trao đổi ion than Rất nhiều loại than có khả trao đổi ion Các nhóm chức bề mặt than COOH, OH axit1 yếu có khả trao đổi H+ điều kiện thích hợp Tuy vật liệu dễ bị kiềm phá hủy có xu hướng petit hóa Vì trước sử dụng chúng cần ổn định thong qua biện pháp xử lí II.3, Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion gọi ionit ,các ionit có khả hấp thu ion dương gọi cationit, ngược lại ionit có khả hấp thu ion âm gọi anionit Còn ionit vừa có khả hấp thu cation ,vừa có khả hấp thu anion gọi ionit lưỡng tính Về cấu tạo : cấu tạo chất trao đổi ion, phân hai phầnü Một phần gọi gốc chất trao đổi ion, phần khác gọi nhóm ion trao đổi (nhóm hoạt tính ) Chúng hố hợp cốt cao phân tử Dùng phương pháp tổng hợp hoá học ,người ta chế tạo chất trao đổi ion hữu gọi nhựa trao đổi ion (resin) Resin tạo trùng ngưng từ styren vàdivinylbenzen(DVB) Phân tử styren tạo nên cấu trúc Resin DVB cầu nối polime có tính khơng hồ tan giai bền Cầu nối Resin Chất trao đổi ion thông cầu nối chiều Trong Resin có cấu trúc rỗng Phân loại : có loại Resin - Resin Cation acid mạnh - Resin Cation acid yếu - Resin Anion bazơ mạnh - Resin Anion bazơ yếu Tính chất vật lý o Màu sắc : vàng, nâu, đen, thẩm Trong trình sử dụng nhựa , màu sắc nhựa hiệu lực thường thâm chút o Hình thái : nhựa trao đổi ion thường dạng tròn o Độ nở : đem nhựa dạng keo ngâm vào nước ,thể tích biến đổi lớn o Độ ẩm : % khối lượng nước khối lượng nhựa dạng khô (độ ẩm khô) , dạng ướt (độ ẩm ướt) o Tính chịu nhiệt : loại nhựa bị ảnh hưởng nhiệt độ có giới hạn định , vượt giới hạn nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50o C o Tính dẩn điện : chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện phụ thuộc vào dạng ion o Kích thước hạt : Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm o Tính chịu mài mịn : vận hành chất trao đổi ion cọ sát lẫn nở ngót , có khả dể vỡ vụn Đây tiêu ảnh hưởng đến tính thực dụng o Tính chịu oxy hố: chất oxy hố mạnh làm cho nhựa bị lão hố (trơ) Tính hố học: Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi biểu thị mức độ nhiều lượng ion trao đổi loại chất trao đổi ion Có phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g Tổng dung lượng trao đổi : tiêu biểu thị lượng gốc hoạt tính có chất trao đổi Dung lượng trao đổi cân : biểu thị dung lượng trao đổi lớn chất trao đổi ion loại dung dịch định ,nên khơng phải số Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi xác định điều kiện vận hành thực tế Tính thuận nghịch phản ứng trao đổi ion: Phản ứng trao đổi ion phản ứng thuận nghịch Dựa tính chất người ta dùng dung dịch chất hồn ngun , thơng qua chất trao đổi ion hiệu lực để khơi phục lại lực trao đổi CaR2 + 2H+ ( nhựa trao đổi Thí dụ : 2HR + Ca2+) 2HR + Ca 2+ (hoàn nguyên) CaR2 + 2H+ Tính acid , kiềm : tính chất Cationit RH chất Anionit ROH ,giống chất điện giải acid, kiềm Tính trung hồ thuỷ phân : tính trung hồ thuỷ phân chất trao đổi ion giống chất điện giải thơng thường Tính chọn lựa chất trao đổi ion - Ở hàm lượng ion thấp dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả trao đổi tăng hoá trị ion trao đổi tăng Nguyên tắc chế tạo Nhựa trao đổi ion bắt buộc phải bao gồm: mạng hidrocacbon ba chiều nhóm chức phân li gắn mạng Có nhiều phương àn để đật mục tiêu trên: monome chất điện li hữu tạo thành polymer có liên kết ngang tạo cấu trúc không gian ba chiều, monomer phân tử trung hịa, nhóm chức phân li gắn vào mạng tạo thành mạng polymer, hình thành nhóm chức điện li đồng thời hình thành polymer Polyme khơng tan cần phải có độ trương nở định, điều thực thông qua việc điều chỉnh chất lượng khâu mạch Polymeco1 mang nhóm chức mạch thẳng tan nước (các chất trợ keo tụ), polymer có mức có mức đọ liên kết ngang cao, tạo mạng ba chiều đặc khơng có độ trương nở, ion bị “nhốt” khơng trao đổi Vì cần phải kiểm soát mức độ liên kết ngang mạng Để tạo mạng polymer ba chiều cần có monomer thích hợp chất khâu mạch Phản úng trùng ngưng polymer hóa cho phép đạt mục tiêu Cationit Sản phẩm trùng ngưng phenol fomaldehyd loại polyphenol với aldehyd khác cationit chế tạo sớm Các sản phẩm chứa nhóm OH có cường độ axit thấp Ngưới ta gắn nhóm axit mạnh qua phản ứng sufon hóa với axit sunfuric trước tiến hành phản ứng trùng ngưng Sản phẩm tạo thành chứa hai loại nhóm chức (-SO3H OH) Loại cationit mạnh thông dụng loại copolymer trùng hợp từ styren divinyl benzene với hàm lượng divinyl benzene thường nằm khoảng 8- 20%, q trình sulfon hóa tiến hành sau phản ứng polymer hóa Sản phẩm loại có độ bền nhiệt bền hóa cao loại sản phẩm trùng ngưng Cationit yếu chứa nhóm hoạt động COOH điều chế qua phản ứng copolymer hóa axit hữu axit anhidrid với chất khâu mạch divinyl benzene Sản phẩm thông dụng điều chế từ axit acrylic methacrylic với divinyl benzene Do có tính axit yếu, mức độ phân ly chúng phụ thuộc vào pH Các nhóm chức phần lớn dạng trung hòa pH < 3, độ phân li tăng dần pH tăng phân li hoàn toàn pH = 10 Nhựa trao đổi chứa hai loại nhóm chức SO3H COOH chế tạo thơng qua sulfon hóa polymer acrylic hay methacrylic Cationit đặc thù loại có độ chọn lọc cao loại cationit Loại đặc thù dựa nguyên tắc ion tạo phức bền hay kết tủa (tạo hợp chất không tan) với nhóm chức nhựa Cationit yếu chứa nhóm COOH có độ chon lọc cao với proton tạo thành axit yếu khó phân li Nhựa trao đổi chứa nhóm chức dipicryl amin có độ chọn lọc cao K+, nhóm axit anthranilic tạo phức vịng với kẽm kim loại chuyễn tiếp Thông thường catioint có độ chọn lọc cao có tốc độ trao đổi chậm Mặt khác, trình tái sinh ion đặc hiệu khó khăn, đơi khong tái sinh Vì vậy, việc chọn lựa vật liệu trao đổi cho mục tiêu cần phải cân nhắc lĩ để tìm hài hịa độ chọn lọc, tốc độ trao đổi khả tái sinh Anionit Anionit sử dụng loại hữu tổng hợp Nhóm chức anionit amin Nhóm amin bậc (-NH2), bậc hai (-NHR), bậc ba (-NR2) nhóm bazo yếu, amin bậc bốn (-N+R3OH-) loại bazo mạnh Anionit bân đầu chế tạo sản phẩm polymer trùng ngưng, bị thay polymer trùng hợp có độ bền cao giồng trường hợp cationit Anionit có mùi amin nhiệt độ thường, khoảng 60oC chúng bắt đầu phân hủy nhả methanol amin bậc Anionit có khả phá hủy chất hữu có kích thước lớn axit humic, fulvic tồn nước thiên nhiên, loại có tính bền tác nhân chế tạo với mạng polymer polyacrylamide chất khâu mạch divinyl benzene Trong anionit mạng phân li pH anionit yếu hoạt động vùng pH < Trong vùng pH cao nhóm chức tồn trạng thái trung hòa, vùng pH thấp lien kết với proton tạo rat rung tâm mang điện tích dương Anionit yếu bền nhiệt loại mạnh, anionit yếu dạng polystyrene hoạt động vùng 100oC Điều kiện sử dụng nhựa trao đổi ion Nhựa sử dụng để trao đổi ion không dùng để lọc huyền phù ,chất keo nhũ màu Sự có mặt chất rút ngắn tuổi thọ nhựa Loại bỏ chất hữu nhựa phức tạp ,cần có nghiên cứu đặc biệt Sự có mặt khí hồ tan nước với lượng lớn gây nhiễu loạn hoạt động nhựa Các chất oxy hố mạnh Cl 2,O3,….có thể tác dụng xấu lên nhựa Thứ tự ưu tiên trao đổi Đối với nhựa Cationit acid mạnh(SAC) , Fe 3+ > Al 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K+ > H+ > Li+ Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC) H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+ Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA) Đối với nhựa anionit kiềm yếu (WBA) Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường ion hoá trị ,khả trao đổi tăng số điện tử ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hoá lớn) Ở hàm lượng ion cao ,khả trao đổi ion không khác nhiều III, Cơ chế trao đổ i ion Qúa trình trao đổi ion biểu diễn: R- I+ + M+X ↔ R-M+ + I+X R+Y + M+X ↔ R+X + M+Y R-I+ cationit có ion dương I+ trao đổi với ion M+ dung dịch, R+Y anionit có khả trao đổi với ion âm Xtrong dung dịch R- , R-+ mạng chất không tan chất trao đổi ion, với loại nhựa trao đổi ion gồm mạng polymer ba chiều liên kết hidrocacbon nhóm chức tích điện âm SO, COO- ( cationit) nhóm chức tích điện dương –NR+ (đối với anionit) Với cationit, I+ thường H+ hay Na+, tương ứng gọi cationit dạng H+ hay Na+ Anionit thường tồn hai dạng Cl- vá OH Ion lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ phân : lớp hấp phụ lớp khuếch tán Lớp ion có tính hoạt động tương đối bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi lớp hấp phụ hay lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên phận ion ngược dấu Cạnh ngồi lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả khuếch tán vào dung dịch nên gọi lớp khuếch tán Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, tác dụng sau diễn ra: Tác dụng trao đổi : Các ion ngược dấu lớp khuếch tán ion ngựoc dấu khác dung dịch trao đổi vị trí lẫn Nhưnh q trình trao đổi ion khơng giới hạn lớp khuếch tán ,do quan hệ cân động ,trong dung dịch có số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau trao đổi với ion ngược dấu lớp hấp phụ Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại Từ , số ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp hấp phụ …, Pham vi hoạt động lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho q trình trao đổi ion Do cần ý nồng độ dung dịch hoàn nguyên lớn ,khơng khơng thể nâng cao mà cịn giảm thấp hiệu hồn ngun Tốc dộ q trình trao đổi ion Như trình hấp phụ ,tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc tốc độ trình thành phần sau: - Khuếch tán ion từ pha lỏng đến bề mặt hạt rắn - Khuếch tán ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi - Trao đổi ion (tốc độ phản ứng ) - Khuếch tán ion thay bề mặt hạt rắn - Khuếch tán ion thay từ bề mặt hạt rắn vào dung dịch VI, Cân trao đổi ion Cân trao đối ion xảy chất trao đổi ion tiếp xúc với dung dịch chất điện ly, ion trao đổi dung dịch nhựa trao đổi có chất khác Gỉa sử nhựa trao đổi chứa ion trao đổi A, ion trao đổi dung dịch B.Qúa trình trao đổi ion diễn ra: -R_ A + B → -R_ B + A Trong R mạng polymer chứa nhóm chức Trong trạng thái cân ion trao đổi A, B có mặt dung dịch lẫn chất trao đổi ion Trao đổi ion q trình thuận nghịch khó phân biệt cân tiệp cận từ phía nào, tức A trao đổi với B hay ngược lại.Tuy nhiên phân bố A B hai pha trạng thái cân hai trường hợp miễn tổng nồng độ chúng hệ không thay đổi Tỉ lệ nồng độ hai ion pha khác Cân trao đổi ion có ý nghĩa quan trọng thực tiễn mặt lí thuyết Quan hệ hàm số phụ thuộc ion trái dấu chất trao đổi ionvao2 thành phần ion trái dấu dung dịch ngồi nhiệt độ áp suất khơng đổi gọi đường đẳng nhiệt trao đổi ion Các đường đẳng nhiệt biểu thị đồ thị hệ trục không thứ nguyên i – , với : = z i ci ∑ z c i =1 ai = n i i zi ci n ∑ z c i =1 i i phần tương đương ion I chất trao đổi ion dung dịch ci – nồng độ ion I chất trao đổi ion hệ đạt cân mol ion/g chất trao đổi ion ci – nồng độ ion I dung dịch hệ đạt cân zi – điện tích ion i đại lượng thay đổi từ đến 1, trao đổi đẳng nhiệt biểu thị biểu đồ hình vng có cạnh = f(ai) ai Tỷ số gọi hệ số phân bố ion i hệ số hút KPI Hệ số biểu thị mức làm giàu làm nghèo chất trao đổi ion chất -khi KPI < 1: chất trao đổi ion bị làm nghèo -khi KPI >1: chất trao đổi ion làm giàu cấu tử I so với dung dịch cân Nếu dung dịch chứa số ion, ví dụ ion A B tính chọn lọc chất trao đổi ion đánh giá hệ số chọn lọc ti số hệ số phân bố ion đó: K A,B = K PA a A a B CA C B = = K PB a A a B CA CB - , chất trao đổi ion lựa chọn ion A -khi , chất trao đổi ion lựa chọn ion B -khi , không lựa chọn ion Khi nồng độ chất ô nhiễm nước thải nhỏ 0,003 mol/l tốc độ trao đổi xác định trình khuếch tán ion qua màng chất lỏng Khi nồng độ chất gây ô nhiễm 0.1 mol/l tốc độ trình xác định trình khuếch tán ion hạt Trong vùng nồng độ từ 0,003 đên 0,1 mol/l tốc độ trình xác định hai trình khuếch tán Số BIO tính sau: Bi = Trong đó: β r0 KHD =số BIO β -hệ số cấp khối r0 - bán kính hạt KH - số henri D - hệ số dẫn khối Hệ số khuếch tán ion nhựa trao đổi có giá trị khoảng 10-6 - 10-9 cm2 /s , nước 10-4 - 10-5 cm2/s Hệ số khuếch tán bị giảm tăng kích thước ion bị hidrat hóa dung dịch tăng điện tích ion trái dấu nhựa trao đổi ion V, Thiết kế cột trao đổi ion Qúa trình trao đổi ion gồm giai đoạn: di chuyển ion trao đổiqua màng chất lỏng bao xung quanh hạt nhựa trao đổi: khuếch tán ion mao quản nhựa trao đổi trình trao đổi Trở lực hai giai đoạn đầu kết hợp hệ số chuyển khối tổng hấp thụ Khi sử dụng phương trình tốc độ q trình hấp phụ để tính tốc dộ trao đổi theo chiều cao chất trao đổi Dz: S.Dy = kt a (Y-Y*) Dz Trong đó: S- lưu lượng dịng nước thải qua cột trao đổi Kt – hệ số chuyển khối tổng a- diện tích bề mặt ngồi hạt rắn Y* - nồng độ cân Y- nồng độ làm việc Z- chiều cao lớp chất trao đổi ion Tổng số đơn vị chuyển khối toàn vùng trao đổi tính thoe cơng thức: Nt = YE dY ∫ Y −Y YB * = Za Z = a S Ht a Kt VI, Tái sinh ionit Các cationit tái sinh dung dịch axit có nồng độ từ đến 8% chúng chuyển thành dạng –H+.Các dung dịch tái sinh chứa cation Sau nới lỏng rửa, cation nạp điện tích, ( ví dụ thành dạng –Na cách cho dung dịch muối ăn chúng Khi nhóm chức –H+ nhận tái sinh cationit axit thay đổi nhóm –Na, dung dịch muối ăn sử dụng để tích điện bị oxy hóa tới HCl) Người ta tái sinh anionit sử dụng trao đỗi ion dung dịch kiềm Khi anionit chuyển sang dạng OH- Các dung dịch tái sinh chứa anion tách từ nước thải dạng nồng độ cao Khi cần thiết anionit tái sinh từ dạng –OHcó thể chuyển thành dạng - Cl- cách cho dung dịch NaCl qua Trong dung dịch tích điện, NaOH tích tụ lại Các dung dịch tái sinh dịch axit kiềm Sự trung hòa tiến hành trộn dung dịch tái sinh axit kiềm VIII Sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi ion Sự loại khống hồn tồn bao gồm: cột trao đổi cation cột trao đổi anion kiềm yếu hình sau : Ví dụ ứng dụng trao đổi ion Xúc tác trình FCC FCC xúc tác chiếm khối lượng lớn tổng xúc tác nhà máy lọc dầu , gần 80% khối lượng xúc tác rắn 50% giá trị đường kính trung bình hạt xúc tác từ 60-70 micron, phân bố kích thước hạt từ 20-100 micron chất xúc tác FCC tạo nên từ nhiều hợp chất khác nhau, hình dung hợp phần FCC theo sơ đồ sau Nguyên liệu sản phẩm trung gian sản phẩm cuối Oxit sillic Oxit nhôm Hydroxyt natri Clorua đất 10-50% Zeolit pha hoạt động xúc tác Sulfat amoni Chất xúc tác FCC Vật liệu khống sét Oxit nhơm Oxit sillic Bạch kim Đất Zeolit ZSM-5 Antimon 50-90% Chất pha ổn định cấu trúc có hoạt tính xúc tác 0-10% Chất phụ trợ SƠ ĐỒ CÁC HỢP PHẦN CHÍNH CỦA CHẤT XÚC TÁC FCC Chất xúc tác FCC sản xuất theo hai phương pháp -Các zeolit tổng hợp trước, sau phối trộn vào chất - Zeolit kết tinh pha khoáng sét tự nhiên Phương pháp thứ nhà sản xuất xúc tác FCC sử dụng Sơ đồ kết tinh, trao đổi biến tính cấu trúc zeolit Y Chất xúc tác FCC Chất phụ trợ Zeolit Y thường chế dạng NaY từ nguồn silic, chủ yếu silicat Natri, nguồn nhôm ( Aluminosilicat Natri), hydroxyt Natri Một số chất để khơi mào cho trình kết tinh NaY thêm vào hỗn hợp gel để tổng hợp zeolit Sự kết tinh thường tiến hành thiết bị kết tinh lớn, kéo dài từ vài ngày tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, điều kiện kết tinh, độ tinh thể zeolit thành phần hóa học zeolit sản phẩm Zeolit sau kết tinh tách khỏi pha lỏng máy lọc li tâm rửa nước NaY có chất lượng tốt phải có tỷ số SiO2/Al2O3 >=5, bề mặt riêng khoảng 800m2/g, độ tinh thể cao so với zeolit chuẩn Tạp chất không đáng kể Trao NaY sauđổi khiion tổng hợp trao đổi với cation đất hiểm Re NH4+ để chuyển zeolit NaY dạng hoạt động bền thủy nhiệt Sự trao đổi ion thực thùng trao đổi ion máy lọc vắt ngang Trong thùng, zeolit ngâm với ion nhiệt độ, pH, nồng độ, thời gian… quy định Sau zeolit trao đổi ion lọc rửa nước Trong máy lọc, zeolit cho vào ngăn lọc với dung dịch trao đổi ion sau rửa nước Các muối đất dùng cho trao đổi ion thường sử dụng clorua hai loại quặng tự nhiên bastnasit monazit Các đất tự nhiên gồm Xeri, lantan, neodym, paraseodym… Thành phần quặng đất Đất Nomazit (%) Xeri 46 Lantan 24 Neodym 17 Paraseodym Samari Gadolini Khác Bastnactic (%) 50 33 12 0.5 0.2 0.3 Để sản xuất chất xúc tác FCC, nhiều nhà sản xuất thường tách bớt Xeri Sự trao đổi ion thực dung dịch axit với pH=3 đến để tránh tạo thành ion đất trình kết tủa ion đất oxy hóa Ce3+ thành Ce4+ - Các tài liệu tham khảo sử dụng A Trunschke, Department of Inorganic Chemistry, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft Synthesis of Catalysts ; p.58 – 60 James A Schwarz Methods for Preparation of Catalytic Materials ; p.498-499 https://sites.google.com/site/duoc32/hoa-phan-tich/phuong-phap-trao-doiion http://www.hoahocngaynay.com/fr/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-hoc-daukhi/1125-xuc-tac-cua-qua-trinh-fcc.html ... tiếp xúc với dung dịch chất điện ly, ion trao đổi dung dịch nhựa trao đổi có chất khác Gỉa sử nhựa trao đổi chứa ion trao đổi A, ion trao đổi dung dịch B.Qúa trình trao đổi ion diễn ra: -R_ A +... đương ion I chất trao đổi ion dung dịch ci – nồng độ ion I chất trao đổi ion hệ đạt cân mol ion/ g chất trao đổi ion ci – nồng độ ion I dung dịch hệ đạt cân zi – điện tích ion i đại lượng thay đổi. .. bị trao đổi ion Sự loại khống hồn toàn bao gồm: cột trao đổi cation cột trao đổi anion kiềm yếu hình sau : Ví dụ ứng dụng trao đổi ion Xúc tác trình FCC FCC xúc tác chiếm khối lượng lớn tổng xúc