Nhôm oxit là các chất mang thương mại phổ biến nhất do tính ổn định nhiệt tuyệt vời và loạt các tính chất hóa học, vật lý và xúc tác. Họ nhôm oxit bao gồm hơn mười hai cấu trúc không tinh thể hoặc tinh thể đa được xác định rõ ràng, có biến thiên trong mức độ diện tích bề mặt (0.5-600 m2/g), kích thước lỗ và phân bố kích thước, và tính axit bề mặt. Cấu trúc và tính chất của một loại nhôm oxit cụ thể phụ thuộc vào quá trình chuẩn bị, độ tinh khiết, quá trình loại bỏ nước và xử lý nhiệt của nó. Các loại nhôm oxit có diện tích bề mặt cao và tính axit cao hơn được tạo ra ở nhiệt độ thấp bằng cách kết tủa từ dung dịch có tính axit hoặc bazơ và được chuyển đổi qua quá trình loại bỏ nước và xử lý ở nhiệt độ cao thành các nhôm oxit chuyển tiếp β, γ, η, κ, δ, và θ -alamin đã qua biến đổi và cuối cùng là α-alumin, tất cả có diện tích bề mặt và tính axit thấp hơn.
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG
ĐỀ TÀI: CHẤT MANG GAMMA-ALUMINA
Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Hà Nội, 2024
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Nhôm oxit là các chất mang thương mại phổ biến nhất do tính ổn định nhiệt tuyệt vời và loạt các tính chất hóa học, vật lý và xúc tác Họ nhôm oxit bao gồm hơn mười hai cấu trúc không tinh thể hoặc tinh thể đa được xác định rõ ràng, có biến thiên trong mức độ diện tích bề mặt (0.5-600 m2/g), kích thước lỗ và phân bố kích thước, và tính axit bề mặt.Cấu trúc và tính chất của một loại nhôm oxit cụ thể phụ thuộc vào quá trình chuẩn bị, độ tinh khiết, quá trình loại bỏ nước và xử lý nhiệt của nó Các loại nhôm oxit có diện tích bề mặt cao và tính axit cao hơn được tạo ra ở nhiệt độ thấp bằng cách kết tủa từ dung dịch có tính axit hoặc bazơ và được chuyển đổi qua quá trình loại bỏ nước và xử lý ở nhiệt độ cao thành các nhôm oxit chuyển tiếp β, γ, η, κ, δ, và θ -alamin đã qua biến đổi và cuối cùng là α-alumin, tất cả có diện tích bề mặt và tính axit thấp hơn.[1-64]
Trang 4I Cấu trúc
Cấu trúc của gamma-Al2O3 được xây dựng từ đơn lớp của các quả cầu xếp chặt Lớp thứ nhất có dạng tâm đối mà ở đó mọi ion O2- được định vị ở vị trí số 1 Lớp tiếp theo được phân bố trên lớp thứ nhất, ở đó tất cả các quả cầu thứ hai nằm ở vị trí lõm sâu của quả cầu thứ nhất (vị trí 2).Lớp thứ ba nằm trên các lỗ sâu khác của lớp thứ nhất (vị trí 3)
Hình 1 Cấu trúc khối của γ-Al2O3
Các cation kim loại trong đó Al3+nhất thiết được phân bố trong không gian giữa các lớp bó chặt anion Lỗ hổng duy nhất mà ion Al3+ có thể phân bố là ở giữa hai lớp Một khả năng khác các ion Al3+nằm ở vị trí trên lỗ hổng tam giác, lớp oxy thứhai thuộc vị trí 2 được phân bố trên ion Al3+ Ion Al3+ trong trường hợp này nằm ở vị trí tâm bát diện [5-8]
[5-9]
Hình 2 Sự phân bố của ion Al3+ trong mạng không gian
Lớp oxy thứ hai của oxit trong vị trí 2 phân bố trên Al3+, nếu tiếp tục sắp xếp bằng phương pháp này thì một ion Al3+ sẽ được bao quanh bởi 3 ion oxy Nhưng để thoảmãn về trung hoà điện tích thì cần thiết phải trống một trong ba vị trí của cation
Trang 5Sự thiếu vắng này dẫn đến khả năng sắp xếp trong mạng thành các hình lục giác đều mà đỉnh là các ion Al3+
[5-10]
Hình 3 Vị trí của Al3+ trong cấu trúc bó chặt anion
Cấu trúc xốp của γ-Al2O3
Diện tích bề mặt riêng của γ-Al2O3 đi từ Bemite vào khoảng 150-250m2/g, chứanhiều lỗ xốp có đường kính từ 30-120 A0 và thể tích lỗ xốp từ 0,5-1cm3/g
Quá trình điều chế -Al2O3: Sử dụng nguyên liệu là hydroxit nhôm Al2O3, NaOH, H2SO4, H2O2 Quy trình điều chế được tóm tắt như sau:
Trang 7Hình 5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ theo BET của γ-Al2O3
Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ chỉ ra vật liệu γ-Al2O3 có mao quản trung bình
[3-48]
Hình 6 Phân bố kích thước mao quản của γ-Al2O3
Đường kính mao quản phân bố tập trung tại 50 Aᴼ Thể tích lỗ xốp : 0.65 cm3/g
Trang 82 Giải hấp phụ NH3 theo nhiệt độ
[2-60]
Hình 7.TPD của γ-Al2O3
Qua biểu đồ TPD của γ-Al2O3 nhận thấy γ-Al2O3 có 2 giải tâm axit tương ứng vớiT=360℃ hay quá là pic cao và nhọn, đây là các tâm axit trung bình; và ứng với tâmT=220 là pic thấp và giảm đều và là các tâm axit yếu.℃ hay quá
IV Ứng dụng
Gamma oxit nhôm (γ-Al2O3) được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng hóa học, đặc biệt là làm chất hỗ trợ xúc tác và môi trường phản ứng Dưới đây là một số phản ứng hóa học quan trọng mà gamma oxit nhôm thường được sử dụng:
1 Phản ứng Hydrocracking: Trong ngành công nghiệp dầu mỏ, gamma oxit nhôm được sử dụng như một chất hỗ trợ xúc tác trong phản ứng hydrocracking, giúp phá vỡ các chuỗi hydrocarbon dài thành các sản phẩm ngắn hơn và có giá trị hơn như xăng và diesel.γ-Al2O3: Đóng vai trò là xúc tác cho quá trình
2 Phản ứng Hydrotreating: Trong quá trình hydrotreating, gamma oxit nhôm được sử dụng để loại bỏ sulfur, nitrogen và các tạp chất khác từ các sản phẩm dầu mỏ Xúc tác thường bao gồm oxit kim loại nặng (như Co, Mo, Ni) được hỗ trợ trên γ-Al2O3
γ-Al2O3: đóng vai trò là chất mang
Trang 93 Phản ứng Dehydro hóa: Gamma oxit nhôm cũng được sử dụng trong phản ứng dehydro hóa để chuyển đổi hydrocarbon bão hòa thành các hydrocarbon không no Ví dụ,trong quá trình chuyển đổi propane thành propylene.
4 Phản ứng Isomer hóa: Trong các quá trình isomer hóa, γ-Al2O3 được sử dụng để thay đổi cấu trúc phân tử của hydrocarbon, chẳng hạn từ n-paraffin thành iso-paraffin, cải thiện chất lượng nhiên liệu
γ-Al2O3: đóng vai trò vừa là xúc tác, vừa là chất mang trong quá trình isomer hóa Do diện tích bề mặt lớn, khả năng chịu nhiệt, và tính chất acid/bazo, gamma oxit nhôm làmột chất hỗ trợ xúc tác rất linh hoạt và hữu ích trong nhiều phản ứng hóa học công nghiệp
V Ví dụ về quá trình isomer hoá
-Quá trình isomer hoá được sử dụng để thay đổi cấu trúc phân tử của hydrocacbon từ paraffin tạo thành i-paraffin
n γ-Al2O3 ở đây đóng vai trò vừa là xúc tác và vừa là chất mang
Cơ chế của phản ứng Tạo cabocation theo 3 giai đoạn:-Tại ion cacboni
-Chuyển vị điện tích -Kết hợp H2 để tạo thành sản phẩm cuối và hoàn nguyên lại xúc tác H+
Trang 10[4-138]
Trang 11Tài liệu tham khảo
[1] Calvin H Bartholomew, Robert J.Farrauto, Fundamentals of industrial catalytic processes
[2] Đặng Trung Minh, Nghiên cứu điều chế xúc tác Pt/γ-Al2O3 có độ phân tán kim loại cao (Luận văn Thạc sĩ khoa học) (Tài liệu không thể tải xuống)
[3] Đỗ Thanh Hải, Nghiên cứu tổng hợp xúc tác cho phản ứng Hydrodesunfua hoá để làmsạch nhiên liệu Diesel nhiều lưu huỳnh (Luận văn Tiến sĩ).(Tài liệu không cho tải xuống chỉ cho phép đọc online)
Link: https://dlib.hust.edu.vn/handle/HUST/15083[4] Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Hoá học dầu mỏ và khí ,Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
[5] Đồ án tổng hợp vật liệu gamma-Al2O3 theo phương pháp sử dụng boemit làm tiền chất vô cơ và axit cacboxylic làm chất định hướng cấu trúc (Tài liệu chỉ cho phép đọc online không cho tải xuống)
Link: Đồ án Tổng hợp vật liệu gamma-Al2O3 MQTB theo phương pháp sử dụng Beomit làm tiền chất vô cơ và axit cacboxylic làm chất định hướng cấu trúc - Luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp
(luanvan.net.vn)