phân tích sản phẩm phản ứng oxi hóa ankylbenzen trên xúc tác hydrotalcite mg-co-al-o

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TÀO MINH TIẾN PHÂN TÍCH SẢN PHẨM PHẢN ỨNG OXI HÓA ANKYLBENZEN TRÊN XÚC TÁC HYDROTALCITE Mg-Co-Al-O LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TÀO MINH TIẾN PHÂN TÍCH SẢN PHẨM PHẢN ỨNG OXI HÓA ANKYLBENZEN TRÊN XÚC TÁC HYDROTALCITE Mg-Co-Al-O Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN TIẾN THẢO Hà Nội - 2011 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU……………………………………………………………………. 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN …………………………………………………. 3 1.1 Phản ứng oxi hóa ankylbenzen………………………………………3 1.1.1 Phản ứng oxi hóa chọn lọc ankylbenzen…………………… 3 1.1.2 Oxi hóa pha lỏng vinylbenzen ………………………………. 7 1.1.3 Ứng dụng của sản phẩm benzanđehit………………………… 8 1.2 Xúc tác hydrotalcite………………………………………………… 9 1.2.1 Giới thiệu…………………………………………………… 9 1.2.2 Cấu tạo hydrotalcite…………… …………………………… 10 1.2.3 Tính chất hydrotalcite……………….……………………… 15 1.2.4 Điều chế hydrotalcite………………… …………………… 17 1.2.5 Ứng dụng của hydrotalcite…………………………………… 20 Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM………………… 22 2.1 Điều chế xúc tác…………………………………………………… 22 2.1.1 Hóa chất……………………………… …………………… 22 2.1.2 Quy trình tổng hợp……………………………………………. 22 2.2 Nghiên cứu đặc trưng xúc tác bằng các phương pháp vật lý……… 23 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)… …………………… 23 2.2.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) …………………………. 25 2.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).……………………. 26 2.2.4 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ (BET)……… 27 2.2.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)……………… 28 2.3 Phản ứng oxi hóa vinylbenzen…………………………………… 29 2.3.1 Hóa chất……………………………… …………………… 29 2.3.2 Các bước tiến hành…… ……………………………………. 29 2.3.3 Phân tích sản phẩm…………………………………………… 30 2.4 Độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm………………………… 33 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………… 34 3.1 Đặc trưng của mẫu xúc tác Mg-Co-Al-O……………………………34 3.1.1 Đặc trưng XRD……………………… …………………… 34 3.1.2 Hình ảnh SEM và TEM……………….…………………… 35 3.1.3 Đặc trưng bằng phương pháp hấp phụ - giải hấp phụ nitơ …. 37 3.1.4 Phổ hồng ngoại…………………… ………………………… 38 3.2 Phản ứng oxi hóa pha lỏng ankylbenzen …………………………… 39 3.2.1 nh hưởng của nhiệt độ……………………………………… 39 3.2.2 nh hưởng của thi gian phản ứng………………………… 41 3.2.3 nh hưởng của tác nhân oxi hóa…………………………… 43 KẾT LUẬN………………………… …………………………………… 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……………………………………… 46 PHỤ LỤC………………… ……………………………………………… 50 ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN 1 MỞ ĐẦU    [24,25].                     cung 1,24    :         2 [11,22,25].                                    [20,25     2 O 2 ) [1-3]. : Ru, Cu,        , toluen [6,7,17,22,25,30     vinylbenzen  ankylbenzen   ankylbenzen [4,5,29,31  ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN 2                        Mg 0.5 Co 0.2 Al 0.3 (OH) 2 (CO 3 ) 0.15 .xH 2 O          vinylbenzen   Mg 0,5 Co 0,2 Al 0,3 (OH) 2 (CO 3 ) 0,15 .xH 2 O a vinylbenzen. ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Phản ứng oxi ha ankylbenzen 1.1.1 Phản ứng oxi ha chọn lọc ankylbenzen     ankylbenzen (epoxi, ancol, andehit,   m, 1,17,25]. N                  [6,7,9,17,20-26,28,30].        -AlPO 4  -MCM-48, k        -     2 (36,6%). T- MCM-        3+ ,          6+ /Cr 5+ . Tuy nh - 2, -MCM-41.   ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN 4     -MCM-  -MCM-         axeto        vinylbenzen    -48, -MCM- 41 -MCM-     :  CO 2              [7,9un    cho  : V, Ni, Ti,  (Bảng 1.1). -MCM-       stiren   2 O 2      stiren glycol, axit  -MCM-4 stiren (Bảng 1.1) [29  -MCM- stiren  [29]. Bảng 1.1:  TT Cht b    chuyn   chn lc sn phm (%) Tham kho 1 Toluen Cr-MCM-41 50 Axit benzoic (45) [7] ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN 5 2 o-Xylen Cr-MCM-41 36 Axit o-tolui (30) Axit phthalic (5) [7] 3 p-Xilen Cr-MCM-41 35 Axit o-toluic (35) Axit terephthalic (5) [7] 4 Mesitylen Cr-MCM-41 40 Axit dimethylbenzoic (25) Axit Methylisophthalic (15) [7] 5 Etyl benzen Cr-MCM-41 88 Axetophenon (85) [5] 6 Etyl benzen Mg/Al hydrotalcite 47 Benzylic xeton (95) [23] 7 Stiren Mn-MCM- 41 2 Stiren oxit (31) [19] 8 Stiren Fe-MCM-41 17 Stiren oxit (56) [31] 9 Stiren Ni-MCM-41 4.3 Stiren oxit (40) [29] 10 Stiren Co-MCM-41 45 Stiren oxit (62) [29] 11 Stiren TiO 2 /SiO 2 24 Benzandehit (87) [16] 12 Propryl benzen Ni/Al hydrotalcite 44 Priophenon (99) [26] 13 Etyl benzen Ni/Al hydrotalcite 47 Axetophenon (99) [26] -Al hydrot -Al hydrotalcite  ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN 6 [2yl xeton      -             O 4 -     -           -50% (Bảng 1.1).  ch-   , hydrotalcite  10,12,14 : hydrotalcite Mg y Al 1-y (OH) 2 (CO 3 ) y/2 .mH 2               ].  3 2- , MoO 4 -         3 Al(OH) 8 (CO 3 ) 0.5 .2H 2 ydrotalcite     cation (Mg, Co,         3 2- , Cl - , SO 4 2- , PO 4 3- , MnO 4 -    [10,13  ng  . [...]... cách thủy (trong trường hợp tác nhân oxi hóa là không khí, dòng không khí 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC được sục qua hỗn hợp chất ban đầu với tốc độ không đổi) (Hình 2.4) Sản phẩm sau phản ứng được lọc lạnh và định mức tới 1 thể tích nhất định với chất chuẩn nội benzen trước khi đem phân tích 2.3.3 Phân tích sản phẩm 2.3.3.1 Phân tích sản phẩm bằng phƣơng pháp sắc ký... THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC Hình 1.1: Cơ chế oxi hóa vinylbenzen trên xúc tác Co(II)/zeolit X [27] Theo sơ đồ này, phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do và sản phẩm là: anđehit, stiren oxit, fomalđehit nhưng không đề cập đến sự tạo thành axit benzoic, điol hay các sản phẩm polime hóa nặng 1.1.3 Ứng dụng của sản phẩm benzanđehit Benzanđehit là chất lỏng không màu, sôi ở 1800C, có... cho nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt quá trình polime hoá diễn ra nhanh [17] Sản phẩm có thể là benzanđehit, anđehit focmic, stiren oxit Con đường hình thành các sản phẩm này, hiện vẫn là chủ đề thảo luận Năm 2006, J Sebastia và cộng sự [27] đề xuất con đường tạo thành sản phẩm oxi hóa stiren trên xúc tác Co(II) trao đổi với zeolit X như sau: 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC... 450000 lầ n 2.3 Phản ứng oxi hóa vinylbenzen 2.3.1 Hóa chất - Vinylbenzen (C6H5CH=CH2) - Đức - Hydro peoxit (H2O2) - Trung Quốc - Oxi không khí (O2) - N,N-đimetylfomit - Trung Quốc - Benzen - Trung Quốc 2.3.2 Các bƣớc tiến hành Hình 2.4: Thiết bị phản ứng oxi hóa pha lỏng Phản ứng oxi hóa pha lỏng stiren được thực hiện trong bình cầu 3 cổ có chứa 0,01 mol vinylbenzen và 0,2 g xúc tác Nhỏ từ từ 20... trình sản xuất điều chế phẩm màu, thuốc nhuộm (triphenyl metan), nhựa phenol benzanđehit (được sử sụng để sản xuất chất chịu lửa, chữa cháy) Nhờ những ứng dụng to lớn đó mà phản ứng oxi hóa các hợp chất thơm, nhằm thu được benzanđehit đã thu được rất nhiều sự quan tâm Trong nghiên cứu này, chúng tôi thực hiện phản ứng điều chế benzanđehit từ vinylbenzen trên xúc tác Mg0.5Co0.2Al0.3(OH)2(CO3)0.15.xH2O hydrotalcite. .. kỹ thuật chiết tách màng lọc Tách các chất bởi hấp phụ, tách các đồng phân quang học, làm màng thẩm thấu và chọn lọc ion… 21 LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀO MINH TIẾN ĐHKHTN - ĐHQGHN KHOA HÓA HỌC Chƣơng 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Điề u chế xúc tác Như đã trình bày ở trên, hydrotalcite có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hấp phụ xúc tác Trong nghiên cứu này, chúng tôi điều chế một số mẫu hydrotalcite chứa... hoá là O2 ở 1000C, 10 atm trên hệ xúc tác TiO2/SiO2, tác giả quan sát thấy hiệu suất phản ứng và độ chọn lọc sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào diện tích bề mặt của xúc tác Độ chọn lọc có thể đạt được tới 100%, nhưng hiệu suất còn khá thấp và chỉ thực hiện trong khoảng thời gian ngắn (1 giờ), còn khi tiến hành trong 4 giờ thì độ chọn lọc giảm xuống là 93,8% Nhược điểm của phản ứng là tiến hành ở áp suất... đối với nhiều phản ứng khác nhau như: oxi hóa chọn lọc xicloanken [21], đehidro hóa ankan [18], reforminh methanol [8] Do vậy, cần khai thác tối đa các ứng dụng của loại vật liệu này trong lĩnh vực hấp phụ, xúc tác 1.2.5.3 Các ứng dụng khác Hydrotalcite với cấu trúc [Mg1-xAlx(OH)2][(CO3)x/n].mH2O khi xử lý nhiệt thì khí CO2 thoát ra có thể gây ức chế các phản ứng đốt cháy polymer Do vậy, hydrotalcite. .. kèm theo công đoạn tách loại sản phẩm phản ứng và thải ra một lượng lớn muối kim loại nặng (Co3+, Mn2+…) gây ô nhiễm môi trường [17] Gần đây, để oxi hoá nối đôi C=C thành anđehit hoặc xeton người ta sử dụng các xúc tác dạng nano spinel MgxFe3-xO4, peoxo vanadium, TS-1…[17] Năm 2007, Liang Nie và các đồng nghiệp đã thực hiện phản ứng oxi hoá vinylbenzen thành benzanđehit sử dụng tác nhân oxy hoá là... các anion mang điện tích âm và các phân tử nước nằm xen giữa lớp hydroxit trung hòa lớp điện tích dương như được minh họa trong hình 1.4 Hình 1.4: Các anion và phân tử nước xen giữa các lớp hyđroxit của hydrotalcite 1.2.2.3 Cấu trúc lớp Trong hydrotalcite, khoảng không gian giữa hai lớp hydroxit có thể luân phiên xếp chồng lên nhau, làm cho hydrotalcite có cấu trúc lớp Lớp hydroxit liên kết với lớp . HỌC TỰ NHIÊN TÀO MINH TIẾN PHÂN TÍCH SẢN PHẨM PHẢN ỨNG OXI HÓA ANKYLBENZEN TRÊN XÚC TÁC HYDROTALCITE Mg-Co-Al-O Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC. 3 1.1 Phản ứng oxi hóa ankylbenzen ……………………………………3 1.1.1 Phản ứng oxi hóa chọn lọc ankylbenzen ………………… 3 1.1.2 Oxi hóa pha lỏng vinylbenzen ………………………………. 7 1.1.3 Ứng dụng của sản phẩm benzanđehit…………………………. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TÀO MINH TIẾN PHÂN TÍCH SẢN PHẨM PHẢN ỨNG OXI HÓA ANKYLBENZEN TRÊN XÚC TÁC HYDROTALCITE Mg-Co-Al-O LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà