đề cương chi tiết học phần kĩ thuật xúc tác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN 1. Tên học phần : Kỹ Thuật Xúc Tác (Catalyst technology) - Mã số học phần : CN236 - Số tín chỉ học phần : 2 tín chỉ - Số tiết học phần : 30 tiết lý thuyết và 60 tiết tự học 2. Đơn vị phụ trách học phần: - Bộ môn : Bộ môn Công Nghệ Hóa Học - Khoa/Viện/Trung tâm/Bộ môn: Khoa Công Nghệ 3. Điều kiện tiên quyết: Hóa lý 4. Mục tiêu của học phần: 4.1. Kiến thức: 4.1.1. Hiểu được các khái niệm cơ bản và các tính chất đặc trưng của xúc tác. 4.1.2. Hiểu biết được các quá trình hóa học xảy ra với sự có mặt của chất xúc tác 4.1.3. Phân biệt được phản xúc tác đồng thể và phản ứng xúc tác dị thể. 4.1.4. Nắm được các qui luậ t cơ bản của phản ứng xúc tác đồng thể. 4.1.5. Phân biệt được phản ứng xúc tác đồng thể trong pha khí và pha lỏng. 4.1.6. Hiểu được thuyết hợp chất trung gian và sự phân hủy H 2 O 2 4.1.7. Nắm được các qui trình phản ứng xúc tác đồng thể với xúc tác axit – bazơ theo thuyết cổ điển, Bronsted – Lowry, và Lewis 4.1.8. Phân biệt được xúc tác axit - bazơ đặc trưng và Xúc tác axit - bazơ tổng quát 4.1.9. Hiểu được động học của phản ứng xúc tác đồng thể với xúc tác là axít- bazơ . 4.1.10. Phân biệt được phản ứng xúc tác axit - bazơ trong môi trường không nước với dung môi sinh ra proton, và dung môi không sinh ra proton. 4.1.11. Nắm được các khái niệ m cơ bản, đặc điểm và năng lượng của phản ứng xúc tác dị thể. 4.1.12. Hiểu được cơ chế phản ứng xúc tác dị thể với xúc tác oxy hóa khử và xúc tác axit – bazo 4.1.13. Hiểu được động học phản ứng với sự có mặt của chất xúc tác rắn 4.1.14. Phân biệt được tốc độ vùng động học, vùng khuếch tán và vùng quá độ. 4.1.15. Biết Lựa chọn phương trình tốc độ phản ứng theo số liệu 4.1.16. Hiểu được các tính chất đặc trưng của xúc tác rắn. 4.1.17. Lựa chọn xúc tác theo loại phản ứng. 4.1.18. Nắm được các qui trình điều chế chất xúc tác. 4.1.19. Phân biệt được xúc tác có chất mang và không có chất mang. 4.1.20. Nắm được các phương pháp hóa lý để phân tích chất xúc tác rắn. 4.2. Kỹ năng: 4.2.1. Vận dụng lý thuyết về các tính chất đặc trưng của xúc tác để giải thích cho các quá trình hóa học xảy ra. 4.2.2. Trình bày được sự khác biệt giữa ph ản ứng xúc tác đồng thể và phản ứng xúc tác dị thể. 4.2.3. Thiết lập được các quy trình tổng hợp chất xúc tác, điều chế được các chất xúc tác thông dụng và ứng dụng vào thực tế. 4.2.4. Thực hiện và phân tích kết quả thí nghiệm qua đó đánh giá kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm. 4.2.5. Biết lựa chọn phương trình tố c độ phản ứng theo số liệu thực nghiệm. 4.2.6. Phát triển tư duy lập luận, phân tích một vấn đề. 4.2.7. Phát triển kỹ năng trình bày, kỹ năng giao tiếp, làm việc nhóm, kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, cô động lại một vấn đề. 4.3. Thái độ: 4.3.1. Ý thức về sự cần thiết hiểu biết về chất xúc nói chung và các quá trình hóa học xảy ra v ới sự có mặt của xúc tác nói riêng, qua đó lựa chọn xúc tác cho phù hợp để vận dụng vào thực tiễn. 4.3.2. Nhìn nhận khách quan về vai trò và tầm quan trọng của xúc tác trong lĩnh vực hóa học từ đó có sự quan tâm tích cực đến việc tìm hiểu, nghiên cứu và sử dụng chất xúc tác cho phù hợp trong mọi lĩnh vực hóa học. 4.3.3. Nhận thức sự ảnh hưởng và tác động của xúc tác đối với môi tr ường từ đó thấy được trách nhiệm trong việc sử dụng xúc tác. 4.3.4. Tích cực, chủ động học tập và rèn luyện kỹ năng. 5. Mô tả tóm tắt nội dung học phần: Kỹ Thuật Xúc Tác là môn học có vai trò quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu, cũng như ứng dụng trong thực tế sản xuất có liên quan đến các chuyên ngành Công Nghệ Hóa Học, Hóa dầu,…đặc biệt là ngành Công Nghệ Hóa Lý. Khái quát hóa nhữ ng vấn đề có liên quan đến xúc tác đồng thể và dị thể, giải thích các hiện tượng xúc tác, bản chất của chất xúc tác, qua đó sinh viên nắm được các quy trình cơ bản sản xuất chất xúc tác và phương pháp sử dụng các thiết bị để nghiên cứu chất xúc tác, ứng dụng xúc tác vào thực tế. 6. Cấu trúc nội dung học phần: 6.1. Lý thuyết Nội dung Số tiết Mục tiêu Chương 1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CHẤT XÚC TÁC 2 1.1. Ðịnh nghĩa 4.1.1; 4.2.1; 4.3 1.2. Ðặc tính chung của tác dụng xúc tác 1.2.1. Nhiệt động học của phản ứng xúc tác 1.2.2. Tính chọn lọc của xúc tác 1.2.3. Ðộ chọn lọc của xúc tác 1.2.4. Hoạt độ của xúc tác 4.1.1; 4.1.2; 4.2.1; 4.3 Chương 2. PHẢN ỨNG XÚC TÁC ĐỒNG THỂ 4 2.1. Các qui luật cơ bản của phản ứng xúc tác đồng th ể 4.1.3; 4.1.4; 4.2.2; 4.3 2.2. Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha khí 4.1.5; 4.3 2.3 Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha lỏng 4.1.5; 4.3 2.4 Động học phản ứng xúc tác đồng thể 4.1.6; 4.1.9; 4.3 2.5 Thuyết hợp chất trung gian và sự phân hủy H 2 O 2 4.1.6; 4.3 2.6 Phản ứng xúc tác đồng thể với xúc tác axit – bazơ 2.6.1. Định nghĩa cổ điển 2.6.2. Bronsted – Lowry 2.6.3. Định nghĩa Lewis 2.6.4. Bản chất hóa học của phản ứng xúc tác axit - bazơ 4.1.7; 4.3 2.7 Xúc tác axit và bazơ đặc trưng 4.1.8; 4.3 2.8 Xúc tác axit và bazơ tổng quát 4.1.8; 4.3 2.9 Động học của phản ứng xúc tác axít-bazơ 2.9.1. Xúc tác là axit 2.9.2. Xúc tác là bazơ 4.1.9; 4.1.10; 4.3 2.10 Phản ứng xúc tác axit - bazơ trong môi trường không nước 2.10.1. Với dung môi sinh ra proton, hydroxyl, sự phân ly theo cơ cấu sau 2.10.2. Với dung môi không sinh ra proton, hydroxyl thì phức tạp hơn, phương trình động học phải tính toán khác 4.1.9;4.1.10; 4.3 Chương 3. PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ 8 3.1 Khái niệm và đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể 4.1.3; 4.1.11; 4.2.2; 4.3 3.2 Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể 3.2.1. Tính chất nhiều giai đoạn 3.2.2. Các hiện tượng đầu độc, xúc tiến và sự biến tính của xúc tác. 3.2.3. Hiệu ứng bù trừ 4.1.11; 4.2.4; 4.3 3.3 Năng lượng trong phản ứng xúc tác dị thể 4.1.11; 4.2.4; 4.3 3.4 Cơ chế phản ứng xúc tác dị thể 3.4.1. Xúc tác oxy hoá khử 3.4.2. Xúc tác axit - bazơ 4.1.7 đến 4.1.12; 4.2.4 đến 4.3 3.5 Động học phản ứng với sự có mặt của chất xúc tác rắn 3.5.1. Hấp phụ trên bề mặt 3.5.2. Phương trình hấp phụ lý tưởng 3.5.3. Hấp phụ thực 3.5.4. Hấp phụ khống chế 4.1.13 đến 4.1.15; 4.2.4 đến 4.3 3.6 Khuyêch tán và tổng quá trình 3.6.1. Tốc độ vùng động học 3.6.2. Tốc độ vùng khuếch tán 3.6.3. Tốc độ vùng quá độ 4.1.14; 4.1.15; 4.2.4 đến 4.3 3.7 Lựa chọn phương trình tốc độ phản ứng theo số liệu 4.1.3 đến 4.1.15; 4.2.4 đến 4.3 Chương 4. ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT XÚC TÁC RẮN 4 4.1 Đặc trưng chung của xúc tác rắn 4.1.1; 4.1.16; 4.3 4.2 Một vài tính chất đáng lưu ý của xúc tác rắn 4.1.1; 4.1.16; 4.3 4.3 Thành phần xúc tác 4.3.1. Chất kích động(hay chất trợ xúc tác) 4.3.2. Chất tăng cường 4.3.3. Chất mang 4.1.1; 4.1.16; 4.3 4.4 Cấu trúc xốp 4.1.1; 4.1.16; 4.3 4.5 Tạo cấu trúc xốp. 4.1.1; 4.1.16; 4.3 4.6 Phương pháp biến tính hình học 4.6.1. Vật liệu vi mao quản 4.6.2. Vật liệu mao quản trung bình 4.1.1; 4.1.16; 4.3 4.7 Chọn xúc tác 4.7.1. Các dạng xúc tác 4.7.2. Các loại phản ứng 4.1.5 đến 4.17; 4.2.4 đến 4.3 Chương 5. SẢN XUẤT CHẤT XÚC TÁC RẮN 10 5.1 Điều chế xúc tác 5.1.1. Xúc tác không có chất mang 5.1.2. Xúc tác có chất mang 5.1.3. Các thao tác chính khi điều chế chất mang hoặc xúc tác 4.1.18; đến 4.20; 4.2.3 đến 4.3 5.2 Một số xúc tác và chất mang thường gặp 5.2.1. Than hoạt tính C* 5.2.2. Oxyt nhôm Al 2 O 3 5.2.3. Silicagel SiO 2 . yH 2 O 5.2.4. Zeolit 5.2.5. Xúc tác bentonit 5.2.6. Xúc tác (BAV) 5.2.7. Khối tiếp xúc trên cơ sơ trộn cơ học các cấu tử vào nhau 5.2.8. Xúc tác Zn – Cr cho quá trình tổng hợp metanol 5.2.9. Xúc tác (SVD) 5.2.10. Khối tiếp xúc hữu cơ 4.1.18; đến 4.20; 4.2.3 đến 4.3 Chương 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHẤT XÚC TÁC RẮN 2 6.1 Phương pháp xác định họat độ của các chất xúc tác 6.1.1. Phương pháp tĩnh (tiến hành trong hệ thống kín) 6.1.2. Phương pháp dòng 6.1.3. Phương pháp xung 6.1.4. Phưong pháp dòng tuần hoàn không có gradient 4.1.18; đến 4.1.20; 4.2.3 đến 4.3 6.2 Nghiên cứu cấu trúc 6.2.1. Xác định diện tích bề mặt riêng. 6.2.2. Phương pháp xác định phân bố lỗ xốp 6.2.3. Phương pháp sắc ký khí xác định bề mặt 4.1.1; 4.1.2 4.21; 4.2.2 4.2.3 đến 4.3 6.3 Xác định độ bền cơ học 6.3.1. Thử nghiệm tĩnh 6.3.2. Thử nghiệm động 6.3.3. Xác định độ bền cơ trong điều kiện xúc tác 4.1.1; 4.1.2 4.21; 4.2.2 4.2.3 đến 4.3 7. Phương pháp giảng dạy: - Bài giảng được cung cấp cho sinh viên để hạn chế việc sinh viên phải ghi chép trong giờ lý thuyết. - Bài giảng được trình chiếu và thảo luận trong giờ học. - Thảo luận với giảng viên - Thảo luận nhóm. 8. Nhiệm vụ của sinh viên: Sinh viên phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Tham dự tối thiểu 80% số tiết học lý thuyết. - Tham dự kiểm tra giữa học kỳ. - Tham dự thi kết thúc học phần. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Đánh giá kết quả học tập của sinh viên: 9.1. Cách đánh giá Sinh viên được đánh giá tích lũy học phần như sau: TT Điểm thành phần Quy định Trọng số Mục tiêu 1 Điểm kiểm tra giữa kỳ - Thi viết (60 phút) - Tham dự đủ 80% tiết lý thuyết tính đến thời điểm kiểm tra 30% 4.1.1 đến 4.1.10; 4.2 đến 4.3 2 Điểm thi kết thúc học phần - Thi viết (60 phút) - Tham dự đủ 80% tiết lý thuyết tính đến thời điểm kiểm tra - Bắt buộc dự thi 70% 4.1.10 đến 4.1.20; 4.2 đến 4.3 9.2. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc học phần được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm học phần là tổng điểm của tất cả các điểm đánh giá thành phần của học phần nhân với trọng số tương ứng. Điểm học phần theo thang đ iểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định về công tác học vụ của Trường. 10. Tài liệu học tập: Thông tin về tài liệu Số đăng ký cá biệt [1] Bài giảng kỹ thuật xúc tác / Mai Hữu khiêm Tp. HCM : ĐHQG , 2003 216tr. 660.2995/ Kh304 660.2995/ Kh304, MOL.021094, MOL.021093, MON.111825 [2] Nhiệt động hoá học / Đào Văn Lượng Sách xuất bản lần thứ tư Hà Nội: Khoa học và Kỹ thuật, 2007 220 tr., 24 cm ( Bộ sách giáo trình hóa lý) 541.369/ L561 541.369/ L561, MOL.048352, MOL.048351, CN.016556, CN.016555, MON.027489 [3] Động học xúc tác / Đào Văn Tường Hà Nội: Khoa học và Kỹ thuật, 2006 275 tr. ; minh họa, biểu đồ, 27 cm - Đầu trang tên sách ghi: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 50 năm xây dựng và phát triển. Khoa Công nghệ Hoá học 541.395/ T561 541.395/ T561, MOL.049852, MOL.049853, NN.011894, NN.011893, MON.029355 … … 11. Hướng dẫn sinh viên tự học: Tuần Nội dung Lý thuyết (tiết) Thực hành (tiết) Nhiệm vụ của sinh viên 1 Chương 1: 1.1. 1.2. 2 0 -Nghiên cứu trước: +Tài liệu [1]; [2]: Chương 1 2 Chương 2: Từ 2.1. đến 2.6 4 0 -Nghiên cứu trước: +Tài liệu [1];[2]: Chương 2 3 Chương 3: Từ 3.1. đến .3.6 8 0 -Nghiên cứu trước: +Tài liệu [1]: chương 3 -Tìm hiểu tài liệu [3] để rõ hơn về phần động học. 4 Chương 4: Từ 4.1. đến 4.7 4 0 -Nghiên cứu trước: +Tài liệu [1]: chương 4 5 Chương 5: Từ 5.1. đến 5.2.10 10 0 -Nghiên cứu trước: +Tài liệu [1]: chương 5 -Tìm hiểu tài liệu [3] để rõ hơn về phần thuyết Bronstet và Lewis 6 Chương 6: Từ 3.1. đến .3.6 -Nghiên cứu trước: +Tài liệu [1]: chương 6 -Tìm hiểu tài liệu [3] để rõ hơn về phần thiết bị sắc ký khí và các thiết bị khác. Cần Thơ, ngày … tháng … năm 20… TL. HIỆU TRƯỞNG TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN . TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN 1. Tên học phần : Kỹ Thuật Xúc Tác (Catalyst technology) - Mã số học phần :. Ðặc tính chung của tác dụng xúc tác 1.2.1. Nhiệt động học của phản ứng xúc tác 1.2.2. Tính chọn lọc của xúc tác 1.2.3. Ðộ chọn lọc của xúc tác 1.2.4. Hoạt độ của xúc tác 4.1.1; 4.1.2;. ứng xúc tác dị thể. 4.1.12. Hiểu được cơ chế phản ứng xúc tác dị thể với xúc tác oxy hóa khử và xúc tác axit – bazo 4.1.13. Hiểu được động học phản ứng với sự có mặt của chất xúc tác rắn