Tiểu luận môn động học xúc tác tìm hiểu và nghiên cứu về zeolit x,y

Tiểu Luận :Tìm hiểu nghiên cứu zeolit X,Y GV hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Thanh Huyền Nhóm SV thực MSSV Nguyễn Ngọc Khánh 20113537 Phạm Văn Vương 20113474 Hoàng Văn Minh 20113143 Dương Văn Huynh 20113041 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ZEOLIT I Nguồn gốc khái niệm II Phân loại III Cấu IV trúc tinh thể zeolit Các tính chất zeolit I.Nguồn gốc khái niệm Nguồn gốc Vào năm 1756 Baron Axel F.Cronstedt, nhà khoáng vật học người Thụy Điển phát thứ khoáng vật mà tăng nhiệt độ thích hợp chúng bong bóng Ông gọi tên zeolit –xuất phát từ tiếng Hy Lạp : zeo-đun sôi lithos-đá.Trong tự nhiên người ta phát 40 loại zeolit I.Nguồn gốc khái niệm 2.Khái niệm  Zeolit aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian ba chiều với hệ thống lỗ xốp đồng trật tự Hệ mao quản zeolit có kích thước cỡ phân tử, dao động khoảng ÷12 Å  Công thức hoá học zeolit thường biểu diễn dạng sau: Mx/n.[(AlO2)x (SiO2)y] zH2O Trong đó: - M: cation bù trừ điện tích khung, có hoá trị n;  x y: số tứ diện nhôm silic, thông thường y/x ≥1 thay đổi tuỳ theo loại zeolit;  z : số phân tử nước kết tinh;  [ ] : thành phần ô mạng sở II.Phân lo ại 1.Phân lo ại theo ngu ồn g ốc 2.Phân lo ại theo kích th ước mao qu ản 3.Theo chiều hướng không gian kênh hình thành cấu trúc mao quản  Zeolit có hệ thống mao quản chiều không giao zeolit ZSM-22  Zeolit có hệ thống mao quản chiều : ZSM-5  Zeolit có hệ thống mao quản chiều :zeolit A,X,Y 4.Theo tỷ lệ Si/Al  Zeolit có hàm lượng Si thấp : tỷ lệ Si/Al=1÷1,5 zeolit A,X  Zeolit có hàm lượng Si trung bình : Si/Al=2÷5 zeolit Y  Zeolit có hàm lượng cao : Si/Al >5  =>kiểu phân chia zeolit theo tỷ số Si/Al coi đặc trưng quan trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc tính chất hoá lý zeolit III.Cấu trúc tinh thể zeolit  Các zeolit tự nhiên zeolit tổng hợp có cấu trúc không gian ba chiều, hình thành từ đơn vị sơ cấp tứ diện TO4 (T: Al, Si) Trong tứ diện TO4, cation T bao quanh ion O2- tứ diện liên kết với tứ diện quanh cách ghép chung nguyên tử oxy đỉnh  Sự liên kết tứ diện TO4 theo trật tự định tạo SBU khác 1, Sơ chế cao lanh  Cao lanh nguyên khai sơ tuyển loại bỏ cát, sỏi, khoáng canxit, pyrite chất hữu cách hòa tan nước lọc gạn lấy phần huyền phù Quá trình lặp lại nhiều lần 2, Hoạt hóa  Lọc đến lần cuối hoạt hóa với axit để loại bỏ sắt số kim loại khác sau rửa pH  Sấy sau rây  Nung nhiệt độ 600 độ C ( 30 phút đầu 300 độ sau lên 600 độ tiếng ) 3, Già hóa gel  Các mẫu cao lanh phối trộn với nước, NaOH, thủy tinh lỏng, phức DO, muối NaCl theo tỉ lệ định Tiến hành làm già hóa gel phản ứng nhiệt độ phòng, thời gian khoảng 60 4, Kết tinh  Sau thời gian làm già, hỗn hợp gel tiến hành kết tinh thủy nhiệt áp suất thường nhiệt độ kết tinh 90-95 độ C, pH=9-13 với thời gian kết tinh 12 5, Thu sản phẩm  Các sản phẩm sau kết tinh, lọc rửa pH=8÷9 Do kết tinh môi trường kiềm lượng ion Na+ OHtồn lớn bề mặt zeolit, phải tiến hành rửa để loại bỏ ion thừa Zeolit tạo dạng NaX, NaY trao đổi ion với H+ để tạo dạng HX, HY bền hoạt tính xúc tác axit cao Sau sấy thu sản phẩm Ứng dụng zeolit X,Y Ứng dụng zeolit tổng hợp hữu Ứng Dụng Ứng dụng Zeolit công nghiệp lọc hóa dầu Các ứng dụng khác Ứng dụng zeolit X,Y 1.Ứng dụng zeolit tổng hợp hữu cơ:  Ankyl hóa toluen methanol Xúc tác cho trình Zeolit X chứa H,Rb,Ni,La… Zeolit Y chứa H,Li,Sr,Mg… + -H20 OH methanol methylbenzen  Phân chia Toluen ( bất phân bố toluen ) + methyl benzen benzen Nhiệt độ tiến hành phản ứng 250°C-350°C Xúc tác: Zeolit Y, Độ chuyển hóa đạt 43% Xylen Xylen Ứng dụng zeolit X,Y  Một số ứng dụng khác tổng hợp hữu cơ:  Alkyl hóa parafin olefin: CnH2n+2 + CmH2m Cm+nH2m+2n+2 Xúc tác Zeolit Y với catio Ca ,La, CaLaHY hiệu suất cao đạt tới 76% nhiệt độ 100°C áp suất 2Mpa  +) Trùng hợp Vinylete: nH2C=CHOR (-H2C-CH-)n OR Xúc tác: Zeolit X,Y Ứng dụng zeolit X,Y • Đồng phân hóa o-xylen: Xúc tác hay sử dụng zeolit Y Ứng dụng zeolit X,Y 2.Ứng dụng công nghệ lọc hóa dầu Zeolit xúc tác quan trọng công nghiệp lọc hóa dầu có ưu điểm sau:  Zeolit có bề mặt riêng lớn có khả hấp phụ cao, khả hấp phụ zeolit khống chế thay đổi tùy thuộc vào tính ưa nước hay kỵ nước vật liệu  Có thể điều chỉnh lực axit nồng độ tâm axit zeolit cho phù hợp với phản ứng cụ thể  Kích thước mao quản Zeolit phù hợp với phân tử có kích cỡ phân tử từ 5A° đến 12A° Mặt khác zeolit tồn điện trường mạch nên phân tử tham gia phản ứng hoạt hóa mao quản tốc độ phản ứng nhanh  Mặt khác zeolit có tính chọn lọc nguyên liệu chế sản phẩm, zeolit có tính bền nhiệt va thủy nhiệt tốt Ứng dụng zeolit X,Y  Cracking xúc tác tầng sôi FCC công nghệ sử dụng xúc tác lớn Xúc tác thường Zeolit Y siêu bền nhiệt (USY) kích thước lỗ xốp đủ lớn để phân tử chui qua xảy phản ứng sử dụng xúc tác zeolite X zeolite ZM5…  Tách P-Xylen khỏi hỗn hợp xylen (phân sưởng Parex) Ứng dụng zeolit X,Y Phân Xưởng FCC nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất Ứng dụng zeolit X,Y 3.Các ứng dụng khác: • Ứng dụng công nghiệp chất tẩy rửa • Trong thủy sản • Trong nông nghiệp • Tách hydrocacbon • Môi trường • Công nghệ hạt nhân Nguyên nhân làm giảm hoạt tính xúc tác Nguyên nhân Do Ngộ Độc Bị Thiêu Kết Tạo thành hợp chất bay pha hoạt tính tách vào pha lỏng Ngưng tụ cốc sa lắng cacbon Mài mòn học Ngộ độc xúc tác  Khi có S lưu huỳnh chiếm tâm hoạt động  Các chất độc bị hấp phụ lên bề mặt cản trở hấp phụ tinh chất cản trở tiền chất tương tác với  Ni,Fe,V,cốc gây ức chế : che phủ tâm hoạt động ,bịt mao quản làm bề mặt giảm ,phá vỡ cấu trúc Biện pháp  sử dụng chất trợ xúc tác  Giảm tốc độ phản ứng  Làm nguyên liệu đầu [...]... HX, HY bền hơn và hoạt tính xúc tác axit cao hơn Sau đó sấy và thu sản phẩm Ứng dụng của zeolit X,Y Ứng dụng của zeolit trong tổng hợp hữu cơ Ứng Dụng Ứng dụng của Zeolit trong công nghiệp lọc hóa dầu Các ứng dụng khác Ứng dụng của zeolit X,Y 1.Ứng dụng của zeolit trong tổng hợp hữu cơ:  Ankyl hóa toluen bằng methanol Xúc tác cho quá trình là Zeolit X chứa H,Rb,Ni,La… Zeolit Y chứa H,Li,Sr,Mg… + -H20... 250°C-350°C Xúc tác: Zeolit Y, Độ chuyển hóa có thể đạt được 43% Xylen Xylen Ứng dụng của zeolit X,Y  Một số ứng dụng khác trong tổng hợp hữu cơ:  Alkyl hóa parafin bằng olefin: CnH2n+2 + CmH2m Cm+nH2m+2n+2 Xúc tác Zeolit Y với các catio Ca ,La, như CaLaHY hiệu suất rất cao có thể đạt tới 76% ở nhiệt độ 100°C áp suất 2Mpa  +) Trùng hợp Vinylete: nH2C=CHOR (-H2C-CH-)n OR Xúc tác: Zeolit X,Y Ứng dụng của zeolit. .. quan trọng của zeolit Đặc trưng của xúc tác Zeolite X, Y 1.Cấu trúc của Zeolite X, Y  Trong cấu trúc Zeolite dạng X, Y, các lồng sodalit có hình dạng bát diện cụt được xắp xếp theo kiểu tinh thể kim cương  Số tứ diện SiO 4 và AlO -4 trong một ô mạng cơ sở của Zeolite X, Y là 192, số nguyên tử Oxy là 384 2 Phân loại  Việc phân biệt giữa Zeolite X và Y dựa vào tỉ số giữa Si/Al Zeolite X Y Tỉ...IV.Các tính chất của zeolit  Tính chất chính của các zeolit được thể hiện bởi cấu trúc và hình thái của chúng ,tức là sự sắp xếp trật tự của các tứ diện ,phần thể tích rỗng ,sự tồn tại các mao quản và các lỗ ,kích thước các lỗ và mao quản Ngoài ra còn phụ thuộc vào tỷ lệ Si/Al và các cation bù ( K+, Na+, ) 1 Tính chất xúc tác ( axit bề mặt ) 2 Tính chất chọn lọc hình dáng... phản xạ thứ cấp, chúng được khuếch đại và đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh  Nhờ khả năng phóng đại và tạo ảnh mẫu rõ nét, phương pháp thường được sử dụng để nghiên cứu kích thước và hình dạng của Zeolite 4 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền quang (TEM)  Nguyên tắc: sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh... của Zeolite X, Y như sau : • Zeolite X : Na86 [(AlO2)86.(SiO2)106].260 H2O • Zeolite Y : Na86 [(AlO2)56.(SiO2)136].260 H2O 3 Kích thước  Đường kính của Zeolite X, Y khoảng 12A  Do có sự tạo thành liên kết giữa các mặt của Zeolite X, Y nên hốc anpha của đường kính Zeolite X, Y khoảng 12.7 A  Liên kết ở các mặt 6 cạnh nên tồn tại 3 dạng cửa sổ tương ứng với các mặt thông nhau của các hốc anpha và. .. trừ điện tích âm trong khung mạng zeolit Sự trao đổi này tuân theo quy luật tỷ lượng, nghĩa là qui luật trao đổi “tương đương 1-1” theo hoá trị Khả năng trao đổi cation của zeolit phụ thuộc chủ yếu vào 7 yếu tố  Tính chất hấp phụ Khác với than hoạt tính, silicagel và các chất hấp phụ vô cơ khác, zeolit có cấu trúc tinh thể với hệ thống lỗ xốp kích thước cỡ phân tử và rất đồng đều, nên hấp phụ chọn... thường và nhiệt độ kết tinh là 90-95 độ C, pH=9-13 với thời gian kết tinh là 12 giờ 5, Thu sản phẩm  Các sản phẩm sau khi kết tinh, được lọc rửa cho đến pH=8÷9 Do kết tinh trong môi trường kiềm lượng ion Na+ và OHtồn tại khá lớn trên bề mặt zeolit, do đó phải tiến hành rửa để loại bỏ những ion thừa này Zeolit tạo ra ở dạng NaX, NaY được trao đổi ion với H+ để tạo ra dạng HX, HY bền hơn và hoạt tính xúc. .. có 6 nguyên tử oxy và kích thước khoảng 2.2 A0 Đặc trưng của zeolit x,y Phương pháp nhiễu xạ tia x (XRD) Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại (IR) Bao Gồm kính hiện vi điện tử quét (SEM) Kính hiện vi điện tử truyền quang (TEM) Phương pháp hấp phụ vật lý Nitơ 1.Phương pháp nhiễm xạ Rơnghen (XRD) • Là phương pháp phổ biến nghiên cứu cấu trúc tinh thể • Nguyên tắc: khi chiếu chùm tia X vào mẫu, các nguyên... lượng sẽ thực hiện dao động làm biến đổi momen lưỡng cực điện của liên kết và xuất hiện tín hiệu hồng ngoại • Đường biểu diễn sự phụ thuộc của độ truyền quang và bước sóng là phổ hấp thụ hồng ngoại Từ đó ta xác định được cấu trúc chất cần phân tích Phổ IR zeolite Y 3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)  Nguyên tắc cơ bản là dùng chùm điện từ để tạo ảnh cho mẫu nghiên cứu Chùm điện tử được quét