Chế tạo xúc tác bazơ rắn hydrotalcite cho phản ứng isome hóa monosaccarit

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐỖ THỊ LAN CHẾ TẠO XÚC TÁC BAZƠ RẮN HYDROTALCITE CHO PHẢN ỨNG ISOME HÓA MONOSACCARIT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐỖ THỊ LAN CHẾ TẠO XÚC TÁC BAZƠ RẮN HYDROTALCITE CHO PHẢN ỨNG ISOME HÓA MONOSACCARIT Chuyên ngành: Hóa vô Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Anh Sơn Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới TS Phạm Anh Sơn hướng dẫn tận tình mặt khoa học đồng thời tạo điều kiện thuận lợi mặt giúp hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô thuộc môn Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình giúp đỡ trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cám ơn ThS Kiều Thanh Cảnh tận tình giúp đỡ trình hoàn thành luận văn Cuối xin gửi lời cám ơn đến gia đình tôi, tất bạn bè, người giúp đỡ giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực tiện đề tài Hà nội, tháng 12 năm 2015 Học viên Đỗ Thị Lan MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sinh khối 1.1.1 Định nghĩa, thành phần, nguồn gốc 1.1.2 Sinh khối để sản xuất nhiên liệu sinh học hóa chất 1.2 Phản ứng isome hóa monosaccarit 1.3 Xúc tác cho trình chuyển hóa biomass 1.4 Nhiệt động học phản ứng đồng phân hóa glucô - fructô 1.5 Các nghiên cứu nước phản ứng đồng phân hóa glucô 1.6 Tổng quan Hydrotalcite 1.6.1 Giới thiệu HT 1.6.2 Các hydrotalcite sở hydroxy cacbonat magiê nhôm 10 1.6.3 Các hợp chất kiểu hydrotalcite 11 1.6.4 Cấu trúc tinh thể hydrotalcite 11 1.6.5 Tính chất 13 1.6.6 Phương pháp tổng hợp hydrotalcite 15 Chương 2: THỰC NGHIỆM 18 2.1 Mục đích, nội dung nghiên cứu 18 2.2 Hóa chất – dụng cụ 18 2.2.1 Hóa chất 18 2.2.2 Dụng cụ, thiết bị 18 2.3 Chế tạo hydrotalcite 18 2.4 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 20 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 20 2.4.2 Phân tích nhiệt 20 2.4.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 20 2.4.4 Phương pháp đo diện tích bề mặt (BET) 20 2.4.5 Phương pháp ICP – MS 20 2.4.6 Chuẩn độ xác định tâm bazơ 21 2.5 Pha dung dịch xây dựng đường chuẩn glucô, fructô 21 2.6 Qui trình phản ứng isome hóa glucô – fructô 22 2.7 Điều kiện phân tích HPLC 22 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Đặc trưng xúc tác 23 3.1.1 Kết đo XRD 23 3.1.2 Kết phân tích nhiệt 25 3.1.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR 25 3.1.4 Kết xác định diện tích bề mặt riêng BET 27 3.1.5 Xác định tỉ lệ mol Mg/Al ICP-MS 29 3.1.6 Kết chuẩn độ tâm bazơ 30 3.2 Đường chuẩn glucô, fructô 31 3.3 Phản ứng isome hóa glucô – fructô 33 3.3.1 Ảnh hưởng chất xúc tác 33 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian phản ứng 35 3.3.3 Thu hồi tái sử dụng xúc tác 37 3.3.4 Tái cấu trúc khả tái sinh chất xúc tác 39 3.3.5 Đánh giá tính chất dị thể xúc tác HT 42 Bảng 3.11 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa glucô, hiệu suất hình thành fructô hệ xúc tác HT5 43 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 49 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Khối lượng chất lấy để chế tạo HT 19 Bảng 3.1 Khoảng cách mặt tinh thể ℎ (Å) số mạng , (Å) cấu trúc hydrotalcite 25 Bảng 3.2 Một số dải hấp thụ đặc trưng tron phổ IR hydrotalcite 27 Bảng 3.3 Diện tích bề mặt BET vật liệu 28 Bảng 3.4 Hàm lượng nguyên tố Mg Al mẫu xác định ICPMS 29 Bảng 3.5 Kết chuẩn độ tâm bazơ 30 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc diện tích peak HPLC vào nồng độ glucô fructô 31 Bảng 3.7 Sự chuyển hóa glucô thành fructô hệ xúc tác khác 33 Bảng 3.8 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa glucô, hiệu suất hình thành fructô hệ xúc tác HT5 36 Bảng 3.9 Hoạt tính xúc tác mẫu xúc tác HT5 trình tái sử dụng 38 Bảng 3.10, So sánh hoạt tính xúc tác mẫu xúc tác HT5 tái sinh 40 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các hợp phần lignocellulose Hình 1.2 Sơ đồ chuyển hóa lignocellulose thành sản phẩm có giá trị Hình 1.3 Sự phụ thuộc số cân phản ứng đồng phân hóa glucôfructô hiệu suất lí thuyết tạo thành fructô phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Hình 1.4: Khoáng vật tự nhiên 10 Hình 1.5 Cấu tạo lớp hydrotalcite .12 Hình 1.6 Hình dạng cấu trúc lớp linh động hydrotalcite 13 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu hydrotalcite HT1-HT5 23 Hình 3.2 Giản đồ phân tích nhiệt HT5 26 Hình 3.3 Phổ IR mẫu HT3 26 Hình 3.4 Đồ thị phương pháp đa điểm xác định diện tích bề mặt BET mẫu HT5 .28 Hình 3.5 Đường chuẩn xác định nồng độ glucô 32 Hình 3.6 Đường chuẩn xác định nồng độ fructô 32 Hình 3.7 Hiệu suất tạo thành fructô với hệ xúc tác khác 34 Hình 3.8 Sự phụ thuộc hiệu suất hình thành fructô theo thời gian nhiệt độ phản ứng khác 37 Hình 3.9 Độ chuyển hóa, độ chọn lọc hiệu suất trình tái sử dụng xúc tác HT5 38 Hình 3.10, Giản đồ XRD mẫu xúc tác HT5 sau trình thu hồi – tái sử dụng 39 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu xúc tác HT5 tái cấu trúc 41 Hình 3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất fructô vào thời gian với phản ứng không loại bỏ xúc tác (thoi) phản ứng loại bỏ xúc tác sau phút (tròn) .44 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU ml Mililit Ppm parts per million LA axit levuninic HT Hidrotalcite HMF 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde SG Diện tích peak HPLC glucô SF Diện tích peak HPLC fructô CG Nồng độ glucô CF Nồng độ fructô MỞ ĐẦU Trong chuỗi phản ứng công nghiệp chuyển hóa dẫn xuất biomass thành hợp chất có giá trị cao, phản ứng đồng phân hóa monosacarit đóng vai trò quan trọng Như biết, glucô phân tử đường đơn C6 phổ biến tự nhiên, monome cấu trúc nên lignocelulo, fructô phân tử có hoạt tính hóa học so với glucô Vì fructô chất đầu thích hợp cho tổng hợp hóa chất 5(hydroxymethyl)-2-furaldehyde, axit levulinic Việc chuyển hóa trực tiếp glucô thành hợp chất có giá trị cao hiệu độ chọn lọc cao xuất phát từ fructô Vì vậy, phản ứng đồng phân hóa glucô thành fructô đóng vai trò quan trọng trình chuyển hóa dẫn xuất biomass thành hợp chất có giá trị cao Trong phương pháp truyền thống, phản ứng đồng phân hóa glucô thành fructô thực nhờ xúc tác enzyme Ưu điểm enzyme cho độ chuyển hóa độ chọn lọc cao Tuy nhiên, enzyme có giá thành cao việc sử dụng đòi hỏi điều kiện nghiêm ngặt nhiệt độ, pH thường phải tinh chế chất đầu Các chất xúc tác đồng thể NaOH [Al(OH)4]- cho hoạt tính cao lại phải đối mặt rào cản công nghệ ăn mòn thiết bị, khó tách, thu hồi tái sử dụng xúc tác Mặt khác việc sử dụng chất xúc tác đồng thể thường gây ô nhiễm nặng môi trường nước Vì việc nghiên cứu chế tạo xúc tác dị thể để thay xúc tác đồng thể có ý nghĩa quan trọng cho phản ứng chuyển hóa glucô thành fructô Trong năm gần đây, vật liệu hydrotalcite (HT) ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Phương pháp điều chế HT đơn giản, nguyên liệu có sẵn, phổ biến nên HT vật liệu hứa hẹn nhiều ứng dụng thực tế HT xúc tác bazơ rắn có hiệu tái sử dụng cao cho phản ứng đồng phân hóa glucô thành fructô dung môi nước Vì luận văn cao học lựa chọn đề tài nghiên cứu "Chế tạo xúc tác bazơ rắn hydrotalcite cho phản ứng isome hóa monosaccarit" Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sinh khối 1.1.1 Định nghĩa, thành phần, nguồn gốc Sinh khối định nghĩa nguồn vật chất tổng hợp từ sinh vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) gỗ, loại phế phẩm nông nghiệp, chất thải từ động vật sản phẩm vi sinh [18] Mỗi năm sinh vật giới sản sinh khoảng 1,7.1011 sinh khối 75% số cacbohydrat Nhưng có 3-4% hợp chất người sử dụng làm thực phẩm mục đích khác phục vụ sống [8] Sinh khối từ thực vật tạo từ trình quang hợp tác dụng mặt trời để chuyển đổi CO2 H2O để tạo thành cacbohydrat O2 Hình 1.1 Các hợp phần lignocellulose Các sản phẩm hình thành từ trình quang hợplà đường C6 (chủ yếu glucose, mannose galactose) đường C5 (chủ yếu arabinose xylose) tạo thành hợp chất cellulose, hemicellulose lignin Đây ba thành phần vật liệu lignocellulose cấu tạo nên thân, rễ Tính chất thành phần phụ thuộc nhiều vào yếu tố Lignocellulose gồm 40-50% cellulose, 25-35% hemicellulose 15-20% lignin [4] Cellulose polime sinh học tổng hợp nhiều từ trình quang hợp, polyme mạch thẳng glucose liên kết với thông qua liên kết β-1,4-glycosizit làm cho cellulose tồn dạng vi tinh thể Vì vậy, cellulose khó phân hủy thủy phân điều kiện tự nhiên Mức độ trùng hợp chuỗi cellulose khoảng từ 500-25000, Hemicellulose dạng polyme sinh học với tạo nên từ nhiều dạng monosacarit khác phân tử đường C5, C6 axit glucoronic Hemicellulose dễ hòa tan cellulose thường tồn dạng phân nhánh với khoảng 100-200 monome Trong nhánh này, nhóm chức không bảo vệ cấu trúc tinh thể cellulose Do đó, hemicellulose dễ bị thủy phân axit, bazơ enzim cellulose [22] Thành phần thứ ba, lignin, polyme cấu thành dẫn xuất phenol tồn nhiều liên kết ngang, nên khó hòa tan Lignin có khả chuyển thành nhiên liệu hóa chất có giá trị cao, cấu trúc phức tạp không đồng thành phần cấu trúc làm cho khó xử lý so với chất khác nên có giá trị sử dụng Lignin kết hợp cellulose hemicellulose xây dựng thành thành khung xương thực vật [20] Bên cạnh đó, thực vật tổng hợp nhiều loại hợp chất khácđóng vai trò cấu trúc tích trữ lượng chất béo đường tinh bột, sản phẩm khác giàu hydro carbon (terpenes) thành phần thiết yếu dầu, nhựa, cao su steroid [20,21] 1.1.2 Sinh khối để sản xuất nhiên liệu sinh học hóa chất Sự phát triển công nghiệp ngày tăng giới hóa toàn cầu dẫn tới gia tăng nhu cầu nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, khí tự nhiên than đá) [3] Hiện nay, nhiên liệu hóa thạch chiếm tới 84% nhu cầu lượng loài người,54% số phục vụ lĩnh vực giao thông vận tải [3] Ngoài ra, sản phẩm polyme, nhựa, dầu nhờn, phân bón, dệt may, có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt dần trở nên đắt Hơn nữa, trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch dẫn xuất với hoạt động công nghiệp, sinh hoạt người gây gia tăng đáng kể lượng khí nhà kính [16] Tăng trưởng kinh tế bền vững đòi hỏi phải thân thiện với môi trường với việc sử dụng nguồn tài nguyên tái tạo cho sản xuất công nghiệp để thay nguồn tài nguyên hóa thạch cạn kiệt dần Trong số nhiều nguồn lượng thay (sinh khối, lượng mặt trời, lượng gió, lượng địa nhiệt ), sinh khối ứng cử viên tiềm cho việc thay dần nguồn tài nguyên hóa thạch Các hoạt động nghiên cứu, phát triển việc sử dụng sinh khối để sản xuất sản phẩm phi thực phẩm nhiềuquốc gia giới tạo khái niệm mới: "tinh chế sinh học" Tinh chế sinh học trình tương tự tinh chế dầu mỏ ngày nay, nhằm tạo loại nhiên liệu nguyên liệu phục vụ đời sống, sản xuất Sinh khối thường dùng để vật liệu thực vật có thành phần lignocellulose (hỗn hợp cellulose, hemicellulose lignin) Đây nguyên liệu có sẵn tái tạo cho trình tinh chế sinh học Không giống tinh bột, trình thủy phân lignocellulose enzym thường không hiệu Do đó, trước tiến hành trình thủy phân enzym, lignocellulose phải xử lý sơ nhiệt để phá vỡ cấu trúc bền vững Tuy vậy, lignocellulose nguồn nguyên liệu tiềm cho tinh chế sinh học quy mô lớn Sơ đồ chuyển hóa lignocellulose thành sản phẩm có giá trị thể hình 1.2 Theo sơ đồ này, furfural, 5- hydroxymethyl furfural axit levulinic sản phẩm có nhiều tiềm ứng dụng để sản xuất nhiên liệu lỏng, chất đầu cho công nghiệp hóa chất, tổng hợp vật liệu Hình 1.2 Sơ đồ chuyển hóa lignocellulose thành sản phẩm có giá trị 1.2 Phản ứng isome hóa monosaccarit Fructô chất trung gian quan trọng việc chuyển đổi sinh khối cellulose thành nhiên liệu sinh học, hóa chất chất đầu cho công nghiệp hóa chất Phản ứng đồng phân hóa monosaccarit bước quan trọng chuỗi phản ứng [21] Trong trình chuyển hóa loại đường, đồng phân hóa glucô thành fructô đóng vai trò quan trọng glucô monome tự nhiên sẵn có cacbohiđrat, fructô chất monome hoạt động sử dụng cho trình tổng hợp hợp chất sản phẩm có giá trị 5- (hydroxymethyl)-2-furaldehyde (HMF) [16] axit levulinic (LA) [6,15] Nguyên nhân tượng trình dehydrat hóa phân tử đường C6 dạng ando (glucô) thành HMF LA khó khăn nhiều so với đường C6 kiểu keto (fructô) [18] 1.3 Xúc tác cho trình chuyển hóa biomass Quá trình xúc tác trình làm thay đổi tốc độ phản ứng hóa học hay nhiều chất phản ứng, nhờ vào tham gia chất thêm vào gọi chất xúc tác Không giống chất phản ứng khác phản ứng hóa học, chất xúc tác không bị trình phản ứng Với chất xúc tác, cần lượng giải phóng để đạt trạng thái trung gian, tổng lượng giải phóng từ chất phản ứng sang chất tạo thành không đổi, tăng tốc độ phản ứng hoá học lên nhiều lần, hàng chục lần, hàng trăm lần, nên rút ngắn thời gian, tăng cao hiệu suất sản xuất Trong ngành công nghiệp hóa chất nghiên cứu, chất xúc tác đóng vai trò vô quan trọng Hầu hết trình hóa học sử dụng xúc tác để đáp ứng nhu cầu sản xuất hóa chất nhiên liệu chất xúc khác phát triển liên tục Nhiều chất rắn, phân tử (trong thể khí lỏng) enzim sử dụng chất xúc tác Dựa phân bố xúc tác hệ phản ứng, phân chia chất xúc tác thành hai loại xúc tác đồng thể xúc tác dị thể: Xúc tác đồng thể có trạng thái tồn giống với chất hệ phản ứng (cùng pha) Phản ứng xúc tác đồng thể xảy pha khí pha lỏng, xúc tác đồng thể pha rắn  Ưu điểm: o Có độ chọn lọc hoạt tính cao so với xúc tác dị thể; o Không yêu cầu cao điều kiện phản ứng; o Qúa trình truyền nhiệt, chuyển khối tương đối đồng nhất; o Phản ứng xảy theo chế đơn giản hơn; o Dễ thao tác tiến hành phản ứng  Nhược điểm: o Quá trình phản ứng thường gián đoạn nên không tự động hóa được; o Năng suất thiết bị không cao dễ gây ăn mòn thiết bị; o Quá trình tách xúc tác khỏi phản ứng khó khăn Xúc tác dị thể chất xúc tác tồn khác pha với chất phản ứng Phần lớn chất xúc tác dị thể thường gặp tồn thể rắn phản ứng xảy bề mặt chất xúc tác Do đó, thường gặp hệ phản ứng pha lỏng pha khí xúc tác chất xúc tác rắn  Ưu điểm: có độ chọn lọc cao, lượng xúc tác ít, không gặp nhiều khó khăn việc tách sản phẩm xúc tác, đảm bảo phản ứng tiến hành liên tục, không gây ô nhiễm môi trường, khả tái sử dụng cao  Nhược điểm: hoạt tính không cao diện tích tiếp xúc hạn chế, khó nghiên cứu tượng bề mặt diễn phức tạp mức độ phân tử Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ, biết nhiều phản ứng xúc tác bazơ đồng thể, đồng phân hoá nối đôi, alkyl hoá mạch nhánh, ngưng tụ aldol v.v [12] Tuy nhiên, sử dụng xúc tác bazơ đồng thể có nhiều bất lợi Cứ sản xuất 10 sản phẩm, phải thải xúc tác dùng Mặt khác, việc tinh chế sản phẩm phức tạp Chính thế, xúc tác bazơ rắn ngày quan tâm nghiên cứu ứng dụng công nghiệp Sử dụng xúc tác bazơ rắn có lợi ích [8], giảm mức độ ăn mòn thiết bị dung dịch kiềm; dễ dàng tách sản phẩm khỏi chất xúc tác, chất xúc tác tái sử dụng, vứt bỏ chất xúc tác dùng rồi; dung môi không cần lượng lớn; tinh chế sản phẩm trở nên đơn giản hơn; giảm mạnh lượng chất thải; nhiệt độ phản ứng tăng; thiết kế trình liên tục nhờ sử dụng chất xúc tác rắn 1.4 Nhiệt động học phản ứng đồng phân hóa glucô - fructô Hình 1.3 Sự phụ thuộc số cân phản ứng đồng phân hóa glucôfructô hiệu suất lí thuyết tạo thành fructô phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Phản ứng đồng phân hóa glucô-fructô phản ứng thuận nghịch thu nhiệt với giá trị entanpi Δ nhỏ số cân 25 oC = 0,87, điều kiện độ chuyển hóa lí thuyết glucô 46% Giá trị entanpi nhỏ (Δ kJ/mol) cho thấy số cân = 2,78 tăng nhẹ tăng nhiệt độ phản ứng Từ giản phụ thuộc thấy nhiệt độ 60 oC điều kiện nhiệt độ làm việc tối đa enzim hiệu suất fructô lớn đạt 50% Các xúc tác vô thường hoạt động tốt vùng nhiệt độ từ 100-200 oC, có khả đưa hiệu suất phản ứng lên tới 60-70% 1.5 Các nghiên cứu nước phản ứng đồng phân hóa glucô Phản ứng đồng phân hóa glucô - fructô thực xúc tác bazơ NaOH, enzim Trong đó:  Phản ứng đồng phân hóa thường xúc tác enzim cố định 60 ° C kết thu hiệu suất tạo fructô 42% [11, 23] Mặc dù hiệu suất cao, enzim tốn sử dụng yêu cầu lọc chất phản ứng, phạm vi hẹp pH nhiệt độ Những yêu cầu nghiêm ngặt làm cho khó khăn cho sản xuất hóa chất nhiên liệu sinh học từ glucô (hoặc hợp chất cacbohydrat khác)  Không giống xúc tác enzim, trình xúc tác hóa học sử dụng hợp chất vô không tốn để thúc đẩy đồng phân hóa theo phạm vi rộng lớn điều kiện phản ứng dung dịch nước Dung dịch kiềm sử dụng chất xúc tác đồng thể cho đồng phân hóa glucô [5, 17] Tuy nhiên, xúc tác đồng thể phải đối mặt với vấn đề môi trường kỹ thuật nghiêm trọng phục hồi chất xúc tác Những lý kích thích việc tìm kiếm chất xúc tác dị thể thay cho việc chuyển đổi glucô – fructô Một số kết báo cáo đồng phân hóa glucô với loại nhựa trao đổi anion (aluminat dạng hydroxit), lò phản ứng giường cố định dung môi nước [13, 14] Hiệu suất tạo thành fructô 72, 58 44% mức 2, 25 35 ° C, nhiên, phản ứng diễn chậm (cần tương ứng 1007, 15 h) Xúc tác hydrotalcite xúc tác hợp lý cho trình chuyển hóa tính bazơ dạng tồn tinh thể rắn 1.6 Tổng quan Hydrotalcite 1.6.1 Giới thiệu HT Hydrotalcite (HT) có công thức chung [Mg1-xAlx(OH)2]x+(CO 32-)x/2.nH2O HT khoáng vật có tự nhiên màu trắng màu hạt trai, xác định họ với khoáng sét anion, có kích thước nhỏ trộn lẫn với khoáng khác gắn phiến đá vùng đồi núi HT có khả trao đổi ion hấp phụ chất hữu cơ, vô nên ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Hiện nay, HT điều chế nhiều phương pháp khác nhằm mục đích sử dụng rộng rãi họ vật liệu nhiều lĩnh vực, đặc biệt ngành hóa học, dược liệu môi trường Hình 1.4: Khoáng vật tự nhiên 1.6.2 Các hydrotalcite sở hydroxy cacbonat magiê nhôm Dựa tỉ lệ mol Mg2+/Al3+ ta có hydrotalcite sau:  Tỉ lệ mol Mg2+/Al3+ = ta có HT1  Tỉ lệ mol Mg2+/Al3+ = ta có HT2  Tỉ lệ mol Mg2+/Al3+ = ta có HT3  Tỉ lệ mol Mg2+/Al3+ = ta có HT4  Tỉ lệ mol Mg2+/Al3+ = ta có HT5 10 1.6.3 Các hợp chất kiểu hydrotalcite Đối với hợp chất giống hydrotalcite, vị trí Mg Al thay nhiều ion kim loại hóa trị II III tương ứng Công thức tổng quát hợp chất kiểu HT là: [M(II)1-xM(III)x(OH)2] x+(An-x/n).mH2O Trong đó:  M(II) kim loại hóa trị (II) Mg, Zn, Ca, Fe, Ni  M(III) kim loại hóa trị (III) Al, Fe, Cr  An- anion đa dạng phức anion, anion hữu (benzoic, axit oxalic ), polyme có phân tử lượng lớn, hay halogen (Cl-, Br- )  x tỉ số nguyên tử M(III)/(M(II) + M(III)), tỉ số x nằm khoảng 0,2 ≤x ≤ 0,33 [7,19] Các vật liệu giống HT vật liệu hứa hẹn cho nhiều lĩnh vực ứng dụng xúc tác, hấp phụ, dược học, quang học, điện hóa Điều chúng tổng hợp dễ dàng, giá thành thấp, linh động thành phần khả linh hoạt tạo tính chất xác định nhằm đáp ứng yêu cầu ứng dụng cụ thể 1.6.4 Cấu trúc tinh thể hydrotalcite Hydrotalcite thuộc nhóm hợp chất hydroxycacbonat có cấu trúc lớp hydroxit linh động Cấu trúc hydrtotalcite bao gồm:  Lớp hydroxit hydroxit hỗn hợp kim loại hóa trị (II) hóa trị (III) Mỗi đơn vị cấu trúc khối bát diện với đỉnh nhóm -OH, tâm ion kim loại hóa trị (II) (III) Cấu trúc lớp tương tự brucite tự nhiên, Mg(OH)2 Cấu trúc M(OH)6 dạng bát diện mô tả Hình 1.5 coi đơn vị cấu trúc Các khối bát diện xếp chung cạnh với đơn vị cấu trúc xung quanh tạo thành lớp hydroxit Lớp hydroxit có có 11 [...]... chất xúc tác Dựa trên sự phân bố của xúc tác trong hệ phản ứng, có thể phân chia chất xúc tác thành hai loại là xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể: Xúc tác đồng thể có trạng thái tồn tại giống với các chất trong hệ phản ứng (cùng pha) Phản ứng xúc tác đồng thể chỉ xảy ra trong pha khí và pha lỏng, không có xúc tác đồng thể trong pha rắn  Ưu điểm: o Có độ chọn lọc và hoạt tính cao hơn so với xúc tác. .. xúc tác tồn tại khác pha với chất phản ứng Phần lớn chất xúc tác dị thể thường gặp tồn tại ở thể rắn và phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác Do đó, thường gặp nhất là những hệ phản ứng pha lỏng hoặc pha khí được xúc tác bởi chất xúc tác rắn  Ưu điểm: có độ chọn lọc cao, lượng xúc tác ít, không gặp nhiều khó khăn trong việc tách sản phẩm và xúc tác, đảm bảo phản ứng được tiến hành liên tục, không... độ của một phản ứng hóa học của một hay nhiều chất phản ứng, nhờ vào sự tham gia của một chất thêm vào gọi là chất xúc tác Không giống các chất phản ứng khác trong phản ứng hóa học, một chất xúc tác không bị mất đi trong quá trình phản ứng Với một chất xúc tác, cần ít năng lượng giải phóng hơn để đạt được trạng thái trung gian, nhưng tổng năng lượng giải phóng từ chất phản ứng sang chất tạo thành không... cao về điều kiện phản ứng; 6 o Qúa trình truyền nhiệt, chuyển khối tương đối đồng nhất; o Phản ứng xảy ra theo cơ chế đơn giản hơn; o Dễ thao tác và tiến hành phản ứng  Nhược điểm: o Quá trình phản ứng thường gián đoạn nên không tự động hóa được; o Năng suất thiết bị không cao và dễ gây ăn mòn thiết bị; o Quá trình tách xúc tác ra khỏi phản ứng rất khó khăn Xúc tác dị thể là chất xúc tác tồn tại khác... mạnh lượng chất thải; nhiệt độ phản ứng có thể tăng; có thể thiết kế các quá trình liên tục nhờ sử dụng chất xúc tác rắn 1.4 Nhiệt động học phản ứng đồng phân hóa glucô - fructô Hình 1.3 Sự phụ thuộc của hằng số cân bằng của phản ứng đồng phân hóa glucôfructô và hiệu suất lí thuyết tạo thành fructô phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Phản ứng đồng phân hóa glucô-fructô là phản ứng thuận nghịch và thu nhiệt... rất phức tạp Chính vì thế, xúc tác bazơ rắn ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp Sử dụng xúc tác bazơ rắn có thể có những lợi ích [8], như giảm mức độ ăn mòn thiết bị của dung dịch kiềm; dễ dàng tách sản phẩm ra khỏi chất xúc tác, và các chất xúc tác được tái sử dụng, không phải vứt bỏ các chất xúc tác đã dùng rồi; dung môi không cần lượng lớn; tinh chế sản phẩm trở nên đơn... phản ứng lên tới 60-70% 1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về phản ứng đồng phân hóa glucô 8 Phản ứng đồng phân hóa glucô - fructô được thực hiện bằng xúc tác bazơ như NaOH, enzim Trong đó:  Phản ứng đồng phân hóa thường được xúc tác bởi enzim cố định ở 60 ° C kết quả thu được hiệu suất tạo fructô là 42% [11, 23] Mặc dù hiệu suất cao, enzim là rất tốn kém và sử dụng các yêu cầu thanh lọc chất phản. .. dạng hydroxit), lò phản ứng giường cố định trong dung môi nước [13, 14] Hiệu suất tạo thành fructô là 72, 58 và 44% ở mức 2, 25 và 35 ° C, tuy nhiên, các phản ứng diễn ra quá chậm (cần tương ứng là 1007, 15 và 4 h) Xúc tác hydrotalcite là xúc tác hợp lý cho quá trình chuyển hóa này do tính bazơ của nó và dạng tồn tại tinh thể rắn 1.6 Tổng quan về Hydrotalcite 1.6.1 Giới thiệu về HT Hydrotalcite (HT)... các sản phẩm có giá trị 1.2 Phản ứng isome hóa monosaccarit Fructô là chất trung gian quan trọng trong việc chuyển đổi sinh khối cellulose thành nhiên liệu sinh học, hóa chất và chất đầu cho công nghiệp hóa chất Phản ứng đồng phân hóa của các monosaccarit là một bước quan trọng trong chuỗi phản ứng trên [21] Trong các quá trình chuyển hóa giữa các loại đường, đồng phân hóa glucô thành fructô đóng vai... tiếp xúc hạn chế, khó nghiên cứu vì đây là hiện tượng bề mặt diễn ra phức tạp ở mức độ phân tử Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ, đã biết nhiều phản ứng xúc tác bazơ đồng thể, như đồng phân hoá nối đôi, alkyl hoá mạch nhánh, ngưng tụ aldol v.v [12] Tuy nhiên, sử dụng xúc tác bazơ đồng thể có nhiều bất lợi Cứ sản xuất 10 tấn sản phẩm, thì phải thải ra 1 tấn xúc tác dùng rồi Mặt khác, việc tinh chế sản