xúc tác zeolit và ứng dụng

Cấu trúc Zeolit A LTACác sođalit ghép nối với nhau tại các mặt 4cạnh thông qua trung gian lăng trụ tạo thành Zeolite A b... Trong hóa phân tích Làm chất xúc tácCác quá trình tách Làm chấ

Các tứ diện trên liên kết với nhau qua nguyên

tử oxy thành Cấu trúc thứ cấp

a Cấu trúc Zeolite tổng quát:

3 Các loại Cấu trúc Zeolit

b Cấu tr úc Zeolit A, X,Y

Cấu trúc Zeolit A (LTA)

Các sođalit ghép nối với nhau tại các mặt 4cạnh thông qua trung gian lăng trụ tạo thành Zeolite A

b Cấu tr úc Zeolit A, X,Y

Cấu tr úc thứ cấp:

12 tứ diện SiO4/2 v à AlO4/2 gh ép với nhau như h ình bên tạo

d Cấu tr úc ZSM-5

Các chuỗi liên kết thành lớp

d Cấu tr úc ZSM-5

d Cấu tr úc ZSM-5

Tâm axit

Trao đổi ion

Tính chọn lọc hình dạng

Tâm axit

4 Tính chất bề mặt của Zeolit

a T ính trao đổi ion

Số oxy h óa của Si:+4, Al:+3

Tâm Si  trung hòa điện

Tâm Al  t ích điện âm trung hòa bởi 1ion dương( ion kiềm hoặc kiềm thổ)  trao đổi ion

4 Tính chất bề mặt của Zeolit

a T ính trao đổi ion

o Không làm thay đổi cấu trúc tinh thể

o ở vị trí khác nhau, tốc độ trao đổi khác nhau

 vị trí mở(bề mặt) : dễ dàng

 ở vị trí kín (sođalit, lăng trụ): khó khăn

a T ính trao đổi ion

Để tăng độ trao đổi ion:

o xử lý với dd chứa ion trao đổi nhiều lần

o Giữa các lần phải sấy khô và xử lý

 Trao đổi ion h ình thành tâm axit

 Qu á trình hình thành tâm axit:

4 Tính chất bề mặt của Zeolit

b Sự hình thành các tâm axit

Tâm bronsted

T 0 C

Tâm Lewis

Khi tiến hành xử lý nhiệt ở khoảng nhiệt

độ 400 – 500oC thì xuất hiện các tâm axít Lewis theo sơ đồ sau:

o Các Tâm axit tạo nên hoạt tính xúc tác

o Tỷ lệ Si/Al tăng số tâm axit giảm, độ bền tâm axit tăng

o ở vị trí khác nhau  độ linh động của các

proton khác nhau  độ axit không đồng đều.

4 Tính chất bề mặt của Zeolit

b Sự hình thành các tâm axit

4 Tính chất bề mặt của Zeolit

c Tính chọn lọc hình học

Trong hóa phân tích Làm chất xúc tác

Các quá trình tách

Làm chất trao đổi ion

4 Ứng dụng của Zeolit

Tách C 2 H 2 ra khỏi butadien,

không khí lỏng Tách NO ra khỏi khí và chất lỏng Làm khô các chất lỏng và hơi Tách hơi dầu khỏi khí nén Tách CO khỏi He và H 2

Ứng dụng cho các quá trình

tách

4 Ứng dụng của Zeolit

Hóa phân tích

4 Ứng dụng của Zeolit

 Những cation kim loại có thể bị tách

ra khỏi nước thải : Cu 2+ , NH +4 , Pb 2+ ,

Zn 2+ , Hg 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ , Cd 2+ , Ca 2+ ,

Al 3+ , Cs 2+ , Sr 2+

Được trao đổi với Ag tạo th ành NaAAg, giải quyết 1 lượng nhỏ nước ngọt khi gặp nạn ở biển

4 Ứng dụng của Zeolit

Làm chất xúc tác

L àm chất xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa C 5 , C 6 nhằm nâng cao chỉ số octan

Làm chất xúc tác cho quá trình Cracking,đehydro , đehydrat ( USY dùng trong FCC ) Fe-ZSM-5 : xúc tác cho phản ứng phân hủy N 2 O , oxi hóa hợp chất thơm

•Dùng làm chất mang cho các loại xúc tác khác

4 Ứng dụng của Zeolit

 Gas separation membrane using zeolite

 Zeolite Gas-Pump With No Moving Parts, But With A High Rate Of Gas Flow

 Dr Peter Maier-Laxhuber & Zeolite Cooler

 Dr Peter Maier-Laxhuber, et al.

 Zeolite Heat Pump with Integrated

Ice-Storage

 Oil Purification Zeolite Station MCU-4,3

II/ TỔNG HỢP ZEOLITE

 Zeolite là các aluminosilicat ngậm nước,

được hình thành dưới các điều kiện thuỷ nhiệt

 Nghĩa là một hệ lỏng, chứa các thành phần

hoá học thích hợp được kết tinh dưới tác dụng của nhiệt.

1 Nguyên tắc chung

Phản ứng thuỷ nhiệt là gì?

 Có nhiều định nghĩa và nhận định khác nhau : Morey &

Niggli (1913) , Rabenau (1985) , Lobachev (1973) ,

tác chất

 Quá trình thủy nhiệt được tiến hành trong các thiết bị chịu áp suất cao và nhiệt độ cao gọi là “autoclave”

Điều kiện tổng hợp Zeolite

 Nguyên liệu đầu: hoạt tính cao

 pH mơi trường: khá kiềm

 Quá trình kết tinh Zeolite gồm các giai đoạn:

 Quá trình tạo gel: quan trọng nhất

o Chỉ xảy ra trong dung dịch, môi trường kiềm đủ

mạnh

o Chỉ tạo thành trong khoảng giới hạn tỉ lệ Si/Al

thích hợp

o Hình thành liên kết Si-O-Al trong khung gel do

tương tác của dd silicat và aluminatephản ứng

đa trùng ngưng:

 Quá trình làm muồi: cần thiết cho tạo mầm

tinh thể

o Mầm tinh thể bắt đầu hình thành trong pha lỏng

của gel hoặc tại bề mặt phân cách pha ( gel-dd)

o Khối cấu trúc tinh thể được tạo từ các tứ diện [SiO4]

và [AlO4]

Pha rắn vô định hình Pha lỏng

Gel aluminosilicate ban đầu

Pha rắn

Hình thành mầm tinh thể

hòa tan pha rắn vô định hình

Trong các yếu tố ảnh hưởng quá trình kết tinh, bản

chất và tính chất zeolite, thành phần gel ban đầu là

Quá trình tạo gel

d Phương pháp tổng hợp 5

d Phương pháp tổng hợp 5

ZSM-Template : chất tạo cấu trúc

 Ảnh hưởng đến quá trình gel hóa và tạo nhân tinh thể : tạo ra những hình thái định trước cho quá trình tạo nhân và tinh thể

 Làm bền bộ khung nhờ các tương tác lực hút

H, tĩnh điện

 Tăng khả năng tổng hợp có hàm lượng Si cao

d Phương pháp tổng hợp

ZSM-5

 TMA +

tetramethylammonium cations

 (TPA+ ) tetrapropyl ammonium salts

 TEA Triethanolamine

Lọc,RửaSấy,Nung NaZSM-5

d Phương pháp tổng hợp

ZSM-5

 Kaolin là một khoáng sản phi kim được hình thành do

quá trình phong hóa của phenpat chủ yếu là octodaz và

anbit Quá trình phong hóa trên được gọi là quá trình

kaolin hóa

 Nguồn kaolin ở Việt Nam dự báo khoảng 15 triệu tấn,

hàm lượng Al2O3 trong kaolin khoảng từ 29% đến 50%

Quặng kaolin tập trung chủ yếu ở các tỉnh như Lào Cai,

Yên Bái, Phú Thọ, Quảng Ninh, Tuyên Quang, Lâm Đồng, Đồng Nai

 Công thức hóa học: Al2O3.2SiO2.2H2O

CHUYỂN HÓA KAOLIN THÀNH ZEOLITE

2.Tổng hợp Zeolite từ hợp chất vô cơ có cấu trúc

NghiềnLàm mịnĐịnh hìnhLàm khôNung Tách bụiKết tinh dạng quayRửa

SấyZeolite

KAOLIN THÀNH ZEOLITE

CHUYỂN HÓA KAOLIN THÀNH ZEOLITE

Schmidt , Dr rer nat Max-Planck-Institut für Kohlenforschung)

 http://www.grace.com/EngineeredMaterials/MaterialSciences/Zeolites/ ZeoliteStructure.aspx

 www.oilgasportalvn.com

 Introduction to zeolite science and practice 3 rd revised edition

 Zeolitic Materials: Ion Exchange and Shape Selective- Catalysis Angus

P Wilkinson-School of Chemistry and Biochemistry-Georgia Institute

of Technology

 Catalysist by Metal containing Zeolites( Martin Wallau and Ulf

Schuchardt- Campinas Brazil)

•Giáo trình xúc tác dị thể (Hồ Sĩ Thoảng)

•Nghiên cứu tổng hợp zeolite A,X và khảo sát khả năng sử dụng để làm khô rượu (Luận văn cao học- GV Nguyễn Thị Thu Vân)

•Atlas of Zeolite Framework types- Fifth revised edition- 2001

 Giáo trình kỹ thuật xúc tác- Thầy Mai Hữu Khiêm

•ZSM-5 type zeolites:

Synthesis and use in gasphase reactions with ammonia- F.J van der

Gaag

References