Nghiên cứu tổng hợp và tính chất xúc tác của fe2o3 được biến tính bằng al2o3 và anion hóa trong phản ứng đồng phân hóa n ankan

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - VŨ THỊ TUYẾT NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT XÚC TÁC CỦA Fe 2O3 ĐƢỢC BIẾN TÍNH BẰNG Al2O3 VÀ ANION HĨA TRONG PHẢN ỨNG ĐỒNG PHÂN HÓA N-ANKAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - VŨ THỊ TUYẾT NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT XÚC TÁC CỦA Fe 2O3 ĐƢỢC BIẾN TÍNH BẰNG Al2O3 VÀ ANION HÓA TRONG PHẢN ỨNG ĐỒNG PHÂN HÓA N-ANKAN Chuyên ngành: Hóa dầu xúc tác Hữu Mã số: 604435 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC PGS.TS HOA HỮU THU Hà Nội - 2012 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC SƠ ĐỒ MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu trình đồng phân hóa n-ankan 1.1.1 Quá trình đồng phân hóa n-ankan 1.1.2 Các phản ứng xảy q trình đồng phân hố 1.1.3 Đặc điểm nhiệt động học 1.2 Chất xúc tác cho trình đồng phân hóa n-ankan 1.2.1 Phân loại xúc tác q trình đồng phân hóa n-ankan 1.2.2 Cơ chế phản ứng 1.3 Giới thiệu xúc tác SO42-/ Fe2O3.Al2O3 1.3.1 Giới thiệu Fe2O3 10 1.3.2 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất xúc tác SO42-/ Fe2O3.Al2O3 12 CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 15 2.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 15 2.2 Phƣơng pháp phổ EDX 17 2.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 19 2.4 Phƣơng pháp phân tích nhiệt (IR) 22 2.5 Phƣơng pháp TPD_NH3 23 2.6 Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính xúc tác 24 2.7 Phƣơng pháp sắc ký khối phổ (GC-MS) 27 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Tổng hợp xúc tác x%SO42-/Fe2O3 x%SO42-/yFe2O3-zAl2O3 29 3.1.1 Hóa chất thiết bị 29 3.1.2 Quy trình tổng hợp 29 3.1.3 Các xúc tác đƣợc tổng hợp 31 3.2 Các phƣơng pháp đặc trƣng tính chất xúc tác 32 3.2.1 Nhiễu xạ tia X 32 3.2.4 Phƣơng pháp phổ IR 38 3.2.5 Phổ EDX 39 3.3 Đánh giá hoạt tính xúc tác qua phản ứng đồng phân hóa n-hexan 40 KẾT LUẬN 42 PHỤ LỤC 46 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DTA Diffirential Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai) IR Infraed (Hồng ngoại) SEM Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét) Temperature Programmed Desorption (Giải hấp NH3 theo chương trình TPD-NH3 nhiệt độ) TGA Thermal Gravimetric Analysis (Phân tích nhiệt trọng lượng) XRD X-Ray Difiraction (Nhiễu xạ tia X) 2MP 2-metylpentan 3MP 3-metylpentan 2,2DMB 2,2-dimetylbutan 2,3DMB 2,3-dimetylbutan DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Trị số octan số parafin nhẹ Bảng 1.2 Các sản phẩm q trình cracking, thơm hóa nhexan Bảng 1.3 Nhiệt tạo thành isoparafin phản ứng đồng phân hóa số parafin nhiệt độ khác Bảng 3.1 Các mẫu xúc tác tổng hợp Bảng 4.1 Các đặc trƣng xúc tác thu đƣợc từ giản đồ TPD-NH3 33 39 Bảng 4.2 Tỉ lệ sản phẩm phản ứng đồng phân hóa n-hexan 42 mẫu xúc tác SF-0,1Al DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Sự phản xạ tia X mặt tinh thể 16 Hình 2.2: Nguyên lý phép phân tích EDX 19 Hình 2.3: Ngun lý ghi nhận phổ EDS 20 Hình 2.4: Nguyên lý máy chụp SEM 22 Hình 2.5 Thiết bị tiến hành phản ứng isome hóa n-hexan pha 28 khí Hình 4.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu (a) 15SF, (b) 30SF, (c) 35 45SF Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu (a) SF-0,1Al, (b)SF 37 0,15Al, (c)SF-0,25Al Hình 4.3 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu SF-0,1Al, SF- 38 0,15Al, SF-0,25Al Hình 4.4 Giản đồ TPD-NH3 mẫu SF-0,1Al 39 Hình 4.5 Phổ IR mẫu SF-0,1Al 40 Hình 4.6 Phổ EDX mẫu SF-0,1Al 41 DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Sản phẩm q trình đồng phân hóa n-hexan Sơ đồ 1.2: Đồng phân hóa crackinh parafin xúc tác axit Sơ đồ 1.3: Cơ chế đồng phân hóa n- parafin xúc tác lƣỡng chức Sơ đồ 1.4 Cơ chế hình thành 3MP 2MP Sơ đồ 1.5 Cơ chế hình thành 2,2DMB 2,3DMB 14 15 Sơ đồ 1.6 Cơ chế hình thành 3MP 15 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu MỞ ĐẦU Ngày nay, dầu mỏ khí tự nhiên tài nguyên chiến lược giữ vai trò quan trọng hoạt động kinh tế sống người Đối với Việt Nam, ngành dầu khí ngành cơng nghiệp trọng điểm góp phần to lớn vào nghiệp xây dựng phát triển đất nước, số tiền hàng năm ngành dầu khí đóng góp cho ngân sách nhà nước hàng nghìn tỷ đồng Chính tiến trình phát triển kinh tế - xã hội nói chung phát triển cơng nghiệp nói riêng, vấn đề cải tiến chất xúc tác yêu cầu thiết trình chuyển hóa hoạt động dầu khí Hầu hết mỏ dầu (cùng với khí đồng hành) khí thiên nhiên nước ta giàu hiđrocacbon n-parafin Cơng ty Dầu khí Việt Nam với đối tác nước khai thác khoảng 18-19 triệu dầu 6-7 tỉ mét khối khí thiên nhiên khí đồng hành Đồng phân hóa n-parafin thấp ngày đóng vai trị quan trọng, đặc biệt nhu cầu tăng trị số octan xăng Trong năm gần đây, yêu cầu bảo vệ môi sinh, tiêu thành phần hóa học xăng trở nên khắt khe quy mơ tồn cầu Liên minh Châu Âu đặt giới hạn hàm lượng hợp chất độc hại có khả gây độc hại xăng cho năm 2012 theo tiêu chuẩn Euro V là: lưu huỳnh 10 ppm, olefin 18%, benzen 1%, hiđrocacbon thơm 35% Vấn đề trở nên gay gắt hợp chất phụ gia chứa chì hồn tồn bị loại bỏ, cịn phụ gia tăng cường trị số octan hiệu dạng oxigenat MTBE hay ETBE, bị cấm sử dụng chất độc hại khả phân hủy chậm chúng mơi trường giá thành đắt Vì vậy, thay tăng cường hàm lượng hiđrocacbon parafin mạch nhánh xăng q trình đồng phân hóa n-parafin nhẹ trở nên thiết [8,9] Ở Hoa Kỳ tỉ phần sản phẩm đồng phân hóa xăng chiếm 11,6%, cịn Châu Âu tỉ lệ 5%, tăng cách nhanh chóng Đây tiền đề lớn cho việc phát triên quy trình đồng phân hóa n-ankan nhẹ phục vụ nhu cầu xăng sản phẩm có mức tăng trưởng cao Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu Hệ xúc tác sử dụng phổ biến công nghiệp Pt/-Al2O3 xúc tiến clo Xúc tác hoạt động nhiệt độ thấp (150oC) cho sản phẩm có số octan cao (do RON đạt cao từ 2-3 điểm) Tuy nhiên có mặt clo lại dễ phân hủy thành HCl độc hại, gây mòn thiết bị điều địi hỏi điều kiện cơng nghệ khắc nghiệt chế độ làm nguyên liệu vận hành Việc có mặt Clo hệ cịn đầu độc rây phân tử chất hấp phụ n-Parafin (trong quy trình tách nparafin kèm cơng nghệ đồng phân hóa số hãng lớn)[5] Những năm gần đây, có nhiều cơng trình ngồi nước nghiên cứu hệ chất xúc tác thay chất xúc tác truyền thống Qua nghiên cứu tìm hiểu, chúng tơi nhận thấy hệ xúc tác SO 42/Fe2O3.Al2O3 có nhiều đặc tính đáng quan tâm Đây siêu axit rắn đảm bảo yêu cầu phản ứng đồng phân hóa n-ankan nhiệt độ thấp trì độ bền xúc tác thân thiện với mơi trường Nghiên cứu ―Tổng hợp tính chất xúc tác Fe2O3 đƣợc biến tính Al 2O3 anion hóa phản ứng đồng phân hóa n-ankan‖ nhằm mở hướng việc sử dụng xúc tác cho trình isome hóa sản phẩm xăng nhẹ cung cấp sở cho hướng nghiên cứu sau Bản luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp thầy cơ, anh chị bạn Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu 3.1.3 Các xúc tác đƣợc tổng hợp Từ nguồn nguyên liệu với phương pháp điều chế, tổng hợp xúc tác SO42-/Fe2O3 biến tính với hàm lượng nhơm khác Các mẫu xúc tác trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Các mẫu xúc tác tổng hợp Kí hiệu STT Xúc tác Fe2O3 15% SO42-/Fe2O3 15SF 30% SO42-/Fe2O3 30SF 45% SO42-/Fe2O3 45SF 15%SO42-/Fe2O3-Al2O3(Fe:Al=1,9 : 0,1) SF-0,1Al 15%SO42-/Fe2O3-Al2O3(Fe:Al=1,85 : 0,15) SF-0,15Al 15%SO42-/Fe2O3-Al2O3(Fe:Al=1,75: 0,25) SF-0,25Al 31 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Các phƣơng pháp đặc trƣng tính chất xúc tác Tính chất cấu trúc hình thái xúc tác tổng hợp đặc trưng qua số phương pháp đo 4.1.1 Nhiễu xạ tia X a) Xúc tác x% SO42-/Fe2O3 - ảnh hưởng hàm lượng SO42- Mẫu Fe2O3 điều chế sunfat hóa với thành phần SO42- chiếm 15%, 30%, 45% khối lượng Các mẫu xúc tác SF kiểm tra phương pháp đo phổ nhiễu xạ tia X thể hình 4.1 (a),(b),(c) MẫuFe1,95Al0,05O3 Fe2O3- 5% SO4 VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau - 5%SO4 160 150 140 d=2.6956 130 d=2.5132 120 110 90 50 d=1.4838 60 d=1.8407 d=2.2003 70 d=1.5984 40 d=1.4513 80 d=1.6924 d=3.669 Lin (Cps) 100 30 20 10 10 20 30 40 50 60 2-T heta - Scale File: Hai-KhHOA-Fe1,95Al0,05-5%SO4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 ° C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/03/12 11:50:41 33-0664 (* ) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 85.18 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 32 70 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau Fe2O3-10%SO4 800 d=1.487 d=2.227 d=2.522 d=2.704 600 d=1.450 (b) 700 Lin (Cps) 500 400 300 200 100 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Tuyet K21 mau Fe2O3-10%.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° 01-089-8103 (C) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 88.76 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.02060 - b 5.02060 - c 13.71960 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau Fe2O3-SO4-15% 800 (c) 700 600 Lin (Cps) 500 400 300 200 100 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Hai CH Phap mau Fe2O3-SO4-15%.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: Hình 4.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu 33 70 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu a) 15SF, (b) 30SF, (c) 45SF Qua giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy, có mẫu xúc tác SF tổng hợp với thành phần SO42- chiếm 15% khối lượng xuất pha tinh thể -Fe2O3 với góc quét 2θ đặc trưng 24,2o; 33,2o; 35,6o; 49,4o; 54o; 57,5o; 62,4o; 63o, mẫu xúc tác 30SF, 45SF có điều kiện tổng hợp với thành phần KL sunfat thay đổi lên tới 30%, 45% khả kết tinh kém, pha -Fe2O3 xuất không rõ, đường mẫu xuất nhiều tín hiệu nhiễu Điều giải thích có mặt gốc sunfat với hàm lượng lớn làm ảnh hưởng tới hình thành pha hematite Fe2O3, làm thay đổi cấu trúc pha dẫn đến làm giảm độ bền xúc tác Pha tinh thể -Fe2O3 sunfat hóa đạt hiệu tăng cường tính axit thành phần % anion nhỏ 30% khối lượng b) Xúc tác 15% SO42-/yFe2O3 –zAl2O3 ảnh hưởng hàm lượng Al Xúc tác 15SF lựa chọn để biến tính kim loại Al theo tỉ lệ Fe:Al (a) 1,9:0,1;(b) 1,85:0,15;(c) 1,75:0,25 tương ứng với thành phần khối lượng nhôm mẫu xúc tác 1,77%; 2,7%; 4,8% Phổ XRD chúng thể hình 3.2 (a, b, c) VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Fe1,9Al0,1O3 - 5%SO4 160 150 (a) 140 d=2.6954 130 120 d=2.5116 110 90 50 d=1.4847 d=2.2046 60 d=1.8377 70 d=1.4491 80 d=1.6919 d=3.681 40 d=1.5953 Lin (Cps) 100 30 20 10 10 20 30 40 50 60 2-T heta - Sc ale File: Hai-K hHOA -Fe1,9Al0,1-5% S O4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - S tep: 0.030 ° - S tep time: 2.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - A node: Cu - Creation: 07/03/12 15:33:41 33-0664 (* ) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y : 83.42 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 34 70 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Fe1,85Al0,15O3 - 5%SO4 160 150 d=2.6936 140 130 (b) d=2.5086 120 d=3.679 110 90 70 d=1.5968 50 d=1.4810 d=2.2024 60 d=1.4485 d=1.6899 80 d=1.8338 Lin (Cps) 100 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 2-T heta - Scale File: Hai-KhHOA-Fe1,85Al0,15-5%SO4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 ° C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/03/12 14:24:03 33-0664 (* ) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 91.78 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Fe1,75Al0,25O3 - 5%SO4 160 150 (c) 140 d=2.6951 130 120 110 d=2.5138 90 d=1.6916 d=3.679 80 d=8.708 70 40 30 d=1.4486 d=1.4829 d=1.5970 50 d=1.8429 60 d=2.2000 Lin (Cps) 100 20 10 10 20 30 40 50 60 2-T heta - Sc ale File: Hai-K hHOA -Fe1,75A l0,25-5% S O4.raw - Type: 2Th/Th locked - S tart: 10.000 ° - E nd: 70.000 ° - S tep: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 ° C (Room) - A node: Cu - Creation: 07/03/12 13:36:12 33-0664 (* ) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y : 89.83 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu (a) SF-0,1Al, (b)SF-0,15Al, (c)SF-0,25Al 35 70 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu Trên giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xúc tác SF-0,1Al, SF-0,15Al, SF0,25Al cho thấy mẫu kết tinh tương đối tốt, đường phẳng, gần khơng có mặt pha vơ định hình Tất xúc tác có cực đại pic nhiễu xạ ứng với góc quét 2θ = 24,2o; 33,2o; 35,6o; 49,4o; 54o; 57,5o; 62,4o; 63o góc quét đặc trưng cho cấu trúc tinh thể -Fe2O3 (với d104 2θ = 33,2 o) Điều chứng tỏ pha alpha với tinh thể mặt thoi lục giác hình thành xúc tác SF-0,1Al, SF-0,15Al, SF-0,25Al Pic nhiễu xạ pha Al2O3 mẫu SF0,1Al, SF-0,15Al, SF-0,25Al không thấy xuất giản đồ, chứng tỏ Al2O3 phân tán tốt Fe2O3 Như vậy, việc biến tính kim loại SO42-/ Fe2O3 hàm lượng Al thêm vào nhỏ 5% khối lượng hồn tồn phù hợp 4.1.2 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Ảnh SEM mẫu xúc tác 15%SO42-/yFe2O3-zAl2O3 thể hình 3.3 SF-0,1Al SF-0,15Al SF-0,25Al Hình 4.3 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu SF-0,1Al, SF-0,15Al, SF-0,25Al Ảnh SEM mẫu xúc tác SF-0,1Al, SF-0,15Al SF-0,25Al cho thấy hạt -Fe2O3 thu tương đối đồng đều, có cấu trúc tinh thể kích thước hạt khoảng 40 ÷ 50nm Kích thước hạt trung bình tính theo phương trình Sherrer mặt phản xạ (104) t = 40 nm, hoàn toàn phù hợp với kết SEM 36 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu  K = 0,89 t K  B  cos  B   =0,15406 nm  B = (34 - 32)*π/180 = 0.0349 Ở góc sử dụng tính tốn ứng với píc có cường độ lớn 2θ = 33,2 o ứng với mặt phản xạ (104) Kết thu t = 40 nm, hoàn toàn phù hợp với kết SEM 4.1.3 Đo hấp phụ giải hấp NH3 (TPD-NH3) Xúc tác SF-0,1Al xác định lực axit phân bố hàm lượng tâm axit tương ứng qua trình hấp phụ giải hấp NH3 theo chương trình nhiệt độ Kết thể hình 3.4 Hình 4.4 Giản đồ TPD-NH3 mẫu SF-0,1Al Qua giản đồ TPD-NH3 ta thấy mẫu SF-0,1Al có loại tâm axit: yếu, trung bình, mạnh, tương ứng với nhiệt độ giải hấp tmax khác Kết tổng hợp bảng 4.2 Bảng 4.1 Các đặc trưng xúc tác thu từ giản đồ TPD-NH3 37 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu Nhiệt độ cực đại Loại tâm axit ml NH3/g xúc tác 162,3 Yếu 0,97103 224,3 Trung bình 6,26478 432,4 Mạnh 2,42915 550,2 Mạnh 0,34609 pic (oC) Có thể kết luận xúc tác SF-0,1Al axit có lực axit khác nhau, điều giải thích tâm Lewis tạo loại axit trung bình, tâm Bronsted tạo loại axit mạnh Sự có mặt loại tâm axit đặc biệt tâm axit mạnh sở để xác nhận xúc tác tổng hợp siêu axit rắn đó, chúng có khả làm xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa n-parafin nhẹ nhiệt độ thấp 4.1.4 Phƣơng pháp phổ IR [2,6,7,11,23] Kết đo phổ hồng ngoại mẫu SF-0,1Al thể hình 3.5: BO M ON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 12/7/2012 Ten mau: Hieu K51B Nguoi do: Phan Thi Tuyet M 85.0 80 773 75 747 710 70 1335 65 1455 60 476 55 1615 50 45 %T 1203 40 1078 1133 35 30 3400 25 20 15 554 10 0.0 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 cm-1 Hình 4.5 Phổ IR mẫu SF-0,1Al Qua phổ hồng ngoại mẫu xúc tác SF-0,1Al ta thấy có dải phổ sau: 38 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu - Phổ hồng ngoại mẫu xúc tác SF-0,1Al thể dải hấp thụ rộng gần vị trí 3400 cm-1, đặc trưng cho dao động hóa trị υOH nước hấp phụ vật lý liên kết vật liệu - Vùng sóng 710÷780 cm-1, 476 cm-1 554 cm-1 xuất rõ ràng đặc trưng cho dao động biến dạng pha tinh thể Fe2O3 - Vùng sóng 1203 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị đối xứng liên kết S=O - Vùng 1133 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị bất đối xứng O=S=O - Vùng 1045 cm-1 đặc trưng cho dao động liên kết Fe-O-S 4.1.5 Phổ EDX [11,15,17,18] Thành phần nguyên tố mẫu xác định thông qua phổ tán xạ lượng EDX Chúng tiến hành đo phổ EDX mẫu SF-0,1Al nhằm khẳng định tỉ lệ Al mang vật liệu Fe2O3 Kết biểu diễn hình 4.6 Hình 4.6 Phổ EDX mẫu SF-0,1Al Phổ EDX cho thấy có mặt hai kim loại Al Fe mẫu xúc tác SF-0,1Al Thành phần Al SF-0,1Al 1,8% khối lượng Fe2O3 Kết sát so với giá trị tính tốn 1,77% tổng hợp 39 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu 4.2 Đánh giá hoạt tính xúc tác qua phản ứng đồng phân hóa n-hexan Mẫu xúc tác SF-0,1Al sau tổng hợp đánh giá hoạt tính phản ứng đồng phân hóa n-hexan theo phương pháp dòng nhiệt độ phản ứng: 150 oC, 200 oC, 250 oC [23] Điều kiện phản ứng [7]: - Thời gian tiến hành phản ứng: - Tốc độ thể tích: 2h-1 Sản phẩm phản ứng phân tích máy GC-MS Kết thu được tổng hợp bảng 3.3 Bảng 4.2 Tỉ lệ sản phẩm phản ứng đồng phân hóa n-hexan mẫu xúc tác SF-0,1Al Nhiệt độ 150 oC 200 oC 250 oC 0,714 1,611 xiclohexan 7,712 2,682 3,784 Sản phẩm khác 2,187 2,689 39,04 n-hexan 89,388 93,018 56,117 Độ chuyển hóa (%) 10,61 6,98 43,88 Độ chọn lọc (%) 6,73 23,07 71,41 161,03 Sản phẩm Isopentan Metylxiclopentan Hiệu suất sản phẩm (%) (*) : sản phẩm iso- pentan gồm 2-metyl-pentan 3-metyl-pentan Dựa vào bảng 4.2 thấy nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác Khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 150 oC lên 250 oC độ chuyển hóa giảm từ 10,61% xuống 6,98%, độ chọn lọc lại tăng đáng kể từ 6,73% lên 23,07% Tuy nhiên, nhiệt độ phản ứng tăng lên 250 oC khơng thấy xuất sản phẩm đồng phân hóa isopentan, độ chuyển hóa tăng từ 6,98% (tại 200 oC) lên 43,88% 40 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu sản phẩm cracking chiếm hàm lượng cao Điều giải thích sau: phản ứng đồng phân hóa tỏa nhiệt nhẹ, không thuận lợi tăng nhiệt độ; phản ứng cracking thu nhiệt mạnh thuận lợi tăng nhiệt độ Từ kết thu cho thấy, nhiệt độ vùng 150÷200 oC, đặc biệt 200oC, vùng nhiệt độ thuận lợi nhât cho phản ứng đồng phân hóa với xúc tác SF0,1Al Với nhiệt độ 250oC, xúc tác thể hoạt tính với phản ứng cracking với độ chọn lọc sản phẩm cracking lên tới 16,8% Trong phản ứng đồng phân hóa n-hexan nghiên cứu ta thấy, bên cạnh sản phẩm q trình đồng phân hóa cịn có metylxiclopentan [phụ lục] sản phẩm phản ứng đehiđro hóa đóng vịng ba nhiệt độ 150 oC, 200oC, 250oC Như vậy, loại tâm axit cần thiết giai đoạn q trình đồng phân hóa gồm có proton hóa, tạo vịng, cắt mở vịng tạo liên kết, đồng phân hóa cacbocation trung gian Ngoài ra, nhiệt độ phản ứng 150 oC sản phẩm cịn có xuất isopentan, 2,2,3-trimetyl-butan (C7)[phụ lục] Do đó, nói q trình đồng phân hóa n-hexan xúc tác SF-0,1Al có kèm theo q trình cracking đồng phân hóa lưỡng phân tử tạo sản phẩm phân nhánh cần thiết việc nâng cao trị số octan cho xăng việc giảm hàm lượng hiđrocacbon thơm xăng Đây minh chứng cho thấy tính ưu việt xúc tác SF-0,1Al với tâm axit yếu trung bình phù hợp với q trình alkyl hóa lưỡng phân tử, tâm axit mạnh thực cracking đồng phân hóa [13] Như vậy, kết nghiên cứu bước đầu cho thấy, với tâm axit mạnh, xúc tác SF-0,1Al có khả xúc tác tốt cho phản ứng đồng phân hóa n-hexan 41 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu KẾT LUẬN Luận văn đề mục tiêu nghiên cứu chế tạo xúc tác có hoạt tính cao phản ứng đồng phân hóa phân đoạn xăng nhẹ Với bước đầu nghiên cứu phản ứng đồng phân hóa n-hexan, chúng tơi đạt số kết sau: Đã tổng hợp phương pháp tổng hợp hai giai đoạn hệ xúc tác x% SO42-/Fe2O3 ( x= 15, 20, 35, 45%) hệ xúc tác biến tính bở Al với hàm lượng khác nhau, 15% SO42-/yFe2O3-zAl2O3 (y:z = 1,9:0,1; 1,85:0,15; 1,75:0,25), Các mẫu xác tác đặc trưng số phương pháp vật lí đại: XRD, IR, SEM, TDP-NH3, EDX Kết cho thấy tổng hợp thành công xúc tác siêu axit x% SO42-/yFe2O3-zAl2O3 với hàm lượng SO42- phù hợp 30% hàm lượng Al 5% Xúc tác thu có kích thược hạt đồng với đường kính khoảng 40nm có chứa loại tâm axit: tâm axit yếu, tâm axit trung bình tâm axit mạnh Qua kiểm tra, đánh giá hoạt tính xúc tác SO42-/Fe2O3-Al2O3 phản ứng đồng phân hóa n-hexan cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng tới q trình đồng phân hóa  Nhiệt độ vùng 150÷200oC thuận lợi cho q trình đồng phân hóa n-hexan Đặc biệt 200oC, độ chọn lọc cho sản phảm iso lên tới 23,07 %  Tại nhiệt độ 250oC xúc tác thể hoạt tính cho phản ứng cracking n-hexan với độ chuyển hóa 43,88% độ chọn lọc sản phẩm cracking 16,80% (độ chọn lọc sản phẩm iso 0%) Kết không tốt cho định hướng ưu tiên phản ứng đồng phân hóa lại mở triển vọng cho hướng nghiên cứu vật liệu xúc tác cho trình cracking thời gian tới 42 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Lê Công Dưỡng (2004), Kỹ thuật phân tích cấu trúc tia Rơnghen, Nxb KHKT, tr.15-18 PGS.TS Trần Thị Đà( Chủ Biên)- GS.TS Nguyễn Hữu Đĩnh (2007), Phức chất Phương pháp tổng hợp nghiên cứu cấu trúc, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, tr 156-162 Trần Thị Như Mai Hóa học dầu mỏ, Phần II: Giáo trình dành cho sinh viên năm thứ tư Ngành hóa học Cơng nghệ hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, tr 196-201 Nông Hồng Nhạn (2007), Tổng hợp, đặc trưng hoạt tính xúc tác SO42/ZrO2-Al2O3, Khóa luận Tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Nguyễn Hữu Phú, Vũ Anh Tuấn (1997),"Isome hoá - buten thành isobuten chất xúc tác AlPO-11, SAPO-11 Zr-SAPO-11", Tạp chí Hố Học, T.35 (4), tr 6-8 Nguyễn Hữu Phú (2008), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nxb KHKT, tr 122-131 Nguyễn Hữu Phú (2007), "Vật liệu nano mao quản: trạng, thách thức triển vọng", Hội nghị xúc tác hấp phụ toàn Quốc IV, tr 77-82 Hồ Sĩ Thoảng, Lưu Cẩm Lộc (2007), Chuyển hóa hiđrocacbon cacbon oxit hệ xúc tác kim loại oxit kim loại, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Ngô Thị Thuận, Phạm Xuân Núi (2006), "Nâng cao hoạt tính xúc tác độ bền zirconi sunfat hóa có chứa nhơm", Tạp chí Hố học, 44 (6), tr 625-631 10 Ngơ Thị Thuận, Phạm Xuân Núi, Nông Hồng Nhạn (2008), "Tổng hợp đặc trưng xúc tác SO42-/Al2O3-ZrO2 cấu trúc mao quản trung bình", Tạp chí Hóa học, T 46 (3), tr 314-319 43 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu 11 Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương pháp vật lý ứng dụng hoá học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, tr 157-158 12 Phạm Đình Trọng (2009), Nghiên cứu đặc trưng hoạt tính xúc tác vật liệu mao quản trung bình biến tính, Khóa luận Tốt nghiệp, Đại học Khoa học Tự nhiên, tr 34-57 13 Hoàng Trọng Yêm, Dương Văn Tuệ, Nguyễn Đăng Quang, Trịnh Thanh Đoan (2000), Hoá học Hữu T.2, T.3, Nxb KHKT,tr.71-95 TIẾNG ANH 14 A Auroux (1997), Top Catal., 4, p 71 15 A Galarneau, N Cambon, F Di Renzo, R Ryoo, M Choi, and F Fajula (2003), " Lithiation mechanism of new electrode material for lithium ion cells—the a-Fe2O3–SnO2 binary system", New Journal of Chemistry, 27(1), pp 73-79 16 A Vinu, V Murugesan, W Böhlmann, M Hartmann (2004), J Phys Chem B 108, p 11496 17 A Vinu, D.P Sawant, K Ariga, V Hartmann, S.B Halligudi (2005), Mesoporous Materials, 80, p 195 18 A.V Ivanov, L.M Kustov (1998), Russ Chem Bull., 47, p 1061 19 A.V Ivanov et al (2002), "Isomerization of n-alkanes on Pt/WO3-SO4/ZrO2 systems", Catalysis Today, 73, pp 95-103 20 B Dragoi et al (2009), " Catalytic Applications of Sulfate Grafted Fe2O3-ZrO2 Nanocomposite Oxides for Solvent Free Fine Chemical Synthesis ", Microporous and Mesoporous Materials, 121, pp 7-17 21 Meyers R A (1996), Handbook of Petroleum refining Processes, M.C Graw Hill Book Company, Inc, pp 178-189 22 John Willey & Son, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol 11 44 Vũ Thị Tuyết Hóa dầu xúc tác hữu 23 Tamara Adzamic, Marko Muzic, Zoran Adzamic, Katica Sertic Bionda (2011), Isomerization of n-hexane on Fe2O3/SO4 catalyst, Original Scientific Paper 45 ... HÀ N? ??I TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI? ?N - VŨ THỊ TUYẾT NGHI? ?N CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT XÚC TÁC CỦA Fe 2O3 ĐƢỢC BI? ?N TÍNH BẰNG Al2O3 VÀ ANION HĨA TRONG PH? ?N ỨNG ĐỒNG PH? ?N HĨA N- ANKAN. .. trình đồng ph? ?n hóa n- ankan [10] 1.2.1 Ph? ?n loại xúc tác q trình đồng ph? ?n hóa n- ankan Xúc tác sử dụng cho q trình đồng ph? ?n hóa xúc tác mang tính axit để thúc đẩy ph? ?n ứng tạo cacbocation Q... Hóa dầu xúc tác hữu KẾT LU? ?N Lu? ?n v? ?n đề mục tiêu nghi? ?n cứu chế tạo xúc tác có hoạt tính cao ph? ?n ứng đồng ph? ?n hóa ph? ?n đo? ?n xăng nhẹ Với bước đầu nghi? ?n cứu ph? ?n ứng đồng ph? ?n hóa n- hexan, đạt