Hóa lý silicat: Giới thiệu về zeolite

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MƠN: HĨA LÝ SILICATE ZEOLITE GVHD: HỒ THỊ NGỌC SƯƠNG SV THỰC HIỆN: NHÓM THÀNH VIÊN NHÓM TRẦN VĂN THÁI 2004160349 LÊ THỊ Y THOA 2004160362 LÊ THỊ CẨM TIÊN 2004160182 LÊ THỊ PHI YẾN 2004160224 VÕ NGUYỄN TƯỜNG ANH 2004160240 NỘI DUNG I NGUỒN GỐC, KHÁI NIỆM II CẤU TẠO, CẤU TRÚC III PHÂN LOẠI IV TÍNH CHẤT ZEOLITE V NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ZEOLITE VI QUY TRÌNH SẢN XUẤT ZEOLITE VII ỨNG DỤNG ZEOLITE I NGUỒN GỐC • Năm 1756, Le Bron Bronstedt nhà khoáng học người Thụy Điển phát Zeolite • 1944, Barrer Ibbitson hiệu ứng “rây phân tử” cho phép tách n-parafin iso-paraffin • Zeolite khám phá từ lâu, nhiên năm 60 kỷ thước, zeolite nghiên cứu sâu sắc khám phá nhiều ứng dụng hữu ích đa dạng I KHÁI NIỆM • Zeolite aluminosilicat tinh thể có cấu trúc khơng gian ba chiều với hệ thống lỗ xốp đồng trật tự • Zeolite tạo thành nhôm thay cho số nguyên tử silic mạng lưới tinh thể silic oxit kết tinh • Để tạo nên tinh thể zeolite, tứ diện SiO2 AlO2 liên kết với qua nguyên tử oxi II CẤU TẠO • Zeolite cấu tạo từ mạng lưới ba chiều tứ diện SiO4 liên kết không gian chiều tạo thành khối đa diện, số nguyên tố Si thay nguyên tử Al tạo thành khối tứ diện AlO4 II CẤU TẠO • Cơng thức tổng quát Zeolite: (M+)x.(AlO2)x.(SiO2)y.zH2O Trong đó: M cation bù trừ điện tích khung; z số phân tử nước kết tinh Zeolite x, y tỉ lệ SiO2/Al2O3 • Ví dụ: Zeolite A: Na12[(AlO2)12.(SiO2)12] Zeolite X: Na86[(AlO2)86.(SiO2)106].260H2O Zeolite Y: Na56[(AlO2)56.(SiO2)136].260H2O II CẤU TRÚC • Zeolite có cấu trúc tinh thể, khác mạng tinh thể loại zeolite điều kiện tổng hợp, thành phần nguyên liệu, trao đổi cation kim loại vị trí nút mạng tạo nên • Zeolite hình thành dựa đơn vị cấu trúc MO4 tứ diện silica [SiO4]4- tứ diện alumina [AlO4]5- liên kết với qua đỉnh oxy chung Các đơn vị cấu trúc sơ cấp giống loại zeolite (Tâm silic nhôm, đỉnh oxi) II CẤU TRÚC Cấu trúc sơ cấp zeolite Tứ diện [SiO4] Tứ diện [AlO4]- III PHÂN LOẠI • Theo nguồn gốc +Zeolite tự nhiên: có 56 loại, có đá lớp tro núi lửa phản ứng với nước ngầm có tính kiềm +Zeolite tổng hợp: có 200 loại, độ tinh khiết cao, thành phần đồng nên phù hợp nghiên cứu ứng dụng công nghiệp b Tính xúc tác Nhờ vào tính chất trao đổi ion để hình thành tâm axit Quá trình hình thành tâm axit: • Các ion Na+, Mg2+ hay proton trung hịa điện tích thành tâm axit Bronsted b Tính xúc tác • Khi tiến hành xử lý nhiệt khoảng nhiệt 400C-500C xuất tâm axit Lewis • Các tâm axit tạo nên hoạt tính xúc tác • Tỷ lệ Si/Al tăng số tâm axit giảm, độ bền tâm axit tăng • Ở vị trí khác nhau, độ linh động proton khác độ axit khơng đồng c Tính hấp phụ  Quá trình hấp phụ zeolite xảy chất hấp phụ khuếch tán vào mao quản zeolite  Zeolite hấp phụ tốt chất mao quản zeolite có đường kính động học khơng nhỏ đường kính động học phân tử chất bị hấp phụ c Tính hấp phụ  Khả hấp phụ phụ thuộc vào chất phân tử bị hấp phu, kích thước mao quản yếu tố áp suất, nhiệt độ,…  Zeolite hấp phụ lượng lớn nước, đốt nóng, nước tách mà khơng ảnh hưởng cấu trúc khung Và môi trường ẩm, zeolite lại hút nước d Tính chọn lọc có hình dạng  Chọn lọc hình dạng điều khiển theo kích thước hình dạng phân tử khuếch tán vào khỏi hệ thông mao quản  Ba hình thức chọn lọc hình dạng chủ yếu zeolite: Chất HC trung phản ứng gian Sản phẩm V NGUN LIỆU SẢN XUẤT • Nguồn nhơm: Nhơm oxit, nhơm hidroxit, muối nhơm, • Nguồn silic: Cao lanh, siloxan, silicagel, • Chất khống hóa: Natri hydroxit, amino hydroxit, axit flohydric, • Chất định hướng cấu trúc: Các amine, rựu, cation kim loại, • Dung mơi nước VI QUY TRÌNH SẢN XUẤT Kaolinite T = 9000C, t = 2h Metakaolinite T = 6000C, t = 1h Dd Na2SiO3 Dạng rắn vô định hình Kết tinh thủy nhiệt Lọc chân khơng, rửa đến pH trung tính Gel aluminoslicat T = 950C, t = 4h Mầm tinh thể Kết tụ mầm tinh thể Zeolite 4A Để khô qua đêm, sấy 800C, t = 4h VII.ỨNG DỤNG Phân tích độ ẩm HĨA PHÂN TÍCH Dùng làm thị màu chân không Làm cột phân tích sắc ký khí hấp phụ VII.ỨNG DỤNG Tách C2H2 khỏi butadien, khơng khí lỏng Các q trình tách Tách NO khỏi khí chất lỏng Làm khô chất lỏng Tách dầu khỏi khí nén Tách CO khỏi He H2 VII.ỨNG DỤNG Những cation kim loại bị tách khỏi nước thải: Cu2+, Nh+4 , Pb2+, Zn2+, 2+ 3+ 2+ 2+ 3+ 3+ 2+ Hg , Fe , Cd , Ca , Cr , Al , Cs , TRAO ĐỔI Sr2+ ION Được trao đổi với Ag tạo thành NaAAg, giải lượng nhỏ nước gặp nạn biển VII.ỨNG DỤNG Làm chất xúc tác Làm chất xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa C5,C6 nhằm nâng cao số octan Làm chất xúc tác cho trình Cracking, dehydro, dehydrat: xúc tác cho phản ứng phân hủy N2O, oxy hóa hợp chất thơm Dùng làm chất mang cho loại xúc tác khác VII.ỨNG DỤNG • Sản xuất chất tẩy rửa • Chất làm khơ tách chiết • Ứng dụng trồng trọt chăn ni • Ứng dụng y học Ứng dụng zeolite trồng trọt CÂU HỎI CỦNG CỐ CÂU Zeolite gì? A Zeolite aluminosilicat tinh thể có cấu trúc khơng gian đa chiều với hệ thống lỗ xốp đồng trật tự B Zeolite aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian ba chiều với hệ thống lỗ xốp không đông đồng trật tự C Zeolite aluminosilicat tinh thể có cấu trúc khơng gian ba chiều với hệ thống lỗ xốp đồng trật tự CÂU HỎI CỦNG CỐ CÂU Zeolite cấu tạo từ tứ diện A [SiO4]4- Al2O3 liên kết với qua đỉnh oxy dùng chung B [SiO4]4- [AlO4]5- liên kết với qua đỉnh oxy chung C [SiO4]4- [AlO4]5- liên kết với qua đỉnh silic dùng chung ... - Å) zeolite A, P + Zeolite mao quản trung bình (4,5 - Å) zeolite ZSM-5 + Zeolite mao quản rộng (7 - 15 Å) zeolite X, Y III PHÂN LOẠI • Theo thành phần hóa học + Zeolite giàu Si: Loại zeolite. .. IV TÍNH CHẤT ZEOLITE V NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ZEOLITE VI QUY TRÌNH SẢN XUẤT ZEOLITE VII ỨNG DỤNG ZEOLITE I NGUỒN GỐC • Năm 1756, Le Bron Bronstedt nhà khoáng học người Thụy Điển phát Zeolite • 1944,... cấu trúc mao quản: + Zeolite có hệ thống mao quản chiều + Zeolite có hệ thống mao quản chiều + Zeolite có hệ thống mao quản chiều III PHÂN LOẠI • Theo đường kính mao quản + Zeolite mao quản nhỏ