Ưu điểm của chất xúc tác zeolit/MQTB là có đường kính mao quản rộng, cho phép các phân tử lớn dễ dàng khuếch tán vào trong mao quản để tham gia phản ứng.
Để khảo sát ảnh hưởng của kích thước mao quản đến hoạt tính xúc tác chuyển hoá các phân tử có kích thước khác nhau, n-Hexan có kích thước động học phân tử 4,3 Å và phân tử Tri – isopropylbenzen (TIPB) có kích thước động học phân tử 8,5 Å
đã được chọn làm nguyên liệu cho quá trình cracking.
Kết quả cracking n-Hexan và TIPB trên hệ vi dòng sử dụng các chất xúc tác HY, Nano-meso Y, HZSM-5 và Nano-Meso ZSM-5 được thể hiện trên hình 3.31 và 3.32. Điều kiện phản ứng:
- Cracking n-hexan: nhiệt độ phản ứng: 4800C, lượng xúc tác 0.2g, tốc độ dòng 2 l/h - Cracking TIPB: nhiệt độ phản ứng: 5200C, lượng xúc tác 0.3g, tốc độ dòng 1 l/h.
Hình 3.31 cho thấy độ chuyển hoá của n-hexan trên các xúc tác được sắp xếp theo thứ tự giảm dần vềđộ chuyển hóa như sau:
HZSM-5 > NM-ZSM-5 > HY > NM-Y
Kết quả này có thểđược giải thích dựa vào 2 yếu tố là độ axit và bản chất cấu trúc của vật liệu. n-hexan có kích thước 4,3 Å, nhỏ hơn tất cả các kích thước mao quản của các vật liệu khảo sát. Zeolit HZSM-5 có kích thước mao quản trung bình khoảng 5.5 Å, là gần nhất so với n-hexan. Hơn thế nữa, vật liệu này có độ axit mạnh hơn so với zeolit HY nên khả năng xúc tác là tốt nhất. Vật liệu NM-ZSM-5 tuy cũng có độ axit mạnh nhưng vì có thêm hệ MQTB và MQTBTrấu nên khi đó các phân tử n-hexan đi vào có thể không được tiếp xúc với các tâm axit nên không được tham gia phản ứng chuyển hóa. Hơn thế nữa, cấu trúc MQTB của NM-ZSM-5 cũng
là một yếu tố thuận lợi về mặt không gian cho các sản phẩm của quá trình cracking tham gia phản ứng thứ cấp tạo cốc, dẫn đến làm cho độ chuyển hóa của phản ứng bị
giảm sau khi tiếp tục diễn ra ở các khoảng thời gian sau đó. Vật liệu NM-Y có độ
axit yếu hơn NM-ZSM-5 (vì bản chất độ axit của zeolit Y yếu hơn của zeolit ZSM- 5), nên dẫn tới độ chuyển hóa của phản ứng cracking n-hexan trên vật liệu này không bằng so với NM-ZSM-5. Hơn nữa cũng làm cho độ chuyển hóa bị giảm nhanh hơn so với NM-ZSM-5.
Trong phản ứng cracking với phân tử TIPB có kích thước 8,3 Å (hình 3.32), ta thấy khả năng xúc tác của NM-ZSM-5 và NM-Y là vượt trội so với HZSM-5 và HY. Sự chênh lệch về khả năng chuyển hoá TIBP trên xúc tác NM-ZSM-5 và NM- Y so với H-ZSM-5 và HY là rất lớn. Điều này được giải thích là do vật liệu NM- ZSM-5 và NM-Y trong cấu trúc có tồn tại hệ thống MQTBTrấu và hệ MQTB của MCM-41 có kích thước lớn nên dễ dàng cho phép các phân tử TIPB khuếch tán vào trong các hệ MQTB để tương tác với các tâm axit, không những thế các sản phẩm trung gian có kích thước nhỏ hơn còn có thể khuếch tán vào hệ thống vi mao quản
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thời gian phản ứng (phút) Độ ch u y ể n hóa ( % ) HZSM-5 NM-ZSM-5 HY NM-Y
Hình 3.31: Đồ thị biểu diễn độ chuyển hoá n-hexan trong
trên thành vật liệu để tiếp tục tham gia phản ứng cracking tạo các phân đoạn nhỏ
hơn.
Trong khi đó, với kích thước 8,3 Å thì các phân tử TIPB khó có thể khuếch tán vào bên trong hệ thống vi mao quản của HZSM-5 kích thước 5,5 Å và HY kích thước 7,4 Å nên phản ứng chỉ xảy ra chủ yếu trên bề mặt ngoài của HZSM-5 và trong hệ thống MQTBTrấu, làm độ chuyển hoá của TIBP trên chất xúc tác HZSM-5 và HY thấp hơn so với NM-ZSM-5 và NM-Y.