III. DANH SÁCH CÁC BẢNG
2. Tổng quan về vật liệu aluminophotphat
3.4. Ứng dụng của SAPO-5
SAPO-5 được sử dụng làm chất xúc tác dị thể vì nó có độ bền nhiệt cao và các khung mạng tinh thể thẳng với kích thước lớn, ngăn ngừa sự tạo cốc.
SAPO-5 và các hợp chất biến tính (Me-AlPO-5, SAPO-5, Me-SAPO-5) được sử dụng làm chất xúc tác, chất nền; hiện nay đã tìm ra và phát triển chúng với những ứng dụng mới như: hợp chất màng, cảm biến, chất quang học…
Những ưu điểm khi sử dụng SAPO-5 làm chất mang hay chất nền cho phản ứng craking có thể kể đến là [12, 15]:
+ Hình thái và kích thước tinh thể của vật liệu tạo điều kiện cho sự khuếch tán, điều tiết các phản ứng trong xúc tác.
+ Diện tích bề mặt lớn và độ bền nhiệt cao
+ Lỗ xốp sắp xếp đồng đều nên có độ chọn lọc của bản than pha nền rất cao Các ion nằm trong khung mạng SAPO-5 có thể được trao đổi bởi ion dương khác để tạo ra tính axit hay oxihóa khử. Điều này làm cho phép biến tính chất nền thành một chất nền có khả năng định hướng cho nhiều phản ứng mong muốn khác nhau, thậm chí thay thế một phần cho xúc tác. Cụ thể SAPO-5 còn được sử dụng là xúc tác cho nhiều phản ứng như: cracking các hydrocacbon, isome hóa olefin và alkyl hóa [11, 17, 18, 26, 40]
Ví dụ trong phản ứng cracking, tỷ lệ olefin/parafin luôn được quan tâm, ngoài ý nghĩa thương mại nó còn góp phần làm sáng tỏ cơ chế phẩn ứng. Các paraphin được hình thành trong quá trình cracking theo phản ứng chuyển dịch hydrua. Cơ chế phản ứng chuyển dịch ion hydrua gồm những bước :
1. Proton hóa olefin ở các tâm Bronstet, tạo thành ion cacbenium. 2. Chuyển dịch hydrua từ chất cho đếnmột ion cacbenium tạo parafin. 3. Giải hấp phụ chất cho hydro trên.
Phản ứng chuyển dịch hydrua là phản ứng lưỡng phân tử nên cần những tâm axit gần nhau. Vậy khi mật độ các tâm axit thấp làm cho tốc độ phản ứng này giảm và olefin ít bị chuyển thành parafin hơn. Ngoài ra còn có thể khi giảm mật độ tâm axit sẽ làm giảm độ chuyển hóa hydrua [9].
Khi đi từ SAPO-5 có hàm lượng Si từ thấp đến cao, mật độ tâm axit tăng nên tỷ lệ olefin/parafin giảm. Điều này phù hợp với giải thích ở trên vì khi tăng hàm lượng Si thì mật độ tâm axit tăng. Đối với những mẫu SAPO – 5 có hàm lượng Si
lớn hơn 10%, số tâm axit không tăng nhưng nhưng tập trung ở biên, chúng gần nhau hơn.
Tỷ lệ olefin/paraphin trong sản phẩm crackinh n-hecxan trên xúc tác ZSM-5 là 0,5. Trong khi đó đối vớicác mẫu SAPO-5 tỷ lệ này luôn lớn hơn 1 trong cùng một chế độ phản ứng. Người ta thường dùng tỷ lệ o/p để đánh giá mức độ phản ứng chuyển dịch hydrua. ZSM-5 có đường kính mao quản khoảng 5,3Ao, nhỏ hơn nhiều so với SAPO-5 là 7,3Ao. Như vậy với hai vật liệu quan sát trên yếu tố không gian không ảnh hưởng nhiều mà quyết định tỷ lệ o/p trong sản phẩm là mật độ tâm axit. Nên trong xúc tác FCC người ta dùng các chất nền nhằm phân tán các tâm axit để tăng tỷ lệ o/p trong sản phẩm phản ứng.
Tỉ lệ hydrocacbon nhẹtrong sản phẩm crackinh cũng được quan tâm ở đây. Khi đi từ SAPO-5 có hàm lượng silic thấp đến cao thì tỷ lệ này tăng. Kết quả này được xem là do sự chênh lệch về năng lượng bề mặt của SAPO-5 tăng khi đi từ hàm lượng silic thấp đến cao [9].
Độ mạnh axit càng tăng càng làm nhanh giảm hoạt tính xúc tác. Điều này phù hợp với nhiều tài liệu đã công bố. Theo một số tác giả bên cạnh những tâm axit mạnh là những tâm bazơ yếu. Các ion cacbenium bị hấp phụ trên các tâm bazơ và trước khi giải hấp phụ đã tách một proton cho các tâm này. Như vậy, nếu tâm axit càng mạnh thì tâm bazơ bên cạnh càng mạnh và thời gian bị giữ lại của các ion cacbenium khi hấp phụ càng dài. Do đó nó càng dễ có điều kiện để xảy ra các phản ứng như bất cân đối ion - ion, tách và oligomer hoá, và cốc thường được tạo thành từ đây.
Mặt khác, mật độ tâm axit thấp làm cho mật độ các chất bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác giảm. Điều này đã ngăn cản các chất hoạt động tiếp xúc nhau và kết quả là tránh được các phản ứng oligomer hoá, nguyên nhân của sự tạo cốc. Khi đi từ Si có hàm lượng thấp đến cao trong SAPO-5, mật độ tâm axit tăng do đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạo cốc hơn [9].