1.2. Tổng quan về các phương pháp dị thể hóa acid dị đa trên chất mang
1.2.3.2. Vật liệu ZSM-5/SBA-15
Vật liệu đa mao quản được chế tạo dựa trên các vật liệu vi mao quản như zeolite và các vật liệu MQTB hiện nay đang được coi là một trong số các hướng nghiên cứu triển vọng tiếp theo trong lĩnh vực tổng hợp xúc tác. Các vật liệu có cấu trúc đa mao quản có thể kể đến là ZSM-5/MCM-41, ZSM-5/SBA-15 hay Y/MCM-41, Y/SBA-
15. Họ vật liệu này dựa trên các vật liệu vi mao quản zeolite Y và zeolite ZSM-5 cùng với các vật liệu MQTB MCM-41 và SBA-15. Các vật liệu đa mao quản hi vọng sẽ được “thừa hưởng” các ưu điểm vượt trội về tính acid, độ bền thủy nhiệt và cấu trúc tinh thể của vật liệu zeolite và các ưu điểm về cấu trúc MQTB trật tự và bề mặt riêng lớn của vật liệu MQTB. Các vật liệu ZSM-5/SBA-15 và ZSM-5/MCM-41 thuộc loại vật liệu đa mao quản, có cấu trúc của cả hai loại vật liệu vi mao quản zeolite ZSM-5 và các vật liệu MQTB MCM-41, SBA-15. Trong đó, zeolite ZSM-5 là vật liệu vi mao quản, đường kính mao quản từ 5,1 - 5,5 Å, có cấu trúc tinh thể, tính acid, độ bền nhiệt tốt và diện tích bề mặt riêng lớn (300 - 500 m2/g). MCM-41 và SBA-15 là các vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình, đường kính mao quản kích thước nanomet, có thành tường mao quản vô định hình và có diện tích bề mặt riêng rất lớn (700 - 1000 m2/g). Tương tự như zeolite ZSM-5 và vật liệu SBA-15, trên vật liệu đa mao quản ZSM-5/SBA-15 và ZSM-5/MCM-41 cũng tồn tại các tâm acid Bronsted. Acid HPA có thể được đưa lên vật liệu thông qua phản ứng trao đổi ion với kim loại bù trừ điện tích khung tại các vị trí tâm Bronsted này. Hơn thế nữa, nhờ sự có mặt nhiều hơn của các nhóm -OH bề mặt so với zeolite ZSM-5 thông thường, vật liệu ZSM- 5/SBA-15 và ZSM-5/MCM-41 có thể được sử dụng làm chất mang HPA hiệu quả khi có thể vừa gắn lên chất mang vào các vị trí của các tâm Bronsted, vừa có thể đưa vào vị trí các nhóm -OH bề mặt bằng phương pháp biến tính bề mặt bằng chất cầu nối hữu cơ. Do đó, sử dụng các vật liệu ZSM-5/MCM-41 hay ZSM-5/SBA-15 làm chất mang HPA có thể giúp tăng cường việc gắn HPA trên chất mang, nâng cao hơn nữa hoạt tính xúc tác của vật liệu trong các phản ứng.
Hướng nghiên cứu tổng hợp họ vật liệu đa mao quản đã và đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học. Các nỗ lực nghiên cứu tổng hợp vật liệu đa mao quản nói chung và vật liệu ZSM-5/SBA-15 nói riêng đã cho các kết quả khả quan. Các kết quả cho thấy bước đầu đã tổng hợp được vật liệu này với sự hình thành cả hai cấu trúc vi mao quản và MQTB. Tuy nhiên kết quả công bố cho thấy cả cấu trúc vi mao quản và cấu trúc MQTB chưa hình thành hoàn thiện, các cấu trúc vi mao quản lẫn cấu trúc MQTB còn rất yếu [79] hay khi có sự hình thành của pha MQTB thì pha vi mao quản gần như đã bị mất hoàn toàn [80]. Nghiên cứu này chưa đưa ra được điều kiện tối ưu cho sự hình thành song song hai cấu trúc vi mao quản và MQTB hoàn thiện. Với vật liệu ZSM-5/SBA-15, G. Chen và các cộng sự [81] cũng công bố kết quả tương tự như các nghiên cứu nêu trên. Sự hình thành của vật liệu MQTB thể hiện ở sự hình thành peak ở góc nhỏ dẫn tới sự mất dần của cấu trúc vi mao quản thể hiện ở cường độ các peak ở góc lớn bị giảm đi. Ngoài một số nghiên cứu kể trên, nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học khác cũng đều cho thấy các kết quả tương tự [82- 86]. Các vật liệu đã có được sự tồn tại song song của 2 hệ mao quản. Tuy nhiên, sự hoàn thiện trong cấu trúc thì vẫn chưa đạt được. Nhóm tác giả Lê Thị Hoài Nam cũng đã công bố các nghiên cứu về vật liệu đa mao quản [87- 90]. Các nghiên cứu đã tổng hợp được một số loại vật liệu đa mao quản như ZSM- 5/SBA-15, ZSM-5/MCM-41. Nhóm tác giả đã công bố các kết quả nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng các vật liệu ZSM-5/MCM-41 và ZSM-5/SBA-15 có cấu trúc đa mao quản hình thành hoàn thiện và độ acid cao, những kết quả thu được rất có giá trị. Vật liệu chế tạo được đã hình thành các cấu trúc của vật liệu cơ sở. Các kết quả thu được đã cho thấy tiềm năng rất lớn của vật liệu đa mao quản trong các ứng dụng cracking lọc hóa dầu và hiệu quả của xúc tác trong phản ứng cracking phụ thuộc chủ yếu vào độ acid của vật liệu.
Một trong các yếu tố ảnh hưởng đến độ acid của vật liệu là tỉ lệ Si/Al. Tỉ lệ Si/Al đủ cao có thể giúp vật liệu đa mao quản tạo ra có độ acid cao và ngược lại, do sự hình thành các tâm acid Bronsted và khả năng hoạt động độc lập của các tâm này. Tuy nhiên, do đặc thù của quá trình hình thành cấu trúc mao quản trung bình đã làm hòa tan một phần nhôm trong hệ vi mao quản của vật liệu, dẫn tới làm giảm độ acid. Chính vì vậy, việc nghiên cứu điều chỉnh tỉ lệ Si/Al là rất cần thiết.