CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Một số phương pháp tổng hợp zeolit
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp zeolit
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến q trình kết tinh zeolit đó là: thành phần hóa học, pH, thời gian tinh thể hóa và nhiệt độ, chất tạo cấu trúc.
- Ảnh hưởng của tỷ số Si/Al: Sự hình thành các đơn vị cấu trúc thứ cấp
4 sẽ ưu tiên hình thành vịng 4, 6 tứ diện; vịng 5 tứ diện chỉ được hình thành khi tỷ số Si/Al > 4. Ngồi ra, tỷ số Si/Al cịn ảnh hưởng tới tốc độ kết tinh zeolit. Thông thường, hàm lượng Al cao sẽ làm giảm tốc độ kết tinh.
- Ảnh hưởng của độ pH: pH trong dung dịch tổng hợp là yếu tố rất quan
trọng và thường dao động trong khoảng 9¸ 13. Độ pH có ảnh hưởng tới tốc độ tạo mầm, hiệu suất quá trình kết tinh, tỷ lệ Si/Al trong sản phẩm. Ngồi ra, nó cịn ảnh hưởng đến tỷ lệ hình dạng của tinh thể zeolit tổng hợp được.
OH- với nồng độ thích hợp đóng vai trị là chất khống hóa, nhằm ngăn cản sự polymer hóa các hạt aluminosilicat vơ định hình, định hướng tạo ra các phức tiền tố SBU chứa các cation Si4+, Al3+ trong phối trí tứ diện và các phối tử ngưng tụ. Tác nhân OH- giúp nhanh đạt tới trạng thái q bão hịa để hình thành mầm và sự phát triển của tinh thể. Nhìn chung, pH của mơi trường sẽ làm tăng nhanh sự lớn lên của tinh thể và rút ngắn được giai đoạn cảm ứng do tăng cường nồng độ các phức tiền tố SBU. Độ pH còn ảnh hưởng đến tỉ lệ Si/Al trong sản phẩm. Đối với zeolit có lượng Si trung bình thì khi pH tăng lên, tỉ lệ Si/Al có xu hướng giảm đi, trong đó các zeolit giàu Al thì tỉ lệ Si/Al hầu như khơng thay đổi.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian: Kết tinh thuỷ nhiệt là một q trình
hoạt hóa, chịu ảnh hưởng trực tiếp của nhiệt độ và thời gian. Khi tăng nhiệt độ, thời gian kết tinh ngắn hơn. Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng mạnh đến kiểu cấu trúc tinh thể và đối với mỗi loại zeolit luôn tồn tại một giới hạn về nhiệt độ kết tinh.Việc tổng hợp zeolit ở nhiệt độ cao và áp suất cao sẽ làm cho cấu trúc zeolit thu được thoáng và xốp hơn. Bên cạnh đó, thời gian kết tinh cũng ảnh hưởng đến tốc độ lớn lên của tinh thể. Khi kéo dài thời gian kết tinh, tốc độ lớn lên của tinh thể có xu hướng tăng nhanh.
- Ảnh hưởng của chất tạo cấu trúc: Chất tạo cấu trúc (Template hay
Structure directing agents) có ảnh hưởng quan trọng đến sự hình thành mạng lưới cấu trúc tinh thể trong quá trình tổng hợp zeolit, đặc biệt là đối với các zeolit giàu silic. Ảnh hưởng của chất tạo cấu trúc đến quá trình kết tinh zeolit được thể hiện ở 3 khía cạnh:
Chất tạo cấu trúc ảnh hưởng tới q trình gel hố, tạo mầm và sự lớn lên của tinh thể. Các đơn vị TO4 được sắp xếp thành những hình khối đặc biệt xung quanh chất tạo cấu trúc và kết quả là tạo ra các tiền tố SBU định trước cho quá trình tạo mầm và phát triển của tinh thể.
Chất tạo cấu trúc làm giảm năng lượng bề mặt dẫn đến làm giảm thế hố học của mạng lưới aluminosilicat. Nó góp phần làm bền khung zeolit nhờ các tương tác mới (như liên kết hydro, tương tác tĩnh điện và tương tác khuếch tán), đồng thời định hướng hình dạng và cấu trúc của zeolit.
Chất tạo cấu trúc giúp mở rộng khả năng tổng hợp zeolit, nhất là các zeolit giàu silic.