Thành phần hóa hoc!!! - GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH- 123docz.net

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LA NGỌC VY

1.3.1 Thành phần hóa hoc!!!

Cao lanh có thành phần chính là kaolinit có công thức hoá học đơn giản là

AlzO:.2SiO;.2H:O, công thức lý tưởng là AlSiO¡o(OH% với hàm lượng SiO; là

46,5%, AlzOalà 39,5% và HzO là 13,96%. Trong cao lanh tỷ lệ mol SiOz/Al:O; nằm trong khoảng 1,85 + 2,94, trong đó tỷ lệ khối lượng SiO;/Al:O› nằm trong khoảng từ 2,1 đến 2,4 và cá biệt có thể bằng 1,8. Cao lanh có cấu trúc lớp.

Đây là một loại khoáng sét déo không trương nở, có mau trắng, vàng hoặc nâu đỏ.

Cao lanh được tìm thấy ở rất nhiều mỏ khác nhau trên thế giới, ở Việt Nam cao lanh có ở Yên Bái, Hải Dương, Vĩnh Yên, Hà Giang, Phú Thọ, Lâm Đồng, ...với trữ lượng lớn và chất lượng khá tết.

1.3.2 Tính chất cơ bản

1.3.2.1 Tinh chất trao đổi ion.

Cao lanh có tính chất trao đổi anion va cation vào trong mạng tinh thé của minh.

Sự trao đổi cation thường được nghiên cứu nhiều hơn và khả năng ứng dụng rộng hơn so với anion. Cac cation trao đôi thường là Ca?*, Mg?*, NHa*, Na", K*, H*. Các anion trao đổi thường là SO”, Cl, POs, NOx.

——mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmaan

Khóa luận tot nghiệp 15

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LA NGỌC VY

1.3.2.2 Tinh chất hap phụ

Cao lanh có khả năng hắp phụ kém. Độ hấp phy của nó khoảng từ 1+ 3% và chủ yếu là hap phụ bé mặt. Do vậy cao lanh ít có giá trị sử sung làm chất hấp phụ.

1.3.2 3 Tính xúc tác

Cao lanh thường dùng làm chất độn của xúc tác FCC. Ngoài ra, cao lanh còn được sử dụng làm bộ khung dé phát triển các tinh thể zeolit ở trên nó.

1.3.3 Ứng dụng

Cao lanh được img dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: dùng làm chất nền

cho xúc tác (chất mang); để pha vào dung dịch khoan; dùng làm chất độn cho xi măng,

gom sứ, phụ gia cho sơn... Một ứng dụng quan trọng của cao lanh là làm nguyên liệu cho

tổng hợp zeolit một vật liệu không thể thiếu trong các ngành công nghiệp phát triển như hiện nay, nhất là trong ngành công nghệ lọc hóa dau.

1.4 Zeolit

1.4.1 Khái nhiệm về zeolit!

Zeolit là các aluminosilicat tình thể có cấu trúc không gian ba chiều với hệ thống

lỗ xốp đồng đều và rất trật tự. Hệ mao quản trong zeolit có kích thước cỡ phân tử, dao động trong khoảng 3 +12 A. Công thức hoá hoc của zeolit thường được biểu dién dưới

dạng:

M„›[(A1O;).. (SiO;)y]. zHạO

Trong đó:

- M là cation bù trừ điện tích khung, có hoá trị n.

- x và y là số tứ diện nhôm và silic, thông thường y/x >! và thay đổi tuỳ theo từng

loại zeolit.

—mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmamn

Khóa luận tot nghiệp l6

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LA NGỌC VY

- z là số phân tử nước kết tinh. Ký hiệu trong móc vuông [ } là thành phần của một

6 mạng cơ sở.

1.4.2 Phân loại zeolit

1.4.2 1 Theo nguôn gốc

Zeolit được chia làm 2 loại chính :

-Zeolit tự nhiên có 56 loại, có được do đá và các lớp tro núi lửa phản ứng với

nước ngầm có tính kiềm. Những zeolit này được kết tinh và lắng đọng trong môi trường

qua hàng ngàn, hàng triệu năm ở đại đương và các đoạn sông. Zeolit tự nhiên ít khi tinh

khiết nên ít được ứng dụng thương mại, thường chỉ phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu khắt khe về chất lượng, chẳng hạn như ding lam chất độn trong phân tử tẩy rửa,

chat hap phụ.

-Zeolit tổng hợp có trên 200 loại, 46 tinh khiết cao, thành phần đồng nhất nên rit phù hợp trong nghiên cứu vả ứng dụng công nghiệp. Hau hết các zeolit đều được tổng hợp tử sự phân hủy các nguồn nhôm và silic trong dung dịch kiềm mạnh

1.4.2.2 Theo đường kính mao quản

Zeolit được chia làm 3 loại chính:

- Zeolit có mao quản nhỏ (đường kính bé hơn 5 A) như zeolit A, P.

- Zeolit có mao quản trung bình (đường kính 5-6 A) như zeolit ZSM-5.

- Zeolit có mao quản lớn (đường kính 7-15 A) như zeolit X, Y.

1.4.2 3 Theo chiêu hướng không gian của các kênh trong cầu trúc mao quản Zeolit có hệ thống mao quan | chiều, 2 chiều, 3 chiều.

1.4.2.4 Theo tỉ lệ Si/Al

- Zeolit có ham lượng silic thấp (Si/Al = 1 - 1,5) như zeolit A, X.

Khoa luận tot nghiệp 17

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LÄ NGỌC VY

- Zeolit có hàm lượng silic trung bình (Si/Al = 2 - 5) như zeolit Y, chabazit...

- Zeolit có ham lượng silic cao (Si/Al >10) như ZSM-S, Silicalit...

1.4.3 Zeolit YI

1.4.3.1Céu trúc tinh thé

Zeolit Y thuộc ho vật liệu faujazite, SBU là các vòng kép 6 cạnh (D6R).

Đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolit Y là sodalit Công thức hoá học đối với một ô

mang cơ so của NaY :

Zeolit NaY: Nasa[(AlO2)s6.(SiO2))16).264H20

Hình 1.3: Cầu trúc khung mang của zeolit Y.

1.4.3.2Tinh chất cơ bản

Zeolit có nhiều tính chất quý giá, nhưng có 4 tính chat cơ bản là :

a) Tính chất xúc tác: Đây là một trong những tính chất quan trọng nhất của zeolit. Nó thé hiện ở bản chất các tâm hoạt động trên zeolit. Các nghiên cứu cho thấy, các dạng Na-zeolit hau như không thé hiện tính axit nên không thé

hiện tính chất xúc tác. Vì vậy, để có thể sử dụng xúc tác zeolit biến tính dạng

Na-zeolit ban dau sang dạng H-zcolit. Khi đó trên bẻ mặt zeolit tôn tại 2 tâm

axit, tâm nào có nông độ và cường độ các tâm càng lớn thì hoạt tính cảng cao

và ngược lại.

Khóa luận tót nghiệp /8

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LA NGỌC VY b) Tính chất chọn lọc hình dang: Ngoài tinh axit, tính chất xúc tác của zeolit

trong các quá trình phản ứng còn dựa trên tính chất chọn lọc hình dạng của chúng. Các phan ứng xúc tác đều xảy ra ở bề mặt bên trong của tinh thể zeolit.

Do đó khái niệm về “sự chọn lọc hình dang ” được đưa ra. Chọn lọc hình dang

là sự điều khiển theo kích cỡ và hình dạng của phân tử khuếch tán vào và ra khỏi hệ thống mao quản, làm ảnh hưởng đến hoạt tính và độ chọn lọc của xúc

tác.

c) Tính chất trao đổi ion: Sự xuất hiện của các cation bù trong cấu trúc tạo nên tính trao đổi ion một cách chọn lọc của zeolit. Các cation bù rất linh động và dễ dàng bị trao đổi với các cation khác. Qua việc trao đổi cation, zeolit có

khả năng biến tính để tạo thành nhiều vật liệu có hoạt tính đa dạng, đáp ứng được nhiều yêu cầu để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

d) Tính chất hấp phụ: Chính vì zeolit là những vật liệu xốp, có hệ thống mao

quản với kích thước lỗ trống đều đặn và vững chắc, bể mặt trong rất phát

triển ( diện tích bề mặt bên trong lớn hơn bên ngoài). Do đó zeolit có tính chất

hap phụ và chọn lọc cao.

1.4.3.3 Ứng dụng

Do những đặc tính ưu việt như có bề mặt riêng lớn, kích thước mao quản phù hợp, tương đối bền nhiệt và thuỷ nhiệt, công nghệ sử dụng xúc tác zeolit đơn giản và ít 6

nhiễm nên zeolit Y trở thành vật liệu quan trọng không thẻ thiếu trong công nghệ lọc hoá dầu. Nó được sử dụng trong hầu hết các công đoạn quan trọng như: cracking xúc

tác, ankyl hoá, izome hoá, oligome hoá anken, thơm hoá các ankan, anken.

1.4.4 Các cách chế tạo zeolit

Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu công bố về các phương pháp tổng hợp zeolit. Việc tổng hợp zeolit di từ nguồn nguyên liệu ban đầu gồm hai nguồn Si và AI

riêng lẻ, hoặc có thể đi từ khoáng sét tự nhiên. Zeolit được hình thảnh trong quá trình

thuỷ nhiệt ở nhiệt độ từ (50 + 300) °C.

Khóa luận tot nghiệp = 19

LÍ iE N

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LA NGỌC VY Dưới đây sẽ giới thiệu về quá trình tổng hợp zeolit từ hai hướng kể trên.

1.4.4.1 Tổng hợp zeolit di từ nguôn Si và AI riêng lẻ

Từ nguồn Si và Al ban đầu trong hai dung dịch riêng lẻ, sau khi trộn lẫn chúng với nhau trong môi trường có nhiệt độ và pH nhất định, gel aluminosilicat sẽ được hình thành. Sự hình thành gel là do quá trình ngưng tụ các liên kết = S-OH và = Al-OH dé tạo ra các liên kết mới Si-O-Si, Si-O- AI đưới dạng vô định hình. Sau đó gel được hoả tan nhờ các tác nhân khoáng hoá (OH’, F ) tạo nên các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU).

Trong các điệu kiện thích hợp (như chất tạo cấu trúc, nhiệt độ, áp suất ...) . Các SBU sẽ liên kết với nhau tạo nên các mam tính thé rồi các mim này lớn dan lên thành các tinh thể

hoàn chỉnh của zeolit.

Nguồn chứa zeolit ban đầu thường được sử dụng Na2SiOs , SiOz gel hoặc SiO; sol,

(RO)aSi ...và nguồn Al thường là NaAlO; , Al (SOx); ... Thanh phần hỗn hợp tông hợp

thường biểu điển thông qua các tỷ lệ mol của OH" / SiO; ; Na*/ SiOz ,R4N*/ SiO; „SiO¿/

AlạO: .

Bang 1.2 : Trình bày các diéu kiện tổng hợp zeolit X ,zeolit Y, mordenit . ( Tinh theo mol chất phản ứng Al›0:)

KG Lee Pe | Pa là] eee EBLE

|__|? | m becca Ml a i

1.4.4 2 Tong hợp zeolit từ khoáng sét tự nhiên

Ngoài hướng tổng hợp zeolit đi từ nguồn Si và Al riêng lẻ đã tré thành phổ biến, một hướng nghiên cứu mới đã được một số nhà khoa học quan tâm, đó là tổng hợp zeolit

từ khoáng sét tự nhiên. Đặc biệt là khoáng sét mà ở đây là cao lanh.

Tuy nhiên trong thiên nhiên thành phan lý tưởng này rất hiểm. Trong cao lanh ngoài 3 thành phan chính kế trên thường xuyên có mặt Fe2Os, TiO;, MgO, và CaO, ngoài

ra còn có K:O, Na:O với ham lượng nhỏ và các khoáng khác nhau: feldspar, limonit,

quartz, anatase.

a a a aaa

Khoa luận tot nghiệp 20

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LÃ NGỌC VY

So với các khoáng khác, lượng AlzO; trong cao lanh thường lớn hơn từ (36,83 +

40,32), % còn lượng nước hấp phụ trên bề mặt, lượng K;O và MgO thường rất nhỏ,

tương ứng không vượt quá 2%, 1% và 1,2%.

Thanh phan hoá học của cao lanh có ảnh hưởng tới cấu trúc tính chất và khả năng sử dụng ching. Do đó, việc xác định chính xác thành phần hoá học của cao lanh là rất cần thiết, nhằm định hướng biến tính chúng theo các mục đích sử dụng khác nhau sao cho

đem đến hiệu quả nhất.

e Phuong pháp tông hợp zeolit di từ khoáng sét.

Qua nhiều công trình đã nghiên cứu thì khoáng sét tự nhiên được sử dụng làm nguyên liệu ban đầu có nguồn ngốc xuất sứ và thành phần hoá học rit khác nhau. Quy

trình tông hợp từ mỗi loại có khác biệt đáng kê. Tuy nhiên, đều đáng chủ ý của phương

pháp này là các khoáng sét đều được nung ở nhiệt độ cao (650+ 700)°C nhằm loại nước cầu trúc trước khi tạo thành các aluminosilicat tỉnh thể.

1.5 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

1.5.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài

và tắm muối niken.

dầu nhiên liệu từ quá trình nhiệt phân nhựa thải.

Khóa luận P2 nghiệp 21

GVHD: NGUYÊN THỊ TRÚC LINH SVTH: LÃ NGỌC VY

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM