CÁC CÔNG NGHỆ TÁCH NƯỚC CỦA ETHANOL
2.3.2Giới thiệu về Zeolite
Zeolite là các Aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian 3 chiều với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự chứa các cation nhóm I và II. Hệ thống mao quản này có kích cỡ phân tử, cho phép chia các phân tử theo hình dạng và kích thước. Vì vậy zeolite còn được gọi là chất rây phân tử.
Công thức hóa học của zeolite có thể biễu diễn như sau:
Mex/n[x(AlO2)y(SiO2)].zH2O
Trong đó:
Me+: là cation bù trừ điện tích khung có hóa trị n.
y/x: tỉ số nguyên tử Si/Al, tỉ số này thay đổi tùy theo loại zeolite. z: là số phân tử nước kết tinh trong zeolite.
Về cấu trúc, zeolite được hình thành từ mạng lưới ba chiều của các tứ diện TO4, với T là Al hoặc Si. Có thể biểu diễn đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolite như sau:
Tứ diện SiO4 Tứ diện [AlO4]‒
Hình 2.8 – Cấu trúc cơ bản của Zeolite
Việc thay thế đồng hình Si4+ bằng Al3+ trong các tứ diện SiO4 dẫn đến dư một điện tích âm ở [AlO4]‒. Điện tích âm dư được cân bằng bởi sự có mặt của cation Me+ (thường là kim loại kiềm hoặc kiềm thổ), gọi là cation bù trừ điện tích khung.
Các đặc trưng cơ bản của zeolit là các kiểu cấu trúc tinh thể, cấu tạo hình học (cách sắp xếp các tứ diện, thể tích các lỗ xốp, kích thước các kênh, rãnh, các lỗ xốp), tỉ số Si/Al và các cation bù trừ (Na+, Ka+, Ca2+).
Cấu trúc không gian ba chiều của zeolit được hình thành bởi sự ghép đôi các tứ diện SiO4 và [AlO4]‒ tạo thành các vòng 4, 6, 8, 10 hay 12 cạnh hoặc hình thành các vòng khép 4x2 hoặc 6x2 cạnh tạo ra một hình lập phương hoặc một lăng trụ 6 cạnh. Đây là những đơn vị cấu trúc thứ cấp (Secondary Building Units ‒ SBU). Các SBU kết hợp với nhau tạo nên các họ zeolite có cấu trúc tinh thể và hệ thống mao quản khác nhau.
Về phân loại, zeolite được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau: Theo nguồn gốc: gồm zeolite tự nhiên và zeolite tổng hợp
Theo chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản: gồm zeolite có hệ thống mao quản 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều.
Theo đường kính mao quản: gồm zeolite mao quản nhỏ (đường kính 3÷4Ao), zeolite mao quản trung bình (4.5÷6Ao), zeolite mao quản rộng (7÷15Ao).
Theo tỉ lệ Si/Al: zeolite hàm lượng Si thấp (Si/Al = 1.1÷1.2 : loại A, X), hàm lượng Si trung bình (Si/Al= 1.2÷2.5 : loại Y, Chabazit …), hàm lượng Si cao (> 2.5).