Ưu điểm của chất xúc tác zeolit/MQTB là có đường kính mao quản rộng, cho phép các phân tử lớn dễ dàng khuếch tán vào trong mao quản để
(A) (B)
Hình 3.37. Ảnh TEM của các mẫu SBA-15 a) TEM mẫu SBA-15 tổng hợp từ TEOS
129
tham gia phản ứng. Để khảo sát ảnh hưởng của kích thước mao quản đến hoạt tính xúc tác chuyển hoá các phân tử có kích thước khác nhau, n-Hexan có kích thước động học phân tử 4,3 Å và phân tử Tri – isopropylbenzen (TIPB) có kích thước động học phân tử 8,5 Å đã được chọn làm nguyên liệu cho quá trình cracking.
Quá trình khảo sát được thực hiện đối với các xúc tác có cùng đặc
điểm về phương pháp tổng hợp. Cụ thể các xúc tác được khảo sát bao gồm zeolit Y (HY-Trấu), zeolit ZSM-5 (HZSM-5-Trấu), vật liệu NM-Y, NM- ZSM-5-TT. Các vật liệu này đều được tổng hợp bằng phương pháp gây mầm sử dụng nguồn silic tách chiết từ trấu bằng phương pháp gián tiếp.
Kết quả cracking n-Hexan và TIPB trên hệ vi dòng sử dụng các chất xúc tác được thể hiện trên hình 3.38 và 3.39. Hình 3.38 cho thấy độ chuyển hoá của n-hexan trên các xúc tác được sắp xếp theo thứ tự giảm dần về độ
chuyển hóa như sau:
HZSM-5-Trấu > NM-ZSM-5-TT> HY-Trấu > NM-Y
Kết quả này có thể được giải thích dựa vào 2 yếu tố là độ axit và bản chất cấu trúc của vật liệụ N-hexan có kích thước 4,3 Å, nhỏ hơn tất cả các kích thước mao quản của các vật liệu khảo sát. Zeolit HZSM-5-Trấu có kích thước mao quản trung bình khoảng 5,5 Å, là gần nhất so với n-hexan. Hơn thế nữa, vật liệu này có độ axit mạnh hơn so với zeolit HY-Trấu nên khả năng xúc tác là tốt nhất. Vật liệu NM-ZSM-5-TT tuy cũng có độ axit mạnh nhưng vì có thêm hệ MQTB và MQTBTrấu nên khi đó các phân tử
n-hexan đi vào có thể không được tiếp xúc với các tâm axit nên không
được tham gia phản ứng chuyển hóạ Hơn thế nữa, cấu trúc MQTB của NM-ZSM-5-TT cũng là một yếu tố thuận lợi về mặt không gian cho các sản phẩm của quá trình cracking tham gia phản ứng thứ cấp tạo cốc, dẫn
đến độ chuyển hóa của phản ứng bị giảm sau khi tiếp tục diễn ra ở các khoảng thời gian sau đó. Vật liệu NM-Y có độ axit yếu hơn NM-ZSM-5- TT (vì bản chất độ axit của zeolit Y yếu hơn của zeolit ZSM-5), nên dẫn tới
130
độ chuyển hóa của phản ứng cracking n-hexan trên vật liệu này không bằng và bị giảm nhanh hơn so với NM-ZSM-5-TT.
Trong phản ứng cracking với phân tử TIPB có kích thước 8,3 Å (hình 3.39), ta thấy khả năng xúc tác của NM-ZSM-5-TT và NM-Y là vượt trội so với HZSM-5-Trấu và HY-Trấụ Sự chênh lệch về khả năng chuyển hoá TIBP trên xúc tác NM-ZSM-5-TT và NM-Y so với H-ZSM-5-Trấu và HY-Trấu là rất lớn. Điều này được giải thích là do vật liệu NM-ZSM-5- TT và NM-Y trong cấu trúc có tồn tại hệ thống MQTBTrấu và hệ MQTB của MCM-41 có kích thước lớn nên dễ dàng cho phép các phân tử TIPB khuếch tán vào trong các hệ MQTB để tương tác với các tâm axit, không những thế các sản phẩm trung gian có kích thước nhỏ hơn còn có thể
khuếch tán vào hệ thống vi mao quản trên thành vật liệu để tiếp tục tham gia phản ứng cracking tạo các phân đoạn nhỏ hơn.
Trong khi đó, với kích thước 8,3 Å thì các phân tử TIPB khó có thể
khuếch tán vào bên trong hệ thống vi mao quản của HZSM-5-Trấu kích
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thời gian phản ứng (phút) Độ ch u y ể n hóa ( % ) HZSM-5 NM-ZSM-5 HY NM-Y
Hình 3.38. Đồ thị biểu diễn độ chuyển hoá n-hexan trong phản ứng cracking trên các xúc tác
-TT
-Trấu -Trấu
131
thước 5,5 Å và HY-Trấu kích thước 7,4 Å nên phản ứng chỉ xảy ra chủ yếu trên bề mặt ngoài của HZSM-5-Trấu và trong hệ thống MQTBTrấu, làm độ
chuyển hoá của TIBP trên chất xúc tác HZSM-5-Trấu và HY-Trấu thấp hơn so với NM-ZSM-5-TT và NM-Ỵ
3.8. Kết quả nghiên cứu quá trình chuyển hóa dầu thực vật thải thành nhiên liệu sinh học