BÀI TiỂU LUẬN Tìm hiểu zeolit ZSM-5 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Sinh viên thực Bùi Văn Đức Phan Tiến Dũng : 20125927 20125920 MỤC LỤC  I Khái niệm  II Cấu trúc  III Tính chất  IV Ứng dụng  V Phương pháp điều chế  VI Tài liệu tham khảo KHÁI NIỆM Zeolit aluminosilicat tinh thể có kích thước mao quản đồng đều, cho phép chúng phân chia phân tử theo hình dáng kích thước xác định Thành phần háo học zeolit (M+)X.(AlO2)X.(SiO2)y.zH2O + M+ cation bù trừ điện tích khung + Z số phân tử nước kết tinh zeolit I.Cấu trúc  Zeolit ZSM-5 nhà nghiên cứu hãng Mobil Oil tổng hợp năm 1972 công thức hóa học củaZSM-5 có dạng: Nan.Aln.SiO96-nO192.16H2O (n ≤27)  Mạng tinh thể ZSM-5 chứa tứ diện TO4 (trong TO4 nguyên tố nằm tâm tứ diện, Si Al), tứ diện liên kết với thành đơn vị thứ cấp SBU (secondary unit building) dạng cạnh: II Cấu trúc [1] II Cấu trúc [1] (a) Cấu trúc đặc trưng ZSM-5 (b) Chuỗi đơn vị cấu trúc ZSM-5 (c) Nhìn từ mặt, mở mao quản thẳng song song II Cấu trúc Các SBU lại kết nối với tạo hai hệ kênh mao quản giao nhau, với cửa sổ mao quản vòng 10 cạnh Một hệ kênh mao quản song song với trục a tinh thể sở octorhombic, có dạng ziczac với kích thước cửa sổ gần tròn (5,4-5,6 A0 ), hệ kênh khác, thẳng song song với trục với trục b, có dạng hình elip (5,1- 5,7 A0) Hai hệ kênh cắt tạo hốc rộng có kích thước cỡ A0 nơi định xứ tâm axit mạnh đặc trưng cho hoạt tính xúc tác zeolit ZSM-5 II Cấu trúc [1] (d) Hệ thống mao quản ZSM-5 III Tính chất Nhiều tính chất zeolit ZSM-5 thay đổi theo tỉ số Si/Al Ví dụ như: tính chất trao đổi tính chất xúc tác… Các tính chất vật lí như: cấu trúc tinh thể, thể tích mao quản, mật độ mạng…không phụ thuộc vào tỉ số Si/Al II Tính chất 1) Tính chất trao đổi ion Các cation bù trừ điện tích zeolit linh động chúng thay cation khác trao đổi ion [4] III Tính chất 2) Tính chất hấp phụ - Do có cấu trúc xốp, hệ mao quản có kích thước đồng (3 A0 đến 10 A0 ), cho phép phân tử có hình dạng, kích thước phù hợp qua, nên zeolit sử dụng để tách hỗn hợp lỏng, khí - Phần lớn khả hấp phụ nhờ hệ thống mao quản bề mặt zeolit không lớn, nên khả hấp phụ không đáng kể II Tính chất - zeolit có khả hấp phụ chọn lọc - tính hấp phụ chọn lọc xuất phát từ yếu tố chính: + kích thước cửa sổ mao quản zeolit cho phép phân tử có kích thước hình dạng phù hợp qua + Năng lượng tương tác trường tĩnh điện zeolit với phân tử momen lưỡng cực II Tính chất [1] II Tính chất 3) Tính chất xúc tác zeolit - Zeolit có tính chất xúc tác cho phản ứng chuyển hóa hydrocacbon làm chất mang hiệu - zeolit có tính axit đặc điểm cấu trúc đặc biệt thành phần hóa học nó: + tâm tứ diện AlO4 mang điện tích âm trung hòa cation hóa trị thường Na+ + thay ion Na+ cation khác làm xuất proton zeolit IV phương pháp điều chế Phương pháp 1) Tổng hợp ZSM5 với chất tạo cấu trúc 2) Tổng hợp ZSM5 không sử dụng chất tạo cấu trúc IV phương pháp điều chế 1) Tổng hợp ZSM-5 với chất tạo cấu trúc Hầu hết quy trình tổng hợp zeolit ZSM-5 sử dụng chất tạo cấu trúc dạng hữu cơ, số quy trình áp dụng kĩ thuật gây mầm (trợ kết tinh) IV phương pháp điều chế kiểm soát hình thành cấu trúc đặc thù zeolit làm bền khung zeolit chất tạo cấu trúc định hướng cho trình tạo nhân phát triển tinh thể góp phần tạo mạng lưới cấu trúc IV phương pháp điều chế Cơ chế tổng hợp: Hiện có chế đưa để giải thích trình kết tinh zeolit là: kết tinh theo kiểu tạo nhân dd kết tinh theo kiểu tạo nhân gel [2] IV phương pháp điều chế Việc tổng hợp ZSM-5 phụ thuộc vào yếu tố như: độ kiềm có mặt ion khác, nồng độ chất phản ứng chất nguồn nhôm, silic Hạn chế: - Đắt tiền, mùi amin khó chịu (khi tổng hợp phân hủy chất tạo cấu trúc), thiết bị dễ bị ăn mòn - ZSM-5 hình thành dễ bị chuyển pha trình kết tinh khó tổng hợp zeolit có tỉ số Si/Al cao IV phương pháp điều chế 2) Tổng hợp ZSM-5 không sử dụng chất tạo cấu trúc - Sản phẩm ZSM-5 tổng hợp không dùng chất tạo cấu trúc có đặc trưng phổ hồng ngoại (IR), giản đồ nhiễu xạ Rownghen (XRD) tương tự sản phẩm tổng hợp sử dụng chất tạo cấu trúc độ bền nhiệt - Để tổng hợp ZSM-5 có hàm lượng Si/Al cao cần có nghiên cứu sâu yếu tố ảnh hưởng : nhiệt độ, thời gian kết tinh, nguồn nguyên liệu, thành phần gel ban đầu VI Ứng dụng ZSM-5 có độ axit bề mặt, tính bền nhiệt khả chọn lọc hình dạng cao nên rây phân tử ZSM-5 ứng dụng rộng rãi công nghiệp hóa học Sử dụng công nghiệp để tổng hợp nhiên liệu: chuyển hóa metanol thành xăng, tinh chế dầu mỏ hóa học dầu mỏ ( đồng phân hóa xylen, sản xuất etylbenzen) Chất phụ trợ hiệu cho xúc tác FCC để làm gia tăng giá trị octan gasolin olefin nhẹ, đặc biệt propan Xúc tác bảo vệ môi trường, dạng Cu, Fe, Co, Pt/ZSM-5 xúc tác cho phản ứng khử NOx, oxy hóa hợp chất hữu [3] TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] GS TS Đinh Thị Ngọ; PGS TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2014  [2] Nguyễn Hữu Phú, Trần Mạnh Cường, Vũ Anh Tuấn Nghiên cứu tổng hợp zeolite ZSM-5 không sử dụng chất tạo cấu trúc mầm trợ kết tinh Tạp chí khoa học công nghệ, T.43(3), 2005  [3] http ://vietnamese.alibaba.com/product-gs/zsm-5-zeolite-catal yst-manufacturer-in-low-price-798493251.htm  [4] http://www.bza.org/zeolites/ [...]... 1) Tổng hợp ZSM5 với chất tạo cấu trúc 2) Tổng hợp ZSM5 không sử dụng chất tạo cấu trúc IV phương pháp điều chế 1) Tổng hợp ZSM- 5 với chất tạo cấu trúc Hầu hết các quy trình tổng hợp zeolit ZSM- 5 đều sử dụng chất tạo cấu trúc dạng hữu cơ, hoặc một số quy trình áp dụng kĩ thuật gây mầm (trợ kết tinh) IV phương pháp điều chế kiểm soát sự hình thành cấu trúc đặc thù của zeolit làm bền khung zeolit chất... và olefin nhẹ, đặc biệt là propan Xúc tác bảo vệ môi trường, dưới dạng Cu, Fe, Co, Pt /ZSM- 5 xúc tác cho phản ứng khử NOx, oxy hóa hợp chất hữu cơ [3] TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] GS TS Đinh Thị Ngọ; PGS TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hóa học dầu mỏ Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2014  [2] Nguyễn Hữu Phú, Trần Mạnh Cường, Vũ Anh Tuấn Nghiên cứu tổng hợp zeolite ZSM- 5 không sử dụng chất tạo cấu trúc... zeolit có tỉ số Si/Al cao IV phương pháp điều chế 2) Tổng hợp ZSM- 5 không sử dụng chất tạo cấu trúc - Sản phẩm ZSM- 5 tổng hợp không dùng chất tạo cấu trúc có các đặc trưng về phổ hồng ngoại (IR), giản đồ nhiễu xạ Rownghen (XRD) tương tự như sản phẩm tổng hợp sử dụng chất tạo cấu trúc nhưng độ bền nhiệt kém hơn - Để có thể tổng hợp được ZSM- 5 có hàm lượng Si/Al cao cần có những nghiên cứu sâu hơn về. .. phần gel ban đầu VI Ứng dụng ZSM- 5 có độ axit bề mặt, tính bền nhiệt và khả năng chọn lọc hình dạng cao nên rây phân tử ZSM- 5 được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học Sử dụng trong công nghiệp để tổng hợp nhiên liệu: chuyển hóa metanol thành xăng, tinh chế dầu mỏ và trong hóa học dầu mỏ ( đồng phân hóa xylen, sản xuất etylbenzen) Chất phụ trợ hiệu quả cho xúc tác FCC để làm gia tăng giá trị... chất 3) Tính chất xúc tác của zeolit - Zeolit có tính chất xúc tác cho các phản ứng chuyển hóa hydrocacbon hoặc làm chất mang hiệu quả - zeolit có tính axit là do đặc điểm cấu trúc đặc biệt và thành phần hóa học của nó: + mỗi tâm tứ diện AlO4 mang một điện tích âm được trung hòa bằng cation hóa trị 1 thường là Na+ + khi thay thế ion Na+ bằng cation khác sẽ làm xuất hiện proton trong zeolit IV phương pháp... Cường, Vũ Anh Tuấn Nghiên cứu tổng hợp zeolite ZSM- 5 không sử dụng chất tạo cấu trúc và mầm trợ kết tinh Tạp chí khoa học và công nghệ, T.43(3), 20 05  [3] http ://vietnamese.alibaba.com/product-gs /zsm- 5- zeolite-catal yst-manufacturer-in-low-price-798493 251 .htm  [4] http://www.bza.org/zeolites/ ... của zeolit không lớn, nên khả năng hấp phụ là không đáng kể II Tính chất - zeolit có khả năng hấp phụ chọn lọc - tính hấp phụ chọn lọc xuất phát từ 2 yếu tố chính: + kích thước cửa sổ mao quản của zeolit chỉ cho phép những phân tử có kích thước hình dạng phù hợp đi qua + Năng lượng tương tác giữa trường tĩnh điện của zeolit với các phân tử momen lưỡng cực II Tính chất [1] II Tính chất 3) Tính chất xúc. .. trình kết tinh của zeolit là: kết tinh theo kiểu tạo nhân trong dd và kết tinh theo kiểu tạo nhân trong gel [2] IV phương pháp điều chế Việc tổng hợp ZSM- 5 còn phụ thuộc vào các yếu tố như: độ kiềm sự có mặt các ion khác, nồng độ chất phản ứng và bản chất của nguồn nhôm, silic Hạn chế: - Đắt tiền, mùi amin khó chịu (khi tổng hợp và phân hủy chất tạo cấu trúc), thiết bị dễ bị ăn mòn - ZSM- 5 hình thành dễ... đổi Đặc tính cấu trúc zeolit Dung môi Bản chất, kích thước trạng thái và điện tích cation Nhiệt độ trao đổi Yếu tố Nồng độ loại cation trao đổi Loại ion liên kết với cation III Tính chất 2) Tính chất hấp phụ - Do có cấu trúc xốp, hệ mao quản có kích thước đồng đều (3 A0 đến 10 A0 ), chỉ cho phép những phân tử có hình dạng, kích thước phù hợp đi qua, nên zeolit được sử dụng để tách các hỗn hợp lỏng,