Luận văn tốt nghiệp tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ của zeolite ZSM 5

Zeolit ới những tính chất ưu việt như kích thước mao quản nhỏ và đồng đều, có hoạt tính cao, khả năng rao đổi ion tốt, có diện tí bề mặt lớn đặc biệt những tính chất này có thể thay đổi

KHOA CÔNG NGHỆ

- -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ZEOLITE ZSM-5

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Th.S Phan Thế Duy Phạm Hoàng Thuấn

MSSV: 2064014

Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 32

Tháng 11/2010

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA -//*// -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 Cán bộ hướng dẫn: Th.S Phan Thế Duy 2 Đề tài: “TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ZEOLITE ZSM-5” 3 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Thuấn Mã số sinh viên: 2064014 Lớp: Công Nghệ Hóa Học K32 4 Nội dung nhận xét: a Nhận xét về hình thức:

b Nhận xét về nội dung của LVTN: - Đánh giá nội dung thực hiện của đè tài:

- Những vấn đề còn hạn chế:

c Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (nếu có)

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2010 Cán bộ hướng dẫn

Th.S Phan Thế Duy

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA -//*// -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN 1 Cán bộ chấm phản biện:

2 Đề tài: “TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ZEOLITE ZSM-5” 3 Sinh viên thực hiện: Phạm Hoàng Thuấn Mã số sinh viên: 2064014 Lớp: Công Nghệ Hóa Học K32 4 Nội dung nhận xét: a Nhận xét về hình thức:

b Nhận xét về nội dung của LVTN: - Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

- Những vấn đề còn hạn chế:

c Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (nếu có)

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2010 Cán bộ chấm phản biện

Chân thành cảm ơn Bộ môn Công Nghệ Hóa học - Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học Cần Thơ, đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài

Xin cảm ơn các thầy, cô trong Bộ môn Công nghệ Hóa học đã luôn quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn toàn thể các bạn lớp công nghệ hóa K32 và các bạn cử nhân hóa học đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn

LỜI MỞ ĐẦU



Zeolit là những Aluminosilicate tinh thể được tổng hợp từ hai nguồn nguyên liệu chính là Si và Al Zeolit ới những tính chất ưu việt như kích thước mao quản nhỏ và đồng đều, có hoạt tính cao, khả năng rao đổi ion tốt, có diện tí bề mặt lớn đặc biệt những tính chất này có thể thay đổi trong quá trình tổng hợp để phù hợp với mục đích

sử dụng Do đó, zeolit được sử dụng rộng rãi trên thế giới trng các ngành công nghiệp, nông nghiệp, xử lý môi trường

Cho tới nay có hơn 50 loại zeolit tự nhiên được tìm thấy và hơn 200 loại zeolit dược tổng hợp và nhiều loại mới đng được nghiên cứu phát triển Trong đó một ứng dụng mới của zeolit là dùng làm chất xúc tác trong các quá trình hấp phụ loại bỏ các tạp chất không cần thiết hoặc gây hại đến sản phẩm tạo thành và ứng dụng của nó về sau

Nên mục đích của đề tài “Tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ của zeolite

ZSM-5”,được hực hiện bằng cách tổng hợp loại zeolit ZSM-5 trong phòng thí nghiệm bằng

phương pháp thủy nhiệt với sự thay đổi tỷ lệ Si/Al Mẫu tổng hợp được đem phân tích bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X, hấp phụ hồng ngoại IR, phân tích thành phần, phân tích diện tích bề mặt BET, phân tích nhiệt trọng lượng Các mẫu đạt yêu cầu được đem thực hiện thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ của zeolit ZSM-5 với các tỷ lệ Si/Al khác nhau đối với hỗn hợp ethanol-nước

MỤC LỤC

Đề cương chi tiết

Nhận xét của cán bộ hướng dẫn

Nhận xét của cán bộ phản biện

Lời cảm ơn

Lời mở đầu

Mục lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Giới thiệu zeolite 1

1.1.1 Khái niệm .1

1.1.2 Nguồn gốc .1

1.1.3 Cấu trúc zeolite 3

1.1.4 Phân loại zeolite .6

1.1.4.1 Theo nguồn gốc hình thành 6

1.1.4.2 Theo kích thước mao quản 7

1.1.4.3 Phân loại theo thành phần hóa học 7

1.1.5 Giới thiệu một số loại zeolite thông dụng 8

1.1.5.1 Zeolite A 9

1.1.5.2 Zeolite loại X và Y 9

1.1.5.3 Zeolite Mordenit 10

1.1.5.4 Zeolite AlPO và SAPO 11

1.1.6 Phương pháp tổng hợp zeolite 13

1.1.6.1 Tổng hợp zeolite từ các nguồn nguyên liệu Si, Al riêng biệt 13

1.1.6.2 Tổng hợp zeolite từ các khoáng tự nhiên 13

1.1.7 Ứng dụng của zeolite .14

1.1.7.1 Ứng dụng trong hóa lọc dầu 14

1.1.7.2 Ứng dụng trong nông nghiệp 15

1.1.7.3 Ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản 15

1.1.7.4 Ứng dụng trong chăn nuôi 15

1.1.7.5 Ứng dụng zeolite để xử lý nước thải 15

1.2 Giới thiệu về zeolite ZSM-5 16

1.2.1 Cấu trúc zeolite ZSM-5 16

1.2.2.2 Tính axit 20

1.2.2.3 Tính chất hấp phụ 22

1.2.2.4 Tính chọn lọc hình dạng 23

1.2.3 Các nguồn nguyên liệu tổng hợp zeolite .25

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp .26

1.2.4.1 Nguồn nguyên liệu 26

1.2.4.2 Tỷ lệ Si/Al 26

1.2.4.3 Độ pH 26

1.2.4.4 Nhiệt độ và thời gian kết tinh 27

1.2.4.5 Ảnh hưởng của chất tạo cấu trúc 27

1.3 Tổng quan về hấp phụ 30

1.3.1 Khái niệm .30

1.3.2 Phân loại quá trình hấp phụ 30

1.3.2.1 Hấp phụ vật lý 30

1.3.2.2 Hấp phụ hóa học 31

1.3.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ .32

1.3.3.1 Henry 33

1.3.3.2 Langmuir 33

1.3.3.3 Freundlich 34

1.3.3.4 Temkin 34

1.3.3.5 BET (Brunauer – Emmett – Teller) 34

1.3.4 Cách phân chia các giai đoạn trong phản ứng xúc tác dị thể 35

1.3.4.1 Phân chia theo giai đoạn 35

1.3.4.2 Phân chia theo lớp 37

1.3.4.3 Phân chia theo vùng 37

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 37

1.3.5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình hấp phụ .37

1.3.5.2 Ảnh hưởng của áp suất .39

1.3.5.3 Ảnh hưởng của quá trình khuếch tán .39

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Thiết bị 42

2.2 Điều chế Boehmite 42

2.2.1 Nguyên liệu .42

2.2.2 Điều chế .42

2.3 Điều chế sol Silic 44

2.3.1 Nguyên liệu .44

2.3.2 Điều chế: 44

2.4 Tổng hợp zeolite ZSM-5 45

2.4.1 Nguyên liệu .45

2.4.2 Tính toán nguyên liệu sử dụng cho thí nghiệm 45

2.4.3 Thí nghiệm tổng hợp zeolite ZSM-5 .46

2.5 Thí nghiệm hấp phụ ethanol-nước 47

2.5.1 Chuẩn bị zeolite dạng hạt 47

2.5.2 Quy trình thí nghiệm hấp phụ ethanol-nước .48

2.6 Các phương pháp phân tích 49

2.6.1 Phương pháp phân tích thành phần .49

2.6.2 Phương pháp phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 50

2.6.3 Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (IR) .51

2.6.4 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) .52

2.6.5 Phương pháp xác định diện tích bề mặt (BET) 53

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55

3.1 Kết quả tổng hợp zeolite 55

3.2 Kết quả phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 57

3.3 Kết quả phân tích quang phổ hồng ngoại (IR) 60

3.4 Kết quả phân tích thành phần 63

3.5 Kết quả phân tích diện tích bề mặt (BET) 63

3.6 Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) .66

3.7 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ ethanol – nước của zeolite ZSM-5 67

3.7.1 Kết quả pha loãng ethanol với nước sử dụng trong thí nghiệm hấp phụ 67

3.7.2 Kết quả xác định nồng độ đầu của ethanol - nước pha loãng .67

3.7.3 Kết quả xác định nồng độ ethanol – nước sau hấp phụ .67

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

4.1 Kết luận 71

4.2 Kiến nghị 71

PHỤ LỤC 73

Kết quả phân tích XRD 74

Kết quả phân tích BET 81

Kết quả phân tích IR 85

Kết quả đo kích thước hạt zeolite 89

Xây dựng đường pha loãng ethanol – nước 90

Kết quả đo nồng độ ethanol – nước 91

Kết quả tạo zeolite hạt với các tỷ lệ chất nền khác nhau 93

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1.Hình ảnh một số loại khoáng zeolite thiên nhiên .2

Hình 1.2: Các đơn vị cấu trúc sơ cấp của zeolite: tứ diện SiO4 (a), AlO4 (b) .3

Hình 1.3: Liên kết trong cấu trúc zeolite .4

Hình 1.4: Các dạng đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU 4

Hình 1.5: Hình ảnh một loại khung cơ bản của zeolite 5

Hình 1.6: Một số lại khung cơ bản của zeolite .5

Hình 1.7: Sự tạo thành khung của zeolite X (Y), A 6

Hình 1.8: Phân tử zeolite loại A 9

Hình 1.9: Phân tử zeolite loại X,Y .9

Hình 1.10: Zeolite Mordente 10

Hình 1.11: Dạng cấu trúc của Mordenit .11

Hình 1.12: Hình ảnh zeolite Aluminophotphat 11

Hình 1.13: Sơ đồ quá trình tổng hợp zeolite từ hai nguồn nguyên liệu riêng biệt .13

Hình 1.14: Sơ đồ tổng quát quá trình tổng hợp zeolite từ khoáng thiên nhiên .14

Hình 1.15: Hình ảnh zeolite ZSM-5 16

Hình 1.16: Hình ảnh mô tả cấu trúc zeolite ZSM-5 17

Hình 1.17: Cấu trúc hình thành zeolite ZSM-5 .17

Hình 1.18: Cấu trúc mao quản zeolite ZSM-5 18

Hình 1.19: Cấu trúc mao quản ZSM-5 với vòng 10 nguyên tử Oxi .18

Hình 1.20: Chọn lọc hình dạng chất phản ứng .24

Hình 1.21: Chọn lọc hình dạng sản phẩm .24

Hình 1.22: Chọn lọc hình dạng sản phẩm trung gian 25

Hình 1.23:Vai trò của tác nhân tạo cấu trúc hữu cơ 27

Hình 1.24: Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc 28

Hình 1.25: Sự hình thành nên mạng lưới vi mao quản sử dụng tác nhân tạo cấu trúc amin bậc bốn có chuỗi alkyl ngắn và sự hình thành mạng lưới vật liệu MQTB sử dụng chất tạo cấu trúc có chuỗi alkyl dài .29

Hình 1.26: Một số dạng mao quản sau khi đã loại bỏ tác nhân tạo cấu trúc 29

Hình 1.27: Bề mặt vật liệu rắn .31

Hình 1.28: Sự hình thành hóa trị tự do trên bề mặt vật liệu .32

Hình 1.29: Các dạng đường dẳng nhiệt hấp phụ 35

Hình 1.30: Phân chia thành 3 giai đoạn trong phản ứng xúc tác dị thể .35

Hình 1.31: Phân chia thành 5 giai đoạn trong phản ứng xúc tác dị thể .36

Hình 1.32: Phân chia thành 7 giai đoạn trong phản ứng xúc tác dị thể .36

Hình 1.33: Làm sạch và loại bỏ tác nhân định hướng cấu trúc 1,4-dioxa-8 azaspiro[4,5]decane .40

Hình 3.1: Thiết bị phản ứng cao áp .55

Hình 3.2: Zeolite ZSM-5 tổng hợp 56

Hình 3.3: Zeolite ZSM-5 tạo hạt .57

Hình 3.4: Kết quả phân tích XRD 58

Hình 3.5: Đỉnh nhiễu xạ các mẫu tại 2= 8 ÷ 9 .60

Hình 3.6: Kết quả phân tích IR .61

Hình 3.7: Dạng cấu trúc của ZSM-5 62

Hình 3.8: Kết quả phân tích TGA mẫu zeolite tổng hợp .66

Hình 3.9: Biểu đồ biểu diễn nồng độ ethanol – nước sau khi hấp phụ .68

Hình 3.10: Một số dạng liên kết của nước với bề mặt zeolite: 69

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại zeolite theo số Oxi trong một cửa sổ mao quản .7

Bảng 1.2: Một số loại AlPO sử dụng hiện nay .12

Bảng 1.3: Hiệu suất trao đổi cation của một vài loại zeolite phụ thuộc vào kích thước mao quản, tỷ lệ Si/Al Hiệu suất trao đổi cation là số mili tương đương Na+ trên gam zeolite (Ml đl Na+/g) 20

Bảng 2.1: Bảng nguyên liệu tổng hợp zeolite 45

Bảng 2.2: Các giá trị đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của ZSM-5 51

Bảng 2.3: Các dao động IR đặc trưng .52

Bảng 2.4: Tiết diện ngang Sm của một số khí ở trạng thái hấp phụ, nm2 54

Bảng 3.1: Các vùng góc quét và cường độ nhiễu xạ của zeolite ZSM-5 59

Bảng 3.2: Độ kết tinh các mẫu zeolite tổng hợp 62

Bảng 3.3: Kết quả phân tích thành phần zeolite tổng hợp 63

Bảng 3.4: Kết quả phân tích BET 63

Bảng 3.5: Diện tích bề mặt và kích thước tinh thể zeolite ZSM-5 tổng hợp với các tỷ lệ Si/Al khác nhau 64

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của loại tác nhân định hướng cấu trúc đến mật độ kết tinh, diện tích bề mặt, kích thước tinh thể của zeolite ZSM-5 tổng hợp .65

Bảng 3.7: Kết quả đo nồng độ ethanol – nước pha loãng theo tỷ lệ 1:2 .67

Bảng 3.8: Bảng kết quả nồng độ ethanol - nước sau khi hấp phụ trong 48 giờ .68

MỤC LỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1: Quy trình tổng hợp Boemite .43

Sơ đồ 2.2: Quy trình tổng hợp SiO2 hoạt động .44

Sơ đồ 2.3: Quy trình điều chế dung dịch Natrialuminate 46

Sơ đồ 2.4: Quy trình tạo gel Aluminosilicate .46

Sơ đồ 2.5: Quy trình tạo hạt zeolite 48

Sơ đồ 2.6: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ của zeolite 48

MỤC LỤC HÌNH PHỤ LỤC

Hình 1: Kết quả XRD mẫu tổng hợp ZSM-5 (50) .75

Hình 2: Kết quả XRD mẫu tổng hợp ZSM-5 (70) 76

Hình 3: Kết quả XRD mẫu tổng hợp ZSM-5 (90) .77

Hình 4: Kết quả XRD mẫu chuẩn ZSM-5 đã loại bỏ tác nhân định hướng cấu trúc 78

Hình 5: Kết quả XRD mẫu chuẩn ZSM-5 chưa loại bỏ tác nhân định hướng cấu trúc 79 Hình 6: Kết quả XRD mẫu ZSM-5 (70) so sánh với Al2O3.45SiO2 .80

Hình 7: Kết quả phân tích BET mẫu ZSM-5 (50) .82

Hình 8: Kết quả phân tích BET mẫu ZSM-5 (70) .83

Hình 9: Kết quả phân tích BET mẫu ZSM-5 (90) .84

Hình 10: Kết quả phân tích IR mẫu ZSM-5 (50) 86

Hình 11: Kết quả phân tích IR mẫu ZSM-5 (70) 87

Hình 12: Kết quả phân tích IR mẫu ZSM-5 (90) 88

Hình 13: Kết quả ngâm zeolite hạt trong ethanol – nước 93

MỤC LỤC BẢNG PHỤ LỤC

Bảng 1: Kích thước hạt zeolite tạo thành .89

Bảng 2: Kết quả nồng độ ethanol – nước pha loãng với nước theo các tỷ lệ 90

Bảng 3: Kết quả đo nồng độ hỗn hợp ethanol – nước pha loãng theo tỷ lệ 1:2 .91

Bảng 4: Kết quả đo nồng độ các mẫu hấp phụ ethanol - nước sau 48 giờ .91

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu zeolite

1.1.1 Khái niệm [1, 2, 3, 6, 7]

Zeolite là những tinh thể Aluminosilicate có cấu trúc lỗ xốp 3 chiều đồng đều

O zH SiO

độ pH thường từ 9 đến 10 Trong thiên nhiên đòi hỏi từ 50 đến 50.000 năm để hoàn thành các phản ứng tạo zeolite

Vào năm 1756, nhà khoáng học Thụy Điển – Axel Fredrick Cronstedt đã tìm ra Stibit, một loại khoáng vật thiên nhiên, ông quan sát thấy nước bốc hơi từ khoáng vật

khi bị đun nóng mà vẫn giữ nguyên được cấu trúc và ông đã đặt tên cho những khoáng vật đó là “zeolite” có nghĩa là “đá sôi”

Các loại zeolite được tìm thấy trong thiên nhiên ít tồn tại ở dạng nguyên chất mà

làm ảnh hưởng đến cấu trúc, tính chất của zeolite Từ nguyên nhân đó zeolite thiên nhiên bị giới hạn ứng dụng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi sự nguyên chất và đồng nhất Một số ít các zeolite thiên nhiên được dùng làm chất độn, chất trao đổi ion trong các chất tẩy rửa, làm chất hấp phụ, chất mang trong phân bón hóa học, nếu yêu cầu số lượng lớn, độ tinh khiết không cao Những zeolite thiên nhiên được tìm thấy: Montmorillionite, Perimorphoses, Offretite, Phillipsite, Chabazite,… (Hình 1.1)

Montmorillionite Offretite

Phillipsite Chabazite

Hình 1.1.Hình ảnh một số loại khoáng zeolite thiên nhiên

Zeolite tổng hợp: vào năm 1862, Deville đã tạo ra zeolite tổng hợp đầu tiên từ

rây phân tử của chúng, từ đó zeolite được quan tâm nghiên cứu Đến 1949, zeolite tổng hợp bắt đầu được sản xuất

So với zeolite thiên nhiên, các loại zeolite tổng hợp có nhiều lợi thế và ứng dụng trong công nghiệp Do quá trình tổng hợp tạo ra được các zeolite có thành phần và mao quản có kích thước đồng nhất, tạo ra được cấu trúc mong muốn cái mà không tìm thấy trong zeolite thiên nhiên Nguyên liệu sử dụng để sản xuất zeolite là các khoáng

Silicat chiếm 90%, nguyên tố Nhôm chiếm 8,1% trong vỏ Trái Đất) nên tìm năng cung cấp zeolite là không giới hạn và thời gian tổng hợp được rút ngắn hơn so với những zeolite thiên nhiên từ 50 đến 50000 năm Các loại zeolite tổng hợp: zeolite A, zeolite

X, zeolite Y, zeolite ZSM-5,…

1.1.3 Cấu trúc zeolite [1, 2, 3, 4, 10, 26]

Zeolite có cấu trúc tinh thể, sự khác nhau trong mạng tinh thể của các loại zeolite

là do điều kiện tổng hợp, thành phần nguyên liệu, sự trao đổi các cation kim loại tại vị trí các nút mạng tạo nên

Cấu trúc chung của zeolite thiên nhiên và tổng hợp được tạo thành từ mạng lưới

-, tứ diện mang một điện tích âm và điện tích này được trung hòa bằng

Hình 1.3: Liên kết trong cấu trúc zeolite

Các tứ diện liên kết thông qua các cầu nối tạo nên những đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU (Secondary Building Unit) đó là những vòng đơn gồm 4, 6, 8, 10 và 12 tứ diện hoặc hình thành từ các vòng kép 4x2, 6x2… tứ diện (Hình 1.4)

Hình 1.4: Các dạng đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU

Sự kết hợp giữa các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU tạo thành các khung cơ bản (Hình 1.5) Sự liên kết của các khung cơ bản tạo nên mạng cấu trúc zeolite (Hình 1 6)

Hình 1.5: Hình ảnh một loại khung cơ bản của zeolite

Hình 1.6: Một số lại khung cơ bản của zeolite

Tùy theo cách liên kết giữa các khung cơ bản kiểu này hay kiểu kia thông qua các mặt bằng cầu nối Oxi mà ta sẽ được các loại zeolite khác nhau Ví dụ: các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU dạng 4 và 6 liên kết nhau tạo thành khung cơ bản dạng bát diện cụt (sodalite) Nếu các bát diện cụt này liên kết với nhau qua mặt tứ diện sẽ tạo ra zeolite

có cấu trúc tinh thể kiểu A (zeolite A), còn nối qua mặt 6 cạnh sẽ tạo được zeolite loại

Y (zeolite Y) (Hình 1.7)

Hình 1.7: Sự tạo thành khung của zeolite X (Y), A

1.1.4 Phân loại zeolite [1, 2, 3, 4, 5]

Dự vào đặc trưng và tính chất sử dụng, zeolite được phân chia thành các dạng:

1.1.4.1 Theo nguồn gốc hình thành

Zeolite tự nhiên: zeolite tự nhiên thường kém bền và do thành phần hoá học biến đổi đáng kể nên chỉ có một vài loại zeolite tự nhiên có khả năng ứng dụng thực tế như Analcime, Chabazite, Hurdenite, Clinoptilonit, và chúng chỉ phù hợp với những ứng dụng mà không yêu cầu tinh khiết cao

Zeolite tổng hợp: zeolite A, zeolite X, zeolite Y, zeolite ZSM-5, ZSM-11,

zeolite tổng hợp có thành phần đồng nhất và tinh khiết, đa dạng về chủng loại nên được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong nghiên cứu

1.1.4.2 Theo kích thước mao quản

Việc phân loại theo kích thước mao quản rất thuận tiện trong việc nghiên cứu ứng dụng zeolite, theo cách này zeolite được chia ra làm 3 loại:

- Zeolite có mao quản rộng : đường kính mao quản lớn hơn 8Å

- Zeolite có mao quản trung bình: đường kính mao quản 5Å đến 8Å

- Zeolite có mao quản nhỏ: đường kính mao quản bé hơn 5Å

Ngoài ra kích thước mao quản của các loại zeolite điển hình được phân loại bằng

số Oxi trong một cửa sổ (Bảng 1.1)

Bảng 1.1: Phân loại zeolite theo số Oxi trong một cửa sổ mao quản.[1]

Số nguyên tử Oxi trong một cửa sổ

8

A, Erionit ZSM-5, Ferrienit X,Y, Mordenit

1.1.4.3 Phân loại theo thành phần hóa học

Phân loại theo cách này cho biết về những biến đổi tính chất của zeolite Zeolite được chia thành các loại:

- Zeolite nghèo Silic hoặc giàu Nhôm

- Zeolite trung bình Silic

- Zeolite giàu Silic

- Zeolite biến tính

- Rây phân tử

- Zeolite aluminophotphat

 Loại giàu Nhôm: có tỷ lệ Si/Al gần bằng 1, theo quy tắc của Lowenstien thì tỷ

lệ Si/Al bằng 1 là giới hạn dưới, nghĩa là trong zeolite hàm lượng Si luôn lớn hơn hoặc

bằng hàm lượng Al không có tỷ lệ Si/Al < 1 Loại zeolite này chứa lượng cation bù trừ cực đại Trong loại giàu Nhôm có các zeolite 3A, 4A, 5A

 Zeolite trung bình Silic: zeolite loại này có tỷ lệ Si/Al từ 1,2 đến 2,5 gồm các zeoilte X, Y, Mordenit, Sabazite

 Zeolite giàu Silic: là các zeolite bền nhiệt được sử dụng trong các môi trường làm việc khắc nghiệt, có tỷ lệ Si/Al > 2,5 Tiêu biểu là các zeolite ZSM-5, ZSM-11 Với tỷ lệ Si/Al xấp xỉ gần 100, đường kính mao quản 5,1Å đến 5,7Å

 Zeolite biến tính: là các zeolite sau khi tạo thành người ta dùng các phương pháp để tách Al ra khỏi mạng tinh thể và thay thế vào đó là Si hoặc các nguyên tố hóa trị III hoặc IV gọi là phương pháp tách Nhôm, tạo thành các loại zeolite có tính chất thay đổi

 Rây phân tử: là loại vật liệu có cấu trúc tương tự các Aluminosilicate tinh thể nhưng hoàn toàn không chứa Al mà chỉ chứa Si Vật liệu này kỵ nước và hoạt tính xúc tác không cao do hoàn toàn không chứa các cation bù trừ điện tích Rây phân tử được tổng hợp nhờ sự có mặt của chất tạo cấu trúc

 Zeolite Aluminophotphat (AlPO): là loại zeolite được Wilson tổng hợp vào

Al

Al

1.1.5 Giới thiệu một số loại zeolite thông dụng [4, 6, 11, 12, 13, 25]

Hiện nay có hơn 180 loại zeolite tổng hợp và 48 loại zeolite thiên nhiên được tìm thấy, tuy nhiên chỉ có 1 lượng nhỏ trong chúng được sử dụng trong công nghiệp Ngoài zeolite ZSM-5 còn có các loại zeolite thông dụng được sử dụng trong các ngành công nghiệp như:

1.1.5.1 Zeolite A

Hình 1.8: Phân tử zeolite loại A

Là loại zeolite tổng hợp có cấu tạo khác với zeolite tự nhiên, công thức chung của zeolite A là:

1.1.5.2 Zeolite loại X và Y

Zeolite X và zeoltie Y thuộc họ vật liệu Faujasite có công thức hóa học:

Việc phân biệt zeolite X và zeolite Y được dựa vào tỷ lệ Si/Al, nếu tỷ lệ Si/Al > 1 đến 1,5 là zeolite X, tỷ lệ Si/Al bằng 2 là zeolite Y

Do sự tạo thành liên kết giữa các mặt zeolite X, Y khác với zeolite A, nên hốc và cửa sổ liên kết của chúng cũng khác với zeolite A Đường kính hốc α của zeolite X, Y khoảng 12,7Å Mặt khác, do liên kết ở các mặt 6 cạnh nên tồn tại ba dạng cửa sổ tương ứng với các mặt thông nhau của hốc α, β Khi hai hốc α thông nhau, kích thước cửa sổ khoảng 7,8Å Trường hợp hốc α thông với hốc β, cửa sổ gồm 6 nguyên tử Oxi, kích thước khoảng 2,2Å Còn khi hai hốc β thông nhau, cửa sổ cũng gồm 6 nguyên tử Oxi

và kích thước khoảng 2,2Å

1.1.5.3 Zeolite Mordenit (Hình 1.10)

Hình 1.10: Zeolite Mordente

Là loại zeolite nghèo Nhôm có tỷ lệ Si/Al > 5 Mắt xích cơ bản đầu tiên của sự

1.11)

Hình 1.11: Dạng cấu trúc của Mordenit

Từ mắt xích cơ sở (a) là các vòng 5 cạnh thông qua cầu nối Oxi tạo thành cấu trúc phức tạp hơn (b) và hình thành nên cấu trúc dạng cơ bản của zeolite Mordenit (c) Qua sự nối kết giữa cấu trúc cơ bản hình thành nên tinh thể Mordenit với 2 hệ thống mao cửa sổ Cửa sổ lớn được hình thành từ vòng 12 nguyên tử Oxi có kích thước

từ 5,9Å đến 7,1Å, cửa sổ nhỏ được hình thành từ vòng 8 nguyên tử Oxi có kích thước 2,7Å đến 5,7Å

1.1.5.4 Zeolite AlPO và SAPO

hợp Điểm đặc biệt của Aluminophotphat so với các zeolite khác là sự thay thế nguyên

tử Si mạng điện tích (+4) tại nút mạng thành nguyên tử P mang điện tích (+5) , như vậy

tính thấp

Quá trình tổng hợp AlPO giống như quá trình tổng hợp zeolite Aluminosilicate nhưng thay vì tạo gel Aluminosilicate ta thu được gel Aluminophotphat và tùy vào điều kiện tổng thu được các cấu trúc zeolite khác nhau Sau đây là một số loại zeolite Aluminophotphat thông dụng hiện nay (Bảng 1.2)

Bảng 1.2: Một số loại AlPO sử dụng hiện nay.[4]

1.1.6 Phương pháp tổng hợp zeolite [2, 5]

1.1.6.1 Tổng hợp zeolite từ các nguồn nguyên liệu Si, Al riêng biệt

Bản chất của quá trình tổng hợp zeolite là sự chuyển hóa của hỗn hợp gồm Si, Al, các cation kim loại, các phân tử hữu cơ, nước trong môi trường kiềm thành tinh thể Aluminosilicate Quá trình đó gọi là quá trình zeolite hóa Các chất phản ứng được trộn với nhau theo một tỷ lệ xác định trong môi trường có nhiệt độ và pH nhất định, gel Aluminosilicate sẽ được hình thành Sự hình thành gel là do quá trình ngưng tụ các liên kết  Si – OH và  Al – OH để tạo ra các liên kết mới – Si – O – Si –, – Si – O – A –

áp suất, …) Các SBU sẽ liên kết với nhau tạo nên các mầm tinh thể rồi các mầm này lớn dần lên thành các tinh thể zeolite hoàn chỉnh (Hình 1.13)

Hình 1.13: Sơ đồ quá trình tổng hợp zeolite từ hai nguồn nguyên liệu riêng biệt Tuỳ thuộc vào các kết nối của các SBU chúng ta sẽ thu được các kết nối có cấu trúc tinh thể khác nhau (Hình 1.7)

1.1.6.2 Tổng hợp zeolite từ các khoáng tự nhiên

Việc sản xuất zeolite từ các nguyên liệu riêng biệt thường dẫn đến chi phí cao, do

đó bên cạnh việc tổng hợp zeolite từ các nguồn nguyên liệu Si, Al riêng biệt việc tổng

hợp zeolite từ các nguồn khoáng thiên nhiên đang được ứng dụng Do các loại khoáng thiên nhiên có thành phần, nguồn gốc và tính chất khác nhau nên phương pháp tổng hợp zeolite có sự khác nhau đáng kể Phương pháp chung nhất để tổng hợp zeolite từ các nguồn khoáng thiên nhiên có thể được trình bài theo sơ đồ:

Hình 1.14: Sơ đồ tổng quát quá trình tổng hợp zeolite từ khoáng thiên nhiên Ngoài ra với sự phát triển của một số ngành công nghiệp, nông nghiệp một số phụ phẩm có chứa Si, Al được tạo ra và thải bỏ vào môi trường Điều đó gây sự lãng phí và gây ô nhiểm môi trường, nên việc ứng dụng các phụ phẩm đó trong sản xuất zeolite đang được chú ý

1.1.7 Ứng dụng của zeolite [1, 5, 6, 33]

1.1.7.1 Ứng dụng trong hóa lọc dầu

Do những tính chất như: khả năng hấp phụ cao, tính chọn lọc hình dạng, khả năng bền nhiệt, có thể thay đổi cấu trúc phù hợp với yêu cầu sử dụng Nên zeolite đã trở thành xúc tác không thể thiếu trong trong công nghiệp lọc dầu Zeolite tham gia vào hầu hết các công đoạn như:

 Phản ứng Cracking xúc tác

 Quá trình alkyl hoá

 Quá trình izome hoá

 Phản ứng thơm hoá olefin

 Quá trình Hydrocracking

Hiện nay, zeolite được sử dụng tới 95% tổng lượng xúc tác trong lọc và hóa dầu

1.1.7.2 Ứng dụng trong nông nghiệp

Lợi dụng tính chất hấp phụ của zeolite đã tạo ra các loại phân bón chứa zeolite Zeolite có thể làm giảm sự mất các chất dinh dưỡng trong quá trình bảo quản và sử dụng, zeolite sẽ từ từ nhả chất dinh dưỡng trong phân bón vào đất đáp ứng theo nhu cầu của cây trồng, giúp tiết kiệm lượng phân bón, tăng độ phì nhiêu (do là vật liệu xốp nên làm xốp đất), giữ độ ẩm và điều hoà độ pH cho đất

1.1.7.3 Ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản

Nhờ khả năng hấp phụ và trao đổi ion zeolite có khả năng hấp thụ và trao đổi với amoniac giữ chúng trên bề mặt giúp loại bỏ khí độc trong nước Hơn nữa ái lực của zeolite với Nitơ làm cho vật liệu này có thể tạo nên môi trường giàu Oxi

1.1.7.4 Ứng dụng trong chăn nuôi

Những thức ăn chăn nuôi có sử dụng zeolite làm phụ gia có ưu điểm nổi trội so

các loại thức ăn thông thường Sử dụng zeolite làm thức ăn bổ sung giúp tăng nhanh tốc độ sinh trưởng và phát triển của vật nuôi, giảm giá thành thức ăn, nâng cao năng suất lao động Các ưu điểm của việc sử dụng zeolite là:

 Hấp phụ những nguyên tố độc hại và ammonium, mùi hôi thối

 Zeolite tác dụng với các nguyên tố hữu ích trong đường ruột, tăng cường khả năng hấp phụ: Ca, Mg, …

 Zeolite giúp tăng cường khả năng nghiền, ma sát trong dạ dày động vật, đặc biệt là đối với gia cầm

 Thức ăn chứa zeolite sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc đào thải ra khỏi cơ thể vật nuôi các độc tố trong thức ăn

1.1.7.5 Ứng dụng zeolite để xử lý nước thải

Khả năng trao đổi ion cao kết hợp với ái lực lựa chọn đối với các cation làm cho các loại zeolite tự nhiên và tổng hợp rất thích hợp để xử lý các cation không mong muốn trong nước và nước thải Ví dụ những cation kim loại có thể loại bỏ khỏi nước

thường ở dạng chứa ion kim loại kiềm, trong quá trình trao đổi các ion này dễ dàng tách ra khỏi mạng lưới tinh thể và nhường chổ cho cation kim loại khác theo quy tắc trao đổi chọn lọc

 Giá thành zeolite còn cao nếu không có nguồn zeolite tự nhiên phong phú

 Quá trình hoàn nguyên lại zeolite không dễ dàng

1.1.7.6 Ứng dụng để tách khí

Do kích thước mao quản đồng nhất, zeolite chỉ cho những phân tử có kích thước hình dạng nhất định đi vào mao quản Lợi dụng tính chất này zeolite được dùng để thực hiện quá tình tách khí để thu hoặc loại bỏ các khí không cần thiết Ví dụ: zeolite được

Với hệ thống cấu trúc:

Hình 1.16: Hình ảnh mô tả cấu trúc zeolite ZSM-5

ZSM-5 thuộc họ vật liệu pentasil, có cấu trúc quốc tế là MFI với các dữ liệu tinh thể học như sau: ZSM-5 thuộc nhóm đối xứng Pnma, a = 20,1Å; b = 19,9Å; c

= 13,4Å được xây dựng bởi các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU dạng 5-1 (Hình 1.17a) Các đơn vị cơ sở này liên kết với nhau tạo thành khung pentasil, mỗi đơn vị pentasil bao gồm 8 vòng năm cạnh liên kết nhau (Hình 1.17b), tại mỗi đỉnh của

pentasil (Hình 1.17c) và các chuỗi này kết nối tạo nên các tấm xốp (Hình 1.16d), các tấm xốp này liên kết trật tự thông qua cầu nối Oxi tạo nên hệ thống mao quản ZSM-5 (Hình 1.17e)

Hình 1.17: Cấu trúc hình thành zeolite ZSM-5

Zeolite ZSM-5 có hai hệ thống mao quản giao nhau, những mao quản theo hướng thẳng đứng trong mặt cắt ngang có kích thước 5,3 ÷ 5,6Å, còn những mao quản theo hướng nằm ngang theo mô hình Zig-zag trong mặt cắt ngang có kích thước 5,1 ÷ 5,5Å (Hình 1.18)

Hình 1.18: Cấu trúc mao quản zeolite ZSM-5

Nhìn chung hệ thống mao quản của ZSM-5 có dạng elip và cả hai loại mao quản đều được hình thành từ những vòng 10 nguyên tử Oxi (Hình 1.19)

Hình 1.19: Cấu trúc mao quản ZSM-5 với vòng 10 nguyên tử Oxi

1.2.2 Tính chất zeolite.[2, 3, 5, 6, 11]

1.2.2.1 Tính chất trao đổi cation

Khả năng trao đổi cation là một trong những tính chất quan trọng của zeolite Tính chất trao đổi cation do khung điện tích âm của zeolite Trong zeolite, việc thay thế

hỏi phải có cation kim loại bù trừ điện tích Các cation này tồn tại trong khung cấu trúc nhưng không tham gia vào mạng tinh thể nên có khả năng trao đổi cation dễ dàng mà

Trong quá trình trao đổi, các thông số mạng không bị thay đổi, khung mạng zeolite không bị trương nở nhưng đường kính trung bình của các mao quản sẽ thay đổi

Sự tăng kích thước xảy ra khi quá trình trao đổi làm giảm số lượng cation (ví dụ: thay

nếu cation thay thế có kích thước lớn hơn kích thước của cation ban đầu (ví dụ: thay

Nguyên tắc trao đổi cation là dựa vào hiện tượng trao đổi thuận nghịch giữa các cation trong dung dịch và các cation bù trừ điện tích âm trong khung mạng zeolite Sự trao đổi này tuân theo quy luật tỷ lượng hay là quy luật trao đổi “tương đương 1-1” theo hoá trị Zeolite có thể trao đổi một phần hay hoàn toàn cation bù trừ, khả năng trao đổi ion của zeolite phụ thuộc nhiều yếu tố nhưng chủ yếu phụ thuộc các yếu tố sau:

 Bản chất cation trao đổi: điện tích, kích thước cation ở trạng thái hydrat hoá và dehydrat hoá

 Nồng độ cation trong dung dịch

 Bản chất của anion kết hợp với cation trong dung dịch

 Dung môi hoà tan cation (thông thường là dung môi nước, đôi khi là dung môi hữu cơ)

 Cấu trúc của zeolite

 Nhiệt độ của môi trường trao đổi

Sự trao đổi cation trong zeolite là do trong cấu trúc của chúng có các tứ diện

nên khi zeolite có đường kính mao quản lớn hơn kích thước cation trao đổi thì tỷ

lệ Si/Al của zeolite có ảnh hưởng lớn đến dung lượng trao đổi Thông thường, tỷ lệ Si/Al càng thấp thì dung lượng trao đổi cation càng lớn và ngược lại

Bên cạnh dung lượng trao đổi cation, vận tốc trao đổi cation cũng phụ thuộc vào đường kính mao quản và kích thước các cation: vận tốc trao đổi càng lớn khi kích thước cation càng nhỏ và đường kính mao quản của zeolite càng lớn Khi cation có kích thước lớn hơn đường kính mao quản thì sự trao đổi diễn ra chậm trên bề mặt zeolite

Bảng 1.3: Hiệu suất trao đổi cation của một vài loại zeolite phụ thuộc vào kích

Cromit Ferrierit

4A

KL Mordenit

X

Y

3,7 x 4,2 4,0 x 5,5 4,4 x 7,2 3,6 x 5,2 4,3 x 5,5 3,4 x 4,8 4,2 và 2,2 7,1 6,7 x 7 7,4 7,4

4,9

2,6 3,8

2,4 7,0 3,8 2,6 6,4 4,4

1.2.2.2 Tính axit

Hoạt tính xúc tác của zeolite có được là nhờ tính axit của chúng, đây là tính chất đặc biệt quan trọng của zeolite Tính chất này bắt nguồn từ cấu trúc và thành phần hóa

tích âm, điện tích âm này được trung hòa bằng các cation kim loại bù trừ Khi thay thế cation này bằng các cation khác sẽ làm xuất hiện các proton trong zeolite Trong zeolite có 2 loại tâm axit:

 Loại có khả năng cho proton gọi là tâm axit Bronsted

 Loại có khả năng nhận cặp electron gọi là tâm axit Lewis

Các tâm axit này hình thành theo nhiều các cách nhau:

Sự hình thành tâm axit Bronsted

Các nhóm hidroxit chính là nguồn cung cấp proton chủ yếu để tạo nên các tâm axit Bronsted Đó là các nhóm OH hình thành trong quá trình phân hủy các nhóm

hoặc sự phân ly các phân tử nước hấp phụ bởi trường tĩnh điện của các cation trao đổi

đa hóa trị

Al

OSi

n m

M (H O) 2

Si

OAl

H

n+1 m-1

Sự trao đổi cation của zeolite với các cation đa hoá trị (như các kim loại kiềm thổ,

xuất hiện proton Sự biến đổi này có thể được biểu diễn như sau:

3

H O 2 2 3 (O H )

OH

2 (O H)

O

Si

OO

Ngoài ra sau khi khử Hydro của các zeolite đã trao đổi ion với các kim loại chuyển tiếp như Ni, Cu, Co hay các kim loại quý Pt, Pd, Ru, Ir cũng tạo ra các điện tích âm dư và

 Trao đổi ion với Pt

Sự hình thành các tâm axit Lewis

Ngoài tâm axit Bronsted, zeolite còn có các tâm axit Lewis Sự hình thành tâm axit Lewis là do tồn tại Al trong mạng cấu trúc Khi nguyên tử oxy bị tách ra ở nhiệt độ cao khỏi liên kết với Al thì sẽ xuất hiện tâm axit Lewis

O O

Si Al

O

O

O O O

1.2.2.3 Tính chất hấp phụ

Do có cấu trúc tinh thể với hệ thông lỗ xốp nên bề mặt zeolite được chia thành bề mặt ngoài và bề mặt trong (diện tích các mao quản), bề mặt ngoài có diện tích không lớn nên quá trình hấp phụ chủ yếu được thực hiện ở bề mặt trong

Bản chất quá trình hấp phụ của zeolite là quá trình thu gom dần dần các chất bị hấp phụ để lấp đầy các kênh rãnh, khoang trong tinh thể zeolite Các cửa sổ nằm ngoài

bề mặt zeolite thì tập trung mật độ điện tử (do chứa nhiều nguyên tử oxy trong không

tác tĩnh điện với các chất bị hấp phụ, nhưng để quá trình hấp phụ diễn ra thì chất bị hấp phụ phải phân tán vào các mao quản Do đó, tính chất hấp phụ được xác định bởi lực tĩnh điện của bề mặt trong và tính chất của chất bị hấp phụ, bề mặt phân cực hấp phụ

Ngoài ra khả năng hấp phụ của zeolite còn phụ thuộc vào thành phần tinh thể của mạng lưới, tỷ lệ Si/Al Vì tỷ lệ Si/Al lớn hay nhỏ sẽ làm thay đổi mật độ cation trên bề mặt từ đó ảnh hưởng đến điện tích chung trên bề mặt zeolite

Từ đó có thể thay đổi khả năng hấp phụ của zeolite bằng cách thay đổi các yếu tố:

 Thay đổi năng lượng tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ bằng cách cho hấp phụ một lượng nhỏ chất bị hấp phụ trước đó

 Thay đổi kích thước mao quản và khả năng phân cực của chất hấp phụ bằng cách trao đổi ion Ví dụ: khi xảy ra quá trình trao đổi cation thì đường kính trung bình

cũng tăng theo vì kích thước của nguyên tử Hydro nhỏ hơn kích thước nguyên tử Natri

 Giảm tương tác tĩnh điện của zeolite với các chất bị hấp phụ bằng cách loại bỏ các cation kim loại khỏi zeolite

1.2.2.4 Tính chọn lọc hình dạng

Khác với than hoạt tính, silicagel và các chất hấp phụ vô cơ khác, zeolite có cấu trúc tinh thể với hệ thông lỗ xốp có kích cỡ phân tử và rất đồng đều chỉ cho những phân tử có hình dạng và kích thước phù hợp đi vào và thoát ra khỏi mao quản Do đó zeolite có tính chất chọn lọc cao, và đây là tính chất đồng hành với tính chất hấp phụ

của zeolite

Tính chọn lọc hình dạng là tính chất đặc trưng của vật liệu cấu trúc mao quản Các tâm hoạt động của zeolite phần lớn tập trung trong các mao quản, các tâm hoạt động này là tác nhân xúc tác cho các quá trình hóa học xảy ra bên trong tinh thể, do đó đòi hỏi các chất tham gia phản ứng phải khuyết tán vào bên trong các cửa sổ thực hiện phản ứng và giải phóng sản phẩm Tính chọn hình dạng của zeolite thể hiện ở ba

trường hợp sau:

 Chọn lọc hình dạng kích thước chất phản ứng: các tâm xúc tác nằm trong các mao quản có đường vào bị giới hạn bởi kích thước cửa sổ mao quản Để tiếp xúc với các tâm hoạt động bên trong cửa sổ mao quản các phân tử cần khuếch tán qua các cửa

sổ đến gần các tâm hoạt động Như vậy chỉ có các chất phản ứng có kích thước nhỏ hơn hoặc gần bằng đường kính các cửa sổ này mới có thể khuyếch tán vào trong các

mao quản để đến các tâm hoạt động và tham gia phản ứng Ví dụ: phản ứng Cracking n-Ocxan trong 2,2,4-Trimethylpentane (Hình 1.20)

Hình 1.20: Chọn lọc hình dạng chất phản ứng

 Chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng: chỉ có các sản phẩm tạo thành trong các mao quản của zeolite có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng kích thước mao quản mới

có thể ra ngoài dưới dạng sản phẩm cuối cùng Đối với các sản phẩm có kích thước lớn hơn kích thước mao quản sẽ tiếp tục biến đổi dể tạo phân tử có kích thước nhỏ hơn hoặc ngưng tụ lại trong mao quản gây mất hoạt tính xúc tác của zeolite Loại chọn lọc này rất thích hợp cho những phản ứng cần chọn sản phẩm mong muốn trong số đồng phân của nó Ví dụ: chọn lọc dạng para trong phản ứng alkyl hoá toluen Sự tạo thành

ba đồng phân octo, meta, para do khả năng khuếch tán ra ngoài mao quản quyết định Trong số 3 đồng phân này dạng para có thể khuếch tán ra ngoài mao quản.(Hình 1.21)

Hình 1.21: Chọn lọc hình dạng sản phẩm

 Chọn lọc hình dạng sản phẩm trung gian: sử chuyển đổi chất phản ứng A thành sản phẩm B phải trải qua một trạng thái trung gian có cấu trúc và kích thước xác định