Nghiên cứu quá trình sản xuất nhiên liệu khí từ than bùn bằng phương pháp nhiệt phân có xúc tác

Trong khuôn khổ nội dung luận văn thạc sĩ này, chúng tôi giới thiệu kết quả nghiên cứu quá trình nhiệt phân với nguồn nguy n liệu than n được h i thác tại t nh nh Dương; kết quả nghi n c

- -

NGUYỄN QUỐC HẢI

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU KHÍ

TỪ THAN BÙN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN CÓ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

KHOA- ĐHQG-HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Hu nh Quyền

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Mai Thanh Phong

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Lê Anh Kiên

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa- ĐHQG-HCM

Ngày 09 tháng 01 năm 2012

Thành phần hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm:

Xác nhận của chủ t ch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

Đại học Quốc Gia TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Quốc Hải MSHV: 10291081

Ngày, tháng, năm sinh: 20-01-1987 Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên Ngành: Quá Trình và Thiết Bị Công Nghệ Hoá Học Mã số: 60.52.77

n n p t n

 Khảo sát thành phần các chất trong nguy n liệu th n n h i thác ở t nh

nh Dương

 Khảo sát ảnh hưởng củ nhiệt độ, tốc độ gi nhiệt, nồng độ x c tác đến

hiệu suất thu hồi sản phẩm, hiệu suất chuy n hoá củ quá tr nh nhiệt ph n

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2011

V HỌ TÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS Huỳnh Quyề n

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tp.HCM, Ngày tháng năm 2011

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô giáo ộ môn Quá tr nh và Thiết nói ri ng, các thầy cô giáo ho Kỹ Thuật Hoá Học nói chung ác thầy cô đã nhiệt tình giảng ạy và truyền đạt những iến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gi n học tập, đó chính là nền tảng đ tôi thực hiện tốt luận văn này

Tôi xin cảm ơn các nh ch và các ạn trong Trung Tâm Nghi n ứu ông Nghệ Lọc Hó Dầu - Trường Đại Học ách Kho TP Hồ hí Minh đã gi p đ , đóng góp những ý iến hữu ích đ luận văn củ tôi được hoàn thiện hơn

uối c ng, tôi muốn cảm ơn đến gi đ nh tôi đã luôn ủng hộ tinh thần, động vi n,

gi p tôi vượt qu những hó hăn trong suốt quá tr nh thực hiện luận văn

Tp Hồ hí Minh, ngày tháng năm 1

Nguyễn Quốc Hải

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Năng lượng tái tạo trở thành một mục tiêu quan trọng được tập trung nghiên cứu trong những năm gần đ y, trong đó iom ss được xem như một nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềm năng cho một sự phát tri n bền vững Trong khuôn khổ nội dung luận văn thạc sĩ này, chúng tôi giới thiệu kết quả nghiên cứu quá trình nhiệt phân với nguồn nguy n liệu than n được h i thác tại t nh nh Dương; kết quả nghi n cứu về sự ảnh hưởng củ các điều iện nhiệt độ, tốc độ gi nhiệt, t lệ x c tác th n n đối với quá tr nh nhiệt ph n th n n Nghi n cứu cũng tiến hành so sánh h i phương pháp sử ụng x c tác là trộn lẫn và tách rời Đồng thời, ết quả về ảnh hưởng củ các loại x c tác: entonite thô, entonite hoạt hoá, Zeolite A, H-ZSM-5 cũng được nghi n cứu và

tr nh ày Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp trộn lẫn nguy n liệu với bentonite thô tăng cường hiệu suất chuy n hóa của than bùn thông qua hiệu ứng tăng cường quá trình truyền nhiệt các tầng nguyên liệu trong quá trình nhiệt phân Bên cạnh

đó hiệu ứng xúc tác củ entonite thô là tăng cường hiệu suất thu hồi sản phẩm hí, đặc biệt là hydro và CH4 Kết quả nghi n cứu cũng đư r điều iện thích hợp cho quá tr nh nhiệt ph n th n n là: nhiệt độ o , tốc độ gi nhiệt o ph t, t lệ x c tác th n

n là Với điều iện này, hiệu suất chuy n hoá đạt , , hiệu suất sản phẩm

hí , , hàm lượng hydro trong sản phẩm hí đạt , % Trong cùng một điều kiện nhiệt phân, x c tác H-ZSM-5 cho hiệu suất chuy n hoá, hiệu suất sản phẩm hí

và hàm lượng Hy ro c o nhất So với x c tác entonite thô, x c tác entonite hoạt hoá

ch làm tăng hiệu suất chuy n hoá l n , và hiệu suất hí tăng , lần nhưng lại làm giảm hàm lượng Hy ro và tăng hàm lượng O2 trong sản phẩm hí Tính chất củ sản phẩm lỏng trong trường hợp nhiệt ph n có x c tác entonite thô và hông có x c tác cũng được ph n tích và tr nh ày

ABSTRACT

In recent years, the renewable energy is important objective and biomass is one of the most abundant renewable energy sources for a sustainable development In this thesis, we present the results of studying peat pyrolysis process, and peat of Binh Duong province is used; the result about the effects of temperature, heating rate, ratio

of Crude Bentonite catalyst/ peat on peat pyrolysis process We also compared two methods using catalyst such as: mixing and separating Simultaneous, the effects of catalysts such as: Crude Bentonite, activated Bentonite, Zeolite 4A, H-ZSM-5 were also studied and presented Our obtained results showed that, the crude bentonite – mixed peat has increased the conversion of peat by increasing thermic conduction in layer of peat inside the reactor Peat pyrolysis process with catalyst also increased the recovery efficiency of gas products, mainly for hydrogen and methane The results of studying were also given the suitable conditions of peat pyrolysis process: the temperature was 450oC, the heating rate was 15oC/min, the ratio of Crude Bentonite catalyst/peat was 30% With these conditions, the conversion efficiency reached 97,45%, the recovery efficiency of gas product was 27,26% and concentration of hydrogen of gas product was 39,27% By comparison with the effects of catalysts at the same conditions of reaction, the highest conversion efficiency, the highest recovery efficiency of gas product and the highest concentration of hydrogen of gas product were given when H-ZSM-5 catalyst was used By comparison with Crude bentonite, activated bentonite only increased the conversion efficiency to 1.01 times and increased gas efficiency 1.03 times but reduced the concentration of hydrogen and increased the concentration of CO2 in the gas products Properties of liquid products in two cases have catalytic pyrolysis of crude bentonite and without catalyst were also analyzed and presented

LỜI CAM ĐOAN

Tôi c m đo n rằng tất cả những kết quả nghiên cứu được nêu trong luận án này là

do tôi thực hiện, các ý tưởng tham khảo và những kết quả trích dẫn từ các công trình hác đều được nêu rõ trong luận án

Thành phố Hồ hí Minh, năm

Nguyễn Quốc Hải

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

WEC: Ủy n Năng Lƣợng Thế Giới

Ha: hecta

Mont: Montmorillionite

SBU: Secondary Building Units

F t: thành phần chất o

GFF: Glass fiber filter

NDS: Neutral detergent solution

NDF: Neutral Detergent Fiber

CTAB: Cetyl trimethylammonium bromide

ADF: Acid Detergent Fiber

ADL: Acid Detergent Lignin

HHV: Higher heating value

LHV: Lower Heating Value

DANH MỤC CÁC BẢNG

ảng II : Lượng th n n h i thác và ti u thụ tr n thế giới năm [7] 9

Bảng II.2: Thành phần các nguyên tố trong các loại than khác nhau[36] 11

Bảng II.3 Thành phần hóa học than bùn[10] 12

Bảng II.4: Thành phần các nhóm chất trong than bùn[10] 12

Bảng II.5 : Thành phần hóa học của bentonite của một số mỏ trên thế giới[34] 21

Bảng II : ơ cấu sản phẩm nhiệt phân 35

Bảng III.1: Tính chất Zeolite 55

Bảng III.2: Hóa chất sử dụng trong NDF 65

Bảng III.3: Hóa chất sử dụng trong ADF 68

Bảng III : Điều kiện thí nghiệm cơ sở 73

Bảng III : Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 74

Bảng III : Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt 75

Bảng III : Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ xúc tác 76

-Bảng III 8 : Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng phương pháp sử dụng xúc tác- 77 Bảng III : Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng loại xúc tác 78

Bảng IV.1: Kết quả thành phần nguyên liệu than bùn 86

Bảng IV.2: Diện tích bề mặt riêng của một số mẫu xúc tác 88

Bảng IV.3: Hiệu suất các sản phẩm trong khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 90

Bảng IV.4: Hiệu suất các sản phẩm trong khảo sát ảnh hưởng tốc độ gia nhiệt 92

Bảng IV.5: Hiệu suất sản phẩm trong khảo sát ảnh hưởng t lệ xúc tác/ than bùn 95

-Bảng IV.6: Hiệu suất các sản phẩm trong khảo sát ảnh hưởng phương pháp sử dụng xúc tác 97

-Bảng IV.7: Kết quả phân tích thành phần sản phẩm khí trong khảo sát ảnh hưởng phương pháp sử dụng xúc tác 100

Bảng IV.8: Ảnh hưởng của các loại x c tác hác nh u đến hiệu suất sản phẩm 103 Bảng IV.9: Thành phần khí trong khảo sát ảnh hưởng của các loại xúc tác khác nhau -

105

ảng IV : Tính chất sản phẩm ầu nhiệt ph n 109

-DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình II.1: Phân bố than bùn trên thế giới[7] 10

Hình II.2: Than bùn Việt Nam 11

Hình II.3: Cấu tạo hóa học của cellulose[37] 13

Hình II.4: Ki u Fringed fibrillar và ki u Folding chain[38] 14

Hình II.5: Cấu tạo hóa học của các thành phần chính của hemicellulose 15

Hình II.6: Cấu tạo hóa học của hemicellulose 16

H nh II : ác đơn v cơ ản của lignin 17

H nh II 8: Sơ đồ cấu trúc phân tử của lignin 17

Hình II.9: Cấu trúc tinh th của Montmorillionite [29] 19

H nh II : Đơn v cấu tr c tứ iện và át iện 19

H nh II : Đơn v cấu tr c mạng tứ iện SiO4 19

H nh II : ấu tr c hông gi n chiều củ mont 21

H nh II : Đơn v cấu tr c cơ ản của Zeolite 25

H nh II : ác đơn v cấu trúc SUB của zeolite 26

Hình II.15: Mô tả sự hình thành cấu trúc zeolite A, X hoặc Y 27

Hình II.16: Cấu trúc tinh th của zeolite HZSM5 28

Hình II.17: Cấu trúc kênh trong zeolite HZSM5 29

Hình II.18: Tính axit của zeolite HZSM5 31

H nh II : Độ chọn lọc hình dạng của xúc tác zeolite HZSM5 32

Hình II.20: ơ chế quá tr nh ph n tách cellulose[27] 39

H nh II : Sơ đồ thí nghiệm củ L.Vlyacheslav [11] 50

H nh II : Sự phụ thuộc th tích khí nhiệt ph n đối với thời gian: 50

-H nh II : Lƣợng hydrocacbon trong h n hợp khí thu đƣợc trong quá trình nhiệt phân than bùn với nồng độ nhôm silicat là 30% 51

H nh II : Sơ đồ tiến hành thí nghiệm củ Hale Sutcu [28] 52

Hình III.1: Sơ đồ hệ thống thiết b thí nghiệm 57

Hình III.2: Hệ thống thiết b thí nghiệm 57

Hình III.3: Cấu tạo thiết b nhiệt phân 58

Hình III.4: Glass fiber filter 59

Hình III.5: Gooch Crucible 59

H nh III : n điện tử 59

Hình III.7: Bình chiết Soxhlet 60

H nh III 8: Dụng cụ hoàn lưu và nh cầu cổ 60

Hình III.9: Tủ sấy 60

H nh III : ơm tạo chân không 60

Hình III.11: Quy trình phân tích thành phần béo của than bùn 62

Hình III.12: Quy trình phân tích các thành phần của than bùn 64

Hình III.13: xúc tác bentonite 71

H nh III : Sơ đồ hoạt hóa Bentonite 71

H nh III : Sơ đồ khối quy trình thực nghiệm 72

Hình III.16: Chế độ nhiệt độ phân tích máy GC 81

Hình III.17: Cấu tạo máy đo ề mặt riêng Nova 2200 85

Hình IV.1: Thành phần nguyên liệu Than bùn 87

Hình IV.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt ph n đến hiệu suất sản phẩm 90

Hình IV.3: Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt đến hiệu suất sản phẩm 93

Hình IV.4: Ảnh hưởng của t lệ x c tác th n n đến hiệu suất sản phẩm 95

Hình IV.5: Ảnh hưởng củ x c tác entonite thô và phương pháp sử dụng xúc tác 98 -H nh IV : Thành phần hí trong sản phẩm hí trong hảo sát phương pháp sử ụng x c tác entonite thô 100

Hình IV.7: Ảnh hưởng của các x c tác hác nh u đến hiệu suất sản phẩm 103

Hình IV.8: So sánh thành phần các khí khi sử dụng các xúc tác khác nhau 106

-MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN V N THẠ SĨ ii

ABSTRACT iii

LỜI AM ĐOAN iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

MỤ LỤ x

HƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1

-I ĐẶT VẤN ĐỀ 1

-II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

-III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

-IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

-V PHƯƠNG PH P NGHIÊN ỨU 4

-VI Ý NGHĨA KHOA HỌC 5

-VII Ý NGHĨA THỰC TIỄN 5

HƯƠNG II: TỔNG QUAN 6

-I Vật Liệu nghiên cứu 6

-1 Than bùn 6

-2 Xúc tác 17

-II ơ sở lý thuyết 33

-1 Quá trình nhiệt phân 34

-2 ơ chế nhiệt phân 35

-3 ơ chế nhiệt phân xúc tác 37

-4 ơ chế của quá trình tách cellulose 38

-5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân 40

-III Ứng dụng sản phẩm 42

-1 Ứng ụng củ Hy rogen H2): 42

-2 Ứng dụng cacbon monoxit (CO): 43

-3 Ứng dụng khí metan: 44

-4 Ứng dụng sản phẩm dầu nhiệt phân 44

-5 Ứng dụng sản phẩm rắn 45

-IV Tình hình nghiên cứu 45

-1 Ngoài nước 45

-2 Trong nước 52

HƯƠNG III: PHƯƠNG PH P, THIẾT BỊ, VẬT LIỆU TRONG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 55

-II Đối tượng nghiên cứu Thiết b sử dụng 55

-1 Vật liệu 55

-2 Hệ thống thiết b 56

-III Phương pháp thực hiện 59

-1 Phương pháp tiền xử lý than bùn 59

-2 Phương pháp ph n tích thành phần than bùn: 59

-3 Phương pháp chuẩn b xúc tác 71

-4 Phương pháp thực hiện thí nghiệm 72

-5 Phương pháp ph n tích 78

HƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 86

-I Kết quả phân tích thành phần than bùn 86

-II Kết quả phân tích tính chất xúc tác 87

-III Kết quả nghiên cứu quá trình nhiệt phân than bùn 89

-1 Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng 89

-2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp sử dụng xúc tác 97

-3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các loại xúc tác khác nhau 102

-4 Kết quả ph n tích tính chất sản phẩm ầu nhiệt ph n 109

HƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

DANH MỤ NG TR NH NG Ố 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 113 -PHỤ LỤ - 117 -

n như là một nhiên liệu biomass cung cấp nguồn năng lượng sạch, giảm lượng khí thải CO2, ít gây ô nhiễm môi trường Đối với việc thu nhi n liệu từ iom ss, việc chọn qui tr nh cho ph hợp là rất cần thiết Tr n thực tế, có quá tr nh chuy n hó biomass

đ thu năng lượng: hí hó , đốt cháy và nhiệt ph n Quá tr nh hí hó là quá tr nh chuy n những vật liệu chứ cacbon như th n, ầu hí, sinh hối thành hí tổng hợp (CO, H2 ở nhiệt độ c o với sự i m soát lượng oxy hoặc òng hơi nước Đ y là quá

tr nh xảy r ở nhiệt độ c o, ti u tốn nhiều năng lượng Đốt cháy là một chu i phản ứng giữ nhi n liệu và oxy m theo quá tr nh sinh r năng lượng và làm chuy n hó các thành phần hó học Thông thường, quá tr nh này được áp ụng đối với nhi n liệu có chứ nhiều hy roc c on Nhiệt ph n là ước đầu củ quá tr nh hí hó được thực hiện trong điều iện hông có oxy, ở nhiệt độ trung nh

Trong những năm trở lại đây, với sự biến động theo chiều hướng tăng ần giá dầu

mỏ, hí đốt đã g y r rất nhiều hó hăn cho các nhà sản xuất có sử dụng năng lượng Hiện nay, nguồn dầu mỏ của Việt Nam ngày càng cạn kiệt, theo đánh giá của các

chuyên gia, nếu như tốc độ khai thác như hiện nay thì trong vòng khoảng năm nữa, Việt Nam chúng ta phải nhập dầu thô và hí đốt Chính vì thế việc nghiên cứu tìm kiếm công nghệ đ có th sản xuất nhiên liệu đi từ các nguồn nguyên liệu có sẵn khác nhau là một vấn đề cần thiết Việt Nam với lợi thế là có trữ lượng than bùn dồi dào, nằm rải rác khắp nơi Theo các nghiên cứu, th đ y là một nguồn nguyên liệu hoàn toàn

có th sản xuất ra các loại nhiên liệu sạch khí, lỏng và được sử dụng làm chất đốt Tuy nhiên vẫn chư có một nghiên cứu cụ th nào về vấn đề sản xuất nhiên liệu từ than bùn tại Việt Nam Chính vì vậy, nghiên cứu công nghệ có th áp dụng vào quá trình nhiệt

ph n th n n đ sản xuất nhiên liệu là một vấn đề cấp bách và cần thiết đối với tình hình hiện nay tại Việt Nam Việc nghiên cứu công nghệ nhiệt phân than bùn không những góp một phần vào việc giải quyết vấn đề nhiên liệu hiện n y và trong tương l i của Việt Nam mà bên cạnh đó công nghệ nhiệt phân than bùn góp phần vào việc nâng cao giá tr nguồn tài nguyên dồi ào này chư được h i thác đ ng mức tại Việt Nam, góp phần đư r một loại nhiên liệu sạch giảm thi u tình trạng ô nhiễm môi trường từ việc sử dụng các nguồn nhiên liệu chế biến từ dầu mỏ và việc sử dụng đốt trực tiếp nhiên liệu rắn của các quá trình công nghệ

Trên cơ sở nhận thức đó, đề tài luận văn thạc sĩ “ nghi n u quá tr nh sản u t

nhi n i u h t th n n ng ph ng pháp nhi t ph n tá ” đ ợc thực hi n

II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Như đã đề cặp ở tr n, đối tượng nghiên cứu trong đề tài này bao gồm:

 Vật liệu nghiên cứu:

 Nguyên liệu than bùn khai thác tại t nh nh Dương

 X c tác được sử dụng là xúc tác Bentonite nh Thuận được cung cấp bởi công ty TNHH Hương ảnh, Tp Hồ Chí Minh, xúc tác Zeolite 4A, xúc tác H-ZSM-5 được cung cấp ởi công ty PINGXIANG XINTAO CHEMICAL PACKING CO.,LTD - Trung

Quốc

 Thiết : hệ thống thiết phản ứng nhiệt ph n ạng tầng cố đ nh được thiết

ế và lắp đặt tại Trung T m Nghi n ứu ông Nghệ Lọc Hoá Dầu Đại Học ách Kho Thành Phố Hồ hí Minh

 Quá trình nhiệt phân: nhiệt ph n trong điều kiện không có oxy, có xúc tác

và không có xúc tác

 Sản phẩm: khí nhiệt phân và dầu nhiệt phân

III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục ti u đặt ra trong luận văn này là:

 Xây dựng cơ sở dữ liệu về thành phần than bùn khai thác tại t nh Bình Dương

 Nghiên cứu lựa chọn quy trình cho quá trình nhiệt phân than bùn

 Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, nồng độ xúc tác đến quá trình nhiệt phân than bùn

 Nghiên cứu tác động của một vài xúc tác khác nhau đến quá trình nhiệt phân than bùn

IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Nghiên c u tổng quan, xây dựng sở dữ li u, xây dựng quy

trình công ngh

1.1 Nghiên cứu tổng qu n lý thuyết về công nghệ sản xuất nhi n liệu

từ th n n tại Việt N m và trên thế giới nhằm tạo ra một cơ sở khoa học cho việc thực hiện đề tài

1.2 Phân tích thành phần hó lý, đặc đi m th n n lấy tại nh Dương của Việt Nam

Nội dung 2: Nghiên c u ự h n quy tr nh và xây dựng h th ng thi t th

nghi m ho quá tr nh nhi t ph n th n n

Nội dung 3: Nghiên c u thực nghi m

3.1 Nghi n cứu ảnh hưởng các điều iện nhiệt độ, tốc độ gi nhiệt, t

lệ x c tác th n n đến hiệu suất thu hồi sản phẩm, hiệu suất chuy n hoá các thành phần trong th n n

3.2 Nghiên cứu so sánh phương pháp sử dụng x c tác đến hiệu suất và thành phần sản phẩm hí

3.3 Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng củ x c tác Bentonite thô, Bentonite hoạt hoá, zeolite 4A, H-ZSM-5 đến thành phần và hiệu suất thu hồi nhiên liệu khí

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghi n cứu này được thực hiện tr n cơ sở phương pháp nghi n cứu thực nghiệm

tr n hệ thống pilot được x y ựng ác phương pháp được sử ụng trong nghi n cứu quá tr nh nhiệt ph n th n n o gồm:

 Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp, so sánh kết quả đã thực hiện nổi bật nhất trên thế giới về công nghệ nhiệt ph n đ chọn lựa một quy trình công nghệ tiêu bi u

 Nghiên cứu, tổng hợp, phân tích kết quả nghiên cứu thực nghiệm và kết quả nghiên cứu tổng quan về công nghệ đ đư r một công nghệ phù hợp với nguyên liệu than bùn của Việt Nam

 Xây dựng công nghệ dự tr n cơ sở cụ th của nguyên liệu và phù hợp với trình

độ khoa học Việt Nam

 Nghi n cứu hảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố của quá trình nhiệt phân th n n đến hiệu suất thu hồi nhiên liệu

 Tổng hợp, ph n tích, đư r điều kiện tối ưu cho công nghệ tr n cơ sở công nghệ

và thiết b đã chế tạo

 Phương pháp ph n tích sản phẩm trên máy sắc ký khí, sắc ký lỏng c o áp

VI Ý NGHĨA KHOA HỌC

Nghiên cứu đã tiến hành xác đ nh thành phần than bùn khai thác tại t nh Bình Dương Bên cạnh đó, nghi n cứu này còn nhằm đư r quy trình hệ thống thí nghiệm sản xuất nhiên liệu lỏng và khí từ than bùn, xem xét những điều kiện ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân nhằm t m r các điều kiện sản xuất nhiên liệu thích hợp cho nguồn nguy n liệu than bùn ở Việt Nam Nghi n cứu còn tiến hành tr n một số loại x c tác hác nh u nhằm đư r hả năng sử ụng củ x c tác trong quá tr nh nhiệt ph n th n

n Với những kết quả có th thu được, nghiên cứu này hy vọng sẽ là một đóng góp quan trọng trong cơ sở dữ liệu li n qu n đến than bùn và việc sản xuất nhiên liệu lỏng

và khí từ than bùn thông qua quá trình nhiệt ph n và qu đ y vạch ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho các nghiên cứu tiếp theo

Đề tài còn tạo cơ sở ho học cho việc ứng ụng công nghệ nhiệt ph n vào việc nghi n cứu t m r nguồn nhi n liệu mới từ các nguồn nguy n liệu iom ss hác nh u như trấu, m n cưu, l i ngô, hạt cao su

VII Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Trước hết, việc nghiên cứu đặc đi m than bùn ở Việt Nam giúp chúng ta có cách nhìn tổng quát về tiềm năng của nguồn th n n trong nước và nâng cao nhận thức của

ch ng t đối với việc sử dụng nguyên liệu than bùn làm nhiên liệu thông qua quá trình nhiệt phân

Việc nghi n cứu thành công quá tr nh sản xuất nhi n liệu hí từ th n n ằng quá

tr nh nhiệt ph n nhằm đư r phương thức sử ụng nguồn nhi n liệu th n n ồi ào

tr n thế giới và Việt N m góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng trong tương

l i n cạnh đó, nó còn góp phần giải quyết vấn đề về ô nhiễm môi trường o việc sử ụng quá nhiều nguồn nhi n liệu hoá thạch Ngoài ra, kết quả nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối với việc đảm bảo vấn đề n ninh và đ ạng hóa nguồn năng lượng, góp phần

ổn đ nh và th c đẩy tăng trưởng kinh tế củ đất nước và giảm sự suy thoái môi trường

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN

I Vật Liệu nghiên cứu

b n h y đất hữu cơ Th n n có th chứa từ 50-60% cacbon khi khô, nên than bùn là loại nhiên liệu đốt cháy và s u hi cháy đ lại khoảng 5-50% chất tro

b Phân loại than bùn

Nhìn chung, th n n được phân loại theo nhiều cách khác nhau dựa vào mức độ phân hủy, điều kiện hình thành, thành phần tro và nguồn gốc vật chất hữu cơ của chúng Do đó t có th phân loại ch ng theo các đặc đi m như s u:

 Thứ nhất, dựa vào mức độ phân hủy, th n n được chia làm 3 loại:

- Mức độ phân hủy thấp chứa 20% chất mùn,

- Mức độ phân hủy trung bình chứa từ 20-40% chất mùn,

- Mức độ phân hủy cao chứa trên 40% chất mùn

 Thứ h i, theo điều kiện h nh thành th n n được chia ra thành 3 loại:

- Loại c o: được hình thành ở những nơi đ h nh c o, nơi có ít nguồn nước chảy lên trên mặt ngoài nước o mư đổ xuống Do đó trong th n bùn ít có lẫn các khoáng vật, độ tro của than thấp

- Loại trung gi n: được hình thành do những òng nước trên mặt chảy

qu Do đó loại than bùn này có chứa nhiều thành phần các nguyên tố hác như nhôm, sắt

- Loại thấp: được tạo thành ở những v ng đầm lầy, ở những nơi chủng thấp, ở đó nguồn nước thường xuyên chảy qua, loại này cũng có chứa các kim loại hác như nhôm, sắt ngoài ra còn chứa một lượng vôi đáng

k Độ tro loại than này cao

 Thứ ba, căn cứ vào thành phần tro của than bùn mà ta có than bùn cát,

th n n s t, th n n lưu hu nh, than bùn vôi

 Ngoài ra, căn cứ vào nguồn gốc tạo thành những thành phần hữu cơ trong than mà ta có than bùn tại ch hoặc là than bùn ngoại lai

c Tính ch t than bùn

 Tính ch t vật lý:

- Màu sắc củ th n n th y đổi theo thành phần cấu tạo, tuổi của than

n và các điều kiện khống chế khi hình thành Do sự phân hu không hoàn toàn, than bùn là một chất xốp, nhẹ, màu nâu hoặc đen Th n n phân hu càng cao, càng sẫm màu và sự nén dễ càng lớn

- Than bùn không th h nh thành được nếu hông có nước Do đó, th n

n có tính h t nước một cách mạnh mẽ

- T trọng củ th n n thường hó xác đ nh vì t trọng than th y đổi theo cấu trúc và mức độ khô của than bùn

 Tính chất hoá học:

- Than bùn là h n hợp các hợp chất hữu cơ trong đó thành phần các chất hữu cơ hoàn toàn phụ thuộc vào thực vật tạo than, mức độ phân

hu và môi trường hình thành Các hợp chất hữu cơ căn ản là:

+ Các hợp chất hữu cơ hoà t n trong nước

+ Các hợp chất hữu cơ hoà t n trong ete và rượu

+ Xenlulozo và hemixenlulozo

+ Lignin và các dẫn xuất từ lignin

 Chế biến than bùn làm than hoạt tính: Sau khi qua công đoạn than hó

và hoạt hó , th n n được loại bỏ các chất có nhựa và tạo ra các l xốp trong than Sản phẩm thu được này được gọi là than hoạt tính, ng đ lọc nguồn nước sinh hoạt,

xử lý nguồn nước mặt và nước ngầm b ô nhiễm, lọc mùi, lọc màu, lọc các chất hữu cơ hoà tan, lọc các ion kim loại nặng, khử trùng v.v [14]

Nhìn chung, than bùn ở nước t được sử dụng chủ yếu đ sản xuất phân bón, các chất ích thích tăng trưởng cây trồng, than hoạt tính xử lý nước sinh hoạt Hiện nay, một số nơi đã sử dụng than bùn phối trộn với than anxatrit Tây Ninh làm chất đốt, tuy nhiên vẫn chư được ứng dụng rộng rãi

1.2 Tình hình khai thác và sử dụng than bùn trên thế giới

Trong những năm thập ni n th n n đƣợc h i thác và sử ụng làm nhi n

liệu rất rộng rãi và phát tri n mạnh ở Trung Phi và Đông N m (bảng II.1)

ảng II.1 ợng th n n h i thá và ti u thụ tr n th giới năm 1 -[7]

Tổng thế giới 21.268 17.435

Số liệu cho thấy hầu hết lượng than bùn khai thác ở các nước đều được tiêu thụ hết, trong gi i đoạn này th n n được sử dụng làm nhiên liệu cho các lò hơi đ tạo ra điện [7] Tuy nhiên, việc ng th n n đốt trực tiếp cho nhiệt cháy hông c o, đồng thời do vấn đề về kinh tế mà than bùn càng về s u ít được quan tâm [7]

1.3 Trữ lượng than bùn trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Thế giới

Tr n thế giới, trữ lượng th n n rất ồi ào tập trung đáng ở Bắc Mỹ, h u , Trung u, ắc u, Ấn Độ Trong đó, trữ lượng than bùn ở Bắc Mỹ lớn nhất thế giới, gấp 1.5 lần so với Châu Âu và gấp 4 lần so với Châu Á (Hình II.1) Than n thường ph n ố tr n mặt trái đất, tuy nhiên ở một số nơi, chúng nằm s u ưới lòng đất, trung b nh ày đến m [7] Theo hảo sát củ Ủy n Năng Lượng Thế Giới (WEC), năm trữ lượng th n n toàn thế giới là triệu m2

, chiếm hoảng 2% diện tích ề mặt trái đất [7]

Hình II.1: Phân b than bùn trên th giới-[7]

1.3.2 Việt Nam

Ở Việt Nam, nguồn tài nguy n th n n ước tính khoảng 7.100 triệu mét khối, trong đó Nam Bộ là 5.000 triệu m3, đồng bằng ven miền Trung là 450 triệu m3 và đồng bằng Bắc Bộ là 1.650 triệu m3 Với trữ lượng dồi dào và chất lượng cao, than bùn ở Việt Nam cần được chú trọng khai khác và chế biến cho mục đích đáp ứng nhu cầu năng lượng, nhu cầu phát tri n kinh tế, công nghiệp hóa hiện đại hóa, thay thế nguồn năng lượng hóa thạch sắp cạn kiệt và đẩy l i nguy cơ ô nhiễm môi trường

Hình II.2: Than bùn Vi t Nam

1.4 Đặc đi m than bùn Việt Nam

Th n n là gi i đoạn đầu của quá trình hình thành than mỏ Do đó, th n n từng được xem là một loại th n đá đ ng được hình thành Sự khác nhau giữa than bùn và các loại than khác th hiện như s u:

Bảng II.2: Thành phần các nguyên t trong các loại than khác nhau-[36]

Bảng trên cho thấy thành phần của hydro va oxy giảm dần từ th n n đến than nthr xit, trong hi đó thành phần củ c c on tăng l n o cường độ than hoá càng cao

1.4.1 Cellulose

Cellulose là một polymer mạch thẳng của D-glucose, các D-glucose đƣợc liên kết với nhau bằng liên kết β -4 glucosid Cellulose là loại polymer phổ biến nhất trên trái đất, độ trùng hợp đạt đƣợc 3.500 – 10.000 DP Các nhóm OH ở h i đầu mạch có tính chất hoàn toàn khác nhau, cấu trúc hemiacetal tại C1 có tính khử, trong hi đó OH tại

C4 có tính chất củ rƣợu [37]

Hình II.3 : C u tạo hóa h c của cellulose-[37]

Các mạch cellulose đƣợc liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết Van Der Waal, hình thành hai vùng cấu trúc chính là kết tinh và vô đ nh hình Trong vùng kết tinh, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó b tấn công bởi enzyme cũng nhƣ hó chất Ngƣợc lại, trong v ng vô đ nh hình, cellulose liên kết không chặt với nhau nên dễ b tấn công Có hai ki u cấu trúc củ cellulose đã đƣợc đƣ

ra nhằm mô tả vùng kết tinh và vô đ nh hình

Hình II.4: Kiểu Fringed fibrillar và kiểu Folding chain-[38]

a Kiểu Fringed Fibrillar: phân tử cellulose được kéo thẳng và đ nh hướng

theo chìều sợi Vùng tinh th có chiều dài 500 Ao và xếp xen kẽ với v ng vô đ nh hình [38]

b Kiểu Folding chain: phân tử cellulose gấp khúc theo chiều sợi M i đơn

v lặp lại có độ trùng hợp khoảng 1.000, giới hạn bởi h i đi m a và b như tr n hình II.4

ác đơn v đó được sắp xếp thành chu i nhờ vào các mạch glucose nhỏ, các v trí này rất dễ b thủy ph n Đối với các đơn v lặp lại, h i đầu là v ng vô đ nh hình, càng vào giữa, tính chất kết tinh càng c o Trong v ng vô đ nh hình, các liên kết β - glucosid giữa các monomer b th y đổi góc liên kết, ngay tại cuối các đoạn gấp, 3 phân tử monomer sắp xếp tạo sự th y đổi 180o cho toàn mạch [38]

ellulose được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, điều này làm cho cellulose khá bền vững với tác động củ enzyme cũng như hó chất

Công thức tổng quát của nó là (C5H8O4)n Hemicellulose là những polysaccaride

d th ác đơn v cơ sở của nó có th là đường hexose (glucose, mannose,

D-galactose) hoặc đường pentose (D-xylose, L-arabinose, và D-arabinose), deoxyhexose

Độ bền hóa học và bền nhiệt của hemicenllulose thấp hơn so với cellulose vì chúng có

độ kết tinh và trùng hợp thấp hơn độ trùng hợp khoảng <90 trong hi độ trùng hợp của cellulose là 600-1500) Nó có th t n trong môi trường kiềm loãng So với cellulose nó

dễ b thủy ph n hơn rất nhiều lần trong môi trường kiềm hay axit do hemicellulose thường tồn tại ở dạng mạch nhánh dễ b tấn công hơn, và ch ng ở trạng thái vô đ nh hình

Hình II.5: C u tạo hóa h c của các thành phần chính của hemicellulose

Cấu tạo của hemicellulose phức tạp tùy theo dạng nguyên liệu, nhưng có một số

đi m chung:

 Xylose là thành phần chiếm nhiều nhất

 ấu tạo gồm h i phần: Mạch chính gồm các  - D xylopyranose li n ết với

nh u ằng li n ết -(1,4)-xylanase Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide hoặc trisaccharide Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này

 Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với v trí 2 hoặc 3

 Nối pectin với cellulose đ h nh thành n n mạng lưới xơ sợi

Hình II.6: C u tạo hóa h c của hemicellulose

Lignin là nhựa nhiệt dẻo, có cấu trúc rất phức tạp và là một polyphenol có mạng không gian mở Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng v i trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose Rất hó đ có th tách lignin ra hoàn toàn [37]

Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn v phenylpropene, vài đơn v cấu

tr c đi n h nh được đề ngh là: guaiacyl (G), chất gốc là rượu trans-coniferyl; syringly (S), chất gốc là rượu trans-sinapyl; p-hydroxylphenyl (H), chất gốc là rượu trans-p-courmary

Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ b th y đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn o

C, lignin b kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose

Hình II.7 Cá đ n v ản của lignin

Hình II.8 S đồ c u trúc phân tử của lignin

lĩnh vực công nghiệp như h i thác và chế iến ầu mỏ, sản xuất các sản phẩm tẩy rử , luyện im, x y ựng Đặc iệt trong những năm đầu thế , entonite đã được nghi n cứu làm chất hấp phụ, tr o đổi ion, làm x c tác và chất m ng x c tác cho một

số phản ứng tổng hợp hữu cơ, làm s t tẩy màu các loại ầu động thực vật

Việt N m có nguồn entonite há ồi ào chất lượng ở Di Linh L m Đồng , ổ

Đ nh Th nh Hó , Trong đó đặc iệt là mỏ entonite ở nh Thuận có trữ lượng hoảng triệu tấn, là một tiềm năng đ ng được h i thác Tuy nhi n hả năng sử ụng củ nó còn hạn chế, vấn đề đặt r là h i thác và chế iến cũng như tăng hả năng ứng ụng củ nó vào nhiều lĩnh vực hác entonite tự nhi n có nhiều tạp chất lắp đầy cấu tr c hông gi n n n hả năng hấp phụ hông c o Việc loại ỏ các tạp chất, trả lại cấu tr c hông gi n xốp và có th đính th m các t m hấp phụ cho entonite sẽ làm tăng hoạt tính x c tác, hả năng hấp phụ và tẩy màu củ entonite

entonite là một lọ i hoáng s t tự nhi n, thành phần chính là montmorillionite

Al2O3.4SiO2.nH2O, và một số hoáng s t hác như s ponite Al2O3.[MgO].4SiO2.nH2O; nontronite- Al2O3.[Fe2O3].4SiO2.nH2O; beidellite- Al2O3.3SiO2.nH2O

Dự tr n ết quả ph n tích thành phần hó học củ entonite, ngoài nguy n tố

Si, Al, người t còn phát hiện thấy sự có mặt củ các nguy n tố Fe, , Mg,Ti, K, N Hàm lượng nước trong entonite thường o động trong hoảng n 8 và t lệ Al2O3: SiO2 = 1: 4

2.1.1 ấu tr c tinh th

Montmorillionite là luminosilic t tự nhi n có cấu tr c lớp, ạng ioct , được cấu tạo từ h i mạng lưới tứ iện li n ết với một mạng lưới át iện ở giữ tạo n n một lớp cấu tr c Giữ các lớp cấu tr c là các c tion tr o đổi và nước hấp phụ

Hình II.9: C u trúc tinh thể của Montmorillionite- [29]

nh II.10 Đ n v u tr t i n và át i n

a) ấu tr c tứ iện

ác tứ iện SiO4 li n ết thành mạng tứ iện qu nguy n tử O theo hông gi n chiều củ nguy n tử O góp chung nằm tr n một mặt phẳng gọi là oxi đáy ác oxi đáy li n ết sắp xếp s o cho tạo n n l cạnh mà m i đ nh h nh cạnh là nguy n

tử O và đƣợc gọi là oxi ở đ nh nhƣ trong h nh s u:

nh II.11: Đ n v u tr mạng t i n Si 4

b) ấu tr c át iện

ác át iện Al li n ết với nh u qu nguy n tử O ng chung h nh thành mạng không gian h i chiều Trong đó m i nguy n tử Al được phối trí với nguy n tử O và nhóm OH

H nh II.12 ưới đ y cho thấy cấu tr c hông gi n củ mont, Trong đó m i lớp cấu tr c được phát tri n trong hông gi n theo hướng trục và ác lớp cấu tr c được chồng xếp song song với nh u và tự ngắt quãng theo hướng trục c, các lớp c tion

và nước hấp phụ tạo n n một mạng lưới hông gi n chiều củ tinh th mont hiều

ày một lớp cấu tr c củ mont là A0 Nếu cả lớp c tion tr o đổi và nước hấp phụ

th chiều ày củ lớp hoảng A0

Trong mạng lưới cấu tr c củ mont thường xảy r sự th y thế đồng h nh củ các

c tion Ở mạng lưới át iện, chủ yếu là sự th y thế củ c tion Al3+ ởi c tion Mg2+ứng với t lệ Mg : Al : - Ở mạng lưới tứ iện, một phần hông lớn c tion Si4+

th y thế ởi c tion Al3+ hoặc Fe3+ với t lệ Al : Si : -30)

Do đó điện tích m xuất hiện trong mạng lưới mont chủ yếu ở mạng át iện nằm s u trong lớp cấu tr c, n n năng lượng li n ết củ các c tion tr o đổi nằm giữ các lớp với lớp cấu tr c củ mạng thấp, các c tion có th chuy n động tự o giữ các mặt phẳng tích điện m và có th tr o đổi với các c tion hác tạo hả năng iến tính mont ằng cách tr o đổi ion ác ph n tử nước ễ àng x m nhập vào hoảng hông

gi n giữ các lớp và làm th y đổi hoảng cách giữ ch ng theo hướng trục c Khoảng cách này c ng với chiều ày một lớp cấu tr c gọi là hoảng cách cơ ản, có th th y đổi từ đến ∼ t y vào lượng nước hấp phụ Khoảng cách này có th tăng đến

∼ hi th y thế các c tion tr o đổi ởi các ion vô cơ ph n cực, các phức cơ im, các

ph n tử oligomer, các polimer vô cơ, các ph n tử hữu cơ

nh II.12 C u tr h ng gi n hi u ủ mont

2.1.2 Tính chất:

 entonite có màu xám x nh, xám trắng, ẻo m n, hả năng ám ính mạnh

 ó tính trương nở, tính ẻo sệt hi ng m trong nước hoặc chất lỏng, o các ph n

tử có tính ph n cực và hả năng tr o đổi c tion c o

 ó tính tr o đổi ion và tính hấp phụ c o được ứng ụng nhiều trong các ngành công nghiệp

 entonite hông độc và hông g y ích thích hi tiếp x c trực tiếp

Độ xit cao, diện tích ề mặt lớn Do đó, entonite được ứng ụng nhiều trong lĩnh vực x c tác

Bảng II.5 : Thành phần hóa h c của bentonite của một s mỏ trên th giới-[34]

Tên mỏ SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO TiO

v (Nga) 67.84 15.22 1.28 0.14 - 1.2 1.17 0 2.49 6.14 4.72

Cherkas

(Ucraina) 52.82 19.27 7.58 - 0.35 1.8 1.53 vết 0.20 9.38 7.40 Keless

(Pháp) 49.40 19.70 0.80 - - 0.27 1.5 0.58 0.92 25.67 2.57 Fulerov

(Anh) 54.00 18.60 4.70 - - 2.30 7.00 1.80 - - - Waioning

(Mỹ) 55.44 20.14 3.67 0.30 - 2.43 0.50 0.60 2.75 4.81 7.99 Tatatila

(Mehico) 52.09 18.98 0.06 - - 3.80 3.28 - - 14.75 7.46 Beidel

(Pháp) 53.96 15.44 1.12 Vết 0.19 6.99 0.80 0.54 0.94 14.22 6.34 Bavapi 54.28 17.92 3.88 - 0.20 3.76 1.80 0.25 0.10 10.84 7.32

m (Nhật) 65.94 13.42 0.48 - 0.11 0.42 2.58 3.56 2.92 - 5.55 Việt

Nam 57.21 10.25 2.80 0.30 0.30 1.76 9.13 1.71 2.37 4.70 9.80

Bảng số liệu trên ch ra rằng thành phần khoáng sét khác nhau ở m i nước Sự cấu thành đ a chất và điều kiện đ a lý, khí hậu ở các nước khác nhau sẽ dẫn đến các thành phần đất sét khác nhau Thành phần bentonite ở Việt N m có đầy đủ các khoáng

s t và tương ứng với sự khác biệt của các thành phần sẽ quyết đ nh đến tính chất và ứng dụng của chúng Trong các thành phần có trong bentonite thì nhôm silicat chiếm chủ yếu và chúng có cấu tr c vô đ nh hình [11], bentonite th hiện khả năng x c tác trên cả tâm axit Lewis và Bronted [11]

 Khái niệm

Zeolite là hợp chất vô cơ ạng aluminosilicat tinh th có cấu trúc không gian ba chiều, l xốp đặc biệt và trật tự cho phép chúng phân chia (Rây) phân tử theo hình dạng và ích thước Vì vậy, Zeolite còn được gọi là hợp chất rây phân tử

Thành phần chủ yếu của Zeolite là Si, Al, Oxi và một số kim loại kiềm, kiềm thổ khác

Công thức chung của Zeolite là:

M2/nO Al2O3 x SiO2 y H2O Trong đó: M: tion có hả năng tr o đổi

n: Hoá tr của cacbon

x: T số mol SiO2/Al2O3

y: Số phân tử nước trong đơn v cơ sở ( khoảng từ 1 12 )

T số x 2 là sự th y đổi đối với từng loại Zeolite cho ph p xác đ nh thành phần

và cấu trúc của từng loại

Ví dụ: Zeolite A có x = 2

Mordenit tổng hợp có x  Đặc biệt các Zeolite họ pentasit có x=201000

Ri ng đối với Zeolite ZSM-5 được tổng hợp dùng chất cấu trúc có 7x200

Gần đ y người t đã tổng hợp được các loại Zeolite có thành phần đ ạng có t

lệ mol SiO2/Al2O3 cao thậm chí có những loại cấu tr c tương tự Zeolite mà hoàn toàn không chứa các nguyên tử nhôm như các silic tic

Zeolite có cấu trúc tinh th , các Zeolite tự nhi n cũng như Zeolite tổng hợp có bộ khung được tạo thành bởi mạng lưới không gian 3 chiều của các tứ diện TO4 ( T là Si hoặc Al )

M i tứ diện TO4 có 4 ion O2- bao quanh một cation T(Si, Al) M i tứ diên liên kết với ốn tứ diện bên cạnh bằng cách góp chung các nguyên tử oxy ở đ nh Trong tứ diện AlO4 có hoá tr nhưng số phối trí là 4 nên tứ diện AlO4 mang một điện tích âm

Điện tích m này được bù trừ bằng cation kim loại, còn gọi là cation bù trừ điện tích hung và thường là cation kim loại kiềm Vì vậy, số cation kim loại hoá tr 1 trong thành phần hoá học của Zeolite chính bằng số nguyên tử nhôm (Al)

Đơn v cấu tr c cơ ản của Zeolite là các tứ diện TO4 với T là Al hoặc Si Có th

bi u diễn đơn v cấu tr c cơ ản củ Zeolite như s u:

Hình II.13 Đ n v c u tr ản của Zeolite

Cấu trúc không gian 3 chiều củ zeolite được hình thành bởi sự ghép nối các tứ diện TO4 Tạo thành các vòng 4, 6, 8, 10 hoặc 12 cạnh hoặc hình thành các vòng khép 4x2 hoặc 6x2 cạnh tạo ra các mặt lập phương hoặc mặt lăng trụ 6 cạnh Đ y là những đơn v cấu trúc thứ cấp (Secondary Building Units - SBU) Những SUB sẽ hình thành khung các zeolite