Hóa lý silicat: Giới thiệu về zeolite

NỘI DUNGNGUỒN GỐC, KHÁI NIỆM CẤU TẠO, CẤU TRÚC PHÂN LOẠI TÍNH CHẤT ZEOLITE NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ZEOLITE QUY TRÌNH SẢN XUẤT ZEOLITE VII... • Zeolite được tạo thành do nhôm thay thế cho mộ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

THÀNH VIÊN NHÓM

1 TRẦN VĂN THÁI 2004160349

2 LÊ THỊ Y THOA 2004160362

3 LÊ THỊ CẨM TIÊN 2004160182

4 LÊ THỊ PHI YẾN 2004160224

5 VÕ NGUYỄN TƯỜNG ANH 2004160240

NỘI DUNG

NGUỒN GỐC, KHÁI NIỆM

CẤU TẠO, CẤU TRÚC PHÂN LOẠI

TÍNH CHẤT ZEOLITE NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ZEOLITE QUY TRÌNH SẢN XUẤT ZEOLITE

VII

• Năm 1756, Le Bron Bronstedt một nhà khoáng học

người Thụy Điển đã phát hiện ra Zeolite

• 1944, Barrer và Ibbitson chỉ ra được hiệu ứng “rây phân

tử” cho phép tách các n-parafin và iso-paraffin.

• Zeolite được khám phá ra từ rất lâu, tuy nhiên cho đến những năm 60 của thế kỷ thước, zeolite mới được nghiên cứu sâu sắc và khám phá nhiều ứng dụng hữu ích và đa dạng

I NGUỒN GỐC

• Zeolite là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không

gian ba chiều với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự

• Zeolite được tạo thành do nhôm thay thế cho một số

nguyên tử silic trong mạng lưới tinh thể của silic oxit

kết tinh

• Để tạo nên tinh thể zeolite, các tứ diện SiO2 và AlO 2

liên kết với nhau qua nguyên tử oxi.

I KHÁI NIỆM

• Zeolite được cấu tạo từ mạng

lưới ba chiều của các tứ diện

SiO4 liên kết trong không gian

3 chiều tạo thành các khối đa

diện, trong đó một số nguyên

• Công thức tổng quát của Zeolite:

(M + ) x .(AlO 2 ) x .(SiO 2 ) y .zH 2 O

Trong đó: M là cation bù trừ điện tích khung;

z là số phân tử nước kết tinh trong Zeolite.

x, y là tỉ lệ giữa SiO2/Al2O3

• Ví dụ: Zeolite A: Na12[(AlO2)12.(SiO2)12]

Zeolite X: Na86[(AlO2)86.(SiO2)106].260H2O Zeolite Y: Na56[(AlO2)56.(SiO2)136].260H2O

II CẤU TẠO

• 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.

• Zeolite hình thành dựa trên những đơn vị cấu trúc cơ

Các đơn vị cấu trúc sơ cấp là giống nhau trong mọi loại zeolite (Tâm là silic hoặc nhôm, đỉnh là oxi).

II CẤU TRÚC

Tứ diện [SiO4] Tứ diện [AlO4]

-II CẤU TRÚC

Cấu trúc sơ cấp

của zeolite

• Theo nguồn gốc

+Zeolite tự nhiên: có 56 loại, có được do đá

và các lớp tro núi lửa phản ứng với nước ngầm có tính kiềm

+Zeolite tổng hợp: có trên 200 loại, độ tinh khiết cao, thành phần đồng nhất nên rất phù hợp trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp

III PHÂN LOẠI

• Theo chiều hướng không gian của các

kênh hình thành cấu trúc mao quản:

+ Zeolite có hệ thống mao quản 1 chiều + Zeolite có hệ thống mao quản 2 chiều + Zeolite có hệ thống mao quản 3 chiều.

III PHÂN LOẠI

• Theo đường kính mao quản

+ Zeolite mao quản nhỏ (đường kính 3 - 4

• Theo thành phần hóa học

+ Zeolite giàu Si: Loại zeolite có tỷ lệ SiO2/Al2O3 từ 20 – 200

+ Zeolite có hàm lượng Si trung bình: có tỷ lệ SiO2/Al2O3 từ 4 – 5

có thể đến 10 + Zeolite nghèo Si giàu Al: có tỷ lệ SiO2/Al2O3 ≥ 2

+ Rây phân tử zeolite: Đây là vật liệu cấu trúc tinh thể và cấu tạo hình học tương tự như Aluminosilicat tinh thể (tức zeolite thông thường) nhưng hoàn toàn không chứa Al mà chỉ chứa Si

III PHÂN LOẠI

+ Zeolite giàu Si đã tách nhôm: có tỷ lệ Si/Al = 1,2- 2,5 , sau khi loại nhôm thì thu được zeolite giàu Si có tỷ lệ Si/

Al < 9

+ Zeolite biến tính: Zeolite sau khi được tổng hợp sẽ được người ta dùng các phương pháp biến tính làm thay đổi thành phần hóa học

III PHÂN LOẠI

IV TÍNH CHẤT

 Số oxy hóa của Si :+4 , Al: +3

 Tâm Si: trung hòa điện

 Tâm Al: tích điện âm, trung hòa

bởi 1 ion dương

 Không làm thay đổi cấu trúc tinh thể

 Ở vị trí khác nhau, tốc độ trao đổi sẽ

khác nhau

a Tính trao đổi ion

Nhờ vào tính chất trao đổi ion để hình thành tâm axit

Quá trình hình thành tâm axit:

• Các ion như Na+, Mg2+

hay proton sẽ trung hòa

điện tích này thành tâm

axit Bronsted

b Tính xúc tác

• Khi tiến hành xử lý nhiệt ở khoảng nhiệt 400C-500C thì

xuất hiện các tâm axit Lewis

• Các tâm axit tạo nên hoạt tính xúc tác.

• Tỷ lệ Si/Al tăng số tâm axit giảm, độ

bền tâm axit tăng.

• Ở vị trí khác nhau, thì độ linh động của

các proton khác nhau và độ axit không

đồng đều.

b Tính xúc tác

 Quá trình hấp phụ zeolite xảy ra khi các chất hấp

phụ khuếch tán vào trong các mao quản của zeolite

 Zeolite có thể hấp phụ tốt các chất khi mao quản

của zeolite có đường kính động học không nhỏ hơn đường kính động học của phân tử chất bị hấp phụ

c Tính hấp phụ

 Khả năng hấp phụ phụ thuộc vào bản chất phân tử bị

hấp phu, kích thước mao quản và các yếu tố như áp suất, nhiệt độ,…

 Zeolite có thể hấp phụ một lượng lớn nước, khi đốt

nóng, nước có thể tách ra mà không ảnh hưởng cấu trúc khung cơ bản Và trong môi trường ẩm, zeolite lại hút nước

 Chọn lọc hình dạng là sự điều

khiển theo kích thước và hình dạng

của phân tử khuếch tán vào và ra

khỏi hệ thông mao quản

 Ba hình thức chọn lọc hình dạng

chủ yếu của zeolite:

HC trung gian Sản phẩm Chất phản ứng

d Tính chọn lọc có hình dạng

• Nguồn nhôm: Nhôm oxit, nhôm

hidroxit, muối nhôm,

• Nguồn silic: Cao lanh, siloxan,

silicagel,

• Chất khoáng hóa: Natri hydroxit,

amino hydroxit, axit flohydric,

• Chất định hướng cấu trúc: Các

amine, rựu, các cation kim loại,

• Dung môi là nước.

V NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Metakaolinite Kaolinite

Dạng rắn vô định hình

Gel aluminoslicat

Zeolite 4A

Mầm tinh thể Kết tụ mầm tinh thể

T = 900 0 C, t =

2h

Dd Na2SiO3 T = 600

0 C, t = 1h

T = 95 0 C, t =

4h  

Để khô qua đêm, sấy 80 0 C, t = 4h

HÓA PHÂN

TÍCH

Phân tích độ ẩm

Dùng làm chỉ thị màu trong chân không

Làm cột phân tích trong sắc ký khí hấp phụ

VII.ỨNG DỤNG

Làm khô các chất lỏng và hơiTách hơi dầu khỏi khí nén

Tách CO khỏi He và H2

VII.ỨNG DỤNG

VII.ỨNG DỤNG

Làm chất xúc tác

Làm chất xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa C5,C6nhằm nâng cao chỉ số octan

Làm chất xúc tác cho quá trình Cracking, dehydro, dehydrat:

xúc tác cho phản ứng phân hủy

N2O, oxy hóa hợp chất thơm

Dùng làm chất mang cho các loại xúc tác khác

VII.ỨNG DỤNG

• Sản xuất chất tẩy rửa.

CÂU 2 Zeolite được cấu tạo từ các tứ diện