Xúc tác Zeolit trong hóa dầu - Diễn đàn
[ New messages · Members · Forum rules · Search · RSS ]
Page 1 of 11
Diễn đàn » Hóa học đại học và sau đại học » Hóa học ứng dụng (Applied Chemistry) » Xúc tác Zeolit trong hóa dầu (Hóa dầu)

Xúc tác Zeolit trong hóa dầu
hieu-manuNgày: Thứ hai, 2010-04-12, 6:41 PM | Tin nhắn # 1
Trung tá
Chức vụ: Chủ tịch HPChemC
Tổng số bài viết: 1031
Phần thưởng: 0
Danh tiếng: 24
Trạng thái: Offline
1/ Công dụng:
Zeolit là một vật liệu vô cơ mao quản được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Lọc - Hóa dầu.
87
Vào khoảng những năm cuối thập kỷ 60, đầu thập kỷ 70, các nhà bác học Mỹ đã tìm ra một loại đất sét mới và khi phân tích thì thấy khác đất sét vô định hình thông thường mà có sự kết tinh đồng đều, có nhiều tính chất ưu việc và đặt tên là zeolit.
Zeolit là một aluminosilicat tinh thể. Trong thiên nhiên có khoảng 40 loại zeolit được phát hiện. Song các ứng dụng quan trọng trong hấp phụ, tách, lọc, xúc tác ... chủ yếu nhờ vào các zeolit tổng hợp nhân tạo. Ngày nay người ta đã tổng hợp được khoảng 200 loại zeolit. Tuy nhiên cũng chỉ một số ít trong đó có ứng dụng công nghiệp.
Những công dụng chủ yếu của zeolit là:
- dùng làm rây phân tử : có tác dụng chọn lọc những phân tử có kích thước bé hơn hay bằng kích thước lỗ mao quản, được ứng dụng nhiều trong hóa hữu cơ.
- dùng để lọc nước biển thành nước ngọt: bằng cách giữ lại các phân tử NaCl
- dùng làm tác nhân xử lý các kim loại trong nước; dùng để lọc nước đục thành nước trong; dùng để loại NH3 trong nước thải.
- dùng làm chất xúc tác : dùng nhiều nhất trong các phản ứng cracking. Zeolit dạng HLaY là xúc tác cracking chủ yếu của công nghiệp Lọc dầu. Hằng năm người ta sử dụng lượng xúc tác đó với số lượng khoảng 300 000 tấn/năm.
- dùng làm chất mang cho các loại xúc tác khác.
- dùng làm chất mang phân bón trong nông nghiệp
2/ Cấu trúc của zeolit
Đơn vị cơ bản của mọi zeolit là tứ diện TO4 bao gồm 1 cation T (Si, Al) được bao quanh bởi 4 ion O2-. Nếu T là Si4+ thì tứ diện SiO4 trung hòa về điện tích; nếu T là cation hóa trị 3 thông thường là Al3+ thì tứ diện AlO4- mang một điện tích âm. Sự dư thừa 1 điện tích âm này được bù chỉnh bằng một cation hóa trị 1, được gọi là cation bù trừ hay cation đối. Khi đó mạng lưới tinh thể của zeolit sẽ được cân bằng. Cation bù trừ cũng có thể là cation hóa trị 2, chẳng hạn như
3/ Các tính chất cơ bản của zeolit
a.Tính chất trao đổi cation
Khả năng trao đổi cation là một trong những tính chất quan trọng của zeolit. Do cấu trúc không gian 3 chiều bền vững nên khi trao đổi ion, các thông số mạng của zeolit không thay đổi, khung zeolit không bị thay đổi. Đây là đặc tính quý báu mà nhựa trao đổi ion hoặc các chất trao đổi ion vô cơ khác không có được
Zeolit có khả năng trao đổi một phần hoặc hoàn toàn cation bù trừ Na+ hoặc K+ bằng:
- các cation kiềm khác hoặc bằng các cation kim loại kiềm thổ cho phản ứng bazơ
- các ion kim loại chuyển tiếp hóa trị 2 hoặc hóa trị 3 như các kim loại đất hiếm (Ce, La...) cho các phản ứng oxy hóa khử
- các axit chuyển sang dạng H+ cho các phản ứng cần xúc tác
b. Tính chất xúc tác
Zeolit được coi là một xúc tác axit rắn. Tính chất axit của zeolit dựa trên 3 yếu tố:
- cấu trúc tinh thể và mao quản đồng nhất của zeolit. Chỉ có những phân tử có kích thước thích hợp mới có thể tham gia phản ứng
- sự có mặt của các nhóm hydroxyl axit mạnh trên bề mặt zeolit dạng H-Z. Các tâm axit mạnh đó là nguồn tạo ra các ion cacbonium cho các phản ứng theo cơ chế cacbocation
- sự tồn tại một điện trường tĩnh điện mạnh xung quanh các cation có thể cảm ứng khả năng phản ứng của nhiều chất tham gia phản ứng. Do đó hoạt tính xúc tác của zeolit phụ thuộc mạnh vào bản chất cation, vào độ axit của các nhóm hydroxyl bề mặt.
Ví dụ: Me hấp phụ (n+1) phân tử H2O biến thành :
Me(OH)n. H2O + nH+
Các proton H+ kết hợp với O của mạng lưới hình thành nhóm OH là tâm axit Bronsted.
Nếu Me có hóa trị +1: thì quá trình này không xảy ra vì trường tĩnh điện của Me+1 yếu
Nếu Me có hóa trị +2, +3: sẽ tạo ra trường tĩnh điện mạnh, hình thành những trung tâm OH là những tâm axit Bronsted.
c. Tính chất chọn lọc hình dạng
Một phân tử phản ứng trên zeolit phải thực hiện các bước sau:
• Khuếch tán đến bề mặt của zeolit
• Đi vào mao quản qua các cửa sổ và khuếch tán đến trung tâm hoạt động
• Hấp phụ vào bên trong mao quản trên trung tâm hoạt động và hình thành hợp chất trung gian của phản ứng
• Thực hiện phản ứng tạo sản phẩm
• Khử hấp phụ và khuếch tán sản phẩm ra ngoài mao quản
Như vậy sự khuếch tán chất phản ứng và sản phẩm trong mao quản zeolit đóng một vai trò quan trọng trong phản ứng xúc tác, và vì vậy ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng cũng như sự phân bố sản phẩm. Điều này chứng tỏ vận tốc phản ứng không những phụ thuộc vào hoạt tính của trung tâm hoạt động mà còn phụ thuộc vào kích thước mao quản có chứa trung tâm hoạt động, kích thước và hình dáng của phân tử. Nếu kích thước động học các phân tử bé hơn kích thước mao quản thì có thể vào trong mao quản và gặp trung tâm hoạt động. Tính chất này gọi là tính chọn lọc hình dạng.
Với một hệ mao quản đồng nhất có đường kính nhỏ hơn 10Ao, các zeolit thể hiện tính chọn lọc hình dáng rất cao.Có 3 hình thức chọn lọc hình dạng là:
• Chọn lọc hình dạng đối với các chất tham gia phản ứng
• Chọn lọc hình dạng đối với sản phẩm phản ứng
• Chọn lọc hình dạng đối với các sản phẩm trung gian
* Chọn lọc chất phản ứng
Trong một hỗn hợp các chất phản ứng, chỉ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản mới được định vị trong mao quản và được chuyển hóa. Những phân tử có kích thước lớn hơn thì không có khả năng này.
Chẳng hạn phản ứng của hỗn hợp n-hexan và i-hexan trong zeolit 4A: thì chỉ n-hexan mới bị cracking, còn i-hexan không thể đi đến tâm axit trong mao quản.
*Chọn lọc sản phẩm phản ứng
Kiểu chọn này xuất hiện giữa những sản phẩm hình thành trong phản ứng, những sản phẩm nào có kích thước phân tử nhỏ hơn kích thước cửa sổ mao quản mới có thể khuếch tán ra ngoài hệ mao quản. Điều này được thể hiện rõ trong các phản ứng alkyl hóa hydrocacbon thơm. Sản phẩm đồng phân para có tốc độ khuếch tán nhanh bao giờ cũng chiếm tỷ lệ cao hơn so với các sản phẩm đồng phân octo và meta trong hỗn hợp sản phẩm.
*Chọn lọc sản phẩm trung gian
Hiện tượng này xảy ra khi một vài phản ứng bị ngăn cản do kích thước của hợp chất trung gian không phù hợp với kích thước mao quản của zeolit.


Nguyễn Hữu Hiệu
SDT: 0934511477
email: hh10manu@gmail.com - hh10_manu@yahoo.com
Tài khoản
- Ngân hàng đông á
- Chủ tài khoản: Nguyễn Hữu Hiệu
- Số tài khoản: 0104213252.
 
Diễn đàn » Hóa học đại học và sau đại học » Hóa học ứng dụng (Applied Chemistry) » Xúc tác Zeolit trong hóa dầu (Hóa dầu)
Page 1 of 11
Search:

Powered by uCoz | Website Builder Templates | Designed by game cheats