Download miễn phí Đồ án Nghiên cứu hoạt tính xúc tác chế tạo phản ứng oxi hóa n-Hexan



Mở đầu 1
CHƯƠNG i: Tổng quan 3
I. Phân loại phản ứng oxi hoá 3
I.1. Phản ứng oxi hoá đồng thể. 3
I.2. Phản ứng oxi hoá dị thể. 4
II. Xúc tác. 6
II.1 Xúc tác đồng thể dùng cho phản ứng oxi hóa. 6
II.2. Xúc tác cho phản ứng oxy hóa dị thể. 7
 II.2.1.Kim loại 7
 II.2.2. Xúc tác V2O5, MoO3 và hệ xúc tác hỗn hợp oxit kim loại. 9
II.3 Tác nhân oxi hóa dùng trong phản ứng oxi hóa. 11
III. cơ chế và động học của phản ứng oxi hóa 14
IV. các yếu tố ảnh hưởng đến xúc tác và phản ứng oxi hóa. 15
IV.1. Tỷ lệ (thành phần) của chất xúc tác. 15
IV.2. PH. 16
IV.3. Nhiệt độ. 16
IV.4. Loại Amin. 16
IV.5. Thời gian nung xúc tác và thời gian phản ứng. 17
V. phản ứng oxi hoá chọn lọc hydrocacbon. 17
V.1. Giới thiệu: 17
V.2. Oxy hóa các hydrocacbon. 20
 V.2.1. Benzen(C6H6). 20
 V.2.2 Anhydrit maleic. 21
 V.2.3. Oxi hoá benzen. 23
a) Sản phẩm và các hướng phản ứng. 23
b) Động học của phản ứng oxi hoá benzen. 25
c) Xúc tác cho quá trình oxi hoá benzen. 26
d) Cơ chế của quá trình oxi hoá benzen. 27
Chương II: các phương pháp thực nghiệm 28
I. Phương pháp điều chế xúc tác. 28
II. Phương pháp kiểm tra đặc trưng của xúc tác 30
II.1 Nhiễu xạ tia X(XRD) 30
 II.1.1. Cơ sở lý thuyết. 30
 II.1.2. ứng dụng: 31
II.2. Hiển vi điện tử quét(SEM). 31
 II.2.1. Cơ sở lý thuyết. 31
. II.2.2 ứng dụng. 32
II.3. Phổ hồng ngoại (IR). 32
 II.3.1. Cơ sở lý thuyết. 32
 II.3.2. ứng dụng. 34
II.4. Nghiên cứu xúc tác cho phản ứng oxi hóa hydrocacbon trong pha khí. 34
 II.4.1. Sơ đồ phản ứng. 34
 II.4.2. Phân tích sản phẩm. 36
Chương III: kết quả và thảo luận 38
I. Các đặc trưng của xúc tác. 38
1.1. Phổ IR. 38
1.2. Phổ XRD. 39
1.3. Kính hiển vi điện tử quét. 40
II. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng oxi hóa. 42
2.1. ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng dến hoạt tính của xúc tác. 42
2.2. ảnh hưởng của tỷ lệ V:Mo đến hoạt tính của xúc tác. 44
2.3. ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh đến hoạt tính của xúc tác. 45
2.4. ảnh hưởng của hàm lượng Amin đến hoạt tính của xúc tác. 45
2.5. ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến hoạt tính của xúc tác. 45
2.6. ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hoạt tính của xúc tác. 45
Kết luận 47
Tài liệu tham khảo 49
 


http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-do_an_nghien_cuu_hoat_tinh_xuc_tac_che_tao_phan_ung_oxi_hoa_8D5v7Y5fha.png /tai-lieu/do-an-nghien-cuu-hoat-tinh-xuc-tac-che-tao-phan-ung-oxi-hoa-n-hexan-87484/


Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

các ion kim loại này đã làm giảm năng lượng hoạt hoá của quá trình phân ly oxi cho quá trình oxi hoá lại Mo, do vậy làm giảm nhiệt độ phản ứng.
II.3 Tác nhân oxi hóa dùng trong phản ứng oxi hóa.
Trong phản ứng oxi hóa thì ngoài nguyên liệu, xúc tác thì còn có một thành phần quan trọng khác đó là tác nhân oxi hóa. Để nâng cao nhiệu quả của phản ứng oxi hóa thì chất đóng vai trò là tác nhân oxi hóa cần có các đặc điểm như phần trăm khối lượng oxi hoạt động phải cao, có giá trị kinh tế, có độ bền trong suốt quá trình phản ứng và không gây tác hại đối với con người cũng như môi trường sống.
Trong các tác nhân oxi hóa thì oxi phân tử O2 là tác nhân oxi hóa sạch nhất, đơn giản và rẻ nhất, tuy nhiên nó cũng là tác nhân oxi hóa phức tạp nhất. Với tác nhân oxi hóa là oxi phân tử O2 thì phản ứng oxi hóa thường diễn ra theo cơ chế gốc dạng chuỗi hay cơ chế tự oxi hóa. Việc dùng oxi phân tử làm tác nhân oxi hóa trong phản ứng ngoài những thuận lợi, ưu điểm nêu trên thì nó cũng có một số hạn chế như: khi phản ứng thì oxi sẽ tồn tại ở trạng thái triplet, tức là nó có thể phản ứng với hầu hết các phân tử hữu cơ. Điều này là không có lợi, mặc dù phản ứng thuận lợi về mặt động học nhưng vẫn đòi hỏi năng hoạt hóa cao, khó kiểm soát cho phản ứng tạo COx và H2O. Tuy có một số hạn chế như vậy nhưng tác nhân oxi hóa là oxi phân tử O2 vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến do hiệu quả kinh tế mà nó đem lại.
Ngoài tác nhân oxi hóa là oxi phân tử thì còn có một số tác nhân oxi hóa khác như H2O2, tert-BuOOH, NaClO,... tác nhân oxi hóa H2O2 sạch không kém oxi phân tử, nó thường được sử dụng trong phản ứng oxi hóa pha lỏng, có phần trăm khối lượng oxi hoạt động cao và nó chỉ tạo sản phẩm phụ duy nhất là H2O, không ảnh hưởng tới môi trường. Vì thế tác nhân oxi hóa này cũng được sử dụng rộng rãi.
Dưới đây là một số tác nhân oxi hóa thông dụng và sản phẩm phụ tạo thành từ chúng sau phản ứng:
Bảng 2: Các tác nhân oxi hóa:
Tác nhân oxi hóa
% oxi hoạt động
Đặc điểm
O2
100
Không tạo sản phẩm phụ.Cho nhiều sản phẩm không khống chế được
H2O2
47,0
Sản phẩm phụ là H2O. không gây ảnh hưởng đến con người và môi trường
Tert-BuOOH
17,8
Sản phẩm phụ là t-BuOH. Có giá trị kinh tế nhưng chỉ dùng trong một số phản ứng
O3
33,0
Sản phẩm phụ là O2, rất tốt cho môi trường
NaClO
21,6
Sản phẩm phụ là NaCl. Có thể tạo ra sản phẩm hữu cơ có chứa Cl rất độc
NaClO2
35,6
Sản phẩm phụ là NaCl. Có thể tạo ra sản phẩm hữu cơ có chứa Cl rất độc
NaBrO
13,4
Sản phẩm phụ là NaBr
C5H11NO2
13,7
Sản phẩm phụ là C5H11NO
KHSO5
10,5
Sản phẩm phụ là KHSO4, tạo muối khó tách, độc
NaIO4
29,9
Sản phẩm phụ là NaI
C6H5IO
7,3
Sản phẩm phụ là C6H5I. Có độ chọn lọc cao cho phản ứng nhưng giá thành đắt
III. cơ chế và động học của phản ứng oxi hóa
Phản ứng oxi hóa các hydrocacbon ở nhiệt độ cao thường được giải thích theo cơ chế Mars-van Krevelen.
Theo Mars-van Krevelen, quá trình oxi hóa hydrocacbon trên xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp xảy ra theo cơ oxi hóa khử qua 2 giai đoạn:
Trong đó [R-CH] và [R-C-O] là tác nhân và sản phẩm phản, [KO] và [K] là dạng oxi hóa và dạng khử của xúc tác.
Như vậy, các hydrocacbon hấp phụ trên bề mặt xúc tác oxit kim loại sẽ bị oxi hóa bởi oxi mạng lưới của xúc tác (O-2), đồng thời cation mạng lưới sẽ bị khử về trạng thái hóa trị thấp hơn. Và sau đó sẽ tương tác với của tác nhân phản để chuyển về trạng thái hóa trị ban đầu (khác với quá trình oxi hóa trên xúc tác kim loại, hydrocacbon sẽ bị oxi hóa bởi oxi hấp phụ trên bề mặt xúc tác ).Quá trình có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau:
R-H2
Mn+
O
O
M(n-m)+
R=O + H2O
O2
Hình1. Cơ chế Mars-van Krevelen đối với quá trình oxi hóa hydrocacbon trên xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp.
Oxi mạng lưới (O2-) của xúc tác được hình thành khi oxi hấp phụ trên bề mặt xúc tác oxit (□) theo các giai đoạn sau:
O2 + □ + e- O2-
O2 + e- O22-
O2- + □ 2 O-
O- + e- O2-
Xúc tác có khả năng oxi hóa chọn lọc là các xúc tác có khả năng cho oxi mạng lưới của nó. Nếu oxit bị khử dễ dàng ( hay năng lượng tự do của quá trình phân ly O2 và entanpi phân ly nhỏ) thì xúc tác dễ dàng cho oxi mạng lưới, đó là xúc tác hoạt động và không chọn lọc. Ngược lại, nếu quá trình phân ly oxi khó và liên kết ‘kim loại-oxi’ mạnh thì oxit có có hoạt tính thấp.
Như vậy, trên bề xúc tác thì ngoài oxi mạng lưới có tính nucleophyl (O2-) còn tồn tại các nhóm oxit bề mặt khác có tính electrophyl (O2-, O22-, O-). Các hydrocacbon sẽ bị oxi hóa chọn lọc với các nhóm oxi có tính nucleophyl và bị oxi hóa hoàn toàn với các nhóm oxi có tính electrophyl. Tính chất của các nhóm oxi bề mặt này phụ thuộc vào bản chất của các chất xúc tác rắn ( cách điện hay bán dẫn ) và phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.
O2- hay O- thường chiếm ưu thế khi phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao trên các xúc tác cách điện, có tính bazơ như LiO2, MgO hay La2O3, trong khi đó O2- chiếm ưu thế ở nhiệt độ thấp hơn (khoảng 4000C) trên xúc tác bán dẫn có tính axit như V2O5, MoO3
iV. các yếu tố ảnh hưởng đến xúc tác và phản ứng oxi hóa.
iV.1. Tỷ lệ (thành phần) của chất xúc tác.
Tốc độ của phản ứng và độ chọn lọc phụ thuộc vào hằng số tốc độ của từng giai đoạn. Tức là phụ thuộc vào các hợp chất trung gian hoạt động được tạo ra giữa chất xúc tác và tác nhân oxi hóa hay nguyên liệu. Các hợp chất trung gian phụ thuộc nhiều vào thành phần của xúc tác, tỷ lệ giữa các oxít kim loại. Do các phản ứng oxi hóa phụ thuộc nhiều vào hoạt tính của xúc tác, mà hoạt tính của xúc tác chính là số tâm hoạt động của xúc tác. Vì thế mà yếu tố này cũng ảnh hưởng lớn đến phản ứng.
iV.2. PH.
PH trong quá trình điều chế xúc tác cũng ảnh hưởng tới hiệu suất của phản ứng oxi hóa. Đây là một yếu tố quan trọng quyết định tới độ bền, trạng thái của xúc tác. Thường điều chế xúc tác với môi trường pH<7, nếu pH lớn thì việc kết tinh xúc tác là không xảy ra. PH ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính và tính chất của xúc tác.
iV.3. Nhiệt độ.
Nhiệt độ kết tinh, nung xúc tác cũng như nhiệt độ phản ứng cũng là một yếu tố gây ảnh hưởng rõ rệt đến phản ứng oxi hóa. Khi xác định nhiệt độ làm việc tối ưu thì sẽ làm tăng đáng kể tốc độ phản ứng. Tăng độ chọn lọc của sản phẩm và hiệu suất của phản ứng.
Mỗi một phản ứng oxi hóa đều có một khoảng nhiệt độ tối ưu. Do đây là phản ứng oxi hóa pha khí nên luôn tiến hành ở nhiệt cao, do nhiệt độ cao nên cũng làm xuất hiện các sản phẩm phụ.
iV.4. Loại Amin.
Amin được sử dụng là chất để tạo cấu trúc cho xúc tác. Mỗi loại amin sẽ có tác dụng tạo cấu trúc khác nhau cho phản xúc tác. Chính vì thế nó ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác, cũng như sẽ ảnh hưởng tới phản ứng oxi hóa. cần chọn loại amin phù hợp để tạo ra cấu trúc tốt nhất cho xúc tác nhằm nâng cao hoạt tính của xúc tác.
iV.5. Thời gian nung xúc tác và thời gian phản ứng.
Thời gian phản ứng sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và hiệu suất chuyển hóa. Thông thường thì khi tăng thời gian phản ứng, cũng như khi tăng thời gian tiếp xúc giữa chất xúc tác với chất phản ứng thì sẽ làm tăng độ chuyển hóa, sản phẩm tạo ra càng nhiều. Đôi khi thời gian phản ứng tăng thì độ chuyển hóa giảm. Do đó cũng phải xác định thời gian phản ứng, thời gian tiếp xúc của chất phản ứng và chất xúc tác tối ưu mà cụ thể ở đây ta điều khiển bằng cách điều chỉnh tốc độ dòng khí thổi qua ống phản ứng.
V. phản ứng oxi hoá chọn lọc hydrocacbon.
V.1. Giới thiệu:
Phản ứng oxi hoá chọn lọc hydrocacbon là một trong những phản ứng quan trọng của công nghiệp hoá dầu. Bảng 3 nêu ra các loại phản ứng oxi hoá xúc tác của hydrocacbon với oxi.
Bảng 3. Phân loại các phản ứng oxi hoá xúc tác của hydrocacbon với oxi
Loại I:
oxy hoá -dehydro hoá
Ví dụ: 1.
Dime hoá propen thành hexadien hay benzen
2.
Oxi - dehydro hoá butan/buten thành butadien
3.
Oxi-dehydro hoá đóng vòng hexan thành xyclohexan
Loại II:
Tạo các sản phẩm oxi hoá không cắt liên kết C-C
Ví dụ: 1.
Oxyt etylen từ etylen
2.
Axetaldehit từ etylen
3.
Acrolein và axeton từ propen
4.
Rượu allyl từ propen
5.
Axit acrylic từ propen
6.
Anhydric maleic từ benzen, anhydric phtalic từ o-xylen
Loại III:
Tạo các sản phẩm oxi hoá với sự cắt liên kết C-C
Ví dụ: 1.
Axetaldehit và axit axetic từ propen
2.
Anhydric maleic từ benzen, anhydric phtalic từ naphtalen
Loại IV:
Oxy hoá sâu.
Trong các phản ứng loại I, các hydrocacbon bị oxy-dehydro hoá xảy ra bên trong phân tử tạo một dien hay một phân tử vòng, hay xảy ra giữa các phân tử tạo ra một dime. Dựa theo lý thuyết, người ta có thể sử dụng các xúc tác kim loại, nhưng để đạt được nồng độ cân bằng thích hợp cần thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao, mà ở đó hầu hết các hydrocacbon đều bị phân huỷ tạo ra các cặn các bon trên xúc tác. Theo nhiệt động học, đối với phản ứng loại I, chỉ có những phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp thì mới có tính khả thi và hiệu quả. Những phản ứng oxi-dehydro hoá tạo ra các phân tử chưa bão hoà và nước là thuận lợi về phương diện nhiệt động, ví dụ:
2C4H10 + O2 đ 2C4H6 + 2H2O
Nếu tìm được một xúc tác thích hợp thì sẽ nhận được butadien có hiệu suất cao ở nhiệt độ phả...

---