Chuyển hóa cấu trúc cao lanh Phú Thọ thành zeolit 4A - pdf 28

Download miễn phí Đồ án Chuyển hóa cấu trúc cao lanh Phú Thọ thành zeolit 4A



 MỤC LỤC
 Trang
MỞ ĐẦU
 
PHẦN I. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
 1. Giới thiệu về khoáng sét tự nhiên.
 1.1. Giới thiệu và phân loại.
 1.2. Cấu trúc của khoáng sét.
 2. Giới thiệu về khoáng cao lanh.
 2.1. Định nghĩa và thành phần hoá học.
 2.2. Cấu trúc tinh thể.
 2.3. Tính chất của cao lanh.
 3. Giới thiệu về zeolit.
 3.1. Khái niệm về zeolit.
 3.2. Phân loại zeolit.
 3.3. Cấu trúc tinh thể zeolit.
 3.4. Tính chất của zeolit.
 3.5. Ứng dụng chính của zeolit.
 3.6. Giới thiệu về zeolit A.
 4. Lý thuyết tổng hợp zeolit.
 4.1. Lý thuyết chung về tổng hợp zeolit.
 4.2. Cơ chế kết tinh zeolit từ dung dịch.
 4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp zeolit.
 5. Các phương pháp tách n-parafin.
 5.1. Phương pháp tạo phức cacbamit.
 5.2. Hấp phụ bằng zeolit.
 
PHẦN II. THỰC NGHIỆM
 1. Chuẩn bị nguyên vật liệu, dụng cụ, hoá chất .
 2. Tổng hợp zeolit A từ cao lanh Phú Thọ vàng.
 2.1. Sơ đồ chuyển hoá cấu trúc.
 2.2. Sơ chế cao lanh nguyên khai.
 2.3. Xử lý cao lanh bởi nhiệt.
 2.4. Giai đoạn già hoá.
 2.5. Kết tinh thuỷ nhiệt tạo zeolit 4A.
 2.6. Biến tính zeolit 4A thành zeolit 5A.
 3. Ứng dụng của zeolit 5A tách n-parafin từ kerosen.
 3.1. Tách n-parafin bằng phương pháp hấp phụ tĩnh qua cột.
 3.2. Hấp phụ n-parafin bằng phương pháp chưng.
 4. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc.
 4.1. Xác định tổng dung lượng trao đổi cation.
 4.2. Xác định độ hấp phụ nước.
 4.3. Phương pháp phổ nhiễu xạ Rơnghen.
 4.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét.
 4.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
 4.6. Phương pháp phân tích sắc ký.
 
PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
 1. Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu ban đầu.
 2. Kết quả khảo sát nhiệt độ nung.
 3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hoá.
 4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian kết tinh.
 5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức.
 6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kiềm.
 7. Kết quả phân tích IR và chụp ảnh SEM.
 8. Kết quả biến tính zeolit 4A thành zeolit 5A.
 9. Kết quả hấp phụ n-parafin từ kerosen.
 
KẾT LUẬN
 





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:


ông dụng
Zeolit
Kích thước mao quản, Ǻ
Đường kính động học, Ǻ
Hấp phụ tốt nhất
NaA
4,1 ´ 2,3
3,9; 3,6
C2H4, O2
NaP1
3,1 ´ 4,5; 2,8 ´ 4,8
2,6
NH3, H2O
NaX
7,4 (vòng 12)
8,1
(C4H9)3N
NaY
7,4 (vòng 12)
8,1
(C4H9)3N
Gismondin
3,1 ´ 4,5; 2,8 ´ 4,8
2,6
NH3, H2O
Philipsit
3,6; 3,0 ´4,3; 3,2 ´ 3,3
2,6
NH3, H2O
3.4.2.3. Tính chất xúc tác
Zeolit dạng Na-zeolit hầu như không thể hiện tính axit bề mặt. Để sử dụng làm xúc tác cần tiến hành trao đổi cation Na+ để chuyển về dạng H-zeolit. Khi đó tạo các tâm axit trên bề mặt vật liệu (Tâm Lewis và tâm Bromsted). Số lượng và cường độ (lực axit và độ axit) của các tâm càng lớn hoạt tính xúc tác càng cao và ngược lại.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của zeolit gồm:
+) Tỷ lệ Si/Al: Tỷ lệ Si/Al ảnh hưởng tới độ bền cơ, nhiệt của xúc tác. Tỷ lệ này càng cao độ bền của xúc tác tăng. Nhưng nếu tỷ lệ này cao quá sẽ phá vỡ cấu trúc zeolit, do đó hoạt tính xúc tác giảm. Tỷ lệ Si/Al cao còn ảnh hưởng tới số lượng tâm axit giảm nhưng lực axit tăng.
+) Các cation trao đổi: Hóa trị, bán kính cation ảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác trong đó hóa trị cation tỷ lệ thuận với hoạt tính cation.
3.4.2.4. Tính chất chọn lọc hình dạng
Tính chất chọn lọc hình dạng của xúc tác chứa zeolit có liên quan chặt chẽ với tác dạng rây phân tử trong hấp phụ và là đặc tính quan trọng trong việc sử dụng zeolit làm xúc tác trong các phản ứng hoá học. Chọn lọc hình dạng là sự điều chỉnh theo kích cỡ và hình dạng của các phân tử khuếch tán vào và ra khỏi hệ thống mao quản, làm ảnh hưởng đến hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác.
Chọn lọc hình dáng có thể gồm: Chọn lọc chất phản ứng, chọn lọc sản phẩm, chọn lọc hợp chất trung gian như hình 11.
a: Độ chọn lọc nguyên liệu
b: Độ chọn lọc sản phẩm
Hình 11: Độ chọn lọc hình dáng mao quản
3.5. ứng dụng chính của zeolit
Có thể nói công nghệ zeolit là một trong những công nghệ vật liệu hoá học hiện đại nhất. Mang những tính chất quí báu mà những hoá chất khác không hề có, zeolit thực sự là một vật liệu tốt đem lại nhiều ứng dụng lớn.
Zeolit có bề mặt riêng lớn nên có khả năng hấp phụ cao. Chất lượng hấp phụ rất tốt nhờ hệ thống lỗ xốp đều đặn. Tính hấp phụ có thể khống chế được và thay đổi tuỳ từng trường hợp vào tính chất ưa nước hay kỵ nước của bề mặt vật liệu. Zeolit chứa nhiều tâm axit nhưng có thể điều chỉnh được lực và nồng độ tâm axit sao cho phù hợp với từng trường hợp cụ thể.
Kích thước mao quản có nhiều thể loại dao động từ 3Ǻ đến 12Ǻ nên phù hợp với nhiều phân tử phản ứng. Đồng thời trong mao quản tồn tại điện trường mạnh nên phân tử tham gia được hoạt hoá trong mao quản, tốc độ phản ứng tăng lên. Cấu trúc mao quản và cửa sổ của zeolit tạo ra độ chọn lọc hình dạng với những phân tử phản ứng, sản phẩm phản ứng, trạng thái chuyển tiếp. Từ đó định hướng phản ứng theo ý muốn, giảm những phản ứng phụ.
Zeolit chịu những điều kiện công nghiệp khắc nghiệt do độ bền nhiệt và bền thuỷ nhiệt, khả năng biến tính rộng rãi của nó. Các sản phẩm zeolit đều chống lại hiện tượng phong hoá do thời tiết.
Bằng việc thay thế thêm bớt một số thành phần vi lượng trong nguyên liệu tổng hợp có thể tạo ra những loại zeolit mới có cấu trúc phù hợp yêu cầu thực tế.
Zeolit là sản phẩm được đánh giá là: Không độc hại, không ăn mòn, không dễ cháy, không hại da, không gây hại cho cơ thể người, động vật, thực vật, ổn định, dễ tái chế và sử dụng lâu dài.
Những ứng dụng chính của zeolit:
* Chất tẩy rửa, chất cải tạo đất trong nuôi trồng thuỷ sản:
Các zeolit có tỷ số Si/Al thấp thường được sử dụng trong công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa và xử lý nước thải công nghiệp có chứa các kim loại nặng. Đặc biệt với CEC và khả năng hút giữ cation lớn, khả năng kết tụ và độ ăn mòn thấp nên zeolit đang được sử dụng có hiệu quả trong việc hấp phụ các độc tố phát sinh trong nuôi trồng thuỷ sản mà không đòi hỏi độ tinh khiết cao. Nhờ cơ chế hấp phụ và nhả hấp phụ mà zeolit có thể cải tạo đất nông nghiệp, giảm lượng mất mát phân bón theo điều kiện nuôi trồng.
Zeolit cũng rất có hiệu quả khi làm chất trao đổi ion tách NH4+, tách kim loại nặng Pb2+, Zn2+, Cu2+, Cr3+ ... trong nước sinh hoạt và nước thải công nghiệp.
* Chất làm khô:
Trước kia việc làm khô các chất thực tế đạt được là nhờ sử dụng CaO hay sôđa nhưng hiệu quả chưa cao. Trong tương lai nếu thay thế bằng zeolit sẽ cho kết quả rất tốt vì nó có độ chọn lọc cao. Đây có thể nói là một trong những khả năng tiềm tàng của zeolit.
* Chất xúc tác:
Zeolit làm xúc tác biến những hydrocacbon có khối lượng phân tử lớn trong dầu thô thành các hợp phần nhẹ hơn trong sản phẩm chế biến dầu mỏ như xăng và dầu nhiên liệu đốt. Tinh thể zeolit cho phép sản xuất nhiều xăng hơn từ dầu thô. Điều này rất quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí của Việt Nam vì thực tế từ trước tới nay chúng ta đều xuất khẩu dầu thô, giá thành rất rẻ. Hiện nay, với giá thành dầu mỏ trên thế giới biến động nếu nắm vững công nghệ lọc dầu chúng ta có thể làm chủ giá thành các sản phẩm từ dầu mỏ đồng thời tăng tiềm lực kinh tế khi xuất khẩu những sản phẩm tinh thay thế cho xuất khẩu những sản phẩm thô.
Zeolit được áp dụng rộng rãi trong quá trình lọc hoá dầu nhất là trong chuyển biến hydrocacbon thơm chẳng hạn như đồng phân hoá xylen để tạo p-xylen, ankyl hoá benzen bằng etylen, ankyl hoá toluen bằng metanol...Zeolit có khả năng thực hiện việc oxy hoá có lựa chọn các hợp chất hữu cơ trong hoá dầu như thực hiện các quá trình oxy hoá, amoxi hoá hydroxylation trực tiếp chất thơm bằng oxit nitơ trong pha khí.
Việc sử dụng zeolit trong các quá trình phân huỷ NOx, SOx từ khí thải của sản xuất HNO3, H2SO4 và phân huỷ các hợp chất dễ bay hơi thường gặp trong công nghiệp lọc hoá dầu, công nghiệp hoá chất và các ngành công nghiệp khác cũng rất quan trọng.
3.6. Giới thiệu về zeolit A
Zeolite A là một loại zeolit tổng hợp có cấu tạo khác so với zeolit tự nhiên, mạng lưới cấu trúc của zeolit A có thể được mô tả qua hai loại đa diện:
Loại thứ nhất là sự xắp xếp thành khối đơn giản của 8 tứ diện trong đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU loại D4R.
Loại thứ hai là các bát diện cụt của 24 tứ diện (lồng b) như của lồng sodalit tự nhiên. Các lồng b nằm ở góc của một lập phương liên kết với nhau qua mặt 4 cạnh bao quanh một khoảng trống với đường kính tự do là 6,6Ǻ. ở tâm của mỗi đơn vị cấu trúc cơ bản là một lỗ trống lớn mà có đường kính tự do là 11,4 Ǻ. Tâm của các tứ diện được bao quanh bởi các hốc lớn như lồng a.
Về thành phần cấu tạo:
Đơn vị cơ sở của zeolit A là bát diện cụt gồm 24 tứ diện trong đó có 12 tứ diện AlO4 và 12 tứ diện SiO4. như vậy sẽ còn dư 12 điện tích âm trong khung mạng. Để trung hoà hết các điện tích âm này cần 12 ion kim loại kiềm hoá trị I hay 6 ion kim loại kiềm thổ hoá trị II (12 Na+ hay 6 Ca2+). Khi được hydrat hoá hoàn toàn sẽ có 27 phân tử nước ở trong mạng lưới cấu trúc. Như vậy có thể biểu diễn công thức thực nghiệm của zeolit A như sau:
Na12[(AlO2)12(SiO2)12].27H2O
Theo quy luật hoá trị tĩnh của Lowenstein cần sự xen kẽ nghiêm ngặt của các tứ diện SiO4 và AlO4. Theo đó, tỷ lệ Si/Al trong zeolite A bằng 1/1. Sự liên kết các lồng sodalit qua mặt 4 cạnh tạo thành cấu trúc hoàn chỉnh.
Hình 12: Cấu trúc zeolite A
a: Lồng sodalite b: Sự kết hợp các lồng sodalite trong zeoliteA
Khi đó, các cửa sổ cố định của các đơn vị cấu trúc của zeolit A là 24,6 Ǻ và chứa 192 tứ diện (96 tứ diện SiO4 và 96 tứ diện AlO4). Như vậy, công thức hoàn chỉnh của một đơn vị cấu trúc zeolit A sẽ là:
Na96[(AlO2)96(SiO2)96].27H2O
Từ thể tích và bề mặt trống của các đơn vị cơ sở, thể tích mạng lưới và thể tích cân bằng xuất hiện bởi mỗi tứ diện có thể xác định. Trong zeolit A, thể tích cân bằng của mỗi tứ diện là 43 (Ǻ)3 so với 38 (Ǻ)3 của loại tinh thể thạch anh a (a-quartz) mặc dù sự xắp xếp các tứ diện trong mạng tinh thể zeolit với mật độ tương tự như trong mạng tinh thể thạch anh (SiO2).
Thể tích của mỗi hốc lớn trong zeolit A là 150 (Ǻ)3 và của hốc nhỏ là 77 (Ǻ)3. Sự thông nhau của các hốc a và b tạo thành các kênh dẫn bên trong. Sự tạo thành các kênh làm cho thể tích tự do của zeolit tăng khoảng 50% tổng thể tích chung. Do đó, độ xốp của các zeolit A rất cao.
Nhờ đặc tính hấp phụ lớn và độ chọn lọc cao, tinh thể zeolit được ưa chuộng trong các quá trình tách và làm sạch chất. Vì vậy có thể sử dụng zeolit A để tách CO2 từ không khí, tách các hợp chất chứa lưu huỳnh như H2S, SOx từ khí thải nhà máy.
Khi tiến hành đưa các cation bù trừ điện tích vào khung mạng zeolit A ta có thể chia làm 3 loại:
+ Zeolit 3A (3Ǻ): Là loại zeolit có cation bù trừ điện tích khung là K+. Zeolit 3A hấp phụ được những phân tử có đường kính nhỏ hơn 3Ǻ ví dụ như H2O, He, H2 và CO. Cấu trúc của zeolit 3A có hiệu ứng đặc biệt với phản ứng làm bay hơi nước ở bề mặt trong của các kính cửa sổ hay trong việc làm khô khí ga.
Zeolit 3A được dùng trong việc làm khô các hydrocacbon không no hay tách nước tạo cồn tuyệt đối từ những hợp chất như metanol hay etanol. Hiện nay với quá trình này chúng tui đã tiến hành hấp phụ nước trong cồn công nghiệp thu được chất lượng cồn tuyệt đối trên 99,7% làm nguyê...
Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học © DMCA.com Protection Status