Tiểu luận đề tài :Tìm hiểu về chất mang Al2O3 ứng dụng trong xúc tác

Các chất xúc tác bazơ rắn đã được nghiên cứu từ hơn 30 nămtrước. Ngày nay, nhiều phản ứng được xúc tác bằng các bazơ rắn đã được hiệnthực hóa trong công nghiệp hữu cơ. Tầm quan trọng của chất xúc tác đó chủ yếulà ở khả năng tái sử dụng, dễ dàng tinh chế các sản phẩm, giảm thiểu các chấtthải... Sự phát triển các chất xúc tác bazơ rắn và những phản ứng được xúc tácbằng bazơ rắn đang tiếp diễn. Hiệu quả của các chất xúc tác bazơ rắn chắc chắnmỗi ngày một cao hơn.

MSSV: 20140847

CAO HỒNG DƯƠNG

NGUYỄN VĂN SỬ

LÊ NGỌC SƠN

MSSV: 20145154

MSSV: 20143803 MSSV: 20143899

ỨNG DỤNG

Chất mang xúc tác là một thành phần của hệ xúc tác, tuy không có hoạt tính xúc tác, nhưng

có bề mặt riêng lớn dùng làm nền để phân bố đều thành phần có hoạt tính xúc tác Vd

silicagen, nhôm oxit, amiăng là những CMXT thông dụng

Tính chất: - Bề mặt riêng lớn

- Bền nhiệt

- Bền cơ

- Dễ khuếch tán nhiệt

- Ảnh hưởng đến độ phân cực của xúc tác

- Dễ làm thay đổi hướng phản ứng

Alpha Alumina

-AlAl2O3

C Ấ U

T R Ú C

Cấu trúc tinh thể corundum Al2O3

GS Phạm Văn Tường, Giáo trinh Vật liệu vô cơ, NXB ĐHQG, 2007

Alpha Alumina

-AlAl2O3

C Ấ U

T R Ú C

Cấu trúc mạng tinh thể -AlAl2O3

• Mạng tinh thể -AlAl2O3 được xây dựng từ các đơn lớp anion

O2-Al xếp chặt khối theo 6 phương bó chặt (hcp) khối lục giác

• Mỗi cation Al3+ liên kết với 6 anion O2-Al tạo thành các khối bát diện Các khối này liên kết với nhau tạo thành mạng tinh thể Alpha-AlAl2O3

Hoàng Nhâm, Hóa vô cơ tập 2, 1996

Gamma Alumina

-AlAl2O3

C Ấ U

T R Ú C

Cấu trúc mạng tinh thể -AlAl2O3

• Nhiều nghiên cứu chỉ ra mạng tinh thể của -AlAl2O3tương tự như dạng tinh thể Spinel (MgAl2O4)

• Ô mạng cơ sở giả lập phương.

• Có 2 vị trí mà cation Al3+ có thể phân bố vào giữa các lớp anion để tạo thành khối

tứ diện hoặc bát diện

GS Phạm Văn Tường, Giáo trinh Vật liệu vô cơ, NXB ĐHQG, 2007

SO SÁNH Các dạng thù

hình

Dạng

thù hình tinh thể Mạng dạng Hình

Mật độ khối D(g/cm 3 )

Nhiệt độ nóng chảy

• Chứa nhiều lỗ xốp có đường kính từ 30-120A0

và thể tích lỗ xốp từ 0,5-1

cm3/g

• Cấu trúc xốp dễ bị biến đổi khi nung Nếu nhiệt độ quá cao sẽ bị sập cấu trúc, giảm diện tích bề mặt

• Trên bề mặt nhôm oxit tồn tại cả hai loại tâm: tâm Bronsted và Lewis - là các trung tâm xúc tác hoạt tính trên bề mặt nhôm oxit

• Tùy theo nhiệt độ mà trên bề mặt luôn chứa một lượng nước nhất định nhiều hay ít Nước sẽ Hydroxyl hóa bề mặt nhôm oxit Tạo các nhóm OH trên bề mặt Các nhóm này thể hiện tính axit

Bronsted

AXIT

TÍNH & BỀ MẶT

• Ở nhiệt độ khoảng 150oC xảy ra sự Dehydroxyl hóa  giải phóng một số điện tử  các nguyên tử Al thiếu điện tử là các tâm axit Lewis.

• Ở 400oC bề mặt bị Dehydroxyl hóa một phần  Al2O3 thể hiện các tâm axit Lewis (Al3+), bazơ Lewis (O2-) và tâm axit Bronsted

• Ở 900oC bề mặt bị Dehydroxyl hóa hoàn toàn  chỉ thể hiện các tâm axit và bazơ Lewis

AXIT

TÍNH & BỀ MẶT

• Tùy theo tiền chất

và nhiệt độ nung ta

sẽ thu được các dạng oxit nhôm khác nhau với cấu trúc bề mặt, độ xốp khác nhau

• Diện tích bề mặt riêng khoảng 150-

250 m2/g

•  -Al2O3 thu được bằng cách nung Boehmite đến khoảng 1200oC Nếu đi từ Gibbsite thì nung đến

khoảng

1000-1100oC

Sơ đồ chuyển hóa các dạng nhôm

oxit

Khi nung các tiền chất ở các nhiệt độ khác nhau sẽ thu được các dạng nhôm oxit khác nhau Tùy theo mục đích muốn thu được sản phẩm nào mà ta có chế độ nung và thời gian nung thích hợp

CÁC PHƯƠNG PHÁP

Điều chế

Phương pháp sol-gel

Bề bặt riêng lớn 100-Al

500 m2/g

Cơ sở

Phương pháp kết tủa

, Vũ Thu Hà 1 , Đỗ Thanh Hải 2 ,Đinh Thị Ngọ 3 Tạp chí hóa học, T.45 (6) Tr 741-748, 2007, Ảnh hưởng của các phương pháp tổng hợp đến tính chất cấu trúc của nhôm oxit Tiềm năng ứng dụng làm chất mang của nhôm oxit mao quản

trung bình có trật tự

Sơ đồ điều chế gamma nhôm oxit

• Nung xerogel trong lò nung để loại bỏ dung môi, phân huỷ các nhóm alkoxit trong xerogel

• Thu được oxit nhôm hoạt tính

ở dạng vô định hình

• Nung xerogel trong lò nung để loại bỏ dung môi, phân huỷ các nhóm alkoxit trong xerogel

• Thu được oxit nhôm hoạt tính

ở dạng vô định hình

Giai đoạn

Xử lý nhiệt

• Bay hơi dung môi khỏi gel bằng phương pháp sấy thường hoặc sấy phun

• Thu được các hạt xerogel rất nhỏ, đều và rất tơi xốp

• Bay hơi dung môi khỏi gel bằng phương pháp sấy thường hoặc sấy phun

• Thu được các hạt xerogel rất nhỏ, đều và rất tơi xốp

Giai đoạn

Thu hồi sản phẩm

• Gel được già hóa nhiệt độ 80-100oC, trong thời gian 1-3 ngày

• Nhiệt độ và thời gian già hóa gel

là 2 thông số quan trọng nhất

• Gel được già hóa nhiệt độ 80-100oC, trong thời gian 1-3 ngày

• Nhiệt độ và thời gian già hóa gel

là 2 thông số quan trọng nhất

thu gel acol

• Hòa tan nhôm

Nguyễn Hữu Trịnh, Luận án Tiến sĩ Hoá học “Nghiên cứu điều chế các dạng hydroxit nhôm, oxit nhôm và

ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu” Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002.

-Xác định các tâm axit trên bề mặt

-Độ axit

- Kết cấu bề mặt

- Hình dạng, kích thước tinh thể

Nung tiền chất:

Boehmite

a) gamma alumina

d) Alpha alumina

a) gamma alumina

d) Alpha alumina

H P v ậ t l ý N 2

Fang Hu,a Xiang Wu,ac Yamin Wanga and Xiaoyong Lai* b, sUltrathin γ-Al2O3 nanofibers with large specific surface area and

their enhanced thermal stability by Si-doping

Fig 6 (A) Nitrogen adsorption-desorption isotherms and (B) the corresponding

pore size distribution curves of alumina obtained at different calcined

temperatures: (a) 500 °C, (b) 1000 °C, (c) 1100 °C and (d) 1200 °C

a) gamma alumina

d) Alpha alumina

A-Al500: Gamma alumina

A-Al1200: Alpha alumina

SEM &TEM

P Souza Santosa, H Souza Santos*b, S.P Toledob Standard Transition Aluminas Electron Microscopy Studies

SEM &TEM

P Souza Santosa, H Souza Santos*b, S.P Toledob Standard Transition Aluminas Electron Microscopy Studies

Chất mang

• -AlAl2O3 làm chất mang trơ

• -Al Al2O3 làm chất mang

đa chức năng

Chất mang

• -AlAl2O3 làm chất mang trơ

Một số ứng dụng

trong công nghiệp

Các ứng dụng Vai trò của Al 2 O 3 Ví dụ sản xuất

Dehyđrô hoá Xúc tác Axit focmic

Isome hoá Xúc tác

Chất mang

1- metylxyclohexan Isophtaonitril Hydrô desunfua hoá Chất mang Tinh chế dầu Hyđrô denitơ hoá Chất mang Tinh chế dầu

Reforming và vòng hoá Xúc tác

và Chất mang

Phenolhydrozon Cyclohexan

và Chất mang

Hyđrôcacbon Naphtalen

và Chất mang

Etyl ete Ancol không no

Polyme hoá Xúc tác

và Chất mang

Xyclolefin Etylenoxit Oxi hoá từng phần Chất mang Etylenoxit

GS TS Đinh Thị Ngọ, PSG TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Hóa Học dầu mỏ và khí, 2017

GS TS Đào Văn Tường, Động học xúc tác, NXB Khoa học và kĩ thuật, 2006

Các hệ xúc tác Ni hoặc Co, Fe, Ru mang trên -Al Al2O3

GS TS Đinh Thị Ngọ, PSG TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Hóa Học dầu mỏ và khí, 2017

GS TS Đào Văn Tường, Động học xúc tác, NXB Khoa học và kĩ thuật, 2006

Dehydro hóa

Ví dụ về các phản ứng

Hệ xúc tác Pt/-AlAl2O3

• Phản ứng Dehydro hóa Naphten tạo thành Hydrocacbon thơm.

• Phản ứng isome hóa và vòng hóa.

• Xúc tác cho phản ứng Alkyl hóa.

GS TS Đinh Thị Ngọ, PSG TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Hóa Học dầu mỏ và khí, 2017

GS TS Đào Văn Tường, Động học xúc tác, NXB Khoa học và kĩ thuật, 2006

Vai trò Hấp phụ

Khí hiếm, không khí,

nitơ oxit, metan,

axetilen trong quá trình

phân tách

Hỗn hợp khí

Ts thấp

bảo quản các thiết bị, máy

móc ,kho chứa, làm khô các

vật liệu ở nhiệt độ thấp, bảo

Hỗn hợp một

số HC nhẹ

Các hợp chất màu từ sáp, dầu, chất béo

Một số hợp chất màu

Al2O3

hấp phụ

Qua bài thuyết trình về tìm hiểu về Al2O3Xác định được:

Cấu trúc dạng alpha bền hơn dạng

gamma, tuy nhiên dạng gamma có cấu trúc xốp, bề mặt riêng lớn hơn do đó được ứng dụng rộng rãi hơn trong công nghiệp Đặc biệt là công nghiệp lọc hóa dầu.

K Ế T LU Ậ N

TÀ I L I Ệ U

T H A M K H Ả O

1 GS TS Đào Văn Tường, Động học xúc tác, NXB Khoa học và kĩ thuật, 2006

2 GS TS Đinh Thị Ngọ, PSG TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Hóa Học dầu mỏ và khí, 2017

3 GS TSKH Hồ Sĩ Thoảng, Giáo trình Xúc tác dị thể, 2006

4 GS Phạm Văn Tường, Giáo trinh Vật liệu vô cơ, NXB ĐHQG, 2007

5 , Vũ Thu Hà 1 , Đỗ Thanh Hải 2 ,Đinh Thị Ngọ 3 ,Tạp chí hóa học, T.45 (6) Tr 741-Al748, 2007, Ảnh hưởng của các phương pháp tổng hợp đến tính chất cấu trúc của nhôm oxit Tiềm năng ứng dụng làm chất mang của nhôm oxit mao quản trung bình có trật tự

6 Nguyễn Hữu Trịnh, Luận án Tiến sĩ Hoá học “Nghiên cứu điều chế các dạng hydroxit nhôm, oxit nhôm và ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu” Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002

7 Hoàng Nhâm, Hóa vô cơ tập 2, 1994

8 Standard Transition Aluminas Electron Microscopy Studies, 1991

9 P Souza Santosa, H Souza Santos, S.P Toledob

10 Fang Hu,a Xiang Wu,ac Yamin Wanga and Xiaoyong Lai

Ultrathin γ-Al2O3 nanofibers with large specific surface area and

their enhanced thermal stability by Si-dopinga, 2015

Thank You

For Listening