KYÕ THUAÄT XUÙC TAÙC

CATALYST TECHNOLOGY

PGS.TS. Nguyễn Đình ThànhViện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng – Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam

Thành phố Hồ Chí Minh - 2007

Nội dung chương trình học(30 tiết học)

• Những kiến thức cơ bản về Hoá xúc tác• Công nghệ sản xuất các chất Xúc tác• Ứng dụng của Xúc tác trong các quá trình sản xuất liên

quan đến các lĩnh vực như:– Thuốc bảo vệ thực vật– Phân bón hoá học– Dược phẩm và thực phẩm…

Chương ICÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ XÚC TÁC VÀ HẤP PHỤ

1.1 Phát sinh và phát triển vấn đề xúc tác.- Từ thế kỷ 18, ngöôøi ta ñaõ bieát söû duïng xuùc taùc trong caùc phaûn

öùng nhö:- Xuùc taùc H2SO4 trong phaûn öùng este hoaù- Xuùc taùc ñaát seùt cho phaûn öùng dehydro hoaù- Xuùc taùc Pt trong caùc phaûn öùng: phaân huyû H2O2, oxy hoaù CO

vaø hydrocacbon, chuyeån röôïu thaønh axít acetic…- Ñeán naêm 1835, Berzelius ñöa ra töø "xuùc taùc" laàn ñaàu tieân

ñeå chæ söï taùc duïng cuûa caùc chaát maø theo oâng thì coù khaû naêng laøm nhanh phaûn öùng hoaù hoïc nhôø coù nhöõng löïc thaàn bí naøo ñoù.

- Ngaøy nay, 90% nghaønh saûn xuaát coâng nghieäp thuoäc lónh vöïc hoaù hoïc phaûi duøng xuùc taùc vôùi löôïng khoaûng 2 trieäu taán/naêm trong caùc lónh vöïc nhö:- Hoaù daàu: phaûn öùng cracking, reforming,..- Chaát deûo, polyme- Hoaù döôïc- .v.v…

Phản ứng oxi hoá khử Sản phẩm Loại xúc tác

1.Oxi hoáSO2 + 1/2O2 SO3

NH3 + O2 NO

2.Hydro hoáN2 + 3H2 2NH3

CO + 2H2 CH3OH

3.Dehydro hoáC4H10 H2 + C4H8 C4H6

4. Hydrat hoáCH2=CH2 + H2O C2H5OH

5. Polyme hoánC2H4 [C2H4]n

H2SO4

HNO3

AmoniacMethanol

Butadien

Rượu ethylic

polyethylen

Pt, V2O5, Fe2O3

Pt, Pd, CoO,..

Fe(K2O, Al2O3, SiO2,..)

ZnO + Cr2O3 + CuO + K2O

Cr2O3: photphat Ni va Cr2O3

H3PO4 trên chất mang Al2O3

TiCl4 + AlR3(Ziegler-Natacatal)

Moät soá phaûn öùng xuùc taùc quan troïng

Các quá trình phức hợp trên đa xúc tác

1.Reforming

2. Hydrocracking

Xăng hệ số octan caoDầu diesel, xăng

Pt, Ni /ZeolitMo,Cr/Al2O3 ----nt----

1.2 Đặc điểm chung của tác dụng xúc tác1.2.1 Định nghĩa xúc tác: Hieän töông bieán ñoåi toác ñoä phaûn öùng

hoaù hoïc hay kích ñoäng chuùng do nhöõng chaát maø cuoái cuøng vaãn ñöôïc phuïc hoài goïi laø xuùc taùc

Chaát gaây neân söï xuùc taùc goïi laø chaát xuùc taùc

1.2.2 Hoạt độ của xúc tác: ñöôïc ño baêng söï bieán ñoåi löôïng chaát ñaàu tham gia phaûn öùng trong moät ñôn vò thôøi gian vaø treân moät ñôn vò cuûa löôïng chaát xuùc taùc

1.2.3 Một số đặc trưng chung của tác dụng xúc tác1.2.3.1 Nhiệt động học của tác dụng xúc tác: xuùc taùc chæ coù taùc

duïng trong phaïm vi nhieät ñoâng hoïc cho pheùpVí duï: xeùt p/öù sau

A = B khoâng xuùc taùcA+Xt=Axt coù xuùc taùcAxt = B + xt

• cuûa 2 p/öù treân laø nhö nhau do traïng thaùi ñaàu vaø traïng thaùi cuoái khoâng thay ñoåiTa coù = - RT lnKcb, trong luùc ñoù: Kcb = k/k’ , ( k, k’: laàn löôït laø haèng soá toác ñoä cuûa p/öù thuaän vaø p/öù nghich)1.2.3.2 Bản chất của việc tăng tốc độ phản ứng là giản năng lượng hoạt hoá: Ta coù, toác ñoä cuûa p/öù ñöôïc bieåu dieãn bôûi ptrình sau:

• W = ko e(-E/RT).f(C ), • Baûn chaát taùc duïng taêng toác ñoä phaûn öùng

bôûi chaát xuùc taùc laø gì? Chuùng ta bieát raèng, haèng soá toác ñoä phaûn öùng hoaù hoïc coù theå bieåu dieãn baèng phöông trình Arrhenius nhö sau:

• k = ko e(-E/RT). (I,1)

ko : ñaëc tröng cho taàn soá va chaïm cuûa phaân töû E : ñaëc tröng cho entropy hoaït hoaù vaø soá löôïng caùc trung taâm hoaït ñoäng daãn ñeán p/öù

G

G

• Trong phöông trình naøy, k coù theå taêng neáu ko taêng hoaëc E giaûm. Noùi caùch khaùc, vai troø taêng toác ñoä phaûn öùng cuûa chaát xuùc taùc laø ôû choã noù laøm taêng heä soá tröôùc luõy thöøa ko hoaëc giaûm naêng löôïng hoaït hoaù E.

• Con ñöôøng thöù hai ñeå chaát xuùc taùc laøm taêng toác ñoä phaûn öùng hoaù hoïc laø laøm giaûm naêng löôïng hoaït hoaù E. Xeùt phaûn öùng

• A + B → D• Trong ñieàu kieän khoâng coù chaát xuùc taùc, phaûn öùng coù

theå xaåy ra theo cô cheá:•• A + B AB*• AB* → D• , trong ñoù AB* laø phöùc hoaït ñoäng.• Ta coù theå vieát phöông trình bieåu dieãn haèng soá

toác ñoä phaûn öùng khoâng xuùc taùc döôùi daïng phöông trình (I,1), trong ñoù E - naêng löôïng hoaït hoaù cuûa phaûn öùng khoâng xuùc taùc.

• Trong tröôøng hôïp coù söï tham gia cuûa chaát xuùc taùc ñieàu khaùc bieät chuû yeáu seõ laø söï hình thaønh nhöõng phöùc hoaït ñoäng khaùc vôùi naêng löôïng hoaït hoaù thaáp hôn, ví duï:

•

• A + [K] → A[K]*A[K]* + B → AB[K]*AB[K]* → [K] + D

• Ta coù: •

(I,2)

RTKE

oK ekk

AB

ABK*

A+ B

AK*

D

EE

EExt

Năng lượng

Năng lượng trong tương tác hoá học

• Neáu chia (I,2) cho (I,1) ta coù:

•• (I,3)•• Giaû thieát koK = ko laø tröôøng hôïp vaãn

coù theå gaëp trong thöïc teá ta coù:

• nghóa laø haèng soá toác ñoä phaûn öùng xuùc taùc lôùn hôn haèng soá toác doä phaûn öùng khoâng xuùc taùc laàn.

RTE

o

oKRTE

o

E

oKK ek

k

ek

ek

k

kRTk

..

./

RTE

K ek

k

RTE

e

1.2.3.3 Tính chọn lọc cuûa xuùc taùc: ñoä choïn loïc cuûa xuùc taùc laø tæ soá toác ñoä taïo saûn phaåm so vôùi toång toác ñoä bieán ñoå treân cô sôû chaát tham gia phaûn öùng theo caùc höôùng

• Ví duï khi cacbon oxit taùc duïng vôùi hiñroâ, tuøy thuoäc vaøo chaát xuùc taùc maø ta coù theå nhaän ñöôïc nhieàu loaïi saûn phaån khaùc nhau: ancan, hiñroâcacbon thôm, röôïu, anñeâhit, xeâtoân. ÔÛ ñaây söï phong phuù cuûa caùc saûn phaåm phaûn öùng ñöôïc quy ñònh bôûi nhieät ñoäng hoïc cuûa heä H2 + CO coøn söï dieãn bieán coù löïa choïn cuûa moät quaù trình naøo ñoù thì laïi ñöôïc quy ñònh bôûi taùc duïng cuûa chaát xuùc taùc töông öùng.

Moät ví duï khaùc veà taùc duïng löïa choïn cuûa chaát xuùc taùc laø phaûn öùng oâxy hoaù NH3:

• 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1300 KJ (a)• 4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1100 KJ (b) • 4NH3 + 5O2 = 2NO + 6H2O + 900 KJ (c)

• Maëc daàu veà maët nhieät ñoäng hoïc thì hai phaûn öùng (b) vaø (c) thuaän lôïi hôn nhöng neáu coù maët platin thì phaûn öùng (a) xaåy ra gaàn nhö hoaøn toaøn laán aùt heát caû hai phaûn öùng sau. Ngöôøi ta ñònh nghóa: ñoä löïa choïn cuûa moät chaát xuùc taùc theo moät höôùng nhaát ñònh baèng toác ñoä hình thaønh saûn phaåm chính chia cho toång toác ñoä phaûn öùng theo taát caû caùc höôùng.

1.2.4 Một số ñặc ñieâ’m của phản ứng xuùc taùc dị thể: laø xuùc taùc maø coù thaønh phaàn pha khaùc vôùi caùc taùc chaát.

Ví duï: xuùc taùc dò theå raén – loûng, raén –khí,..1.2.4.1 Tính chất nhiều giai ñđoạn: xuùc taùc di theå ñöôïc xeáp theo caùc

giai ñoaïn sau- Giai ñoaïn khuyeách taùn ngoaøi- Giai ñoaïn khuyeách taùn trong- Giai ñoaïn Haáp phuï hoaït hoaù- Giai ñoaïn lieân keát caùc nhoùm nguyeân töû- Khueách taùn trong mao quaûn vaø khueách taùn ngoaøi

1.2.4.2 Độ bền của xuùc taùc với chất ñộc: Ñaàu ñoäc chaát xuùc taùc laø söï maát hoaøn toaøn hoaëc moät phaàn hoaït ñoä döôùi taùc duïng cuûa moät löôïng khoâng lôùn nhöõng chaát goïi laø chaát ñoäc. Ví duï, moät vaøi phaàn traêm Co, H2O hoaëc H2S treân beà maët chaát xuùc taùc saét cuõng ñuû ñeå laøm noù maát hoaït tính trong phaûn öùng toång hôïp amoâniac.

Coù hai loaïi ñaàu ñoäc: - Ñaàu ñoäc thöïc: laø keát quaû cuûa söï töông taùc hoaù hoïc giöõa

chaát ñoäc vaø chaát xuùc taùc hoaëc söï haáp phuï ñaëc tröng chaát ñoäc leân beà maët chaát xuùc taùc. Neân quaù trình ñaàu ñoäc laø khoâng thuaän nghòch.

- Ñaàu ñoäc taïm thôøi:laø hieän töôïng caùc phaân töû cuûa moät chaát naèm che laáp caùc trung taâm hoaït ñoäng nhöng khoâng coù töông taùc hoaù hoïc hoaëc khoâng phaûi haáp phuï ñaëc tröng. Quaù trình ñaàu ñoäc loaïi naøy laø thuaän nghòch

• Ví duï: Ví duï CHCl3 treân beà maët TiO2 chæ ñaàu ñoäc phaûn öùng ñeâhiñrat hoaù chöù khoâng aûnh höôûng gì ñeán phaûn öùng oxy hoaù hoaøn toaøn eâtilen maïnh hôn laø phaûn öùng oxy hoaù ñeán eâtilen oâxit cho neân laøm taêng ñoä löïa choïn cuûa Ag ñoái vôùi phaûn öùng sau.

• Ñaàu ñoäc coù theå thuaän nghòch, khoâng thuaän nghòch hoaëc coù tính chaát trung gian giöõa hai loaïi ño

Hình 2. Caùc loaïi ñaàu ñoäc: a) thuaän nghòch, b) khoâng thuaän nghòch, c) loaïi trung gian.

1- cho chaát ñoäc vaøo heä (phaûn öùng trong doøng)2- thoâi khoâng cho chaát ñoäc vaøo nöõa.

thôøi gian

(a)

hoaït ñoä21

thôøi gian

hoaït ñoä

(b)

2

1

thôøi gian

hoaït ñoä

(c)

2

1

1.2.4.3 Chất xuùc tiến: laøm taêng hoaït tính xuùc taùc maëc duø coù maët vôùi moät löôïng nhoû. Coù theå do laøm taêng beà maët laøm vieäc cuûa cuûa chaát xuùc taùc, töùc laø laøm taêng ko, hoaëc laø laøm beàn caáu truùc, laøm thay ñoåi baûn chaát caùc trung taâm hoaït ñoäng( lieân quan ñeán Ext)

Ví duï: Li2O trong keõm oxit laøm cho chaát xuùc taùc naøy maát hoaït tính

trong phaûn öùng oxy hoaù CO nhöng laïi laøm taêng hoaït ñoä xuùc taùc trong phaûn öùng phaân huûy N2O. Vì vaäy khi noùi ñeán hieän töôïng ñaàu ñoäc hay xuùc tieán ta khoâng neân chæ haïn cheá taùc duïng cuûa chuùng ñoái vôùi chaát xuùc taùc maø laø ñoái vôùi caû toaøn boä heä xuùc taùc. Coù nhöõng tröôøng hôïp moät chaát maø khi noàng ñoä beù thì noù coù taùc duïng xuùc tieán nhöng khi taêng noàng ñoä leân noù laïi ñaàu ñoäc phaûn öùng xuùc taùc.

1.2.4.4 Biến tính xuùc taùc: coù nhöõng chaát coù theå ñaàu ñoäc ôû nhieät ñoä naøy nhöng coù taùc duïng xuùc tieán ôû nhieät ñoä khaùc, laøm thay ñoåi ko vaø Ext öùng vôùi moät thaønh phaàn xaùc ñònh cuûa xuùc taùc goïi laû bieán tính xuùc taùc. vì khoâng theå gheùp noù vaøo khuoân khoå cuûa hieän töôïng ñaàu ñoäc hay xuùc tieán ñöôïc cho neân Roginsky ñaõ ñeà nghò goïi laø söï bieán tính.

1.2.4.5 Hiệu ứng buø tröø: laø hieäu thay ñoåi ñoàng thôøi ko vaø Ext nhöng dieãn ra theo höôùng buø tröø nhau ñeå ñaït keát quaû koxt khoâng thay ñoåi Phöông trình bieåu dieãn cuûa söï lieân heä giöõa koK vaø EK khi coù hieäu öùng buø tröø coù daïng:

(I,5)SoK RT

E

const

Ek

lg

Nhö vaäy, söï thay ñoåi cuûa haèng soá toác ñoä phaûn öùng kK seõ nhoû hôn nhieàu so vôùi tröôøng hôïp maø trong phöông trình (I,2) chæ thay ñoåi moät thoâng soá koK hoaëc EK, coøn khi nhieät ñoä ñaït giaù trò Ts thì seõ coù söï buø tröø hoaøn toaøn, nghóa laø kK khoâng thay ñoåi maëc duø caùc giaù trò koK vaø EK vaãn coù theå thay ñoåi.

Khaùi nieäm veà hieäu öùng buø tröø ngaøy nay coøn ñöôïc môû roäng hôn nöõa vaø ngöôøi ta gheùp vaøo ñaây nhieàu hieän töôïng coù baûn chaát raát khaùc nhau mieãn laø coù daáu hieäu theå hieän beân ngoaøi gioáng nhau vaø tuaân theo phöông trình kinh nghieäm (I,5).

Ñaëc ñieåm quan troïng nhaát cuûa nhöõng hieän töôïng ñaàu ñoäc, xuùc tieán vaø bieán tính laø chuùng theå hieän taùc duïng khi noàng ñoä coøn raát beù. Trong xuùc taùc dò theå ñaây laø ñieåm coù yù nghóa thöïc tieãn raát lôùn. Thöïc vaäy, ñoái vôùi caùc phaûn öùng toång hôïp amoâniac hay oâxy hoaù SO2 chaúng haïn, nhöõng chaát xuùc taùc toát khoâng phaûi laø hieám nhöng haàu heát chuùng hoaëc deã bò ñaàu ñoäc bôûi nhöõng chaát laï toàn taïi trong nguyeân lieäu vôùi noàng ñoä raát beù, raát khoù taùch vaø laøm saïch, hoaëc keùm beàn vöõng trong nhöõng ñieàu kieän coâng nghieäp ñoøi hoûi.

1.3 Phản ứng xúc tác đồng thể1.3.1 Định nghĩa: laø phaûn öùng maø ôû ñoù chaát phaûn öùng vaø

chaát xuùc taùc ôû cuøng moät pha1.3.2 Caùc ví dụ:- Phaûn öùng trong khí(thöôøng ít xaûy ra) NO laø xuùc taùc trong coâng nghieäp cho phaûn öùng oxi hoaù

SO2. Phaûn öùng xaûy ra qua caùc giai ñoaïn sau: 2NO + O2 = 2NO2 (1) NO2 + SO2 = NO + SO3 (2) Phaûn öùng (1) cuõng laø chöng thöïc cuûa moät trong raát ít

phaûn öùng tam phaân töû Phaûn öùng giöõa CO vaø O2, trong ñoù hôi nöôùc coù taùc duïng

xuùc taùc raát hieäu quaû CO + H2O = CO2 + H2

2H2 + O2 = 2H2O - Phaûn öùng trong pha loûng Ví duï: p/öùng este hoaù CH3COOH + C2H5OH H+ CH3COOC2H5

1.4 Phản ứng xúc tác Axít - Bazơ1.4.1 Khaí nieäm: Nhieàu phaûn öùng ñöôïc xuùc taùc bôûi caùc ion H+ vaø OH-, nhu quaù

trình este hoaù cuûa axit, röôïu,..Ostwald tìm ra ñöôïc quy luaät: taùc duïng xuùc taùc tæ leä vôùi vôùi

ñoä daõn ñieän cuûa axít.Döïa vaøo baûn chaát cuûa xyùc taùc, ngöôøi ta phaân ra thaønh caùc

loaïi xuùc taùc axít -bazô sau: 1-xuùc taùc axít ñaëc tröng( hoaït hoaù nhôø H3O+)2-Xuùc taùc axít toång quaùt (hoaït hoaù nhôø chaát cho proton

baát kyø, tröø H3O+), töùc laø taùc duïng bôûi xuùc taùc axiùt Bronsted

3-Xuùc taùc electrophin khi chaát xuùc taùc laø axít Lewis. Loaïi xuùc taùc bazô Lewis ñöôïc goïi laø nucleophin.

4-xuùc taùc axít-bazô toång quaùt: phaûn öùng xuùc taùc coù söï tham gia ñoàng thôøi cuûa xuùc taùc axít bazô kieåu Bronsted

5-xuùc taùc electrophin-nuclephin: phaûn öùng xuùc taùc coù söï tham gia ñoàng thôøi cuûa xuùc taùc axít bazô kieåu Lewis

1.4.2 Caùc ví dụ:- Phaûn öùng xuùc taùc aùit-bazô toång quaùt: phaûn öùng iode hoaù

aceton CH3COCH3 + I2 = CH3COOCH2I + HI

1.5 Phản ứng xúc tác Dị thể

Phaûn öùng xuùc taùc dò theå chieám haàu heát trong caùc loaïi phaûn öùng coù xuùc taùc. Xuùc taùc dò theå ñöôïc söû duïng chính trong saûn xuaát coâng nghieäp vì nhöõng öu ñieåm nhö:- Deã taùch chaát phaûn öùng vaø saûn phaåm ra khoûi chaát

xuùc taùc- Tính choïn loïc cao

1.5.1 Caùc ví dụ:

Phản ứng oxi hoá khử Sản phẩm Loại xúc tác

1.Oxi hoáSO2 + 1/2O2 SO3

NH3 + O2 NO

2.Hydro hoáN2 + 3H2 2NH3

CO + 2H2 CH3OH

3.Dehydro hoáC4H10 H2 + C4H8 C4H6

4. Hydrat hoáCH2=CH2 + H2O C2H5OH

5. Polyme hoánC2H4 [C2H4]n

H2SO4

HNO3

AmoniacMethanol

Butadien

Rượu ethylic

polyethylen

Pt, V2O5, Fe2O3

Pt, Pd, CoO,..

Fe(K2O, Al2O3, SiO2,..)

ZnO + Cr2O3 + CuO + K2O

Cr2O3: photphat Ni va Cr2O3

H3PO4 trên chất mang Al2O3

TiCl4 + AlR3(Ziegler-Natacatal)

2. Hiện tượng bề mặt và Hấp phụ2.1 Sự Hấp phụ Khí và Hơi trên bề mặt rắn2.1.1 Các khái niệm và định nghĩa

Sự hấp phụ: là sự tăng nồng độ của khí( hơi trên bề mặt phân cách pha (rắn – khí). Chất hấp phụ: là chất có bề mặt thực hiện sự hấp phụ. Chất bị hấp phụ là chất bị hút lên trên bề mặt của chất hấp phụ.Ví dụ: hopcalit hấp phụ khi CO, Hopcalít là chất hấp phụ, còn khí CO là chất bị hấp phụBề mặt riêng: đó là diện tích bề mặt của chất hấp phụ tính cho 1 gram chất hấp phụ, có đơn vị:[m2/g]Các kiểu lực hấp phụ:

Trong hấp phụ, các phân tử (nguyên tử) chất bị hấp phụ tương tác với bề mặt riêng của chất hấp phụ bằng các lực tương tác khác nhau, tuỳ thuộc vào nản chất của các loại lực này mà ta chia hiện tượng hấp phụ thành hai loại:

2.1.2 Các phương trình Hấp phụ đẳng nhiệt

- Hấp phụ vật lý: là sự hấp phụ do các lực tương tác Van der Waals. Đây là tương tác lưỡng cực-lưỡng cực giữa các phân tử (hoặc các nhóm phân tử), lực này yếu và giảm nhanh theo khoảng cách giữa các phântử.

- Hấp phụ hoá học: sự hấp phụ xảy ra do lực liên kết hoá học. Hấp phụ hoá học là cơ sở cho các quá trình của xúc tác dị thể. Tuy nhiên, trong xúc tác dị thể thi liên kết hoá học không được bền quá cũng không được yếu quá. Vì nếu yếu quá thì chưa đủ để hình thành những liên kết mới với chất xúc tác, còn nếu bền quá thì chất xúc tác không còn là tác nhân trung gian mà trở thành một tác nhân bền vững.

Coù nhieàu loaïi ñöôøng ñaúng nhieät. Caùc loaïi ñöôøng ñaúng nhieät ñoù, baát keå laø ñöôïc xaây döïng neân baèng con ñöôøng lyù thuyeát hay thöïc nghieäm, ñeàu laø nhöõng bieåu thöùc töông ñoái ñôn giaûn bieåu thò söï phuï thuoäc cuûa noàng ñoä beà maët caùc phaân töû chaát bò haáp phuï (trong tröôøng hôïp xuùc taùc laø chaát phaûn öùng) vaøo aùp suaát caân baèng cuûa noù.

Caùc loaïi ñöôøng ñaúng nhieät.

bp

bp

v

v

m

1

)1(/1 nkpv n

pkv '

om

cav

vln

1

smms p

p

cv

c

cvppv

p

11

)(

Teân goïi ñöôøngñaúng nhieät

Phöông trìnhbieåu dieãn

Aùp duïng choloaïi haáp phuï

Ñöôøng ñaúng nhieät Langmuir

Ñöôøng ñaúng nhieät Freundlich

Ñöôøng ñaúng nhieät Henry

Ñöôøng ñaúng nhieät Frumkin - Shlygin –Temkin – Pyjev

Ñöôøng ñaúng nhieät Brumauer – Emmett Teller (BET)

Haáp phuï hoùa hoïc vaø haáp phuï vaät lyù

Haáp phuï hoùa hoïc vaø haáp phuï vaät lyù

Haáp phuï hoùa hoïc vaø haáp phuï vaät lyù

Haáp phuï hoùa hoïc

Haáp phuï vaät lyù nhieàu lôùp

• v- Theå tích chaát bò haáp phuï, vm – Theå tích chaát haáp phuï caàn ñeå traûi moät lôùp treân beà maët ôù aùp suaát caân baèng, P, P3 – aùp suaát hôi baûo hoøa cuûa chaát bò haáp phu, – ñoä che phuû beà maët. Caùc kyù hieäu khaùc bieåu dieãn caùc haèng soá khaùc nhau.

• Trong giaùo trình naøy chuùng ta seõ xeùt hai loaïi ñöôøng ñaúng nhieät: Langmuir vaø BET.

2.1.2.1 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir• Ñöôøng ñaúng nhieät Langmuir laàn ñaàu tieân ñöôïc daãn ra baèng

con ñöôøng ñoäng hoïc treân cô sôû caùc giaû thieát sau ñaây:• a) Caùc tieåu phaân cuûa chaát bò haáp phuï lieân keát vôùi nhöõng

trung taâm ñònh vò xaùc ñònh treân beà maët, • b) moãi moät trung taâm chæ coù theå haáp phuï moät tieåu phaân

maø thoâi, • c) beà maët ñoàng nhaát veà maët naêng löôïng vaø khoâng coù söï

töông taùc giöõa caùc tieåu phaân ñaõ bò haáp phuï. Coù theå ñöa ra nhieàu lyù do choáng laïi caùc giaû thieát treân. Tuy nhieân phöông phaùp Langmuir vaãn laø phöông trình thuaän tieän nhaát vaø trong nhieàu tröôøng hôïp cho ta nhöõng keát quaû gaàn ñuùng hoaëc laøm cô sôû ñeå xaây döïng nhöõng moâ hình vaät lyù phöùc taïp hôn.

Phương trình ñược Langmuir đñề nghị như sau

– ñoä che phuû beà maëtp – aùp suất hơi bão hoàb - hệ số caân bằng hấp phụ

khi 1, beà maët ñaõ ñöôïc laáp ñaåy bôûi moät lôùp ñôn phaân töû

Trong tröôøng hôïp haáp phuï nhieàu chaát, phöông trình ñöôøng ñaúng nhieät Langmuir coù daïng

bp

bp

v

v

m

1

bipií

bipi

Ngöôïc laïi, neáu khi haáp phuï phaân töû phaân ly thaønh nhöõng tieåu phaân thì phöông trình seõ coù daïng

n

n

bp

bp1

1

)(1

)(

1

P0

(b)

(a)

Sơ đồ hấp phụ theo phương trình Langmuir (a): đồ thị -P , (b): sơ đồ hấp phụ, : phân tử bị hấp phụ

Caùc ñöôøng ñaúng nhieät haáp phuï vaät lyù coù nhieàu daïng khaùc nhau. Naêm 1950 Brunauer laø ngöôøi ñaàu tieân chia thaønh 5 daïng (hình 5). Ñieàu quan troïng ôû ñaây laø tröø daïng (I) coøn thì taát caû caùc daïng khaùc (II) vaø (III), cho ta thaáy raèng, ñaïi

löôïng haáp phuï khoâng döøng laïi ôû möùc lôùp ñôn phaân töû.

2.1.2.2 Phương trình hấp phụ đñẳng nhiệt Brunauer – Emmet – Teller (BET)

1

Vads

P/Po

3

5

4 2

Vôùi nhöõng giaû thieát treân caùc taùc giaû ñaõ ñi ñeán phöông trình ñaúng nhieät coù daïng : hoaëc

Ñeå giaûi thích caùc daïng ñöôøng ñaúng nhieät noùi treân, nhieàu ngöôøi ñaõ ñöa ra nhöõng lyù thuyeát khaùc nhau. Tuy nhieân thuyeát Brunauer–Emmett–Teller (1938) ñaõ giaûi thích roõ hôn caû. Thuyeát BET coøn ñöôïc nhöõng nhaø khoa hoïc quan taâm hôn caû bôûi leõ noù cho hoï nhöõng phöông phaùp thuaän tieän ñeå xaùc ñònh beà maët vaät raén maø tröôùc heát laø caùc chaát xuùc taùc dò theå.

Caùc taùc giaû thuyeát BET giaû thieát raèng ôû traïng thaùi caân baèng toác ñoä haáp phuï (ngöng tuï) treân beà maët coøn töï do baèng toác ñoä giaûi haáp (bay hôi) töø lôùp ñôn phaân töû thöù nhaát. Ñoái vôùi caùc lôùp tieáp theo cuõng vaäy. Giaû thuyeát quan troïng nhaát cuûa taùc giaû laø: nhieät haáp phuï ôû lôùp thöù hai vaø taát caû caùc lôùp tieáp theo laø baèng nhau vaø baèng nhieät hoùa loûng cuûa khí ñoù. Nhöng nhieät haáp phuï cuûa lôùp thöù nhaát thì khaùc. Ñieàu ñoù coù nghiaõ laø nhöõng tính chaát cuûa lôùp thöù hai vaø caùc lôùp tieáp theo veà phöông dieän ngöng tuï vaø bay hôi gioáng nhö nhöõng tính chaát töông töï cuûa beà maët chaát bò haáp phuï ôû daïng raén (hay loûng).

ss

m

p

pcpp

cp

11)(

ss

sm

p

pcpp

pcp

11)/1(

/

Chöông 2

Coâng ngheä saûn xuaát caùc chaát xuùc taùc

2.1 Nhöõng yeâu caàu chuû yeáu ñoái vôùi caùc chaát xuùc taùc dò theå coâng nghieäp:

• Ñeå löïa choïn chaát xuùc taùc cho baát kyø cho baát kyø moät quaù trình naøo ngöôøi ta cuõng phaûi xuaát phaùt töø nhöõng tính toaùn veà kyõ thuaät vaø kinh teá. Sau ñaây laø nhöõng yeâu caàu maø caùc chaát xuùc taùc phaûi thoaû maõn ngoaøi hai yeâu caàu chuû yeáu laø hoaït ñoä vaø ñoä löïa choïn phaûi cao:– Chaát xuùc taùc phaûi khoâng ñöôïc nhay caûm laém vôùi

caùc chaát laï (chaát ñoäc) coù trong hoãn hôïp phaûn öùng. Ñieàu quan troïng nhaát laø noù khoâng ñöôïc bò ñaàu ñoäc khoâng thuaän nghòch moät caùch nhanh choùng.

– Veà maët hoaït ñoä hoaù hoïc cuõng nhö veà maët ñoä beàn cô hoïc chaát xuùc taùc khoâng ñöôïc nhay caûm vôùi hieän töôïng quaù nhieät. Trong coâng nghieäp thöôøng laø chaát xuùc taùc phaûi coù khaû naêng chòu quaù nhieät trung bình töø 50 ñeán 100 ñoä so vôùi nhieät ñoä tieán haønh quaù trình maø khoâng bò maát hoaït ñoä.

Caùc haït chaát xuùc taùc khoâng ñöôïc vôõ döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc khoái xuùc taùc cuõng nhö khi rôi töï do töø chieàu cao lôùn hôn chieàu cao cuûa thieát bò moät ít.Chaát xuùc taùc phaûi khoâng ñöôïc bò baøo moøn bôûi doøng nguyeân lieäu chaûy voøng quanh haït.Thôøi gian vaän haønh cuûa chaát xuùc taùc khoâng ñöôïc quaù ngaén.

• Leõ dó nhieân trong tröôøng hôïp cuï theå ta phaûi bieát keát hôïp caùc yeâu caàu treân ñaây moät caùch hôïp lyù nhaát vaø töøng yeâu caàu cuõng phaûi ñöôïc xem xeùt döôùi goùc ñoä kinh teá moät caùch nghieâm tuùc.

2.2 Caáu truùc cuûa chaát xuùc taùc: • Sau thaønh phaàn hoaù hoïc, ñaïi löôïng beà maët rieâng vaø caáu truùc

caùc loã xoáp cuûa haït xuùc taùc laø nhöõng yeáu toá quan troïng nhaát qui ñònh hoaït ñoä vaø ñoä löïa choïn cuûa chaát xuùc taùc.

• Hieän nay tuyø theo caáu truùc sô caáp cuûa caùc loã xoáp ngöôøi ta chia caùc chaát xuùc taùc ra hai nhoùm khaùc nhau:

Nhoùm thöù nhaát goàm nhöõng chaát maø caùc loã xoáp cuûa chuùng chính laø nhöõng khoaûng troáng giöõa nhöõng tieåu phaân hình caàu cuûa gel. Saép xeáp theo kieåu choàng noái tieáp leân nhau vôùi soá tieáp xuùc baèng 6 hoaëc coù theå beù hôn 6. Ña soá caùc chaát xuùc taùc vaø chaát haáp phuï thuoäc nhoùm naøy.

Nhoùm thöù hai goàm nhöõng chaát xuùc taùc vaø chaát haáp phuï maø caùc loã xoáp ñöôïc hình thaønh nhôø vieäc ñuoåi khí thoaùt ra

khi saáy hoaëc ñoát chaùy, hoaø tan moät (hoaëc moät vaøi) caáu töû trong vaät raén. Ñoù laø nhöõng than hoaït tính, caùc chaát xuùc taùc

xöông hoaëc moät soá chaát khaùc.Trong baûng 6 chuõng ta seõ thaáy ñaëc tröng caáu truùc

xoáp cuûa moät soá chaát xuùc taùc vaø chaát mang xuùc taùc thoâng duïng:

Chaát xuùc taùc hoaëc chaát mang

xuùc taùc

Beà maët rieâng, m2/g

Baùn kính trung bình

cuûa loå xoáp, A0

Heä soá khueách taùn noäi (theo Ar), cm2/sec

Than hoaït tínhXuùc taùc alumosilicatGel cuûa Croâm oxitTiO2Xuùc taùc reforminhXuùc taùc Ni – CrAl2O3 nung ôû4500C9000C11000CSiO2 coù loã xoáp beù

550 – 1050180 – 200

207 – 9160180

24412180

320 - 400

10 –1530 –40

--

8090

1517 – 3440 – 80

50

0,0036---

0,0270.006

-0,027

-0,03

2.3 Sô löôïc veà kyõ thuaät saûn xuaát caùc chaát xuùc taùc:• Tuyø theo phöông phaùp cheá taïo, ngöôøi ta phaân loaïi caùc chaát

xuùc taùc dò theå thaønh caùc nhoùm sau ñaây: Caùc chaát xuùc taùc keát tuûa. Caùc chaát xuùc taùc treân chaát mang (caùc chaát xuùc taùc haáp phuï). Caùc chaát xuùc taùc noùng chaûy. Caùc chaát xuùc taùc xöông. Caùc chaát xuùc taùc laø nhöõng nhöïa trao ñoåi ion voâ cô hoaëc höõu cô.

2.3.1 Caùc chaát xuùc taùc keát tuûa:• Caùc chaát xuùc taùc keát tuûa ñöôïc cheá taïo baèng caùch ñoàng

keát tuûa töø caùc dung dòch chöùa caùc caáu töû thích hôïp vaø trong thaønh phaàn cuûa noù khoâng coù pha khoâng hoaït ñoäng xuùc taùc. Ñoù laø tröôøng hôïp cuûa alumoâxilicat vaø xilicagel (xilicagel coøn duøng laøm chaát mang ñeå cheá taïo moät soá chaát xuùc taùc khaùc).

• Ñeå coù alumoâxilicat ngöôøi ta xuaát phaùt töø caùc dung dòch nhoâm sunfat vaø thuyû tinh loûng (natri xilicat) coøn ñeå coù xilicagel ngöôøi ta ñi töø thuyû tinh loûng vaø axit sunfuric. Döôùi ñaây laø sô ñoà nguyeân taéc cheá taïo caùc chaát xuùc taùc keát tuûa theo phöông phaùp taïo vieân khoâ (A) vaø phöông phaùp taïo vieân öôùt (B).

Phöông phaùp taïo vieân khoâ (A)

Hoaø tan Keát tuûa Loïc Röûa keát tuûa Saáy keát tuûa Nung chaát xuùc taùc

Taùn boät Taïo vieân khoâ.

• Phöông phaùp tao vieân öôùt (B)

Hoaø tan Keát tuûa Loïc Röûa keát tuûa Taïo vieân öôùt Saáy vieân Nung chaát

xuùc taùc.

1.Hòa tanHòa tan là quá trình chuyển pha khô thành pha lỏng. Trong dung dịch và trong trạng thái phân ly độ linh động và hoạt độ hóa học của các phân tử tăng. Tốc độ trung bình của quá trình được xác định bởi khối lượng chất Gp bị hòa tan trong thời gian p, bằng:

Trong đó: - bề dày lớp khuếch tán sát bề mặt; Ftr.b. – bề mặt trung bình của dung dịch theo thời gian; Cp - nồng độ dung dịch bão hòa; Co - nồng độ trung bình của chất tan trong dung dịch; - hệ số tải chất trong pha lỏng.

2.Kết tủaKết tủa là quá trình tạo thành pha rắn nhờ phản ứng hóa học khi trộn lẫn dung dịch các tiền chất.

)()( .. opbtropbtr

p

p CCFCCFDG

Chuyển chất hòa tan thành kết tủa là sự tổng hợp của hai quá trình: tạo mầm rắn và phát triển tinh thể hoặc phát triển các tiểu phân dạng gel khi đồng kết tủa chúng. Các dạng hoạt động của xúc tác là trạng thái không bền nhiệt của các chất; quá trình hình hành chúng diễn ra ở trạng thái xa cân bằng. Sự phát triển tinh thể

tăng nhanh khi hạ nhiệt độ. Số mầm (trung tâm kết tinh) n có quan hệ với tỷ lệ C/Cp theo biểu thức sau:

trong đó: A - hệ số tỷ lệ; C - nồng độ dung dịch. Tỷ lệ C/Cp càng lớn số tâm kết tinh càng nhiều và kết tủa càng mịn, hoạt độ càng cao. Để tăng số mầm tinh thể cần sử dụng dung dịch nguyên liệu đậm đặc. Tăng nhiệt độ, độ pH và tăng lực ion của dung dịch có thể làm giảm n. Lượng chất rắn kết tủa (Gtua) sau thời gian tua được xác định theo phương trình sau:

Ftua – bề mặt chất kết tủa tạo thành.

1

pC

CAn

)( ptua

tua

tua CCkFd

dG

3. LọcKết quả của giai đoạn kết tủa trong dung dịch cái tạo thành huyền phù chứa sản phẩm trung gian. Hệ chất tủa - dung dịch cái có các đặc tính phức tạp và tỷ lệ giữa các muối hòa tan trong dung dịch nước cái và muối kiềm ít hòa tan trong phần tủa dao động trong khoảng rộng. Tốc độ của quá trình lọc tỷ lệ thuận với động lực và tỷ lệ nghịch với lực cản. Thông thường, kích thước lỗ xốp trong lớp tủa và lưới lọc không lớn và tốc độ chuyển động trong lưới lọc cũng chậm thì quá trình lọc diễn ra trong vùng chảy tầng. Đặc tính quan trọng của cặn tủa nhận được khi lọc huyền phù là độ xốp, tức tỷ lệ giữa thể tích của các kênh giữa các hạt và thể tích tổng của cặn tủa.

4. RửaRửa tủa trên lưới lọc cho phép với lượng dung dịch rửa không lớn có thể rửa trôi phần dịch rửa bị phần tủa giữ lại. Tuy nhiên, chất tủa phân bố không đồng đều trên lưới lọc, do đó khi rửa sẽ tạo thành các kênh trong cặn tủa, và hiệu quả rửa sẽ giảm mạnh. Rửa-lọc đẩy có hiệu quả hơn, nhưng phức tạp hơn.

5.Sấy khôTheo phương pháp cấp nhiệt, sấy khô được chia thành các dạng: sấy đối lưu – tiếp xúc trực tiếp chất tủa với môi trường làm khô, sấy tiếp xúc – truyền nhiệt từ thành thiết bị sấy sang vật liệu được sấy nhờ truyền nhiệt, sấy điện – sử dụng dòng tần số cao.Tốc độ sấy khô phụ thuộc vào đặc điểm tương tác của hơi ẩm với chất được sấy và cơ chế vận chuyển nó từ sâu bên trong chất rắn ra bề mặt bay hơi đồng thời phụ thuộc vào độ xốp của chất kết tủa.

6.NungNung là một trong những giai đoạn quan trọng trong chế tạo xúc tác. Khi nung, nhờ bức xạ nhiệt, ta thu được các cấu tử hoạt động của xúc tác. Điều kiện nung (nhiệt độ, thời gian và môi trường) phụ thuộc nhiều vào đường kính trung bình của lỗ xốp và kích thước bề mặt xúc tác. Quá trình nung thường được tiến hành ở nhiệt độ bằng hoặc cao hơn nhiệt độ phản ứng xúc tác. Các quy trình sản xuất xúc tác có công suất lớn đều sử dụng lò nung trực tiếp xúc tác bằng không khí hoặc khí thải (từ lò nung). Trong sản xuất có công suất nhỏ người ta thường sử dụng lò nung bằng điện.

7. Tạo hình chất xúc tácCác sơ đồ chế tạo xúc tác được biểu diễn trên đây khác nhau về phương pháp tạo hình. Theo sơ đồ A sự tạo hình được thực hiện từ vật liệu khô bằng cách ép viên, hạt và nghiền. Hạt và viên cần được nung rồi cắt thành trạng thái phân tán nhỏ. Đối với chất khó tạo viên thường phải bổ sung thêm chất kết dính vào bột xúc tác. Chất kết dính phải là chất trơ đối với phản ứng và bền trong điều kiện phản ứng.

Các xúc tác nhận được theo sơ đồ B được chế tạo bằng các phương pháp tạo viên ướt khác nhau. Sự đa dạng trong phương pháp chế tạo cho phép nhận được các hạt có hình dạng và kích thước bất kỳ, điều chỉnh được bề mặt và độ xốp của xúc tác, thay đổi độ bền cơ học của chúng. Để sản xuất các chất xúc tác có độ bền mài mòn cao để sử dụng trong bình tầng sôi, cách tạo hình tốt nhất là phương pháp keo tụ để tạo những viên cầu có độ bền cao. Tuy nhiên, việc ứng dụng phương pháp này bị hạn chế bởi vì các gel của chất keo kém linh động.

Ví dụ: Sản xuất xúc tác AlumoSilicat

Từ quy trình sản xuất trên, ta thu nhận được xúc tác với các đặc trưng lý - hoá như sau:

• Kích thước hạt: 20 – 40 micro mét• Mật độ chất đống: 0.7 – 0.8 g/cm3

• Bề mặt riêng: 400 – 500 m2/g• Đường kính trung bình của lỗ xốp : 40 Ao

• Thành phần ( theo % khối lượng)– SiO2 : 86 - 87 – Al2O3 : 12 – 13– CaO. Na2O. MgO : 1– Fe2O3 : < 0.2

Sơ đồ công nghệ sản xuất AlumoSilicat dạng viên cầu

Kết tủa và định hình:Khi trộn dd thuỷ tinh lỏng và Al2(SO4)3 ở nhiệt độ 10 – 12oC sẽ tạo ra dung dịch keo và chuyển dần sang dạng gel( hydrogel alumosilicate), phản ứng như sau:7[Na2O.3SiO2] + Al2(SO4)3 + 3H2SO4 = Na2O[Al2O3.21SiO2]tủa + 6Na2SO4 + 3H2O

Sau khi tạo viên, gia công ướt xong ta tiến hành xử lý nhiệt ( sấy và nung) Mô hình lò nung đứng:

2.3.2 Phương pháp tẩm trên chất mang2.3.2.1.Đặc điểm của phương pháp

Xúc tác nhóm này được điều chế bằng cách mang các thành phần hoạt động lên chất mang xốp. Trong trường hợp này chất mang là vật liệu trơ hoặc kém hoạt động xúc tác. Tuy nhiên, có không ít những chất xúc tác, trong đó chất mang tương tác với cấu tử hoạt động xúc tác, ảnh hưởng ít hay nhiều đến tính chất của chúng. Về tổng thể, tương tác giữa chất mang với pha hoạt động của chất xúc tác là rất đa dạng và sâu sắc, có khi có thể làm thay đổi cơ bản hoạt tính xúc tác của cấu tử hoạt động xúc tác. Xúc tác trên chất mang được chế tạo ở dạng viên, viên cầu, vi cầu và bộ

Trong trường hợp chung giai đoạn tẩm của quá trình chế tạo xúc tác mang gồm các giai đoạn sau: 1) đuổi khí ra khỏi lỗ xốp chất mang 2) xử lý chất mang bằng dung dịch 3) loại dung môi dư 4) sấy khô và nung.

Hiệu quả sử dụng hợp phần hoạt động xúc tác phụ thuộc vào độ phân tán và sự phân bố của pha hoạt động trên bề mặt hạt chất mang. Tuỳ thuộc vào cách đưa cấu tử hoạt động lên bề mặt chất mang người ta chia xúc tác mang thành ba nhóm: hấp phụ, trao đổi ion và tẩm. Các cấu tử hoạt động của xúc tác mang có thể ở dạng muối, oxit và kim loại trong pha rắn, lỏng-nóng chảy. Pha hoạt động có thể được đưa lên bề mặt chất mang từ pha khí hoặc từ dung dịch, nhưng từ dung dịch phổ biến hơn

2.3.2.2 Các phương pháp tẩm Có nhiều phương pháp tẩm khác nhau: • Phương pháp nhúng. • phương pháp phun

•Tẩm kèm theo bay hơi dung dịch •Tẩm muối nóng chảy

2.3.3 Một số ví dụ sản xuất chất mang

2.3.3.1 Sản xuất Silicagel dạng viên(nén) - dạng viên cầu

2.3.3.1 Sản xuất oxít nhôm

Al2(SO4)3 + NH4OH

Al(OH)3, gel

“bohemite”Al2O3.nH2O

- Al2O3

- Al2O3

pH = 9, 30oC

450oC

1200oC

2.3.3.1 Sản xuất oxít nhôm dạng viên cầu

Moistened alumina small alumina particlePowder

Rotating pan

product spheres

2.3.3.2 Sản xuất oxít nhôm dạng viên cầu

2.3.4 Một vài hinh ảnh về các dạng xúc tác sau khi điều chế

2.3.5. Phương pháp khối tiếp xúc trên cơ sơ trộn cơ học các cấu tử vào nhau

Giai đoạn đầu của loại quá trình này là trộn các cấu tử vào nhau để tạo dung dịch răn, hợp chất hoá học, hệ nhiều pha, trong đó cũng phân biệt phương pháp khô và ướt.

– Phương pháp ướt: trộn huyền phù các loại cấu tử vào nhau, kết tủa tạo thành được lọc sấy, định hình. Hàm lượng các cấu tử trong xúc tác phụ thuộc vào nồng độ trong dung dịch, khả năng hấp phụ huyền phù, độ ẩm còn lại của chất kết tủa. Hỗn hợp như vậy đạt được độ đồng đều khá tốt. Nhưng trong công nghiệp xác định các điều kiện tiến hành một cách nghiêm ngặt là một việc làm kho khăn

– Phương pháp khô: Việc trộn các cấu tử rắn được tiến hành đồng thời với việc làm ẩm hỗn hợp tạo ra ( cần cho việc tạo hạt sau này). Phương pháp khó thu được các cấu tử đồng nhất, có thể tiến hành các bước sau:

2.3.5.1 Ví dụ: khối tiếp xúc sulfovanadat- diatomit(SVD): xúc tác này được dùng trong phản ứng oxy hoá SO2

Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất xúc tác SVD như hình vẻ sau:

Nghiền các cấu tử

Trộn và tạo ẩm

Gia công nhiệt

Sản phẩmĐịnh hình

Sàng bụi

Sản phẩm xúc tác thu được có dạng viên 3.5 x 8mm hay dạng vòng đường kính 10mm, cao 8 – 10mm, đường kính 3.5mm. Người ta thu được SVD bằng cách trộn các cấu tử ở dạng khô

diatomit thiên nhiên với sulfo hay sulfovanadit kali

Các đặc tính của SVD, theo % khối lượng.– V2O5: 6 – 7– K2O: 9 – 10– CaO: 2 – 3– SiO2: 56 – 62– Sunphát( tính theo SO3

-2): 18 – 19– Al2O3 + Fe2O3 <= 5– Độ xốp, %: 20– bề mặt riêng, m2/g: 3 – 4– Bán kính trung bình lỗ xốp, nm: 200 - 300

2.3.6 Khối xúc tác nóng chảy và trên bộ khung

Đó là hai nhóm chất xúc tác thu được bằng phương pháp nóng chảy các thành phàn ban đầu ở nhiệt độ caoXúc tác Fe trong tổng hợp NH3:

Các chất được sử dụng trong tỏng hợp NH3 thường là dạng khử của oxit sắt. Phổ biến hiện nay là xúc tác ba thành phần ( Al2O3, CaO, K2O), bốn thành phần (Al2O3, SiO2, CaO, K2O), và năm thành phần (Al2O3, SiO2, MgO, CaO, K2O) của các chất tăng cường. Tất cả chúng gần giống nhau theo hoạt độ, nhưng độ bền thì phụ thuộc vào mức độ phức tạp của thành phần kích động bổ sung, ví dụ, hàm lượng Al2O3 khống chế trong giới hạn 3-4%. Khi Al2O3 là 2% thì độ bền xúc tác giảm, còn khi Al2O3 là 6% thi hoạt tính xúc tác giảm,…

Quy trình công nghệ điều chế xúc tác CA-1 được sư sử dung trong quá trinh tổng hợp NH3

Sau khi điều chế, xúc tác CA-1 có các đặc trưng sau( % khối lượng)

• Fe2O3; 64-54

• FeO: 29-36• K2O: 0.7-1

• SiO2: 0.7

• Kích thước hạt, mm: • Dạng viên: 3 – 5• Dạng nghiền: 7-10, 10-15

• CaO; 2-3• MgO: < 0.7• Al2O3: 3-4

• Khối lượng thực, g/m3: 4.8• độ xốp, %: 10-30• Đường kính mao quản, nm: 11-13• bề mặt riêng, m2/g: 10-15

2.3.6.1 Xúc tác trên bộ khung

Vật liệu để thu các xúc tác trên bộ khung là các hợp kim lương hay đa cấu tử của các kim loại hoạt động xúc tácXúc tác phổ biến nhất là thu từ hợp kim Ni-Al, chúng có ưu điểm hoạt tính cao chuẩn bị đơm giản, dẫn nhiệt tốt và bền cơ học. Tuy nhiên, xúc tác này dễ cháy nên việc vận chuyển bảo quản và lam viẹc phải có chất bảo vệVí dụ: trong công nghiệp nguời ta thường dùng xúc tác Ni-Raney chế tạo từ hợp kim Ni-Al với hàm lượng 65-75% Ni và 35-25% Al. phản ứng như sau;

2Al + 2NaOH + 2H2O = Na2AlO2 + 3H2

2.3.7 Các xúc tác có cấu trúc nano

Công nghệ nano được coi là một bước ngoặt trong quá trình phát triển khoa học và công nghệ của thế kỷ 21.Tại sao quan tâm đến công nghệ nano?

• Do vật liệu nano có những đặc tính siêu việt, hệ quả của việc giảm kích thước tới mức nanomet.

• Khi kích thước giảm đến 10-9 m (nm), các hiệu ứng lượng tử xuất hiện, nhờ vậy có thể thay đổi các đặc trưng của vật liệu như màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, các tính chất nhiệt, từ, điện, quang mà không cần thay đổi thành phần hoá học.

• Mặt khác, khi kích thước giảm, tỷ số giữa bề mặt và thể tích tăng mạnh, hiệu ứng bề mặt chiếm ưu thế là điều kiện lý tưởng cho các vật liệu tổ hợp nano thể hiện các tính chất đặc trưng trong tương tác hoá học, trong hoạt động xúc tác, dự trữ năng lượng, làm tăng hoạt tính của các thuốc chữa bệnh v.v...

• Khi hiệu suất làm việc của các vật liệu cao thì lượng vật liệu cần sử dụng nhỏ, lượng chất thải giảm.

Do những ưu thế quan trọng đó, vật liệu nano đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực:

– Công nghiệp điện tử-quang điện tử– Công nghiệp hóa học– Công nghiệp năng lượng– Trong y-sinh học và nông nghiệp– Trong hàng không-vũ trụ-quân sự– Trong công nghệ xử lý môi trường và nhiều ngành công nghiệp

khác. Riêng trong lĩnh vực xúc tác, những thành công bước đầu nhưng rất đáng kể trong việc chế tạo xúc tác có cấu trúc nano bằng các phương pháp khác nhau và ứng dụng chúng vào các quá trình hóa học đã nêu bật được tính chất ưu việt của vật liệu xúc tác dạng nano và chứng minh được vai trò quan trọng của kích thước hạt.

Ví du:

• Các tinh thể nano LaCoO3 có kích thước 10nm và diện tích bề mặt 100 m2/g được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có hoạt tính cao hơn hẳn so với xúc tác Pt trong phản ứng oxi hóa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC).

• Tổng hợp Ni kích thước nano dùng cho phản ứng hiđro hóa toluen • Tổng hợp các tinh thể nano dạng perovskit dùng cho quá trình đốt

cháy metan• Chế tạo HSAPO-34 có hoạt độ cao trong chuyển hoá metanol thành

olefin v.v... • Đặc biệt, những thành tựu trong việc chế tạo ống nano cacbon, chất

mang có những tính chất ưu việt trong các phản ứng có xúc tác, đã mở ra những khả năng đầy hứa hẹn cho các nhà nghiên cứu trên thế giới.

2.3.8 Xúc tác trên cơ sở đất sét thiên nhiên, Zeolite và nhựa trao đổi ion.

2.3.8.1 Đất sét thiên nhiên và hoạt hoá chúng: Đất sét thiên nhiên là hỗn hợp aluminosilicat khác nhau và các sản phẩm của sự thay thế đồng hình của chúng, ngoài ra còn chứa cả cát, đá vôi, oxýt sắt, mica, fenspat và các hỗn hợp khác. Một số aluminosilicat có hoạt tính như cao lanh, có hoạt tinh xúc tác cao trong phản ứng xúc tác axít- bazơ ngay sau khi làm khô và nung. Số khác yêu cầu phải xử lý bằng axít trong điều kiện tương ứng thích hợp( nhiệt độ, nồng độ axít, thời gian xử lý,..).Hiện tượng mất hoạt tính nhanh của các loại xúc tác đất sét so với aluminosilicát tổng hợp được giải thích bởi sự tồn tại của các chất không loại bỏ được khi xử lý axít, kiềm, mà trong quá trình làm việc ở nhiệt độ cao nó sẽ thoát ra gây đầu độc chất xúc tác.

Chuẩn bị Bentonite để hoạt hoá

Hoạt hoá

Rửa đất sét Bentonite đã được hoạt hoá

Lọc và xử lý dẻo hoá khối tiếp xuc

Sản phẩm

Hệ thống sản xuất xúc tác từ đất sét Bentontie

2.3.8.2 Zeolite

2.3.8.2.1 Đặc điểm cấu trúc của zeolit•Có thể khẳng định rằng, các zeolit (zeolite) đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực xúc tác dị thể, đặc biệt là xúc tác axit – bazơ mà trọng tâm là xúc tác crackinh. Có người so sánh những thành tựu đạt được trong xúc tác zeolit với phát minh của Haber về tổng hợp amoniac và của Ziegler-Natta về trùng hợp điều hoà etilen là những thành tựu của khoa học xúc tác đã được đánh giá bằng những giải thưởng Nobel. •Trong các tài liệu tham khảo có thể tìm thấy khoảng 130 loại zeolit tự nhiên và tổng hợp, tuy nhiên chỉ khoảng trên một chục loại zeolit có ứng dụng thực tế trong xúc tác và hấp phụ, trong đó các zeolit Y và ZSM là được ứng dụng nhiều nhất, dặc biệt trong phản ứng crackinh. •Zeolit tự nhiên và tổng hợp là những aluminosilicat (silica-alumina) có cấu trúc tinh thể xác định, có các lỗ xốp với kích thước ổn định từ 3 – 4 đến 9 – 10Ao. Không gian bên trong gồm những hốc nhỏ được nối với nhau bằng những đường hầm cũng có kích thước ổn định. Nhờ hệ thống các hốc và đường hầm đó mà zeolit có thể hấp phụ lựa chọn những phân tử có kích thước tương ứng với kích thước các đường hầm của nó. Vì khả năng đó, zeolit được xem là một loại “rây phân tử” (molecular sieve).

•Có thể biểu diễn công thức tổng quát của zeolit như sau:

Me2/n O.Al2O3.xSiO2.yH2O• n – hoá trị của cation Me• x – tỉ lệ mol SiO2/Al2O3

• y – số phân tử nước. Tỉ số x biến thiên trong khoảng rất rộng tuỳ theo thành phần và cấu trúc của zeolit.Đối với zeolit A tỉ số x bằng xấp xỉ 2, trong zeolit X và Y (đều có cấu trúc giống với faujasite tự nhiên) tỉ số x có giá trị trong khoảng 2,3 đến 3,0 (zeolit X), và từ 3,1 đến 6,0 (zeolit Y), trong zeolit ZSM tỉ số đó biến thiên từ khoảng 20 đến vô hạn cho đến tiệm cận với cấu trúc silic oxit tinh thể (silicalite). Để tạo nên tinh thể zeolit, các tứ diện SiO4/2 và AlO4/2 , gọi là cấu trúc sơ cấp, liên kết với nhau qua nguyên tử oxi. Theo quy tắc Lowenstein (trong cấu trúc mạng aluminosilicat hai nguyên tử nhôm không được có chung một oxi), hàm lượng của nhôm trong mạng chỉ có thể bằng hoặc nhỏ hơn hàm lượng silic

. Các tứ diện TiO4 (T là Si hoặc Al) đó tạo nên đơn vị cấu trúc thứ cấp của zeolit. Trong trường hợp của các zeolit A, X và Y cấu trúc thứ cấp là các sođalit có hình dạng bát diện cụt (truncated octahedron). Mỗi bát diện cụt có 8 mặt lục giác, 6 mặt vuông, 24 đỉnh (vị trí của Si + Al) và 36 cạnh (vị trí của O).

Sodalite Sơ đồ cấu trúc mạng tinh thể của zeolit X

2.3.8.2.2 Tổng hợp Zeolite

Về nguyên tắc, zeolit được chế tạo bằng tổng hợp thuỷ nhiệt. Phương pháp tổng hợp thuỷ nhiệt bao gồm những giai đoạn chính như sau:

Chuẩn bị các hoá chất và tạo hydrogel aluminosilicat

Già hoá

Kết tinh

Lọc , rửa, sấy và nung

Sản phẩm

Quá trình chuẩn bị gel và kết tinh zeolit từ hỗn hợp phản ứng Na2O - Al2O3 - SiO2 - H2O có thể được biểu diễn như sau:

)(324(aq))( Al(OH) aqaq SiONaNaNaOH

gelOHNaOHSiOAlONa cba 222 ..)()(

ddOmHSiOAlONa yxx 222 .)()(

T1 ~ 25oC

T2 25 200oC

(tinh thể zeolit)

Những yếu tố ảnh hưởng mạnh đến kết quả tổng hợp zeolit là thành phần các dung dịch nguyên liệu; điều kiện tạo thành hiđrogel; thành phần hiđrogel; điều kiện gìa hoá gel; điều kiện kết tinh (nhiệt độ, thời gian, áp suất, độ kiềm của môi trường …). Sau đây là quy trình công nghệ để sản xuất các dạng xúc tác Zeolite tiêu biểu

2.3.8.3 Khối tiếp xúc hữu cơ:

Một trong số các loại vật liệu xúc tác hữu cơ được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp đó là

– Nhựa trao đổi ion, được gọi là ionite: nó có tác dụng xúc tác trong các phản ứng este hoá, alkyl hoá, dehydrát hoá, polyme hoá và nhiều quá trình hoá học khác nữa.

Vậy Ionite là cái gì?– Ionite là polyme có phân tử chứa nhóm chức đặc biệt, có khả năng chuyển vào

dung dịch các cation hay các anion.– Tuỳ thuộc vào đặc trưng của các ion được tạo ra, nhựa có tính chất hoặc của

polyme-axít rắn(cationite) hoặc là polyme-bazơ (anionite).– Các ionite có các ion cùng dấu liên kết với nhau trong mạng lưới (theo matrix),

còn các ion trái dấu có thể sắp xếp trộn lẫn( theo cùng đương lượng với ion kia).

– Các ion ngược dấu này không kết chặt ở các vị trí xác định của phân tử polyme. Khi nhúng ionlite vào dung dịch một loại ion có thể chuyển vào dung dịch còn ion khác cùng dấu với nó từ dung dịch chuyển vào ionite và tham gia vào việc điều hoà điện tích của bộ khung

Ví dụ: phản ứng trao đổi ion của cationite và anionite

Cationite Rn(SO3H)m = Rn(SO3)m- …mH+

Rn(SO3)m- …mH+ + mNaCl = Rn(SO3)m- …mNa+ + mHCl R là gốc hữu cơ cao phân tử

Anionite trao đổi các ion cùng nhóm chức với anion muối hay axít nằm trong dung dịch Rn(NR3

+OH-)m = Rn(NR3)m- …mH+

Rn(NR3)m+…mOH- + mNaCl = Rn(NR3)m

+…mCl- + mNaOH

Ngày nay, chưa có công thức đặc biệt để sản xuất xúc tác-nhưa trao đổi ion. Thông thường người ta sử dụng phương án tổng hơp ionite như sau:

• Theo các phản ứng polyme hoá hay trùng ngưng từ các monomer thuộc matrix với các liên kết ngang, sau đo xử lý để gắn các nhom trao đổi ion

• Các nhóm được ion hoá( nằm trong monomer ban đầu) chuyển thành hợp chất cao phân tử nhờ phản ứng trùng hợp hay trùng ngưng

• Các nhóm có khả năng ion hoá được đưa vào thời điểm tạo ra polyme

Ví dụ về xúc tác cationite và anionite

1. Loại N-cationite KY-2:1. Đặc trưng cơ bản của KY-2

• Thành phần nguyên tố( % khối lương): 50.6% C, 5.5% H, 16% S, 27,75% O• Khối lượng riêng, g/cm3: 0.75chất đống), 1.3( thực)• độ tro, % kl: 0.15

2. Phương pháp tổng hợp:

• Tạo khung polyme: khung polyme được tao thành theo phản ứng sau

CH CH2 CH CH2

n +

CH CH2

[CH CH CH CH2

]n

CH CH2

Xt peroxýt benzoil

[CH CH CH CH2

]n

C2H5 CH CH2

CH CH2

và

• Đưa nhóm ion lên khung, ở đây là nhóm sulfur

CH CH2

n]

CH CH CH CH2

[ ClSO2OH

CH CH2

n]

CH CH CH CH2

SO3Cl

[

H2O

CH CH2

n]

CH CH CH CH2

SO3H

[

2. loại Anionite AB-17: – quan hệ đến các dạng polyme anionite đơn chức tính bazơ cao.1. AB-17 là các hạt trong suót màu vàng viên cầu có kích thước: 0.4-1.2mm,

mật độ chất đống 0.7g/cm3, bền cơ.2. Tổng hợp theo chu trình với phản ứng sau

CH CH2

n]

CH CH CH CH2

CH2Cl

[ nN(CH3)3

CH CH2

n]

CH CH CH CH2

CH2

CH2 N+Cl

-

H3C CH3

[

Anionite AB-17 được sủ dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ

3.1 Ứng dụng của Xúc tác trong các quá trình sản xuất Phân bón hoá học

Dân gian ta có câu”nhất Nước, nhì Phân, tam Cần, tứ Giống. Qua đó, ta thấy được tầm quan trọng của Phân bón trong sản xuất nông nghiệp. 3.1.1 Công nghệ tổng hợp AmmoniacAmoniac là một tiền chất rất quan trọng và chủ yếu để sản xuất phân đạm UrêHai nhà máy sản xuất Amoniac và phân Urê lớn nhất và chủ yếu của Việt Nam đó là nhà máy Đạm Phú Mỹ và nhà máy Đạm Cà Mau.

Amoniac được tổng hợp theo phản ứng:

N2 + 3H2 2NH3Đây là phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt và giảm thể tích. Do vậy, theo lýthuyết cân bằng thì để phản ứng xảy ra theo chiều thuận thí phản ứng này phải được tiến hành ở nhiệt độ thấp và áp xuất cao và đặc biêt là Quá trình phải được thực hiên trên xúc tác

• Quá trình tổng hợp Amoniac là một quá trình xảy ra rất nhiều giai đoạn với nhiều loại phản ứng đặc trưng. Úng với mỗi giai đoạn mỗi phản ứng cụ thì đòi hỏi phải sử dụng những hệ xúc tác đặc trưng.

• Sơ đồ nguyên tắc của xưởng sản xuất Amoniac tại nhà máy đạm Phú Mỹ.

Tại đây, khí tổng hợp với tỉ lệ H2/N2 ~ 3:1 được dùng để tổng hợp NH3.• H2 được sản xuất từ Reforming khí thiên nhiên bằng cách cho Hydrocacbon phản

ứng với hơi nước.Các phản ứng xảy ra như sau:

CnH2n+2 + H2O = Cn-1H2n + CO +3H2

CH4 + H2O = CO +3H2

CH4 + 0.5O2 = CO +2H2 (*)CO + H2O = CO2 +H2

• N2 được lấy từ không khí

Sơ đồ thiết bị công nghệ chuyển hoá Mêtan bằng hơi nước để tạo ra H2

Khư S, H2S các hợp chất chứa S bắng xúc tác

1 và 3: Khí thiên nhiên được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt, nâng nhiệt độ lên 380-400oC 2: Khí thiên nhiên(hydrocácbon) được cầp là nguyên liệu phải được khử lưu huỳnh đạt hàm lượng lưu huỳnh đến 1 phần tỉ. Quá trình khử này qua 2 giai đoạn: Hydro hoá lưu huỳnh thành H2S, rồi khử H2S trong thiết bị hấp thụ lưu huỳnh.

Chuyển hoá cácbon oxít với các hệ xúc tác sau:

Kết thúc quá trình chuyển hoá ta thu được hỗn hợp khí Nitơ-Hydro có lẫn khí CO2, một ít khí CO và CH4 chưa chuyển hoá có thành phần % thể tích như sau

N2: 20.6H2: 59.8CO2: 15.2CO: 4.0CH4: 0.4

Sau đó, hỗn hợp khí nay được tiến hành tinh chế để loại khí H2S, CO2, CO. Hỗn hợp khí đã qua tinh chế sau đố được nén để tăng áp suất rồi đưa vào thàp tổng hơp NH3. Hệ xúc tác dùng cho quá trình này

Tuỳ thuộc vào áp suất, người ta chia ra 3 hệ thống tổng hợp amoniac:1. Hệ thống làm việc ở áp suất thấp ~100-160 atm2. Hệ thống làm việc ở áp suất trung bình ~250-360atm3. Hệ thống làm việc ở áp suất thấp ~450-100atm

Ví dụ:•Sơ đồ cấu tạo tháp tổng hợp amoniac ở áp suất trung bình

1.Thân tháp tổng hợp2.Hộp xúc tác3.Thiết bị truyền nhiệt4.6. Ống trung tâm5.ống kép

Tóm lại

Công nghệ sản xuất Urê

NH3 và khí CO2 được sử dung cho việc sản xuất đạm Urê.

Phản ứng xảy ra như sau:NH3 + CO2 = H2N-CO-ONH4

H2N-CO-ONH4 = (NH2)2CO + H2O

Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ: 180-200oC, 200amt

Sơ đồ công nghệ được mô ta như sau

Dung dịch Urê tạo thành sau phản ứng được cô đặc đến 99.5% rồi đưa vào tháp tạo hạt. Sản phẩm từ tháp tạo hạt được đống thành bao cho vào kho

3.2 Thuốc Bảo vệ thực vật

• Sử dụng Thuốc trừ sâu là một trong những biện pháp để hạn chế những thiệt hại do côn trùng nấm và cỏ dại gây ra cho cây trồng.

• Về sản lượng thì Thuốc trừ sâu đứng hàng thứ hai trong số các loại hoá chất bảo vệ cây trồng. Hiện nay, có khoảng 300 loại được sử dung trong nền kinh tế quốc dân. Thuốc trừ sâu thể thu được qua quá trình tổng hợp hay từ nguồn thiên nhiên.

• Những loại thuốc trừ sâu được dùng nhiều như:– Các hợp chất Asen– Dẫn suất của axít cacbamic– Các hợp chất Chlor hưữ cơ– Các hợp chất phốtpho hữu cơ– Các chất độc được trích xuất từ thực vật và các chế phẩm sinh học. Đầy là

hương nghiên cứu được đầu tư nhiều hiện nay cũng như cho tương lai vì nhưng loại tuốc này thân thiện với môi trường đồng thời làm giảm khả năng kháng thuôc, lờn thuốc của côn trùng gây bệnh.

Thuốc Pyrethroid MTI800 là một trong những loại thuốc có nhưng đặc tính trên

MTI800 có công thức hoá học: C26H29O2F (C2H2OC6H4C(CH3)2(CH2)3C6H3FOC6H5).

Tên hoá học là: 1-(3-phenoxy-4-fluorophenyl)-4-(4-ethoxyphenyl)-4-methylpentaneMTI800

Thuốc Pyrethroid MTI800 thuộc họ Pyrethroid• Pyrethroid là nhóm thuốc trừ sâu xuất hiện vào đầu những năm 80• Năm 1924, Staudinger và Kuzicka đã công bố là hộ đẫ xác định

được dịch chiết từ hoa cúc có chứa hai ester và đặt tên là Pyrethrin I (C21H28O3) và Pyrethrin II (C21H28O5) có công thức như sau:

• Năm 1944, Từ dịch chiết Hoa cúc Laforge và Barth phân lập thêm hai ester nữa là cinerin I(C20H28O3) và cinerin II(C20H28O5). Và vào năm 1965, nhờ tiến bộ của máy phân tích sắc ký, Godin và Worker đã tiếp tục phân lập được thêm hai chất phụ nữa là: Jasmolin I (C21H30O3) và Jasmolin I (C22H28O5) có công thưc lần lượt như sau

Cấu trúc của PyrethroidPyrethroid có cấu trúc clopropane trong phân tử

Ester Pyrethroid không có vòng cyclopropan trong phân tử

Pyrethroid không có nối ester phân tử

Phương pháp tổng hợp MTI800

Hệ xúc tác được sử dụng trong quá trình tổng hợp

Tóm lại:• Các hợp chất Pyrethroid là các chất độc thần kinh cơ tác động đến hệ thần

kinh trung ương của sâu bọ và cá làm cho các cơ bị liệt, không phối hợp cử động được, co quắp rồi chết.

• Đối với người và động vật máu nóng lại rất an toàn vì chúng bễ bị phân huỷ trong cơ thể và thải ra ngoài theo đường nước tiểu.

• Pyrethroid có lượng hoạt chất sử dụng trên đơn vị diện tích thấp, có khichỉ khoảng 8-10g/ha nên đã làm giảm đáng kể lượng chất độc rải trên môi trường sinh thái và trên cây trồng.

• Pyrethroid có tác dụng chọn lọc cao, trừ được chủng sâu kháng thuốc lân, clo và carbamate.

• Pyrethroid hoà tan nhanh trong lipit và protein nên tác dụng tiếp xúc mạnh, gây hiện tượng choáng độc nhanh và kích thích cây trồng phát triển và có tác dụng xua đuổi một số loại côn trùng

• Cách dùng đơn giản và linh động, Pyrethroid có thể dùng ở dạng hỗn hợp để tăng hoạt tính trừ sâu:– Pyrethroid + carbamate– Pyrethroid + thảo mộc + lân hữu cơ– Pyrethroid + thảo mộc– Pyrethroid + hydrazin

• Pyrethroid có thời hạn sử dung cao khoảng 18-24 tháng.

3.3 Ứng dụng của xúc tác trong sản xuất dược phẩm-mỹ phẩm, thực phẩm

• Methyl Salicylat và Aspirin đều là những hoạt chất được sử dụng trong nghành dược. Nghành dược có chủ trương sản xuất aspirin với công xuất 100 tấn/năm.

• Aspirin ngoài tác dụng giảm đau, hiện nay còn được dùng để trị bệnh tim mạch.• Quá trình tổng hợp theo những chuổi phản ứng sau

• Chalcon và flavanon là những chất có hoạt tính sinh học hay Paclobutazol được dùng làm chất điều hoà sinh trưởng cho cây trồng. Chúng có thể dược điều chế từ Benzaldehyd, sản phảm chính của quá trình oxihoá Toluen trên hệ xúc tác

Sơ đồ nguyên tắc tổng hợp Paclobutazol

• Chalcon và vesidryl có thể được tổng hợp theo sơ đồ sau:

• Ngoài ra, một số hệ xúc tác sinh học (BioCatalyst), hệ Emzym, được sử dụng cho tổng hợp hoá dược

• Về thuật ngữ tên goi emzym, mặc dù những tên phổ biến đã biết như chymotrípin và pepsin vẫn được dùng, nhưng ngày nay đã chấp nhận rằng emzym được goi tên một cách hệ thống và các tên tiếng Anh đều có tiếp vĩ ngữ “-ase”, tiếng Việt dịch là”-aza”

Các nhóm Emzym được phân ra thành sáu nhóm chính từ hơn 2000 loại emzymnhư:

Ứng dụng Xúc tác trong hương liệu-mỹ phẩm

Hexanon được điều chế như sau:

OH OCat, P

p/ư xảy ra trong dòng Hydro trên xt Pd/than, 5 atm và 150oC

Ứng dụng của xúc tác trongThực phẩm

• Hydro hoá dầu thực vật là pp chế biến dầu béo quan trọng nhất. Các sản phẩm hydro hoá có giá trị sử dụng cao hơn nhiều so với dầu tinh chế.

• Có hai loại sản phẩm được biết trong công nghệ thực phẩm– Magarine là loại bơ thực vật rất được người tiêu dùng ưa chuộng do

khả năng kéo dài tuổi thọ và giảm nguy cơ sơ cưng động mạch.– Shortening được sử dụng rất rộng rãi trong công nghệ thực phẩm để

sản xuất bánh kẹo, mì ăn liền• Ngoài ra, các sản phẩm hydro hoá triệt để được sử dụng làm nguyên liệu

quý trong công nghiệp sản xuất mỡ bôi trơn cao cấp, sản xuất mỹ phẩm, các chất sơn phủ

Quá trình Hydro háo xảy ra qua các giai đoạn sau theo tác giả Sô-Gôn-ski

Hoà tan Hydro trong pha lỏng

Khuyếch tán Hydro đến bề mặt xúc tác

Hấp phụ Hydro lên bề mặt xúc tác

Khuyếch tán Các Glyxêrít không no đến bề mặt xúc tác

Phản ứng trên bề mặt xúc tác

Khuyếch tán các Glyxêrít không no tới bề mặt xúc tác

Giải hấp phụ

Khuyếch tán sản phẩm vào dung dịch

Phản ứng tổng quát

R’, R’’, R’’’: là các gốc hydro cacbon của các axít béo không noSau phản ứng, R’, R’’, R’’’: trở thành các gốc hydro cacbon của các axít béo no(R1’, R2’’, R3’’’: no)

H2C OCOR'

HC OCOR''

H2C OCOR'''

+ H2

H2C OCOR1'

HC OCOR2''

H2C OCOR3'''

Ni, 160oC8 atm-10atm

CH2 C C CH2 CH2

H H

CH2 C C CH2 CH2

H H

H H

Quy trình công nghệ sản xuất Dầu tinh luyện và sản phẩm Hydro hoá (Shortening và Margarin)

Dầu thực vậtTrung hoà axít

béo tự dokhử màu và khử

mùi

Dầu tinh luyện thành phẩm

Hydro hoáShortening và

Margarin

Đóng chai

CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA NGUYÊN LIỆU

Phản ứng transester hóa dầu mỡ

Một số chỉ tiêu của sản phẩm nhiên liệu B20(Kiểm tra tại Trung tâm Ngiên Cứu và Phát Triển Chế Biến Dầu Khí-RDCPP

Tên chỉ tiêu Yêu cầu về DO theo TCVN

Phương pháp thử Mẫu B20

Điểm chớp cháy (oC) Min50 ASTM D9300 64

Trị số xetane Min45 ASTM D976 53

Khối lượng riêng ở 15oC(g/ml)

0.82-0.87 ASTM D1298 0.8632

Một số hình ảnh ứng dụng chế phẩm Biodiesel