Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác lai cho phản ứng đồng phân hóa n-C6

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------- TRƢƠNG QUANG TRƢỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC LAI CHO PHẢN ỨNG ĐỒNG PHÂN HÓA n-C6 Chuyên ngành Mã số : Hóa dầu và xúc tác hữu cơ : 60 44 35 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ THANH SƠN Hà Nội – Năm 2011 LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Lê Thanh Sơn, người đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Hóa dầu và xúc tác hữu cơ, trong khoa Hóa học đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị, các bạn sinh viên phòng Thực tập hóa dầu và xúc tác hữu cơ, các bạn học viên lớp K20 đã động viên, trao đổi và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện để tài này. Cuối cùng cho phép em được cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành bản luận văn này. MỤC LỤC MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN................................................................................................. 4 1.1. Giới thiệu về phản ứng đồng phân hóa......................................................................... 4 1.1.1. Các phản ứng chính có thể xảy ra trong quá trình đồng phân hóa n-parafin ........... 5 1.1.2. Đặc điểm nhiệt động học....................................................................................... 6 1.1.3. Cơ chế phản ứng đồng phân hóa............................................................................ 7 1.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đồng phân hóa............................................. 13 1.1.5. Chất xúc tác cho quá trình đồng phân hóa........................................................... 16 1.2.Vật liệu mao quản trung bình...................................................................................... 19 1.2.1.Giới thiệu chung về vật liệu mao quản trung bình................................................. 19 1.2.2 Vật liệu mao quản trung bình họ M41S................................................................ 20 1.2.3.Vật liệu mao quản trung bình phi Silica................................................................ 20 1.2.4. Vật liệu xốp trung bình SBA - 15........................................................................ 21 1.2.5. Cơ chế hình thành SBA-15................................................................................. 22 1.3. Giới thiệu về xúc tác SO42-/ZrO2................................................................................ 24 1.3.1. Giới thiệu nguyên tố Zirconi (Zr) và Zirconi đioxit (ZrO2).................................. 24 1.3.2.Tính chất của các super axit rắn ........................................................................... 26 CHƢƠNG 2 - CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM...................................................... 28 2.1.Quá trình điều chế xúc tác .......................................................................................... 28 2.1.1.Hóa chất và thiết bị cần thiết................................................................................ 28 2.1.2.Điều chế xúc tác................................................................................................... 28 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng của xúc tác................................................... 30 2.2.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)..................................................................... 30 2.2.2. Phổ hồng ngoại (IR)............................................................................................ 32 2.2.3. Phƣơng pháp giải hấp NH3 theo chƣơng trình nhiệt độ (TPD-NH3) [1]................ 33 2.2.4. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy–SEM)........... 35 2.2.5. Phƣơng pháp tán sắc năng lƣợng tia X (Energy-Dispersive X-ray - EDX)........... 36 2.2.6. Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng theo BET....................................... 37 2.2.7. Phƣơng pháp đo phân bố lỗ xốp.......................................................................... 39 2.2.8. Phƣơng pháp sắc kí khối phổ (GC-MS) [13]........................................................ 40 2.2.9. Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính xúc tác .............................................................. 41 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................... 45 3.1. Tổng hợp và đặc trƣng vật liệu SBA-15..................................................................... 45 3.2. Tổng hợp vật liệu xúc tác Zirconi oxit sunfat hóa trên nền SBA-15............................ 46 3.2.1. Kết quả nhiễu xạ tia X......................................................................................... 46 3.2.2. Kết quả phổ hồng ngoại ...................................................................................... 50 3.2.3. Kết quả giải hấp theo chƣơng trình nhiệt độ TPD-NH3........................................ 52 3.2.4. Kết quả phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)................................................ 54 3.2.5. Nghiên cứu khả năng xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa n-hexan (n-C6)......... 55 3.3. Tổng hợp xúc tác lai Fe/(SO42--ZrO2/SBA-15)........................................................... 62 3.3.1. Kết quả nhiễu xạ tia X......................................................................................... 62 3.3.2. Kết quả phổ hồng ngoại ...................................................................................... 63 3.3.3. Kết quả giải hấp theo chƣơng trình nhiệt độ TPD-NH3........................................ 63 3.3.4. Kết quả phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)................................................ 65 3.3.5. Kết quả phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX)........................................................ 65 3.3.6. Kết quả xác định bề mặt riêng theo BET và phân bố lỗ xốp................................. 66 3.3.7. Nghiên cứu khả năng xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa n-hexan (n-C6)......... 68 KẾT LUẬN.......................................................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mô phỏng cấu trúc các vật liệu xốp MCM-41 (a) MCM-48, SBA-15 (b) và MCM-50 (c).................................................................................................................. 20 Hình 1.2. Sơ đồ mô tả cơ chế hình thành khuôn vật liệu mao quản trung bình phi silica 21 Hình 1.3. Cấu trúc của SBA-15..................................................................................... 22 Hình 1.4. Mô hình cơ chế hình thành SBA-15 (cách thứ nhất)...................................... 23 Hình 1.5. Mô hình cơ chế hình thành SBA-15 (cách thứ hai)........................................ 24 Hình 1.6. Một số dạng tinh thể của ZrO2....................................................................... 25 Hình 1.7. Mô hình cấu trúc của siêu axit SO42--ZrO2..................................................... 27 Hình 2.1. Sự phản xạ tia X trên các mặt tinh thể ........................................................... 31 Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của P/V(Po-P) vào P/Po ................................... 39 Hình 2.3. Thiết bị tiến hành phản ứng isome hoá n-hexan ở pha khí ............................. 44 Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) góc hẹp của mẫu SBA-15........................ 45 Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) góc lớn của mẫu 8% SO42-- ZrO2............. 46 Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) góc lớn của mẫu 10% SO42-- ZrO2........... 47 Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) góc lớn của mẫu 15% SO42-- ZrO2........... 47 Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) góc hẹp của mẫu 8% SO42-- ZrO2 ............ 48 Hình 3.6. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) góc hẹp của mẫu 10% SO42-- ZrO2 .......... 48 Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) góc hẹp của mẫu 15% SO42-- ZrO2 .......... 49 Hình 3.8. Hình ảnh phổ hồng ngoại mẫu 8% SO42--ZrO2............................................... 50 Hình 3.9. Hình ảnh phổ hồng ngoại mẫu 10% SO42--ZrO2............................................. 50 Hình 3.10. Hình ảnh phổ hồng ngoại mẫu 15% SO42--ZrO2........................................... 51 Hình 3.11. Giản đồ TPD-NH3 của mẫu xúc tác 8% SO42--ZrO2/SBA-15....................... 53 Hình 3.12. Giản đồ TPD-NH3 của mẫu xúc tác 10% SO42--ZrO2/SBA-15..................... 53 Hình 3.13. Giản đồ TPD-NH3 của mẫu xúc tác 15% SO42--ZrO2/SBA-15..................... 54 ... - tailieumienphi.vn