Zeolit là một loại vô cơ được tìm thấy trong tự nhiên ( khoảng chừng 40 cấu trúc zeolit khác nhau và 1 số ít được tổng hợp từ nhiều nguyên vật liệu khác nhau như đi từ Si, Al riêng không liên quan gì đến nhau, cao lanh ( 200 loại zeolit tổng hợp ) chúng được ứng dụng thoáng đãng trong nhiều nghành khoa học cũng như công nghiệp với vai trò chính là chất xúc tác, chất hấp phụ và trao đổi ion. Chúng còn được sử dụng để tách và làm sạch khí, tách ion phóng xạ từ các chất thải phóng xạ và đặc biệt quan trọng là xúc tác cho nhiều quy trình chuyển hoá hydrocacbon. Chính nhờ những đặc tính nổi trội của nó so với các loại xúc tác khác như : mặt phẳng riêng lớn, hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được lực axit và nồng độ tâm axit, cấu trúc tinh thể xốp với kích cỡ mao quản đồng đều tương thích với nhiều loại phân tử có kích cỡ từ 5A o – 12A o và năng lực biến tính tốt. Do đó Zeolit được nhìn nhận là loại xúc tác có độ bền, hoạt tính và tinh lọc cao .
Việc tìm ra Zeolit tự nhiên và tổng hợp được chúng đã tạo nên bước ngoặt lớn trong công nghiệp hoá học, đặc biệt quan trọng trong ngành dầu khí. Sự ứng dụng Zeolit làm tăng cả về số lượng và chất lượng của mẫu sản phẩm dầu khí. Nó được sử dụng trong hầu hết các quy trình quan trọng như :
– Cracking
– Oligome hoá
– Alkyl hoá
– Thơm hoá các alkan, alken
– Izome hóa
Hiện nay, Zeolit chiếm khoảng chừng 95 % tổng lượng xúc tác trong lọc và hoá dầu, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, trong đời sống : làm các chất xúc tác, trao đổi ion, chất hấp phụ …
Zeolit là nhôm silicat có cấu trúc tinh thể xác lập, có các lỗ xốp với kích cỡ nano đều đặn. Trong tinh thể zeolit, các tứ diện SiO4 và AlO4 link với nhau qua nguyên tử oxy. Không gian bên trong tinh thể gồm các hốc nhỏ được nối với nhau bằng các đường rãnh có size không thay đổi. Nhờ mạng lưới hệ thống lỗ xốp và các đường rãnh mà zeolit hoàn toàn có thể hấp phụ những phân tử có size nhỏ hơn kích cỡ lỗ và đẩy ra những phân tử có kích cỡ lớn hơn .
Giả sử nếu zeolit chỉ thuần có SiO4 thì nó kị nước và mạng tinh thể của nó sẽ trung hòa về điện tích. Tuy nhiên do zeolit được tạo thành khi nhôm thay thế sửa chữa 1 số ít nguyên tử silic trong mạng lưới tinh thể của SiO4 kết tinh, nên mạng lưới tinh thể zeolit mang điện tích âm. để bảo vệ tính trung hòa về điện tích, zeolit cần có các ion dương ( cation ) để bù trừ điện tích âm dư. Trong vạn vật thiên nhiên hay ở dạng tổng hợp bắt đầu những cation đó thường là cation sắt kẽm kim loại kiềm ( Na +, K + … ) hay kiềm thổ ( Mg2 +, Ca2 + … ). Những cation này nằm ngoài mạng lưới tinh thể zeolit và thuận tiện tham gia vào các quy trình trao đổi ion với các cation khác. Chính nhờ đặc tính đó mà người ta hoàn toàn có thể biến tính zeolit và đem đến cho nó những đặc thù và ứng dụng mới trong các quy trình hấp phụ và xúc tác .
Dưới đây chúng tôi xin giới thiệu một số kết quả mới trong lĩnh vực nghiên cứu về zeolit:
– Thông thường người ta điều chế zeolit tự tạo từ gel được đun trong autoclav chứa các hợp chất nhôm, silic ; một loại dung môi ; chất khoáng hóa và một tác nhân định hình cấu trúc ( SDA ). Tính chất của gel, các điều kiện kèm theo phản ứng và size của tác nhân SDA là những yếu tố quan trọng giúp zeolit có được những size lỗ xốp ( đặc biệt quan trọng là loại lỗ vi xốp ) mà người ta mong ước. Trước đây các nhà khoa học chỉ dựa trên cơ sở thực nghiệm để điều chế zeolit tự tạo với các size lỗ xốp theo nhu yếu. Ngày nay dựa trên các thành tựu mới của khoa học kỹ thuật người ta đã phong cách thiết kế và tổng hợp được các tác nhân SDA mới, nhờ đó tạo ra nhiều cấu trúc tinh thể zeolit mới với các đặc thù ưu việt. Các SDA với kích cỡ lớn có giá thành khá đắt. đặc biệt quan trọng, nó lại bị đốt cháy trong quy trình nung để tạo ra các lỗ xốp mở, vì thế giá tiền sản xuất zeolit bị tăng cao. để tránh điểm yếu kém này người ta đã điều chế một số ít loại SDA chứa xetal, sau khi làm xong việc định hình các lỗ xốp zeolit, nó hoàn toàn có thể được tách ra nhờ trao đổi ion và được tái sinh để sử dụng lại .
– Người ta đã phát hiện ra một loại zeolit mới, đó là nhôm photphat ( AlPO4 ). Loại zeolit này khi được thế bởi nhóm thế khác hóa trị sẽ có tính axit và làm xúc tác cho phản ứng oxy hóa – khử .
– Việc thế sắt kẽm kim loại vào zeolit sẽ làm cho nó có một số ít đặc thù mới. Thí dụ : khi thế sắt kẽm kim loại thiếc ( Sn ) vào zeolit sẽ tạo ra zeolit b hoàn toàn có thể làm xúc tác cho phản ứng oxy hóa xeton thành este và lacton .
– Khi thế mangan hoặc coban vào zeolit nhôm photphat sẽ tạo ra loại zeolit có lỗ xốp nhỏ và có năng lực oxy hóa tinh lọc các nguyên tử cacbon cuối của alcan ( CnH2n + 2 ) .
– Người ta đã tổng hợp được titansilicat mà kích thước lỗ xốp của nó được thay đổi tùy theo sự điều chỉnh nhiệt độ nung. Titansilicat được sử dụng như một loại rây phân tử để tách một số hỗn hợp khí quan trọng.
– Scanđi ( Sc ) có đặc thù gần như nhôm nhưng vì trước kia có giá đắt nên người ta khó vận dụng trong các nghiên cứu và điều tra về zeolit. Tuy nhiên, lúc bấy giờ do giá scanđi hạ nên việc này có thuận tiện hơn. Người ta đã điều chế được scanđisilicat có cấu trúc rất giống với cấu trúc của zeolit ZSM – 5 với nhiều đặc thù đặc biệt quan trọng .
Ngày nay các zeolit tự tạo đang được vận dụng ngày càng thoáng rộng. Một số loại zeolit có những đặc thù rất độc lạ ( ví dụ : khi làm nóng lên nó sẽ co lại … ) sẽ là đối tượng người dùng nghiên cứu và điều tra của các nhà khoa học để tìm ra các ứng dụng mới ( kiểm soát và điều chỉnh độ dài sóng của tia laser, sản xuất các linh phụ kiện điện tử cực nhỏ v.v … ) .
Đánh giá bài viết
