Ảnh hưởng của 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

Ảnh hưởng của phơng 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 Summary In the present work, the synthesis methods of alumina as a support for catalytic applications have been carried out by us. We show that the synthetic way to alumina is the starting point that determines the micro- and macrostructure of the oxide and, consequently, allows control of the support characteristics. Usually, conventional aluminas with surface areas of 50 - 300 m2 /g are manufactured by precipitation method. Transition aluminas (, , , , ) that were prepared by heat treatment of different aluminium oxide-hydroxide precursors (e.g. boehmite, pseudoboehmite, bayerite, nordstrandite) usually exhibit surface areas lower than 350 - 400 m2 /g and their main disadvantage is in their broad pore size distribution. Recently, well-ordered mesoporous aluminas with surface areas exceeding 350 m2 /g and having narrow pore size distribution were synthesized in our laboratory. This support exhibited significantly higher capacity for dispersion of active species than the conventional alumina and they have a certain potential in catalytic applications. I - Mở đầu Nhôm oxit l loại vật liệu có ứng dụng rất rộng r i trong nhiều quá trình công nghệ ở qui mô công nghiệp nh' lm chất xúc tác, chất mang xúc tác hoặc chất hấp phụ trong công nghiệp ôtô v lọc dầu [1 - 4]. Nhôm oxit có các đặc tính nh' tính axit, bề mặt riêng lớn, bền cơ, bền nhiệt. Thông th'ờng, các nhôm oxit với diện tích bề mặt từ 50 - 300 m2 /g đ'ợc sản xuất bằng ph'ơng pháp kết tủa [5]. Các nhôm oxit chuyển tiếp (, , , , ) có diện tích bề mặt riêng từ 100 - 400 m2 /g đ'ợc điều chế bằng cách xử lý nhiệt các tiền chất oxit-hydroxit nhôm (ví dụ, boehmite, pseudoboehmite, bayerite, nordstrandite), thu đ'ợc bằng ph'ơng pháp sol- gel. Ph'ơng pháp sol-gel có ứng dụng rất rộng r i trong lĩnh vực xúc tác. Hiện nay, phần lớn nhôm oxit hoạt tính công nghiệp trên thế giới đ'ợc điều chế bằng ph'ơng pháp sol-gel. Tuy nhiên, nh'ợc điểm chính của nhôm oxit điều chế bằng ph'ơng pháp ny l chúng có kích th'ớc mao quản không đồng đều [6, 7]. Gần đây, ng'ời ta đ tổng hợp đ'ợc các nhôm oxit mao quản trung bình có trật tự bằng ph'ơng pháp sol-gel có sử dụng chất tạo cấu trúc [8 - 15]. Các nhôm oxit ny có diện tích bề mặt riêng từ 300 - 500 m2 /g v có sự phân bố kích th'ớc mao quản trong khoảng hẹp. Các nghiên cứu liên quan đến ph'ơng pháp tổng hợp cũng nh' tính chất của loại vật liệu ny đ chỉ ra rằng đây l một loại vật liệu rây phân tử đáng quan tâm không chỉ trên quan điểm khoa học vật liệu m cả trên khả năng áp dụng của chúng, chẳng hạn lm chất mang trong xúc tác dị thể. Wieland v cộng sự [16] đ sử dụng vật liệu ny lm chất mang xúc tác cho phản ứng alkyl hóa toluen với metanol. Các tác giả nhận thấy xúc tác Cs-B/Al2O3 không có hoạt tính trong phản ứng alkyl hóa toluen nh'ng metanol thì bị phân huỷ thnh CO. Các tác giả giải thích rằng sự c'ỡng bức vật lý gây ra bởi các mao quản trung bình cùng với sự kề cận kém thuận lợi của các tâm axit-bazơ trong môi tr'ờng rây phân tử đ không 'u tiên phản ứng alkyl hóa toluen. Nhôm oxit với mao quản trung bình có trật tự đ'ợc biến tính bằng Cu đ đ'ợc sử dụng lm tự do hơn thể hiện sự t'ơng tác yếu hơn với chất mang [17]. Mục đích của bi báo ny l nghiên cứu một cách hệ thống các ph'ơng pháp tổng hợp nhôm oxit khác nhau bao gồm ph'ơng pháp kết tủa, ph'ơng pháp sol-gel v ph'ơng pháp sol-gel có sử dụng chất tạo cấu trúc. Chúng tôi đ thấy rằng con đ'ờng tổng hợp nhôm oxit l điểm khởi đầu m từ đó xác định cấu trúc micro v macro của oxit v nhờ thế cho phép kiểm soát đ'ợc các đặc tính của chất mang. Ngoi ra, chúng tôi đ sơ bộ đánh giá tiềm năng ứng dụng lm chất mang của nhôm oxit mao quản trung bình có trật tự trong phản ứng Water-Gas-Shift.

pdf8 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 28/12/2012 | Lượt xem: 2035 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Ảnh hưởng của 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, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
741 T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (6), Tr. 741 - 748, 2007 ¶nh hëng cña ph¬ng ph¸p tæng hîp ®Õn tÝnh chÊt cÊu tróc cña nh«m oxit. TiÒm n¨ng øng dông lµm chÊt mang cña nh«m oxit mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù §Õn Tßa so¹n 25-5-2007 Vò ThÞ Thu H 1, §ç Thanh H¶i2, §inh ThÞ Ngä3 1ViÖn Hãa häc C«ng nghiÖp 2Tr&êng Cao ®¼ng C«ng nghiÖp ViÖt-Hung 3Tr&êng §¹i häc B¸ch khoa H0 Néi Summary In the present work, the synthesis methods of alumina as a support for catalytic applications have been carried out by us. We show that the synthetic way to alumina is the starting point that determines the micro- and macrostructure of the oxide and, consequently, allows control of the support characteristics. Usually, conventional aluminas with surface areas of 50 - 300 m2/g are manufactured by precipitation method. Transition aluminas (, , , , ) that were prepared by heat treatment of different aluminium oxide-hydroxide precursors (e.g. boehmite, pseudoboehmite, bayerite, nordstrandite) usually exhibit surface areas lower than 350 - 400 m2/g and their main disadvantage is in their broad pore size distribution. Recently, well-ordered mesoporous aluminas with surface areas exceeding 350 m2/g and having narrow pore size distribution were synthesized in our laboratory. This support exhibited significantly higher capacity for dispersion of active species than the conventional alumina and they have a certain potential in catalytic applications. I - Më ®Çu Nh«m oxit l lo¹i vËt liÖu cã øng dông rÊt réng r i trong nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ë qui m« c«ng nghiÖp nh' lm chÊt xóc t¸c, chÊt mang xóc t¸c hoÆc chÊt hÊp phô trong c«ng nghiÖp «t« v läc dÇu [1 - 4]. Nh«m oxit cã c¸c ®Æc tÝnh nh' tÝnh axit, bÒ mÆt riªng lín, bÒn c¬, bÒn nhiÖt. Th«ng th'êng, c¸c nh«m oxit víi diÖn tÝch bÒ mÆt tõ 50 - 300 m2/g ®'îc s¶n xuÊt b»ng ph'¬ng ph¸p kÕt tña [5]. C¸c nh«m oxit chuyÓn tiÕp (, , , , ) cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng tõ 100 - 400 m2/g ®'îc ®iÒu chÕ b»ng c¸ch xö lý nhiÖt c¸c tiÒn chÊt oxit-hydroxit nh«m (vÝ dô, boehmite, pseudoboehmite, bayerite, nordstrandite), thu ®'îc b»ng ph'¬ng ph¸p sol- gel. Ph'¬ng ph¸p sol-gel cã øng dông rÊt réng r i trong lÜnh vùc xóc t¸c. HiÖn nay, phÇn lín nh«m oxit ho¹t tÝnh c«ng nghiÖp trªn thÕ giíi ®'îc ®iÒu chÕ b»ng ph'¬ng ph¸p sol-gel. Tuy nhiªn, nh'îc ®iÓm chÝnh cña nh«m oxit ®iÒu chÕ b»ng ph'¬ng ph¸p ny l chóng cã kÝch th'íc mao qu¶n kh«ng ®ång ®Òu [6, 7]. GÇn ®©y, ng'êi ta ® tæng hîp ®'îc c¸c nh«m oxit mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù b»ng ph'¬ng ph¸p sol-gel cã sö dông chÊt t¹o cÊu tróc [8 - 15]. C¸c nh«m oxit ny cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng tõ 300 - 500 m2/g v cã sù ph©n bè kÝch th'íc mao qu¶n trong kho¶ng hÑp. C¸c nghiªn cøu liªn quan ®Õn ph'¬ng ph¸p tæng hîp còng nh' tÝnh chÊt cña lo¹i vËt liÖu ny ® chØ ra r»ng ®©y l mét lo¹i vËt liÖu r©y ph©n tö ®¸ng quan 742 t©m kh«ng chØ trªn quan ®iÓm khoa häc vËt liÖu m c¶ trªn kh¶ n¨ng ¸p dông cña chóng, ch¼ng h¹n lm chÊt mang trong xóc t¸c dÞ thÓ. Wieland v céng sù [16] ® sö dông vËt liÖu ny lm chÊt mang xóc t¸c cho ph¶n øng alkyl hãa toluen víi metanol. C¸c t¸c gi¶ nhËn thÊy xóc t¸c Cs-B/Al2O3 kh«ng cã ho¹t tÝnh trong ph¶n øng alkyl hãa toluen nh'ng metanol th× bÞ ph©n huû thnh CO. C¸c t¸c gi¶ gi¶i thÝch r»ng sù c'ìng bøc vËt lý g©y ra bëi c¸c mao qu¶n trung b×nh cïng víi sù kÒ cËn kÐm thuËn lîi cña c¸c t©m axit-baz¬ trong m«i tr'êng r©y ph©n tö ® kh«ng 'u tiªn ph¶n øng alkyl hãa toluen. Nh«m oxit víi mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù ®'îc biÕn tÝnh b»ng Cu ® ®'îc sö dông lm xóc t¸c trong ph¶n øng hi®ro hãa chän läc cña cinnamaldehyde. So víi c¸c chÊt mang nh«m oxit th«ng th'êng, chÊt xóc t¸c ny cho ®é chän läc rÊt cao ®èi víi sù t¹o thnh cña c¸c ancol kh«ng no. §iÒu ny ®'îc qui cho sù t'¬ng t¸c ®Æc biÖt m¹nh cña cña c¸c tiÓu ph©n Cu0 kÝch th'íc nano víi thnh cña nh«m oxit mao qu¶n trung b×nh trong khi m liªn kÕt C=C liªn hîp ®'îc hydro hãa dÔ dng h¬n trªn c¸c cluster Cu0 tù do h¬n thÓ hiÖn sù t'¬ng t¸c yÕu h¬n víi chÊt mang [17]. Môc ®Ých cña bi b¸o ny l nghiªn cøu mét c¸ch hÖ thèng c¸c ph'¬ng ph¸p tæng hîp nh«m oxit kh¸c nhau bao gåm ph'¬ng ph¸p kÕt tña, ph'¬ng ph¸p sol-gel v ph'¬ng ph¸p sol-gel cã sö dông chÊt t¹o cÊu tróc. Chóng t«i ® thÊy r»ng con ®'êng tæng hîp nh«m oxit l ®iÓm khëi ®Çu m tõ ®ã x¸c ®Þnh cÊu tróc micro v macro cña oxit v nhê thÕ cho phÐp kiÓm so¸t ®'îc c¸c ®Æc tÝnh cña chÊt mang. Ngoi ra, chóng t«i ® s¬ bé ®¸nh gi¸ tiÒm n¨ng øng dông lm chÊt mang cña nh«m oxit mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù trong ph¶n øng Water-Gas-Shift. II - Thùc nghiÖm 1. Ph¬ng ph¸p tæng hîp oxit nh«m Nguyªn liÖu cña qu¸ tr×nh tæng hîp nh«m oxit b»ng ph'¬ng ph¸p kÕt tña bao gåm bét nh«m hydroxit (T©n B×nh), dung dÞch NaOH, dung dÞch axit HNO3, H2O2 30%. C¸c b'íc thùc nghiÖm ®'îc tãm t¾t trong h×nh 1. H×nh 1: S¬ ®å nguyªn lý tæng hîp nh«m oxit ho¹t tÝnh b»ng ph'¬ng ph¸p kÕt tña Thùc nghiÖm tæng hîp nh«m oxit b»ng ph'¬ng ph¸p sol-gel ®'îc biÕn tÝnh trªn c¬ së qu¸ tr×nh Yoldas [18]. Tr'íc tiªn, nh«m isopropoxit ®'îc ho tan trong n-propanol b»ng c¸ch ®un håi l'u trong 3 giê. Sau ®ã, hçn hîp cña n'íc, axit nitric trong n-propanol ®'îc thªm tõ tõ vo dung dÞch ny cïng víi viÖc khuÊy m¹nh. Gel t¹o thnh ®'îc gi hãa trong 3 ngy ë nhiÖt ®é 80oC. Sau khi läc hÕt dung m«i, s¶n phÈm ®'îc sÊy ë 80oC trong 14 giê råi ®'îc nung ë 500oC trong 10 giê. Thùc nghiÖm tæng hîp nh«m oxit b»ng ph'¬ng ph¸p sol-gel cã sö dông chÊt t¹o cÊu Nh«m hydroxit Dung dch natri aluminat lÉn tp Oxi hãa, l¾ng ®äng Dung dch natri aluminat sch Axit hãa t¹o boemite Boemite dng bt mn -Al2O3 NaOH 25% H2O2 30% HNO3Lc, ra, sy Nung Khuy 80 - 90oC 743 tróc gåm c¸c b'íc sau: polyme Pluronic P123 (EO20PO70EO20, EO = etylen oxit, PO = propylen oxit) ®'îc ho tan trong etanol tuyÖt ®èi v ®'îc khuÊy trong 15 phót ë 40oC ®Ó thu ®'îc dung dÞch A. Cïng thêi gian ®ã, dung dÞch B gåm axit clohydric, etanol tuyÖt ®èi v tritert- butoxit nh«m ®'îc ®iÒu chÕ. Sau ®ã, hai dung dÞch ®'îc trén lÉn víi nhau v ®'îc khuÊy m¹nh ë 40oC trong 15 phót. Tû lÖ mol cña Al3+ : Pluronic P123 : EtOH : H2O: HCl trong dung dÞch cuèi cïng ®'îc cè ®Þnh ë gi¸ trÞ 1 : 0,017 : 30 : 6 : 18. Sol ®ång thÓ ®'îc gi hãa 3 ngy ë 40oC. Sau ®ã, s¶n phÈm ®'îc sÊy ë 100oC qua ®ªm råi nung ë nhiÖt ®é thÝch hîp trong dßng khÝ oxi trong 12 giê ®Ó lo¹i polyme. 2. C¸c kü thuËt ®Æc trng Phæ nhiÔu x¹ R¬nghen cña c¸c mÉu ®'îc ghi trªn m¸y Bruker D 5005 sö dông nguån ph¸t x¹ Cu-K víi  = 1,54184 Å. DiÖn tÝch bÒ mÆt riªng v ®'êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô cña c¸c mÉu ®'îc ®o trªn m¸y ASAP 2010 M. Ph©n tÝch nhiÖt träng l'îng v nhiÖt vi sai ®'îc ®o trªn m¸y NETZSCH STA 409 PC/PG. 3. Thö ho¹t tÝnh xóc t¸c C¸c chÊt xóc t¸c Co-Mo/Al2O3 ® ®'îc ®iÒu chÕ b»ng c¸ch tÈm ®ång thêi dung dÞch muèi (NH4)6Mo7O24 v Co(NO3)2 trªn c¸c chÊt mang ® ®iÒu chÕ. Sau ®ã tiÕn hnh sÊy ë 105oC trong 2 giê råi nung trong dßng kh«ng khÝ ë 500oC trong 5 giê. Tr'íc khi tiÕn hnh ph¶n øng, xóc t¸c ®'îc sulfua hãa d'íi dßng N2 v H2/H2S ë 450oC trong 1 giê. TiÕp theo, ph¶n øng Water- Gas-Shift ®'îc tiÕn hnh trªn 300 mg xóc t¸c ë 450oC v tèc ®é dßng cña n'íc, CO v N2 t'¬ng øng l 7, 7 v 14 ml/phót. S¶n phÈm cña ph¶n øng ®'îc ph©n tÝch b»ng s¾c ký khÝ trang bÞ detector TCD. ChÊt xóc t¸c ®èi chøng l xóc t¸c Co-Mo/Al2O3 c«ng nghiÖp nhËp ngo¹i tõ Trung Quèc cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng 103 m2/g, chøa 6% MoO3. III - KÕt qu¶ v th¶o luËn 1. Nh«m oxit thu ®îc b»ng ph¬ng ph¸p kÕt tña Qu¸ tr×nh t¹o boehmite tinh thÓ chÞu ¶nh h'ëng cña nhiÒu yÕu tè nh': pH cña m«i tr'êng, nhiÖt ®é ph¶n øng, tèc ®é khuÊy trén, thêi gian gi hãa v.v. Qua qu¸ tr×nh kh¶o s¸t, chóng t«i ® x¸c ®Þnh ®'îc c¸c ®iÒu kiÖn tèi 'u ®Ó t¹o ra boehmite l: pH = 8 - 9; nhiÖt ®é ph¶n øng axit hãa : 80 ÷90oC; tèc ®é khuÊy: 200 vßng/phót; thêi gian gi hãa: 2h; nhiÖt ®é sÊy: 110oC; thêi gian sÊy: 4 h. C¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch cÊu tróc cña Boehmite b»ng phæ nhiÔu x¹ R¬nghen ®'îc thÓ hiÖn trªn h×nh 2. HUT - PCM - Bruker D8 Advance - 22-03-05#047 - Mau Boehmite 88-2110 (C) - Boehmite, syn - AlO(O(H.33D.67)) - Y: 92.96 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 2.87600 - b 12.24000 - c 3.70900 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Base-centred - Cmc21 (36) - 4 - 130.565 - I/Ic PD F 2.3 - HUT - PCM - Bruker D8 Advance - 22-03-05#047 - Mau Boehmite - File: 22-03-05#047- Mau Boehmite.raw - Type: 2Th/Th locked - Star t: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (R oom) - Time Started: 1111467392 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 Li n (C ps ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d= 1. 44 0 d= 1. 85 6 d= 2. 34 5 d= 3. 17 9 d= 6. 32 3 H×nh 2: Phæ RXD cña boehmite HUT - PCM - Bruker D8 Advance - 31-03-05#069 - Mau gamaAl2O3 29- 1486 (D) - Aluminum Oxide - gamma-Al2O3 - Y: 94.79 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - HUT - PCM - Bruker D8 Advance - 31-03-05#069 - Mau gamaAl2O - File: 31-03-05#069 - Mau gamaAl2O3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1112268416 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5 Li n (C ps ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d= 1. 40 0 d= 1. 98 0 d= 2. 47 6 H×nh 3: Phæ RXD cña mÉu Al2O3-01 Tõ h×nh 2 ta thÊy boehmite kÕt tinh tèt, c¸c ®'êng râ nÐt, ®'êng nÒn t'¬ng ®èi ph¼ng, c¸c pic cao, râ nÐt, kh«ng cã pic l¹ chøng tá boehmite cã ®é tinh khiÕt cao. Boehmite ny ®'îc nung ë 450oC trong 5 giê t¹o ra -Al2O3. KÕt qu¶ ph©n tÝch cÊu tróc cña mÉu -Al2O3 (Al2O3 - 01) ®'îc m« t¶ trong h×nh 3. Qua phæ R¬nghen cña -Al2O3 ta thÊy boehmite ® chuyÓn hãa thnh -Al2O3 v hm l'îng -Al2O3 l kh¸ cao (> 94%). KÕt qu¶ ®o diÖn tÝch bÒ mÆt 744 riªng theo ph'¬ng ph¸p BET cho thÊy -Al2O3 thu ®'îc cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng ®¹t 214 m2/g. BiÓu ®å ph©n bè lç xèp cña -Al2O3 tr×nh by trong h×nh 4 cho thÊy ®'êng kÝnh lç xèp cña vËt liÖu ny ph©n bè trong kho¶ng tõ 40 - 90 Å víi cùc ®¹i t¹i 50 Å. H×nh 4: Ph©n bè kÝch th'íc mao qu¶n cña mÉu Al2O3-01 2. Nh«m oxit thu ®îc b»ng ph¬ng ph¸p sol-gel KÕt qu¶ chôp phæ nhiÔu x¹ R¬nghen cña mÉu Al2O3-02 ®'îc tr×nh by trong h×nh 5. Nh' vËy, sau khi nung mÉu ë 500oC trong 12 giê, chóng ta thu ®'îc mÉu cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh. KÕt qu¶ ny hon ton phï hîp víi c¸c kÕt qu¶ ® c«ng bè [19, 20]. Nh×n chung, ® ®'îc b¸o c¸o l d¹ng -Al2O3 xuÊt hiÖn trong kho¶ng nhiÖt ®é 350 - 1000oC khi nã ®'îc t¹o thnh tõ c¸c tiÒn chÊt cã cÊu tróc tinh thÓ [21] hoÆc v« ®Þnh h×nh [22]. TiÒn chÊt d¹ng Boehmite/TiÒn chÊt d¹ng v« ®Þnh h×nh  -Al2O3  -Al2O3  -Al2O3  -Al2O3 §èi víi mÉu cña chóng t«i, tiÒn chÊt sÊy ë 80oC cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh (kÕt qu¶ chôp phæ R¬nghen kh«ng chØ ra ë ®©y) v kh«ng ph¶i l boehmite. KÕt qu¶ ny hon ton phï hîp víi kÕt qu¶ ph©n tÝch nhiÖt träng l'îng v nhiÖt vi sai cña mÉu (h×nh 6). Gi¶n ®å ph©n tÝch nhiÖt träng l'îng cho thÊy khèi l'îng mÉu gi¶m kho¶ng 40% trong qu¸ tr×nh xö lý nhiÖt. Trªn gi¶n ®å, ta thÊy c¸c pic ®Æc tr'ng ë nhiÖt ®é 84,97oC v 244oC. Pic ®Çu tiªn g¾n víi sù mÊt khèi l'îng do viÖc nh¶ hÊp phô cña n'íc hÊp phô vËt lý v propanol. Pic ®Æc tr'ng thø hai ë nhiÖt ®é 244oC l pic to¶ nhiÖt t'¬ng øng víi viÖc mÊt c¸c nhãm alkoxit trong nh«m isopropoxit. Ngoi ra, cho ®Õn 900oC, kh«ng quan s¸t thÊy pic øng víi sù chuyÓn pha cña nh«m oxit (øng víi ®'êng ph©n tÝch nhiÖt träng l'îng kh«ng ®æi). Tuy nhiªn, khi chóng t«i t¨ng nhiÖt ®é nung mÉu ®Õn 900oC, chóng t«i ® quan s¸t thÊy sù chuyÓn pha b¾t ®Çu x¶y ra (h×nh 7). 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 2 Theta (Degree) In te ns ity (a .u .) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -1.50 -1.00 -0.50 0 0.50 1.00 1.50 2.00 DSC /(mW/mg) 65 70 75 80 85 90 95 100 TG /% 84.9727 244.008 -36.59 % [1] [1] exo Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG TVUA003.ssv HUT TVUA003 4/3/2007 1:27:04 PM PCM Ha Hanh Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens. Files: Range: Sample Car./TC: TVUA003, 10.900 mg Al2O3,0.000 mg TVUA003 Calib new 27 01 07.tsv / Calib do nhay 27107.esv 25/10.00(K/min)/900 DSC(/TG) HIGH RG 2 / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DSC-TG / Sample 1/1 DSC/TG pan Al2O3 O2/30 / N2/0 000/30000 mg 000/5000 HV Administrator 04-04-2007 13:16 H×nh 5: Phæ RXD cña mÉu Al2O3-02 H×nh 6: Phæ DTA cña mÉu Al2O3-02 Sau khi nung ë 500oC, mÉu nh«m oxit thu ®'îc (Al2O3-02) cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng BET 480 m2/g, thÓ tÝch lç xèp trung b×nh (VJBH) l 1,4 ml/g v ®'êng kÝnh lç xèp n»m trong kho¶ng 40 - 70 Å tËp trung chñ yÕu ë 50 Å (h×nh 8). C¸c kÕt qu¶ m chóng t«i thu ®'îc, nh×n chung, tèt h¬n nhiÒu so víi c¸c kÕt qu¶ ® ®'îc b¸o c¸o ®èi víi c¸c mÉu ®'îc ®iÒu chÕ bëi cïng ph'¬ng ph¸p sol-gel [19, 23], th'êng cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng nhá h¬n 400 m2/g. §Æc biÖt, so víi mÉu ®èi chøng l chÊt xóc t¸c Co-Mo/Al2O3 nhËp ngo¹i tõ Trung Quèc, trong ®ã, chÊt mang 745 Al2O3 (ký hiÖu Al2O3-04) chØ cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng l 103 m2/g, thÓ tÝch lç xèp l 0.31 cm3/g v kÝch th'íc lç xèp ph©n bè trong kho¶ng réng (h×nh 9). Tãm l¹i, víi c¸c tÝnh chÊt cÊu tróc 'u viÖt nh' vËy, Al2O3 ®iÒu chÕ theo ph'¬ng ph¸p sol-gel hon ton cã thÓ sö dông lm chÊt mang xóc t¸c hoÆc chÊt hÊp phô. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Pore Radius (nm) dv /d r( cm 3 /g .n m ) H×nh 7: Phæ RXD cña mÉu Al2O3-02 nung ë 900 oC H×nh 8: Ph©n bè kÝch th'íc mao qu¶n cña mÉu Al2O3-02 TVU - A - 003 - 13 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0 5 10 15 20 25 30 35 Pore radius (nm) dv /d r (c m 3 /g .n m ) H×nh 9: Ph©n bè kÝch th'íc mao qu¶n cña mÉu ®èi chøng (Al2O3-04) B¶ng 1: ¶nh h'ëng cña nhiÖt ®é nung ®Õn cÊu tróc lç xèp MÉu SBET,m2/g Vlç xèp, cm3/g Dlç xèp, Å Al2O3-03 nung 400oC 401 0,552 35 Al2O3-03 nung 500oC 383 0,500 40 Al2O3-03 nung 600oC 355 0,480 49 3. Nh«m oxit thu ®îc b»ng ph¬ng ph¸p sol-gel cã sö dông chÊt t¹o cÊu tróc KÕt qu¶ ph©n tÝch sù hÊp phô ®¼ng nhiÖt, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng v sù ph©n bè kÝch th'íc mao qu¶n cña mÉu Al2O3-03 nung ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau ®'îc tr×nh by trong b¶ng 1 v h×nh 10. §'êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô-nh¶ hÊp phô cña mÉu Al2O3-03 (h×nh 10) t¹o nªn ®'êng cong trÔ t'¬ng øng víi ®'êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô-nh¶ hÊp phô cña vËt liÖu cã cÊu tróc lç xèp trung b×nh. Sù hÊp phô ®¼ng nhiÖt trªn c¸c mÉu nung ë nhiÖt ®é 400oC, 500oC v 600oC cho thÊy khi t¨ng nhiÖt ®é nung, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng gi¶m ®i (tõ 401 m2/g sau khi nung ë 400oC xuèng 355 m2/g sau khi nung ë 600oC) v thÓ tÝch lç xèp gi¶m tõ 0,552 cm3/g khi nung ë 400oC xuèng 0,480 cm3/g khi nung ë 600oC. §ång thêi, ®'êng kÝnh lç xèp t¨ng lªn khi nhiÖt ®é nung t¨ng lªn. Cã vÎ nh' viÖc xö lý nhiÖt Ýt nhiÒu cã ¶nh h'ëng ®Õn cÊu tróc lç xèp cña c¸c vËt liÖu 746 ny. Chóng t«i s¬ bé gi¶i thÝch sù ¶nh h'ëng ny bëi hai lý do. Lý do thø nhÊt, cã thÓ ë nhiÖt ®é nung thÊp, chÊt t¹o cÊu tróc ch'a ch¸y hÕt v cßn n»m l¹i trong c¸c lç xèp lm thay ®æi ®'êng kÝnh lç xèp. Khi t¨ng nhiÖt ®é nung, qu¸ tr×nh ch¸y cña chÊt t¹o cÊu tróc diÔn ra hon ton, lóc ny chóng ta sÏ ®o ®'îc ®'êng kÝnh thùc cña lç xèp. Lý do thø hai liªn quan ®Õn ®é bÒn cña vËt liÖu. Cã thÓ khi nung ë nhiÖt ®é cao, do cÊu tróc kh«ng bÒn nªn mét sè thnh lç xèp bÞ sËp xuèng lm cho thÓ tÝch lç xèp t¨ng lªn v diÖn tÝch bÒ mÆt riªng gi¶m ®i. Nh÷ng vÊn ®Ò ny chóng t«i sÏ tiÕp tôc nghiªn cøu v c«ng bè trong c«ng tr×nh tiÕp theo. Tuy nhiªn, 'u ®iÓm næi bËt cña lo¹i vËt liÖu ny l chóng cã sù ph©n bè ®'êng kÝnh lç xèp trong kho¶ng hÑp (h×nh 11). H×nh 12 tr×nh by phæ nhiÔu x¹ R¬nghen cña mÉu Al2O3-03 nung ë 400 oC ë vïng gãc 2 nhá. Trong vïng ny, phæ nhiÔu x¹ cña mÉu chØ ra 3 pic. C¸c ph¶n x¹ ë (100), (110) v (200) thÓ hiÖn cÊu tróc lç xèp 2D lôc l¨ng víi nhãm kh«ng gian P6mm. 0 100 200 300 400 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Relative pressure Q ua nt ity ad so rb ed (c m 3 /g ST P) 0 4 8 12 16 0 5 10 15 20 25 30 Pore Radius (nm) Dv /d r( cm 3 / g, A° ) H×nh 10: §'êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô-nh¶ hÊp phô cña mÉu Al2O3-03 nung ë 400 oC H×nh 11: Ph©n bè kÝch th'íc mao qu¶n cña mÉu Al2O3-03 nung ë 400 oC H×nh 12: Phæ nhiÔu x¹ R¬nghen trong vïng gãc nhá cña mÉu Al2O3-03 nung ë 400 oC H×nh 13: Phæ nhiÔu x¹ R¬nghen cña mÉu 18% MoO3/Al2O3-02, 18% MoO3/Al2O3-03 v mÉu ®èi chøng 6% MoO3/Al2O3 A: MÉu 18% MoO3/ Al2O3-02; B: MÉu ®èi chøng 6% MoO3/Al2O3; C: MÉu 18% MoO3/Al2O3-03 4. TiÒm n¨ng øng dông cña nh«m oxit mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù KÕt qu¶ thö ho¹t tÝnh xóc t¸c Co-Mo/Al2O3 (sö dông c¸c chÊt mang nh«m oxit kh¸c nhau ® ®iÒu chÕ ®'îc) trong ph¶n øng chuyÓn hãa CO víi h¬i n'íc cho thÊy c¸c xóc t¸c chøa 18% MoO3/(Al2O3-02) v 18% MoO3/(Al2O3-03) ®Òu cho ®é chuyÓn hãa CO cao gÊp 3 lÇn (®é chuyÓn 747 hãa 30%) so víi xóc t¸c ®èi chøng chøa 6% MoO3 (®é chuyÓn hãa 10%) t¹i cïng ®iÒu kiÖn ph¶n øng. §iÒu ®ã cã nghÜa l c¶ ba chÊt xóc t¸c ®Òu cã ®é chuyÓn hãa b»ng nhau tÝnh theo mét ®¬n vÞ khèi l'îng Mo. Quan s¸t b»ng phæ nhiÔu x¹ R¬nghen cña xóc t¸c 18% Mo/Al2O3 chóng t«i ® kh«ng nhËn thÊy pÝc cña MoO3. §iÒu ny chøng tá r»ng kh«ng cã mÆt c¸c khèi kÕt tô cña MoO3 trªn chÊt mang (hoÆc cã nh'ng nhá ®Õn møc kh«ng ph¸t hiÖn ®'îc b»ng phæ RXD - h×nh 13) v cã kh¶ n¨ng MoO3 chØ t¹o thnh ë d¹ng ®¬n líp trªn nh«m oxit. Nh' vËy, nhê cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng lín h¬n so víi nh«m oxit th«ng th'êng nªn c¸c chÊt mang ny cã thÓ mang ®'îc nhiÒu pha ho¹t tÝnh h¬n (®Õn 18% MoO3 so víi 6 % trªn xóc t¸c th'¬ng m¹i). §Æc biÖt, chÊt mang nh«m oxit mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù cã tiÒm n¨ng øng dông réng r i t'¬ng ®'¬ng sù øng dông hiÖn nay cña nh«m oxit ®iÒu chÕ b»ng ph'¬ng ph¸p sol-gel. IV - KÕt luËn Ba lo¹i nh«m oxit ® ®'îc tæng hîp b»ng ba ph'¬ng ph¸p hon ton kh¸c nhau. 1. Ph'¬ng ph¸p kinh ®iÓn l ph'¬ng ph¸p kÕt tña cho phÐp chóng ta, sau khi nung tiÒn chÊt ë 500oC, thu ®'îc -Al2O3 cã cÊu tróc tinh thÓ víi diÖn tÝch bÒ mÆt riªng 214 m2/g, víi ®'êng kÝnh lç xèp ph©n bè trong kho¶ng 40 - 90 Å. 2. Ph'¬ng ph¸p sol-gel cho phÐp thu ®'îc nh«m oxit cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh víi diÖn tÝch bÒ mÆt riªng 480 m2/g, ®'êng kÝnh lç xèp ph©n bè trong kho¶ng 40 ®Õn 70 Å v tËp trung chñ yÕu ë 50 Å. 3. Ph'¬ng ph¸p tæng hîp cã sö dông chÊt t¹o cÊu tróc cho phÐp thu ®'îc nh«m oxit cã cÊu tróc mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù d¹ng 2D lôc l¨ng víi nhãm kh«ng gian P6mm. VËt liÖu ny cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng 401 m2/g v cã ®'êng kÝnh lç xèp ph©n bè trong kho¶ng hÑp. Ph'¬ng ph¸p sol-gel v ph'¬ng ph¸p sol-gel cã sö dông chÊt t¹o cÊu tróc cho phÐp thu ®'îc nh«m oxit cã diÖn tÝch bÒ mÆt cao h¬n nhiÒu so víi nh«m oxit ®iÒu chÕ b»ng ph'¬ng ph¸p th«ng th'êng. Ngoi ra, nh«m oxit mao qu¶n trung b×nh cã trËt tù cßn cã kÝch th'íc mao qu¶n rÊt ®ång ®Òu. V× vËy, c¸c vËt liÖu ny cã tiÒm n¨ng øng dông réng r i lm chÊt mang xóc t¸c. Râ r»ng con ®'êng tæng hîp nh«m oxit l b'íc ®Çu tiªn m tõ ®ã x¸c ®Þnh cÊu tróc micro v macro cña oxit v nhê thÕ cho phÐp kiÓm so¸t ®'îc c¸c ®Æc tÝnh cña chÊt mang. LÇn ®Çu tiªn c¸c ph'¬ng ph¸p sol-gel v ph'¬ng ph¸p sol-gel cã sö dông chÊt t¹o cÊu tróc ® ®'îc ¸p dông thnh c«ng ë ViÖt Nam ®Ó tæng hîp nh«m oxit cã c¸c tÝnh chÊt cÊu tróc 'u viÖt h¬n c¸c nh«m oxit tæng hîp b»ng ph'¬ng ph¸p truyÒn thèng. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu s©u vÒ sù ¶nh h'ëng cña qu¸ tr×nh tæng hîp ®Õn tÝnh chÊt cÊu tróc cña nh«m oxit ®iÒu chÕ b»ng ph'¬ng ph¸p sol-gel cã sö dông chÊt t¹o cÊu tróc sÏ ®'îc c«ng bè trong c¸c c«ng tr×nh tiÕp theo. T i liÖu tham kh¶o 1. K. Oberlander. Applied Industrial Catalysis (Ed.: B. E. Leach), Academic Press, New York, 63 (1984). 2. K. Wefers. Alumina Chemicals: Science and Technology Hand-book (Ed.: L. D. Hart), The American Ceramic Society, Westerville, Ohio, 13 (1990). 3. C. Misra, Industrial Alumina Chemicals, ACS Monograph, 184, Washington, 1986 4. H. Topsoe, B. S. Clausen, F. E. Massoth. Hydrotreating Catalysis, Springer, Berlin, 310 (1996). 5. F. Schuth, K. Unger. in: G. Ertl, H. Knozinger, J. Weitkamp (Eds.), Preparation of Solid Catalysts, Wiley-VCH, Weinheim, 77 (1999). 6. F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. Sing. Adsorption by Powders & Porous Solids, Academic Press, san Diego, 467 (1999). 7. R. S. Zhou, R. L. Snyder. Acta Crystallogr. B47, 617 (1991). 8. S. A. Bagshaw, E. Prouzet, T. J. Pinnavaia. Science, 269, 1242 (1995). 9. S. A. Bagshaw, T. J. Pinnavaia, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1102 (1996). 10. F. Vaudry, S. Khodabandeh, M. E. Davis. Chem. Mater., 8, 1451 (1996). 748 11. M. Yada, H. Kitamura, M. Machida, T. Kijima. Langmuir, 13, 5252 (1997). 12. M. Yada, H. Hiyoshi, K. Ohe, M. Machida, T. Kijima. Inorg. Chem., 36, 5565 (1997). 13. S. Cabrera, J. El Haskouri, J. Alamo, A. Beltran, D. Beltran, S. Mendioroz, M. Dolores Marcos, P. Amoros. Adv. Mater., 11, 379 (1999). 14. X. Liu, Y. Wei, D. Jin, W.-H. Shih. Mater., Lett., 42, 143 (2000). 15. S. Cabrera, J. El Haskouri, C. Guillem, J. Latorre, A. Beltran-Porter, D. Beltran- Porter, M. Dolores Marcos, P. Amoros. Solid State Sci., 2, 405 (2000). 16. W. S. Wieland, R. J. Davis, J. M. Garces. J. Catal., 173, 490 (1998). 17. S. Valange, J. Barrault, A. Derouault, Z. Gabelica. Microporous Mesoporous Mater., 44 - 45, 2001, 211 (2001). 18. B. E. Yoldas. Am. Ceram. Soc. Bull., 54, 286 (1975). 19. R. Linacero, M. L. Rojas-Cervantes, J. De D. Lopez-Gonzalez. J. Mater. Sci., 35, 3279 (2000). 20. Monica Trueba and Stefano P. Trasatti. Eur. J. Inorg. Chem., 3393 (2005). 21. B. A. Lattela, B. H. O’Connor. J. Am. Ceram. Soc., 80, 2941 (1997). 22. T. C. Chou, D. Adamson, J. Mardinly, T. G. Nieh. Thin Solid Films, 92, 4843 (1991). 23. J. Ramirez and A. Gutierrez-Alejandre. J. Catal., 170, 108 (1997).

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfẢnh hưởng của 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.pdf