Đồ án Quy trình tổng hợp Cordierite

dụng làm xúc tác lưỡng chức trong quá trình reforming, trong đó Pt mang chức năng oxy hóa khử, xúc tiến cho phản ứng hydro hóa, dehydro hóa còn Al2O3 là chất mang có tính axit, đóng vai trò chức năng axit – bazơ thúc đẩy phản ứng izome hóa, hydrocracking.[17,18] V.NGUYÊN LIỆU ĐỂ TỔNG HỢP CHẤT NỀN CORDIERITE. V.1.Giới thiệu về Nhôm oxyt và nguyên liệu để tổng hợp. Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 20 V.1.1.Nhôm oxyt. Nhôm oxyt là một hợp chất lưỡng tính có công thức Al2O3. Nhôm oxyt thường có mặt trong các khoáng vật côrunđum, saphia, ruby hoặc alôxyt, oxyt nhôm, xêramic và các loại vật liệu khác. Dạng cấu trúc tinh thể phổ biến nhất của nhôm oxyt trong tự nhiên là α- nhôm oxyt (trong hợp chất côrunđum), các dạng khác của nhôm oxyt như η, χ, γ, δ và θ nhôm oxyt. Mỗi dạng nhôm oxyt có một kiểu cấu trúc tinh thể và đặc tính riêng. a.Tính chất vật lý của oxyt nhôm được liệt kê trong bảng: Tên thường gọi : Alumina Đặc tính Công thức phân tử Al2O3 Khối lượng mol 101,96 g/mol Tỷ trọng 4000 kg m-3 Nhiệt độ nóng chảy 2072 0C Nhiệt độ sôi 2980 0C Khả năng hòa tan Không tan trong nước Chiết suất nω=1,768÷1,772 nε=1,760 ÷1,763, Birefringence 0,008 Cấu trúc Cấu trúc hình học Bát diện Nhiệt hóa học Enthanpy tạo thành ΔfHo298 −1675,7 kJ.mol−1 Entropy So298 50,92 J.mol−1·K−1 Mức độ nguy hiểm MSDN Tiêu chuẩn châu Âu Chưa xếp loại Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 21 Điểm bắt cháy Không bắt cháy Bảng1: Tính chất vật lý của oxyt nhôm. b. Tính chất hóa học : Tính lưỡng tính - Tác dụng với axit. Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O - Tác dụng với kiềm. Al2O3 + 2 NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] Al2O3 + 2 OH- + 3H2O → 2Al(OH)4] - Ở nhiệt độ thường Al2O3 rất trơ về mặt hóa học,nó không tan trong nước nhưng ở nhiệt độ khoảng 10000C, nó tương tác mạnh với cacbonat, hydrosunfat và đisunfa kim loại kiềm ở trạng thái nóng chảy. Ví dụ : Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2 Al2O3 + 3K2S2O7 → Al2(SO4)3 + 3K2SO4 Ở nhiệt độ cao Al2O3 tương tác với oxyt của một số kim loại tạo nên những sản phẩm có tính chất của đá quý, như alexanđrit Al2O3.BeO và spinen MgO c.Điều chế. Trong công nghiệp, nhôm oxyt được điều chế bằng cách nung Al(OH)3 ở nhiệt độ 12000C ÷ 14000C: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O Kết tủa Al(OH)3 được điều chế chủ yếu đi từ quặng Boxit ( Al2O3.xH2O) chứa nhiều tạp chất và phải qua tinh chế. d.Ứng dụng chung của nhôm oxyt. Sản lượng alumina hàng năm trên thế giới vào khoảng 45 triệu tấn, hơn 90% trong số đó được sử dụng để sản xuất nhôm. Ứng dụng chủ yếu của nhôm oxyt là trong các ngành công nghiệp sản xuất vật liệu chịu nhiệt, gốm, đánh bóng bề mặt và mài mòn, một lượng đáng kể nhôm oxyt còn được sử dụng trong sản xuất zeolite, làm chất phủ bề mặt và vật liệu chống cháy. Nhôm oxyt dạng bột được sử dụng làm chất mang trong máy phân tích sắc ký, với 3 trạng thái: bazơ (pH 9,5), dạng axit (pH 4,5) và dạng trung hòa. Trong các ứng dụng y học và sức khỏe, alumina được sử dụng để chế tạo các chi tiết thay thế xương hông. Alumina và các hợp chất hóa học của alumina được sử dụng để lọc nước, một vài hợp chất như: nhôm sunfat Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 22 Al2(SO4)3, nhôm clorohydrat AlnCl3n-m(OH)m, natri aluminat NaAlO2 hiện đang được sử dụng để lọc bỏ các hợp chất flo trong nước. Alumina cũng có mặt trong thành phần chế tạo kem đánh răng. Trong công nghệ hóa học, nhôm oxyt được sử dụng làm chất xúc tác, chất mang xúc tác (dạng trơ, có tương tác với chất nền hoặc chất mang đa chức năng), chất hấp phụ, chất kết dính…Do mỗi loại nhôm oxyt có những đặc tính lý, hóa và cấu trúc tinh thể khác nhau, nên phạm vi ứng dụng của chúng cũng rất khác nhau, ví dụ: khi sử dụng nhôm oxyt làm chất mang, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà người ta chọn các cấu trúc nhôm oxyt khác nhau:[6,7,8] Các ứng dụng Vai trò của Al2O3 Ví dụ sản xuất Ankyl hoá Xúc tác Phenol Dehyđrô hoá Xúc tác Axit foocmic Isome hoá Xúc tác Chất mang 1- metylxyclohexan Isophtaonitril Hydrô desunfua hoá Chất mang Tinh chế dầu Hyđrô denitơ hoá Chất mang Tinh chế dầu Reforming và vòng hoá Xúc tác và Chất mang Phenolhydrozon Cyclohexan Cracking Xúc tác và chất mang Hyđrôcacbon Naphtalen Hyđrô hoá Xúc tác và Chất mang Etyl ete Ancol không no Polyme hoá Xúc tác và Chất mang Xyclolefin Etylenoxyt Oxi hoá từng phần Chất mang Etylenoxyt Bảng2: Một số ứng dụng của oxyt nhôm. Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 23 V.1.2.Nhôm nitrat. Công thức cấu tạo : Tên gọi theo IUPAC: Aluminum nitrate Công thức phân tử: Al(NO3)3 Khối lượng mol: 213,00 g/mol Là muối của Nhôm và acid Nitric. Bình thường nó tồn tại ở dạng tinh thể hydrat Al (NO3 )39H2O ,tồn tại ở dạng chất rắn màu trắng. Trọng lượng phân tử: 375,117 g/mol Khối lượng riêng: 1,72 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: 73 0C Nhiệt độ sôi: 135 0C Độ hòa tan trong nước : Ở 00C : 60,0 g/100 ml Ở 250C: 64 g/ 100 ml Độ hòa tan trong methanol: 14,45 g/ 100 ml Độ hòa tan trong etylen glycol: 118,32 g/100 ml Nhôm Nitrat là chất oxy hóa rất mạnh. Nó được sử dụng nhiều trong lĩnh vực thuộc da, tinh lọc xăng dầu, và khai thác uranium. Các nonanitrat và các hydrat nhôm nitrat có nhiều ứng dụng.Muối này được sử dụng để sản xuất oxyt nhôm,làm giấy cách nhiệt ,ngoài ra nó còn được sử dụng cho việc khai thác các nguyên tố họ Actini. Nó được ứng dụng nhiều trong phòng thí nghiệm như trong phản ứng: Al(NO3)3 + 3NaOH → Al (OH)3 ↓ + 3NaNO3 Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O Cho Al và Al2O3 tác dụng với acid HNO3 tạo muối Al(NO3)3. Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 24 Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO2 + H2O Al2O3 + HNO3 → Al(NO3)3 + H2O. [9] V.2.Giới thiệu về Magiê oxyt và nguyên liệu để tổng hợp. V.2.1.Magiê oxyt. MgO hiếm khi tồn tại như là một khoáng thiên nhiên, nó được tìm thấy trong đá vôi,dolomit,trong dung nham núi lửa và trong đá xecpentin.Nó không tạo thành đá hay muối kết tủa do nó bị chuyển hóa thành magiê hydroxyt bởi hơi nước trong không khí.Trong công nghiệp MgO được sản xuất chủ yếu từ magiêzit (MgCO3),nước muối.Magiê hydroxyt được tạo thành như là một sản phẩm trung gian trong quá trình điều chế MgO từ nước muối.MgO được sử dụng trong kĩ thuật do nó có nhiệt độ nóng chảy cao (do có năng lượng mạng lưới lớn ,có thể bay hơi mà không bị phân hủy), bền hóa, tính dẫn nhiệt tốt, tính dẫn điện kém, và có hoạt tính sinh học. a.Tính chất vật lý . Nhiệt độ nóng chảy: 3073 K (28000C) Nhiệt độ sôi: 3873 K (36000C) Chỉ số khúc xạ tại 589 nm: 1736 Khối lượng riêng: 3,58 g/cm3 Độ tan: 0,00062 g trong 100g nước Nhiệt hóa học : ∆fHo rắn : -601 kj/mol Sorắn: 32,51 J/mol.K Nhiệt dung riêng (Cp): 20 ÷ 2000C : 1,0 kj/kg.K 200 ÷ 10000C: 1,2kj/kg.K Nhiệt hydrat hóa của oxit MgO: -81,24 kj/mol Năng lượng mạng lưới: 3925 kj/mol Bán kính ion Mg2+: 0.74 Å MgO kết tinh theo mạng lập phương (giống tinh thể NaCl) b.Tính chất hóa học . Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 25 MgO công nghiệp chủ yếu được nung để tạo MgO xốp ,chất được sử dụng làm vật liệu chịu lửa và trong công nghiệp thép, MgO tan ít và tan rất chậm trong nước: MgO + H2O → Mg(OH)2 MgO ở áp suất khí quyển bền trong môi trường oxy hóa tới 23000C và trong môi trường khử tới 17000C. MgO có khả năng hút ẩm và CO2 của không khí. Khi nung nóng thật mạnh MgO thăng hoa sau đó lắng xuống ở dạng tinh thể khó tan trong axit. Phản ứng điều chế MgCl2 (MgCl2 được dùng để điện phân điều chế Mg trong kỹ thuật): MgO + CO + Cl2 → MgCl2 + CO2↑ Phản ứng với CaC2: MgO + CaC2 → Mg + CaO + 2C Hỗn hợp MgO + CaO với silic dạng fero-silic nung nóng dưới áp suất thường và ở nhiệt độ 12000C ÷ 13000C xảy ra theo phương trình: 2MgO + 2CaO + Si → Ca2SiO4 + 2Mg Phản ứng với axit: MgO + 2H+ → Mg2+ + H2O c.Điều chế MgO. MgO được điều chế bằng cách đốt Mg trong không khí, hoặc nung hydroxyt, cacbonat, sunfat, và một số muối chứa oxi khác của Mg. 2Mg(NO3)2 → MgO + 4NO2 + O2 ↑ Trong công nghiệp người ta điều chế MgO bằng cách manhezit thiên nhiên (MgCO3): MgCO3 → MgO + CO2↑ Hoặc chế hóa từ nước biển bằng cách cho nước biển tác dụng với vôi sữa để chuyển ion HCO-3 thành kết tủa CaCO3, sau khi lọc tách CaCO3, nước lại được xử lý thêm bằng nước vôi với tỉ lệ thích hợp để kết tủa ion Mg2+ ở dạng Mg(OH)2: Ca(HCO2)3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2H2O Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 26 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 ↓ + CaCl2 Vì Mg(OH)2 khó lọc nên người ta xử lý bằng cách cho tác dụng với CO2 sau đó lọc kết tủa MgCO3.3H2O, rồi nung ở nhiệt độ cao thu được MgO. Mg(OH)2 + CO2 + 2H2O →MgCO3.3H2O MgCO3.3H2O → MgO + CO2↑ + 3H2O Ngoài ra còn điều chế MgO (và SO2) từ quặng kizeit (MgSO4.H2O) khi nung nóng đỏ với than: MgSO4.H2O + C → MgO + SO2 + H2O d.Ứng dụng của MgO. Magiê oxyt là chất cách điện điển hình có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực xúc tác, vật liệu chịu lửa, công nghiệp sơn và chất siêu dẫn. Do có nhiệt độ nóng chảy cao nên nó là vật liệu quan trọng trong việc chế tạo gạch chịu lửa và những vật liệu khác. Nó là vật liệu duy nhất ngoại trừ ZrO2 có thể chịu được nhiệt độ trên 20000C. Sự tăng vọt trong việc sản xuất Magiê oxyt xốp xảy ra sau khi người ta khám phá ra công dụng của nó trong việc chế tạo lớp lót bên trong lò sản xuất thép (lò ngang, lò Mactin, lò hồ quang điện) cho phép tách bỏ phootpho và lưu huỳnh trong xỉ bazơ. Trong lĩnh vực xúc tác nó là chất mang điển hình có khả năng cho điện tử. Nó được sử dụng làm chất mang trong phản ứng oxy dehydro hóa etan thành etylen: C2H2 + 1/2O2 → C2H4 + H2O ∆H0298 = -149 kj/mol. C2H6 + O2 → 2CO + 3H2 ∆H0298 = -136 kj/mol. Nó còn được dùng làm chất mang cho phản ứng phân hủy NH3 sản xuất H2.[11] V.2.2.Magiê nitrat. Công thức cấu tạo: Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 27 Magie nitrat có CTPT là Mg(NO3)2, khối lượng phân tử bằng 148,33 tồn tại như là một chất rắn bền trong hệ thống Mg(NO3)2-H2O ở nhiệt độ dưới 1300C.Muối này dễ dàng bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1300C và rất khó để thu được dạng tinh khiết. Magie nitrat được bán ở dạng rữa hexahydrat (Mg(NO3)2.6H2O ), dạng này tồn tại ở trạng thái rắn trong khoảng nhiệt độ từ 180C ÷ 55,60C. Tỷ trọng: 1,636425 Nhiệt độ chảy mềm: 900C Độ tan: 42,89 gam Mg(NO3)2 trên 100gam dung dịch ở 250C Nhiệt độ sôi: 3300C Mg(NO3)2 có thể được tạo ra bởi dung dịch magie hydrat, hay cacbonat trong acid nitric,sau đó sản phẩm được bay hơi và kết tinh ở nhiệt độ phòng. Nếu những nguyên liệu thô như magiezit hay dolomite được sử dụng thì canxi được loại bỏ ở dạng hợp chất cacbonat thông qua quá trình cacbonat hóa nhờ cacbondioxyt, các tạp chất khác được loại bỏ bằng quá trình lọc với sự có mặt của một lượng dư MgO. Đề hydrat hóa hexahydrat bởi các tác nhân làm khô mạnh như P2O5, dung dịch H2SO4 đậm đặc thì qua vài tháng thu được sản phẩm kết tinh có chứa từ 1 đến 2 phân tử nước. Dehydrat hóa tại nhiệt độ cao hơn (900C hoặc cao hơn) thường kèm theo quá trình thủy phân và tạo thành các sản phẩm bazơ. Gia nhiệt tới 4000C cho quá trình chuyển hóa đầy đủ thành oxy. Trong công nghiệp Magie nitrat được sử dụng là sản phẩm nhân tạo. Nó có thể được tổng hợp theo nhiều cách. Phản ứng giữa Mg,MgO và acid nitric tạo ra magie nitrat: 2HNO3 + Mg → Mg(NO3)2 + H2 2HNO3 + MgO → Mg(NO3)2 + H2O Magie hydroxyt và amoni nitrat cũng phản ứng với nhau tạo ra magie nitrat và giải phóng amoniac như là một sản phẩm phụ: Mg(OH) 2 + 2 NH4NO3 → Mg(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O Magie nitrat có tính hút nước cao nên việc đốt nóng hợp chất ngậm 6 phân tử nước của nó không dẫn đến sự loại bỏ nước tạo muối khan. Thay vào đó nó bị phân hủy tạo thành magie oxyt,oxy, và nitơ dioxyt: 2 Mg(NO3)2 → 2MgO + 4NO2 + O2 Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 28 V.3.Giới thiệu về Silic oxyt và nguyên liệu để tổng hợp. V.3.1.Silic oxyt. Silic đioxit tồn tại dưới dạng tinh thể, nghĩa là một phân tử khổng lồ.Ở áp suất thường nó tồn tại ở 3 dạng tinh thể là thạch anh, tridimit và cristobalit. Tất cả những dạng tinh thể này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4 nối với nhau qua những nguyên tử O chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở tâm của tứ diện lien kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử O nằm ở các đỉnh của tứ diện. Như vậy mỗi nguyên tử O liên kết với 2 nguyên tử Si ở 2 tứ diện khác nhau và tính trung bình cứ trên một nguyên tử Si có 2 nguyên tử O và công thức kinh nghiệm của silic đioxit là SiO2. Hình 7 : Cấu trúc tinh thể SiO2 (a) và thuỷ tinh (b), các chấm đen là nguyên tử Si, vòng tròn trắng là Oxy a.Tính chất vật lý. Công thức phân tử : SiO2 Khối lượng mol : 60,0843 g/mol Trọng lượng phân tử : 375,117 g/mol Khối lượng riêng : 2,634 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy : 16500C (±750C) Nhiệt độ sôi : 22300C Độ hòa tan trong nước : 0,012 g/ 100ml Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 29 Khi để nguội chậm silic đã nóng chảy hoặc khi đun nóng đến nhiệt độ hóa mềm, thu được một vật liệu vô định hình giống như thủy tinh. Những vật liệu như vậy về một số mặt giống với chất rắn và về một số mặt khác giống với chất lỏng. Ở nhiệt độ thấp vật liệu dạng thủy tinh tạo nên khối rắn có hình dạng xác định, đôi khi có độ bền cơ học cao, độ cứng lớn…Nhưng ở nhiệt độ cao hơn, vật liệu dạng thủy tinh có tính chất giống như một chất lỏng chậm đông có độ nhớt rất lớn. Khác với dạng tinh thể,dạng thủy tinh có tính đẳng hướng và không nóng chảy ở nhiệt độ không đổi mà hóa mềm ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với khi chảy lỏng ra. b.Tính chất hóa học. - Tác dụng với kim loại: (nhưAl, Mg, . . .) SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si + 89 Kcal - Silic đioxyt rất trơ về mặt hóa học, nó không tác dụng với oxy, clo, brom, kể cả các axit khi đun nóng, Nó chỉ tác dụng với F2 và HF ở điều kiện thường: SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O - Nó tan trong kiềm hay cacbonat kim loại kiềm nóng chảy: SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O SiO2 + 2Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2 - Phản ứng của natri oxide và SiO 2 có thể sản xuất natri orthosilicate, natri silicate và kính: 2Na2O + SiO2 → Na4SiO4 Na2O + SiO2 → Na2SiO3 - Khi đun nóng hỗn hợp SiO2 và Si ở 10000C÷13000C trong chân không người ta thu được hơi SiO. SiO2 + Si → 2SiO Hơi SiO này khi được làm lạnh nhanh sẽ ngưng tụ thành bột mịn màu nâu có cấu tạo polymer (SiO)n - Trong công nghiêp có phản ứng để điều chế Si kĩ thuật với độ tinh khiết 95℅÷ 98℅. SiO2 + 2C → Si + 2CO SiO2 + 2CaC2 → 3Si + 2CaO + 4CO c.Điều chế. Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 30 Thuỷ phân (dựa trên phản ứng: SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl ), bằng phương pháp VAD (vapor axial deposition) và OVD (outside vapor deposition). Oxy hoá (dựa trên phản ứng: SiCl4 + O2 = SiO2 + 2Cl2), dựa trên phương pháp MCVD (modified chemical vapor deposition), PCVD, IMCVD và SPCVD. Sol-Gel (phản ứng và tạo ra các hạt silica lơ lửng rồi đông đặc lại). Với hóa chất ban đầu là các alkoxide silic: Si(OR)4 vi R là CH3,C2H5… Si(OCH3)4 + H2O  Si−OH(OCH3)3H Si−OH(OCH3)3 + H2O  Si−(OH)2(OCH3)2 + CH3OH Si−(OH)2(OCH3)2 + H2O  Si−(OH)3(OCH3) + CH3OH Si−(OH)3(OCH3) + H2O  Si−(OH)4 + CH3OH Tip đn là giai đon ngng t axit silicxic Si(OH) đ to thành các liên kt: Khi các tiu phân ngng t đt ti mt kích thc xác đnh nào đó thì hình thành ht keo. Dung dch sol chy trôi qua mt cái khuôn, ti đây to thành si đan chéo nhau kéo theo s hình thành gel. Lúc đã to thành gel thì có th kéo thành si. Ru metylic và nc ti các l gel trong quá trình già hoá ch thi ra đc mt phn, phn còn li đc đui ra ht khi sy khô gel. Cui cùng silic oxit đc nung lên ti 13000K đ làm tăng mt đ thu tinh. Si(OH)4  SiO2 + 2H2O d.ng dng. Silic oxyt được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Có rất nhiều xúc tác hóa học ngày nay sử dụng silic oxyt trong thành phần của nó, làm phụ gia, làm chất mang ,chất nền… Silic oxyt có độ tinh khiết cao tương đối hiếm, vì vậy thường phải sản xuất bằng cách tổng hợp. Silic oxyt cỡ hạt nanô có độ tinh khiết cao sử dụng cho quá trình sản xuất các loại thủy tinh chuyên dụng. Do hàm lượng các nguyên tố tạp chất dạng vết (nhôm, canxi, crôm, sắt, kali và magiê) thấp nên sản phẩm này phù hợp cho sản xuất thủy tinh chuyên dụng để sử dụng trong các ngành công nghiệp như quang học, bán dẫn và công nghệ thông tin. Silic oxyt có những đặc tính đặc biệt như chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột và ăn mòn hóa chất, độ giãn nở nhiệt thấp, do đó nó còn được sử dụng trong những ứng dụng làm dụng cụ thí nghiệm hóa học, bình phản ứng, Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 31 nồi nấu kim loại trong công nghiệp bán dẫn, thấu kính thiên văn, thiết bị máy tính hoặc các lớp tráng và sợi thủy tinh. Silic đioxyt có ở trong hầu hết các khoáng chất: Lượng SiO2 trong các nguồn nước bề mặt và các giếng nước là từ 1 ÷ 100 mg/l. SiO2 được coi là chất keo trong tự nhiên do cách nó phản ứng với các chất hút bám. Chất keo là một chất gelatin được tạo bởi các mảnh nhỏ cố định bám vào các chất lỏng. SiO2 được sử dụng nhiều trong các hệ thống làm lạnh và hệ thống cung cấp nước nóng. SiO2 bay hơi khi được đun nóng ở nhiệt độ cao và tích tụ ở trên cánh quạt tua-bin trong các hệ thống đó. Các chất tích tụ phải được loại bỏ thường xuyên nếu không tua-bin sẽ bị hỏng. Người ta sử dụng silicđioxyt để nấu thủy tinh thạch anh được dùng trong những thiết bị quang học phức tạp, dùng làm các dụng cụ phòng thí nghiệm, những dụng cụ chiếu sáng. Dạng tinh thể lớn của silic đioxyt trong tự nhiên là gọi là pha lê tự nhiên. Ngày nay những tinh thể này cần cho nhiều ngành kĩ thuật được nuôi cấy trong các phân xưởng nhà máy.[4] V.3.2.Giới thiệu về thủy tinh lỏng (TEOS). Công thức cấu tạo: Theo IUPAC : TEOS là Tetra-ethyl-ortho-silicate, hoặc equivalently Tetra-ethoxy-silane Các thông số vật lý của TEOS: Công thức phân tử: SiC8H20O4 Khối lượng mol : 208,33 g/mol Khối lượng riêng: 0,94 g/cm3 Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 32 Nhiệt độ nóng chảy: -770C Nhiệt độ sôi : 166 ÷ 1690C TEOS là một chất lỏng ở nhiệt độ phòng. Nó là hợp chất hóa học ứng với công thức Si(OC2H5)4 .TEOS bao gồm 4 nhóm ethyl kèm theo ion SiO44- .Nó có cấu trúc tứ diện, và được coi như là ethyl este của acid orthosilicic, Si(OH)4 . Với các nhóm ROH khác nhau cho ta các dạng alkoside khác nhau: SiCl4 + 4ROH → Si(OR)4 + 4HCl R là các gốc alkyl như metyl, etyl, propyl,… TEOS chủ yếu được sử dụng để tổng hợp polymer có chứa Silic, làm tấm lót phủ lên các đồ vật… TEOS dễ dàng chuyển hóa thành silicdioxyt. Phản ứng xảy ra dễ dàng với sự có mặt của nước: Si(OC2H5)4 + 2H2O → SiO2 + 4C2H5OH.[28] V.4.GIỚI THIỆU VỀ CITRIC AXIT. V.4.1.Tính chất vật lý của axit citric. Axit citric là axit không màu, không mùi. Tinh thể axit monohydrat được kết tinh từ dung dịch bão hoà có nhiệt độ dưới 36,60C và dạng anhydryt thu được ở nhiệt độ cao hơn. Monohydrat axit citric có một số tính chất sau: Khối lượng phân tử: 210,13 g/mol, Khối lượng riêng: 1,542 g/cm3. Nhiệt cháy Mono hydrat axit citric tại 300C: 1973 kj/mol. Axit citric rắn chảy mềm ở 700C và nóng chảy ở 1000C. Anhydryt citric nóng chảy ở 1530C, nhiệt cháy của nó tại 300C là 1990 kj/mol. Hằng số axit của axit citric tại 180C là : K1 = 8,2.10 -4 K 2 = 1,8.10 -5 K 3 = 4,6.10 -6 Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 33 Một số tính chất vật lý của dung dịch axit citric được thể hiện trong bảng 3 và đồ thị số 1 và 2. Dung môi Độ tan g/100g dung môi Khối lượng riêng g/cm3 Mono axit citric Amyl acetate 5,980 0,8917 Amyl alcol 15,430 0,8774 Etyl acetate 5,276 0,9175 Ete 2,174 0,7228 Anhydryt citric Amyl acetate 4,22 0,8861 Ete 1,05 0,7160 Bảng3: Độ tan của axit citric, anhydryt axit citric trong các dung môi hữu cơ và khối lượng riêng của dung dịch tại 250C. Nhiệt độ N ồn g độ % 67.2 0 10 50403020 36,6 55 60 65 10090807060 75 70 80 85 Độ tan của axit citric theo nhiệt độ pH 2,5 3,0 706040 50 1,5 1.0 0,5 3010 200 Nång ®é % 2,0 Quan hệ giữa pH của dung dịch axit citric theo nồng độ Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 34 V.4.2.Tính chất hoá học của axit citric. a.Chuyến hoá của axit citric dưới tác động của nhiệt độ. Axit citric tách nước ở 1750C tạo thành aconitric axit. Với quá trình chuyển hoá sâu, aconitric axit tách CO2 tạo thành itacomic andehyt. Itacomic andehyt sắp xếp lại tạo thành citraconic anhydrit. b.Phản ứng oxi hoá . Axit citric bị oxi hoá bởi KMnO4 tạo thành các sản phẩm khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng. Khi oxi hoá tại 350C, sản phẩm thu được là 1,3- aceton dicacboxylic. Khi oxi hoá tại 850C, sản phẩm thu được là axit oxalic. Axit citric tác dụng với KOH nóng chảy thu được hỗn hợp sản phẩm là axit acetic và axit oxalic. c.Phản ứng tạo phức. O OO H H2C H O OO H3C H + H2O 175 0C C COOH CH2COOH HOOCCH2 OH C C H HOOC COOH CH2COOH + CO2 + H2O 175 0C O OO H H2C H C C H HOOC COOH CH2COOH C COOH CH2COOH HOOCCH2 OH KOH CH3COOH + HOOC – COOH C COOH CH2COOH HOOCCH2 OH COOH CH2 C O CH2 COOH + HOOC–COOH Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 35 Axit citric có thể phản ứng tạo phức với rất nhiều cation kim loại như với Cu2+, Fe3+, Zn2+, Ag+…ngoài ra axit citric còn có khả năng tạo phức với hỗn hợp cation kim loại như hệ cation Na+-Zn2+, hệ NH4+-Cu2+… Fe2+ + 6NH4+ + 2C6H8O7 Fe[(NH4)3 C6H8O7]2 d.Phản ứng este hoá. Axit citric có khả năng tham gia phản ứng este hoá với rượu tạo thành este đơn chức hoặc este đa chức tuỳ thuộc vào điều kiện tiến hành este hóa. Đối với các alcol đa chức như glyxerin, etylenglycol, sorbitol… tạo thành dạng polyeste . Ngoài ra, axit citric tác dụng với amoniac, amin… tạo thành các cacboxylic đơn giản. Axit citric tác dụng với fomandehyt cho hỗn hợp sản phẩm anhydro metylen citric, dioxan và axit acetic. V.4.3.Ứng dụng của citri axit Axit citric và muối natri của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm-giải khát. Chúng có mặt trong các loại đồ uống có ga, nước hoa quả, các loại mứt trái cây…Ngoài ra, chúng còn là chế phẩm quan trọng trong dầu thực vật ngăn ngừa hiện tượng biến màu của sản phẩm, tăng hương vị sản phẩm. Axit citric còn được sử dụng trong quá trình bảo quản rau quả đông lạnh tránh hiện tượng mất mát vitamin. Axit citric còn được sử dụng làm chất tẩy rửa, làm sạch các thiết bị đun nóng nước, thiết bị gia nhiệt. Các loại este của axit citric là chất bao gói thực phẩm, bánh kẹo chất lượng cao có thể ăn được.[15] VI.CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP XÚC TÁC. VI.1.Phương pháp phản ứng ở trạng thái rắn. C COOH CH2COOH H2C OH HOOC + C2H5O H2SO4 đ C COOC2H5 CH2COOH H2C OH HOOC C COOC2H5 CH2COOH H2C OH H5C2OOC C COOC2H5 CH2COOC2H5 H2C OH H5C2OOC Đồ án tốt nghiệp Sv: Lê Quang Linh – Lớp Hóa dầu K49-QN 36 Phương pháp phản ứng ở trạng thái rắn là phương pháp cổ điển nhất được sử dụng để điều chế hệ xúc tác là hỗn hợp các oxyt. Phương pháp này thực hiện bằng cách nung hỗn hợp bột rắn ở nhiệt độ cao có khi lên đến trên 10000C. Ở trạng thái rắn các hạt phản ứng với nhau thông qua bề mặt phân chia pha. Khi nung hn hp các cht rn thì có th xy ra rt nhiu kiu tng tác: To thành hp cht mi, to thành dung dch rn thay th, dung dch rn xâm nhp... Đi vi đa s các nhà vt liu hc thì ngun thông tin ch yu v kh năng phn ng gia các pha rn phn ln phi da vào thc nghim. Điu này cng d hiu vì rt nhiu trng hp tin hành thc nghim đòi hi thi gian ít hn so vi vic tìm kim và phân tích các thông tin trong tài liu tham kho. Lng thông tin v phn ng gia các pha rn thì ngày càng nhiu, vic h thng hoá chúng khá phc tp.Trétjakov J. D. t năm 1978 đã tin hành thng kê s lng công trình phn ng gia các pha rn kiu: R1+ R2 = R3 gia 50 oxit kim loi s, p, d, f quan trng nht cho thy mt s rt ln hp cht mi. VI.1.1 Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn. Phản ứng giữa các chất khí, giữa các chất tan trong dung dịch do các chất phản ứng rất linh động và khuếch tán ở mức độ phân tử, ion ở trong toàn thể tích của hệ phản ứng nên xảy ra với tốc độ rất nhanh để hệ đạt tới trạng thái cân bằng. Phản ứng giữa các pha rắn hoàn toàn khác, đó là chất tham gia phản ứng đều nằm định vị tại các nút