4 minute read
1.4.1. Phương pháp tẩm
from NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC HPA TRÊN CHẤT MANG Al-SBA-15 CHO PHẢN ỨNG TỔNG HỢP DIACETAL TỪ KETON
19 DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL 1.4.1. Phương pháp tẩm Năm 2004, Qi-Ying Liu và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp xúc tác HPA/SBA-15 bằng phương pháp tẩm ứng dụng trong phản ứng ankyl hóa giữa napthalen (môi trường không phân cực) và isopropanol (môi trường phân cực) [14]. Phương pháp tẩm được thực hiện bằng cách khuấy qua đêm hỗn hợp dung dịch axit HPA và vật liệu rắn SBA-15 ở nhiệt độ phòng. Sau đó, sấy khô trong không khí ở 393K trong 12 giờ. Năm mẫu HPA/SBA-15 được chuẩn bị với hàm lượng HPA từ 20-80% và được tiến hành đo phổ TPD-NH3 để so sánh tính axit của các xúc tác (xem hình 1.12). HPA nguyên chất có các píc giải hấp ở 450K và 535K, mặt khác số lượng tâm axit và độ mạnh axit tăng lên theo độ tăng của hàm lượng HPA từ 20-60%. HPA được cho là đã liên kết với OH của nhóm silanol trên bề mặt vật liệu để tạo thành các nhóm SiOH2 +. Sự tương tác này làm giảm số lượng và độ mạnh của các tâm axit của các phân tử HPA khi gắn lên chất mang. Trên phổ TPD-NH3 mẫu 80%HPA/SBA-15 cho píc hấp thụ ở 450K, giống với HPA nguyên chất. Kết hợp với phổ XRD (xem hình 1.13) cho thấy có sự xuất hiện của tinh thể HPA tự do trong mẫu này, có nghĩa là HPA không được phân tán cao trong SBA-15 với hàm lượng 80%. Hình 1.12. Phổ TPD-NH3 của các xúc tác HPA/SBA-15 với hàm lượng HPA khác nhau. (a) 20%HPA/SBA-15; (b) 40%HPA/SBA-15; (c) 50%HPA/SBA-15; (d) 60%HPA/SBA-15, (e) 80%HPA/SBA-15; (f) HPA [14]
20 DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL Hình 1.13. Phổ XRD của các xúc tác HPA/SBA-15 với hàm lượng HPA khác nhau [14] Bài báo tiến hành chạy phản ứng để khảo sát độ chuyển hóa của naphtalen trong phản ứng ankyl hóa với isopropanol, kết quả cho thấy vật liệu SBA-15 không có hoạt tính xúc tác còn HPA nguyên chất cho độ chuyển hóa napthalen rất thấp chỉ khoảng 10,6%, ngược lại, tất cả các mẫu xúc tác HPA/SBA-15 lại cho lại cho độ chuyển hóa napthalen cao hơn rất nhiều. Độ chuyển hóa cao nhất đạt được là 84,3% của mẫu 50%HPA/SBA-15. Khi tăng lượng HPA đưa vào chất mang SBA-15 từ 20% lên 50% thì độ chuyển hóa của phản ứng cũng tăng lên. Ying Liu và cộng sự giải thích như sau, hoạt tính xúc tác tỉ lệ với số tâm axit bề mặt có thể tiếp cận với chất phản ứng nên khi tăng lượng HPA đưa vào chất mang, số lượng tâm axit phân tán trên bề mặt chất mang cũng tăng lên. Trong phản ứng akyl hóa giữa naphtalen với isopropanol, isopropanol là chất phân cực nên đã hòa tan các phân tử HPA tạo thành dạng xúc tác đồng thể khiến cho các tâm axit của HPA co cụm, phân tán không đều. Đó là lí do tại sao HPA nguyên chất cho độ chuyển hóa rất thấp chỉ 10,6%. Trong khi đó, các xúc tác HPA/SBA-15 lại cho độ chuyển hóa cao hơn rất nhiều từ 57% đến 83% là vì một lượng lớn HPA đã được phân tán trên bề mặt chất mang SBA-15, khi hòa tan với isopropanol sẽ tạo thành các tâm axit tại các vị trí xác định mà không bị co cụm trong mạng tinh thể giống như HPA nguyên chất. Khi tăng lượng
Advertisement
21 DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL HPA từ 20 đến 50%, số lượng tâm axit tăng lên khiến độ chuyển hóa của naphtalen cũng tăng lên và đạt cực đại là 84,3% ở xúc tác 50%HPA/SBA-15. Xúc tác 80%HPA/SBA-15 cho độ chuyển hóa thấp hơn là do mẫu xúc tác này có chứa một lượng HPA nguyên chất chưa được phân tán trên chất mang SBA-15 đã được chứng minh trên phổ TPD-NH3 và phổ XRD. Lúc này, isopropan bị giữ lại trong mạng tinh thể của HPA nguyên chất làm giảm hiệu suất phản ứng với naphtalen. Có thể kết luận, độ chuyển hóa cao của phản ứng phụ thuộc đồng thời vào hai yếu tố là số lượng tâm axit và sự phân tán cao của HPA trên chất mang. Bài báo còn so sánh độ chuyển hóa của naphtalen khi đưa HPA lên các loại chất mang khác nhau, kết quả cho thấy mẫu 50%HPA/SBA-15 cho độ chuyển hóa tốt hơn so với xúc tác 50%HPA/MCM-41(65%) và 50%HPA/SiO2 (46%). Về khả năng tái sử dụng của xúc tác 50%HPA/SBA-15, độ chuyển hóa của naphtalen giảm xuống còn 60% và 20% sau lần thứ hai và thứ ba chạy phản ứng, chứng tỏ độ bền xúc tác là rất thấp. Điều này được giải thích là do HPA liên kết yếu với nhóm silanol trên bề mặt chất mang, nó dễ dàng bị hòa tan thành xúc tác đồng thể trong môi trường phân cực là isopropanol và nước sinh ra trong quá trình phản ứng. Từ đó, đặt ra vấn đề nghiên cứu là làm thế nào phân tán tốt và cố định các HPA lên các chất mang. Hình 1.14. Độ chuyển hóa của xúc tác 50%HPA/SBA-15 ở lần chạy phản ứng lặp lại lần 1,2,3,4 [14]
