THIẾT BỊ KIỂU TIẾP XÚC CHO PHẢN ỨNG DỊ THỂ
1. Khái niệm về sự xúc tác và chất xúc tác
Sự xúc tác là sự thay đổi tốc độ phản ứng dưới tác dụng của những hợp chất hóa
học mà sau phản ứng chúng không thay đổi về mặt hóa học. Chúng chỉ tham gia vào các
phản ứng trung gian. Những chất như vậy được gọi là chất xúc tác. Nếu chất xúc tác làm
tăng tốc độ phản ứng thì nó là chất xúc tác dương, nếu nó làm giảm tốc độ phản ứng thì
nó là chất xúc tác âm hay còn được gọi là chất ức chế. Chất xúc tác được dùng với một
lượng rất nhỏ,nhỏ hơn nhiều so với chất phản ứng và sản phẩm.
Tùy thuộc vào trạng thái pha của chất phản ứng và của chất xúc tác mà người ta
chia các quá trình xúc tác thành quá trình xúc tác đồng thể và quá xúc tác trình đị thể. Quá
trình xúc tác đồng thể chứa chất xúc tác trong cùng pha với chất phần ứng [chất xúc tác
dạng khí trong pha khí, chất xúc tác hòa tan trong pha lỏng]. Trong quá trình xúc tác dị
thể, chất xúc tác tổn tại trong pha khác với chất phản ứng và sản phẩm. Một đạng trung
gian giữa xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể là xúc tác vi đị thể hay là chất xúc tác dạng
keo. Thuộc nhóm này là các chất xúc tác sinh hóa [men].
Một chất xúc tác tham gia vào các phản ứng trung gian có thể làm thay đổi số
lượng và bản chất của các giai đoạn riêng lẻ của phản ứng. Chất xúc tác làm giảm năng
lượng hoạt hóa của phản ứng. Tác dụng tăng tốc độ của chất xúc tác không giống như tác
dụng của nhiệt độ, áp suất và nồng độ tác chất. Chất xúc tác không làm dịch chuyển cân
bằng của hệ vì nó làm tăng tốc độ của cả phản ứng thuận lẫn phản ứng nghịch. Nhưng do
cả hai phản ứng đều xẩy ra nhanh nên thời gian đạt đến cân bằng ngắn hơn. Tác dụng của
chất xúc tác thay đổi theo thời gian và sau một thời gian hoạt động nhất định, hoạt tính
của nó mắt đi hoàn toàn. Hoạt tính của chất xúc tác là đại lượng đặc trưng cho tác dụng
tăng tốc độ của một phản ứng cho trước. Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, hoạt tính của
chất xúc tác được biểu thị bằng năng lượng hoạt hóa, bằng chênh lệch giữa tốc độ phản
ứng có xúc tác và phẩn ứng không xúc tác. Thông thường, hoạt tính của chất xúc tác được
biểu thị bằng tỉ lệ giữa hằng số tốc độ của phản ứng có xúc tác và hằng số tốc độ của phản
ứng không có xúc tác ở cùng một điều kiện công nghệ [áp suất, nhiệt độ, nổng độ chất
phản ứng...].
A \= = = exp[]
Hoạt tính của chất xúc tác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần, diện tích bề
mặt của chất xúc tác, bản chất bề mặt và chế độ công nghệ. Hoạt tính của chất xúc tác
cảng cao thì nhiệt độ tiến hành phản ứng càng thấp. Nhiệt độ tối thiểu để phản ứng bắt
đầu xẩy ra với tốc độ chấp nhận được được gọi là nhiệt độ châm mồi. Về phương diện
thực tế thì quá trình sẽ thuận lợi nếu nhiệt độ châm mồi thấp. Nhiệt độ châm mổi phụ
thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác và thành phần của hỗn hợp phản ứng.
1
Các loại dung môi có nguồn gốc từ thực vật có thành phần chính là các metyl este của dầu thực vật và etyl lactat có khả năng hòa tan tốt, đồng thời, khắc phục được hầu hết các nhược điểm của dung môi hóa thạch, ví dụ như ít bay hơi, không bắt cháy, không ảnh hưởng đến sức khỏe, không gây ung thư, có khả năng phân hủy sinh học, có thể sử dụng trong ngành thực phẩm và đặc biệt, không tham gia vào quá trình tạo ra ozon quang hóa gây ảnh hưởng đến môi trường. Tuy nhiên, vấn đề chính của loại dung môi này là giá thành cao do cần phải chuyển dịch cân bằng theo hướng tạo ra este để có thể thu được hiệu suất phản ứng cao. Xúc tác axit dị thể Amberlyst được sử dụng phổ biến cho các phản ứng này. Tuy nhiên giá thành của loại xúc tác này còn cao và độ bền thấp.
Trong nhiệm vụ này, chúng tôi phát triển các vật liệu xúc tác axit dị thể mới, thay thế cho xúc tác Amberlyst và ứng dụng cho quá trình este hóa axit lactic thành dung môi sinh học. Điều đặc biệt là quá trình này sử dụng loại xúc tác dị thể được điều chế từ các nguồn nguyên liệu phế phụ phẩm nông, lâm nghiệp sẵn có tại Pháp cũng như tại Việt Nam như mùn cưa, gỗ vụn, trấu, rơm, rạ, bã mía,… Xúc tác thu được mang tính axit, có tính chọn lọc cao, đồng thời bền trong môi trường phản ứng, có khả năng tái sử dụng, có khả năng ứng dụng trong hệ thiết bị làm việc theo nguyên lý dòng liên tục. Điều này mở ra hướng mới về chế tạo vật liệu xúc tác từ nguồn nguyên liệu tái tạo, ứng dụng cho quá trình chuyển hóa “xanh” trong vòng tuần hoàn của carbon.
Cơ quan chủ trì Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hóa dầu phối hợp với Chủ nhiệm đề tài PGS. TS. Nguyễn Đăng Quang cùng thực hiện đề tài nhằm Mục tiêu chung của nhiệm vụ là nghiên cứu qui trình tổng hợp các chất xúc tác dị thể có nguồn gốc tự nhiên, có hiệu quả cao và ứng dụng trong phản ứng chuyển hóa axit lactic thành các hợp chất có giá trị.
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
Về nghiên cứu tổng hợp xúc tác carbon sulfo hóa từ phế phụ phẩm nông, lâm nghiệp.
Đã tiến hành nghiên cứu than hóa và sulfo hóa than nhiệt phân trên 7 loại nguyên liệu phổ biến là phế phụ phẩm nông nghiệp. Nguyên liệu mùn cưa là loại nguyên liệu thích hợp nhất để tổng hợp xúc tác carbon sulfo hóa với kết quả tâm axit của xúc tác đi từ nguyên liệu này đạt cao nhất và ổn định nhất.
- Đã thiết lập được qui trình ổn định và tổng hợp thành công xúc tác carbon sulfo hóa từ phế phụ phẩm nông nghiệp với điều kiện nhiệt phân là 400 độ C trong 5h [riêng với bèo là 600 độ C]; điều kiện sulfo hóa than nhiệt phân là 150 độ C trong 15 giờ; xúc tác carbon sulfo hóa thu đƣợc có diện tích bề mặt riêng từ 150 đến 423 m2/g; hoạt tính xúc tác cao với hiệu suất este hóa axit lactic trên 40% sau 7 giờ phản ứng; xúc tác có tính bền hoạt tính sau ít nhất 3 vòng phản ứng; xúc tác có tính bền thủy nhiệt;
- Đã thiết kế và chế tạo hệ thiết bị hoàn chỉnh tổng hợp xúc tác carbon sulfo hóa từ phế phụ phẩm nông lâm nghiệp qui mô 10kg/mẻ. Hệ thiết bị bao gồm 3 cụm thiết bị chính: cụm thiết bị nhiệt phân sinh khối công suất 10kg nguyên liệu/mẻ; cụm thiết bị sulfo hóa than nhiệt phân công suất 10kg/mẻ; cụm thiết bị xử lý chất thải khí và lỏng.
- Đã tiến hành sản xuất thử nghiệm trên hệ thiết bị đã chế tạo và tổng hợp được 48,1 kg than nhiệt phân từ nguyên liệu mùn cƣa; 26,3 kg xúc tác carbon sulfo hóa từ than nhiệt phân dạng viên hình trụ đạt yêu cầu chất lượng, ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng este hóa.
Như vậy, so với đăng ký, nội dung này đạt yêu cầu về số lượng, chất lượng dung môi sinh học từ hỗn hợp este của axit lactic và axit levulinic, ứng dụng làm dung dịch rửa lô trong ngành in và làm dung môi pha sơn.
Xúc tác kim loại là gì?
Chất xúc tác kim loại: Chất xúc tác kim loại là các kim loại hoặc hợp kim hoạt động bằng cách hấp thụ và phát ra các electron. Chúng được sử dụng trong các phản ứng khử và oxy hóa.
Thế nào là chất xúc tác động thế?
Xúc tác đồng thể là xúc tác trong đó chất xúc tác ở cùng pha với chất phản ứng. Một số ví dụ về xúc tác đồng thể như: pha khí,pha lỏng.
Chất xúc tác có đặc điểm gì?
- Đặc điểm chính của chất xúc tác - Chất xúc tác có tính chọn lọc [mỗi chất xúc tác thường chỉ có tác dụng với phản ứng, đôi khi có tác dụng cho nhóm phản ứng xác định]; - Chất xúc tác không gây nên chuyển dịch cân bằng, mà chỉ làm cho phản ứng nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng; - Trong các phản ứng xúc tác đồng ...
Chất xúc tác dương là gì?
- Chất xúc tác [xúc tác dương] là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng còn lại sau khi phản ứng kết thúc. - Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng dẫn đến phản ứng hoá học xảy ra nhanh hơn. Nếu cho một ít bột MnO2 vào dung dịch này thì bọt oxi thoát ra nhanh hơn.