I. Phản ứng dehydro hóa đóng vòng n heptane
Phản ứng dehydro hóa đóng vòng n-heptane là quá trình chuyển hóa n-heptane thành các hợp chất thơm như toluene thông qua việc loại bỏ hydro và tạo vòng. Quá trình này được thực hiện trên xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với thiếc (Sn) và chì (Pb). Nghiên cứu hóa dầu này tập trung vào việc tối ưu hóa hoạt tính xúc tác và độ chọn lọc sản phẩm. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm nhiệt độ, áp suất, và thành phần xúc tác. Kết quả cho thấy, xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với Sn và Pb có khả năng tăng hiệu suất tạo toluene lên đến 68% và 67% tương ứng.
1.1. Cơ chế phản ứng
Cơ chế của phản ứng dehydro hóa đóng vòng n-heptane bao gồm các bước: hấp phụ n-heptane trên bề mặt xúc tác, loại bỏ hydro, và tạo vòng để hình thành toluene. Xúc tác Pt đóng vai trò quan trọng trong việc kích hoạt phản ứng, trong khi Sn và Pb giúp tăng độ chọn lọc và ổn định xúc tác. Nghiên cứu chỉ ra rằng, ở nhiệt độ cao (>450°C), Sn và Pb có tác dụng kích hoạt xúc tác, trong khi ở nhiệt độ thấp (<450°C), chúng có thể gây đầu độc xúc tác.
1.2. Yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng dehydro hóa bao gồm nhiệt độ, áp suất, và thành phần xúc tác. Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng là 550°C, nơi hiệu suất tạo toluene đạt cao nhất. Xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với Sn và Pb cho thấy sự cải thiện đáng kể về hoạt tính và độ chọn lọc so với xúc tác không biến tính. Ngoài ra, hàm lượng Pt và tỷ lệ Sn/Pt, Pb/Pt cũng ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng.
II. Xúc tác Pt γ Al2O3 biến tính với Sn và Pb
Xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với Sn và Pb là trọng tâm của nghiên cứu này. Kỹ thuật hóa dầu được áp dụng để điều chế và đánh giá hiệu quả của xúc tác. Kết quả cho thấy, xúc tác biến tính với 0.15% Sn và Pb có hoạt tính cao nhất, với hiệu suất tạo toluene lần lượt là 68% và 67%. Quá trình hóa học này cũng cho thấy sự cải thiện về độ bền xúc tác, đặc biệt là xúc tác biến tính với Sn có độ bền lên đến 5.5 giờ.
2.1. Điều chế xúc tác
Xúc tác Pt/γ-Al2O3 được điều chế bằng phương pháp tẩm, trong đó Pt được phân bố đều trên chất mang γ-Al2O3. Chất xúc tác sau đó được biến tính với Sn và Pb để tăng hoạt tính và độ chọn lọc. Quá trình điều chế bao gồm các bước: chuẩn bị chất mang, tẩm kim loại Pt, và biến tính với Sn và Pb. Kết quả XRD và TEM cho thấy sự phân bố đồng đều của Pt và các kim loại biến tính trên bề mặt xúc tác.
2.2. Đánh giá hoạt tính xúc tác
Hoạt tính của xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với Sn và Pb được đánh giá thông qua hiệu suất tạo toluene và độ chọn lọc sản phẩm. Kết quả cho thấy, xúc tác biến tính với 0.15% Sn có hiệu suất tạo toluene cao nhất (68%) và độ bền xúc tác lên đến 5.5 giờ. Hóa học hữu cơ và công nghệ hóa học được áp dụng để phân tích và tối ưu hóa quá trình phản ứng.
III. Ứng dụng thực tiễn và kết luận
Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong kỹ thuật hóa dầu, đặc biệt là trong việc sản xuất các hợp chất thơm từ n-heptane. Luận văn thạc sĩ đã chứng minh rằng, xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với Sn và Pb có thể cải thiện hiệu suất và độ chọn lọc của phản ứng dehydro hóa đóng vòng. Kết quả nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển mới trong việc tối ưu hóa xúc tác cho các quá trình hóa học tương tự.
3.1. Giá trị thực tiễn
Nghiên cứu này có ứng dụng quan trọng trong công nghệ hóa học, đặc biệt là trong ngành công nghiệp dầu khí. Xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với Sn và Pb có thể được sử dụng để sản xuất toluene từ n-heptane, một nguyên liệu phổ biến trong công nghiệp. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần vào việc phát triển các quy trình sản xuất bền vững và hiệu quả hơn.
3.2. Kết luận
Luận văn thạc sĩ này đã chứng minh rằng, xúc tác Pt/γ-Al2O3 biến tính với Sn và Pb có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ chọn lọc của phản ứng dehydro hóa đóng vòng n-heptane. Nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển mới trong việc tối ưu hóa xúc tác cho các quá trình hóa học tương tự, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp hóa dầu.
