Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hóa học tổng hợp vật liệu zeolite theo phương pháp liên tục và ứng dụng làm vật liệu trao đổi ion

Luận văn về tổng hợp vật liệu Zeolite liên tục và ứng dụng trong trao đổi ion. Nghiên cứu kỹ thuật hóa học, vật liệu mới và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Trần Đình Nhung
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Quang Long
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa – Đhqg - Hcm
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Tổng Hợp Vật Liệu Zeolite Theo Phương Pháp Liên Tục Và Ứng Dụng Làm Vật Liệu Trao Đổi Ion
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Luận Văn Về Vật Liệu Zeolite A 55

Luận văn này tập trung vào tổng hợp zeolite theo phương pháp liên tục, một hướng đi tiềm năng để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Zeolite là vật liệu aluminosilicate có cấu trúc tinh thể độc đáo, với nhiều ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực trao đổi ion. Nghiên cứu này xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp, đánh giá đặc tính của vật liệu thu được và khảo sát khả năng ứng dụng trong xử lý nước. Phương pháp liên tục hứa hẹn rút ngắn thời gian tổng hợp so với phương pháp truyền thống, đồng thời mở ra cơ hội sản xuất zeolite với quy mô lớn hơn và chi phí thấp hơn. Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng quy trình tổng hợp zeolite liên tục hiệu quả, có tính khả thi cao trong thực tế. Công trình này được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG -HCM. Các phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD), chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM), xác định bề mặt riêng (BET) nhằm đánh giá đặc trưng của vật liệu tổng hợp.

1.1. Khái niệm và phân loại vật liệu Zeolite trong luận văn

Zeolite là các tinh thể aluminosilicate của các kim loại kiềm như Na, K, Ca, Mg, có công thức chung là M2/nO.yAl2O3.xSiO2.wH2O. Luận văn này tập trung vào zeolite A, một loại zeolite có cấu trúc và tính chất đặc biệt, ứng dụng rộng rãi trong trao đổi ion. Nghiên cứu xem xét các phương pháp phân loại zeolite, bao gồm phân loại theo nguồn gốc (tự nhiên, tổng hợp), theo đường kính mao quản và theo thành phần hóa học. Sự hiểu biết sâu sắc về các loại zeolite khác nhau là cơ sở quan trọng để lựa chọn vật liệu phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Các cấu trúc của SBU và CBU theo IZA cũng được trình bày trong luận văn.

1.2. Tổng quan ứng dụng trao đổi ion của vật liệu Zeolite

Ứng dụng trao đổi ion là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của zeolite. Khả năng chọn lọc và hấp thụ các ion kim loại trong dung dịch của zeolite đã mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong xử lý nước thải, tách các kim loại quý và thu hồi các chất có giá trị. Luận văn này đi sâu vào cơ chế trao đổi ion của zeolite, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi ion và các ứng dụng thực tế của zeolite trong xử lý nước. Zeolite được xem là giải pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường cho nhiều vấn đề môi trường bức xúc hiện nay.

II. Vấn Đề Thách Thức Tổng Hợp Zeolite Liên Tục 58

Mặc dù zeolite có nhiều ưu điểm vượt trội, quá trình tổng hợp vẫn còn tồn tại một số thách thức. Phương pháp tổng hợp thủy nhiệt truyền thống thường đòi hỏi thời gian phản ứng dài, thiết bị phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng. Điều này làm tăng chi phí sản xuất và hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi của zeolite. Việc tổng hợp zeolite với cấu trúc và tính chất mong muốn cũng là một bài toán khó, đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ các thông số phản ứng. Nghiên cứu này tập trung vào giải quyết những thách thức này bằng cách phát triển phương pháp tổng hợp zeolite liên tục hiệu quả hơn. Khó khăn là giai đoạn kết tinh, tạo tinh thể mất khá nhiều thời gian, ảnh hưởng trực tiếp đến tổng thời gian tổng hợp.

2.1. Hạn chế của phương pháp tổng hợp thủy nhiệt truyền thống

Phương pháp tổng hợp thủy nhiệt tuy phổ biến nhưng có nhiều hạn chế. Thời gian phản ứng kéo dài có thể lên đến vài ngày, làm tăng chi phí năng lượng. Thiết bị autoclave sử dụng trong phương pháp này cũng đòi hỏi chi phí đầu tư lớn. Hơn nữa, việc kiểm soát các thông số phản ứng như nhiệt độ, áp suất và pH trong phương pháp tổng hợp thủy nhiệt là rất khó khăn, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp tổng hợp zeolite mới, hiệu quả hơn là vô cùng cần thiết.

2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh Zeolite

Quá trình kết tinh zeolite chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm tỉ lệ Si/Al, nguồn silic, độ pH, nhiệt độ, thời gian và chất tạo cấu trúc. Tỉ lệ Si/Al quyết định cấu trúc và tính chất của zeolite. Nguồn silic ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh và kích thước tinh thể. Độ pH ảnh hưởng đến sự hòa tan và kết tủa của các chất phản ứng. Nhiệt độ và thời gian ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và độ kết tinh của zeolite. Chất tạo cấu trúc đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng cấu trúc của zeolite. Kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này là chìa khóa để tổng hợp thành công zeolite với cấu trúc và tính chất mong muốn.

2.3. Vai trò của mầm tinh thể trong tổng hợp Zeolite

Mầm tinh thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp zeolite, giúp thúc đẩy quá trình kết tinh và kiểm soát kích thước tinh thể. Việc bổ sung mầm tinh thể vào hỗn hợp phản ứng có thể rút ngắn thời gian tổng hợp và cải thiện độ kết tinh của sản phẩm. Tuy nhiên, loại mầm tinh thể, nồng độ mầm tinh thể và thời điểm bổ sung mầm tinh thể cần được lựa chọn cẩn thận để đạt được hiệu quả tốt nhất.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Zeolite Liên Tục Hiệu Quả 59

Luận văn này tập trung vào phương pháp tổng hợp zeolite liên tục, một giải pháp tiềm năng để khắc phục những hạn chế của phương pháp tổng hợp thủy nhiệt truyền thống. Phương pháp tổng hợp liên tục cho phép sản xuất zeolite với quy mô lớn, chi phí thấp và chất lượng ổn định. Nghiên cứu này trình bày chi tiết quy trình tổng hợp zeolite liên tục, bao gồm thiết kế hệ thống phản ứng, điều kiện vận hành và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tổng hợp. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp tổng hợp liên tục có thể rút ngắn thời gian phản ứng đáng kể so với phương pháp truyền thống, đồng thời tạo ra zeolite với độ kết tinh cao và khả năng trao đổi ion tốt.

3.1. Thiết kế hệ thống phản ứng tổng hợp liên tục Zeolite A

Hệ thống phản ứng tổng hợp liên tục được thiết kế để đảm bảo dòng chảy ổn định của các chất phản ứng, kiểm soát chính xác nhiệt độ và áp suất, và thu hồi sản phẩm liên tục. Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như bơm định lượng, lò phản ứng ống, bộ phận làm lạnh và hệ thống thu hồi sản phẩm. Thiết kế hệ thống phản ứng phải đảm bảo hiệu quả truyền nhiệt tốt, tránh tắc nghẽn và đảm bảo độ an toàn cao. Mô hình thiết bị thử nghiệm cũng được đề cập đến trong luận văn.

3.2. Quy trình tổng hợp Zeolite liên tục và các thông số vận hành

Quy trình tổng hợp zeolite liên tục bao gồm các bước chính như chuẩn bị hỗn hợp phản ứng, gia nhiệt hỗn hợp phản ứng, phản ứng kết tinh, làm lạnh sản phẩm và thu hồi sản phẩm. Các thông số vận hành quan trọng bao gồm nhiệt độ phản ứng, thời gian lưu, tỉ lệ các chất phản ứng và tốc độ dòng chảy. Việc tối ưu hóa các thông số này là chìa khóa để đạt được hiệu quả tổng hợp cao nhất. Luận văn cũng trình bày kết quả khảo sát quá trình tạo viên vật liệu zeolite mới tổng hợp.

IV. Ứng Dụng Trao Đổi Ion Của Vật Liệu Zeolite A 57

Khả năng trao đổi ion là một trong những tính chất quan trọng nhất của zeolite, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng của zeolite trong xử lý nước thải, đặc biệt là khả năng loại bỏ các kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác. Kết quả nghiên cứu cho thấy zeolite có khả năng trao đổi ion cao, giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm trong nước thải, góp phần bảo vệ môi trường. Luận văn cũng đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi ion của zeolite và các phương pháp cải thiện khả năng trao đổi ion.

4.1. Cơ chế trao đổi ion và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

Cơ chế trao đổi ion của zeolite dựa trên sự thay thế các ion trong cấu trúc zeolite bằng các ion khác trong dung dịch. Hiệu quả trao đổi ion phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước ion, điện tích ion, nồng độ ion và pH của dung dịch. Zeolite có cấu trúc mao quản đồng đều và điện tích âm trên bề mặt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi ion.

4.2. Ứng dụng Zeolite trong xử lý kim loại nặng trong nước thải

Zeolite được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải để loại bỏ các kim loại nặng như chì, cadmium, thủy ngân và arsenic. Khả năng trao đổi ion của zeolite giúp hấp thụ các ion kim loại nặng, làm giảm nồng độ của chúng trong nước thải. Zeolite cũng có thể được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm khác như amoni, phosphate và các chất hữu cơ. Quá trình trao đổi ion đối với các mẫu vật liệu đã được thực hiện để đánh giá.

V. Kết Quả Thảo Luận Ảnh Hưởng Yếu Tố Đến Zeolite A 56

Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của nhiều yếu tố đến quá trình tổng hợp zeolite A liên tục, bao gồm thời gian tổng hợp, nhiệt độ phản ứng, thời gian già hóa và sự có mặt của mầm tinh thể. Kết quả cho thấy thời gian tổng hợp ngắn, nhiệt độ phản ứng thích hợp và thời gian già hóa đủ có thể tạo ra zeolite A với độ kết tinh cao và khả năng trao đổi ion tốt. Sự có mặt của mầm tinh thể cũng giúp thúc đẩy quá trình kết tinh và cải thiện chất lượng sản phẩm. Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp zeolite A liên tục.

5.1. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt độ đến khả năng kết tinh

Thời gian và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng kết tinh của zeolite. Thời gian quá ngắn có thể không đủ để các tinh thể zeolite hình thành, trong khi thời gian quá dài có thể dẫn đến sự hình thành các pha không mong muốn. Nhiệt độ quá thấp có thể làm chậm quá trình kết tinh, trong khi nhiệt độ quá cao có thể phá hủy cấu trúc zeolite. Việc lựa chọn thời gian và nhiệt độ phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tổng hợp tốt nhất. Giản đồ XRD của các mẫu tổng hợp, tương ứng với thời gian lưu (A - 2,5 phút; B - 4 phút; C - 5,5 phút; D- mẫu zeolite A đối chứng) đã chứng minh điều này.

5.2. Ảnh hưởng của thời gian già hóa hỗn hợp gel và mầm tinh thể

Thời gian già hóa hỗn hợp gel và sự có mặt của mầm tinh thể cũng ảnh hưởng đáng kể đến quá trình tổng hợp zeolite. Thời gian già hóa cho phép các chất phản ứng tương tác với nhau, tạo thành các phức chất trung gian, thúc đẩy quá trình kết tinh. Mầm tinh thể đóng vai trò là trung tâm kết tinh, giúp kiểm soát kích thước và hình dạng của tinh thể zeolite và đẩy nhanh quá trình hình thành. Cần tối ưu hóa hai yếu tố này để thu được zeolite có chất lượng cao nhất.

VI. Kết Luận Triển Vọng Nghiên Cứu Về Zeolite A 55

Luận văn đã thành công trong việc phát triển phương pháp tổng hợp zeolite A liên tục hiệu quả, có khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Nghiên cứu đã xác định được các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp, tạo ra zeolite A với độ kết tinh cao và khả năng trao đổi ion tốt. Kết quả nghiên cứu này mở ra triển vọng mới cho việc sản xuất zeolite với quy mô lớn, chi phí thấp và chất lượng ổn định, góp phần giải quyết các vấn đề môi trường và phát triển các ứng dụng mới của zeolite. Cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về quá trình tạo viên vật liệu và khả năng trao đổi ion của vật liệu dạng viên để hoàn thiện quy trình sản xuất.

6.1. Đánh giá khả năng mở rộng quy mô sản xuất Zeolite liên tục

Phương pháp tổng hợp zeolite liên tục có tiềm năng lớn trong việc mở rộng quy mô sản xuất zeolite. Với hệ thống phản ứng được thiết kế tối ưu, có thể sản xuất zeolite với số lượng lớn, đáp ứng nhu cầu của thị trường. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu về tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm để phương pháp này có thể cạnh tranh với các phương pháp tổng hợp khác.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo về vật liệu zeolite và ứng dụng

Các hướng nghiên cứu tiếp theo về zeolite có thể tập trung vào việc phát triển các loại zeolite mới với cấu trúc và tính chất đặc biệt, ứng dụng zeolite trong các lĩnh vực mới như xúc tác, cảm biến và năng lượng, và nghiên cứu các phương pháp cải thiện khả năng trao đổi ion của zeolite. Luận văn cũng đề xuất nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonite và nhiệt độ nung đến khả năng trao đổi ion của zeolite.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Kể từ khi được phát hiện và nghiên cứu, zeolite trở thành đối tượng của rất nhiều nhóm nghiên cứu. Các công việc liên quan đến vật liệu zeolite, bao gồm các nghiên cứu về các đặc trưng, các tính chất lý hóa, phương pháp tổng hợp, lĩnh vực ứng dụng… của nhiều loại zeolite khác nhau đã được triển khai [1, 2], cùng với đó là rất nhiều sản phẩm được công bố trên các tạp chí uy tín của thế giới, song song với đó là nhiều loại vật liệu zeolite được tổng hợp và ứng dụng trong thực tế ở quy mô công nghiệp, quy mô phòng thí nghiệm. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong nghiên cứu cũng như ngày càng có nhiều hướng tiếp cận trong quá trình nghiên cứu đối với vật liệu này đã mang đến kết quả là số lượng các loại zeolite hoặc là được phát hiện trong tự nhiên, hoặc là được tổng hợp trong phòng thí nghiệm ngày càng nhiều, hoặc là sản xuất trong công nghiệp với quy mô lớn, bằng cách sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Ví dụ, phương pháp tổng hợp zeolite truyền thống và được sử dụng phổ biến hiện nay là phương pháp thủy nhiệt.

Đặc điểm của phương pháp này là thiết bị hoạt động theo phương thức gián đoạn, thời gian tổng hợp tương đối lâu tùy thuộc vào loại zeolite mong muốn tổng hợp. Trong điều kiện đó, ý tưởng về nghiên cứu và phát triển những phương pháp tổng hợp mới cho phép rút ngắn đáng kể thời gian tổng hợp zeolite đang được một số nhóm nghiên cứu trên thế giới tập trung phát triển và đã đạt được một số thành công bước đầu, tạo tiền đề cho những nghiên cứu sâu rộng hơn. Điểm đáng lưu ý của những nghiên cứu này là nhóm tác giả đưa ra khuyến cáo là chỉ mới thực hiện thành công trên một vài loại zeolite nhất định. Như vậy, việc mở rộng nghiên cứu nhằm tổng hợp thành công thêm nhiều loại zeolite khác nhau bằng phương pháp mới này cũng là hướng đi cần được quan tâm.

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Tổng hợp vật liệu zeolite theo phương pháp liên tục và ứng dụng làm vật liệu trao đổi ion” được đề xuất nghiên cứu nhằm mục đích thử nghiệm giải pháp rút ngắn thời gian tổng hợp zeolite, hướng tới áp dụng thành công vào sản xuất công nghiệp, ứng dụng trong công nghệ xử lý môi trường nước. Trang 1 Luận văn thạc sĩ 1. Mục tiêu đề tài Trên cơ sở phân tích, tổng hợp kết quả các nghiên cứu đã và đang thực hiện có liên quan đến đề tài, trên cơ sở phát triển phương pháp và thiết bị tổng hợp, hướng đến mục tiêu xây dựng được quy trình tổng hợp vật liệu zeolite hoàn chỉnh, tạo tiền đề để nghiên cứu khả năng mở rộng sản xuất và áp dụng trong thực tế. Đề tài hướng đến những mục tiêu cụ thể như sau: - Nghiên cứu tổng hợp zeolite A trên mô hình thiết bị hoạt động liên tục, với mục tiêu rút ngắn thời gian tổng hợp vật liệu zeolite A.

- Khảo sát chọn lựa điều kiện vận hành liên quan đến quá trình tổng hợp zeolite A, bao gồm một số yếu tố chính như nhiệt độ phản ứng, thời gian lưu, tỷ lệ các hợp phần sử dụng…dựa trên cơ sở đánh giá các đặc trưng của vật liệu mới tổng hợp - Nghiên cứu điều kiện tạo viên vật liệu zeolite A mới tổng hợp, tạo điều kiện áp dụng vào trong thực tiễn và thực nghiệm đánh giá khả năng trao đổi ion của vật liệu dạng viên mới được tổng hợp, thông qua xác định dung lượng trao đổi của vật liệu. Tính cấp thiết của đề tài Hoạt động sản xuất công nghiệp với nhiều yêu cầu khắc khe, đòi hỏi phải nghiên cứu nhiều giải pháp khác nhau nhằm tối ưu quá trình sản xuất, trong tất cả các giai đoạn sản xuất. Đối với quá trình tổng hợp zeolite nói riêng, giai đoạn kết tinh, tạo tinh thể mất khá nhiều thời gian, ảnh hưởng trực tiếp đến tổng thời gian tổng hợp. Do đó, việc tìm kiếm giải pháp liên quan đến thiết bị và điều kiện phản ứng để rút ngắn thời gian của giai đoạn này thực sự là yêu cầu cần phải thực hiện được.

Vật liệu zeolite với những đặc trưng và ứng dụng đã được biết đến rộng rãi, bằng các biện pháp cải thiện phương pháp tổng hợp có thể đẩy mạnh việc ứng dụng vật liệu này trong nhiều lĩnh vực: xử lý nước thải công nghiệp, nước sinh hoạt…đã đặt ra những yêu cầu cấp thiết cần phải thực hiện mà đề tài này hướng đến. Quá trình tổng hợp zeolite A với các đặc điểm như rút ngắn thời gian tổng hợp so với phương pháp thủy nhiệt, thiết bị hoạt động theo phương thức liên tục là những điểm mới mà đề tài này hướng đến. Trang 2 Luận văn thạc sĩ Chương 2 TỔNG QUAN 2. Tổng quan về vật liệu zeolite 2.

Khái niệm zeolite Zeolite là các tinh thể aluminosilicate của các kim loại kiềm như Na, K, Ca, Mg. Công thức chung của zeolite được nêu như sau[4]: M2/nO.wH2O Trong đó: - y = 2-100 - n: hóa trị của cation M. M có thể là các cation Na+, Ca2+, K+, H+… Những nghiên cứu về zeolite dựa trên các mối quan hệ về cấu trúc, đặc trưng và phương pháp tổng hợp. Zeolite có cấu trúc tinh thể, tùy từng loại zeolite mà có sự khác nhau về cấu trúc.

Sự khác nhau trong mạng tinh thể của các loại zeolite là do điều kiện tổng hợp, thành phần nguyên liệu, sự trao đổi các cation kim loại tại các nút mạng tạo nên. Đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolite (Basis building unit - BBU) chính là tứ diện TO4, trong đó T là nguyên tử Si, Al, P. Trường hợp tại vị trí cation T là ion Si4+ tạo nên tứ diện SiO4 trung hòa về điện, còn tại vị trí Si4+ được thay thế bằng Al3+ tạo ra tứ diện AlO4, tứ diện này mang một điện tích âm và các điện tích này được bù trừ bởi các ion trao đổi như K+, Na+, Mg2+, Ca2+, NH4+, H+, … Các tứ diện liên kết với nhau thông qua các cầu nối tạo nên các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU (Secondary building Unit - SBU) là những vòng đơn 3, 4, 6, 8, 10 và 12 tứ diện hoặc vòng kép 4×2, 6×2… Theo dữ liệu từ hiệp hội zeolite quốc tế (The Structure Commistion of the international Zeolite Association: IZA-SC), từ các đơn vị cấu trúc cơ bản của zeolite, sẽ tạo thành tổng cộng 23 đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU với tần số xuất hiện trong các loại zeolite, được trình bày ở hình dưới. Trang 3 Luận văn thạc sĩ Hình 2.1: Các cấu trúc SBU theo IZA[5] Sự kết hợp giữa các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU tạo thành các khung cơ bản (composite building units - CBU).

Cũng theo sự phân loại của IZA, tùy thuộc vào số tứ diện có trong mỗi CBU, sẽ gồm có tất cả là 58 CBU được chỉ ra ở hình dưới: Trang 4 Luận văn thạc sĩ Hình 2.2: Các cấu trúc cơ bản CBU theo IZA[6] Sự liên kết giữa các đơn vị cấu trúc cơ bản ở trên theo các kiểu khác nhau sẽ tạo nên mạng cấu trúc zeolite đặc trưng cho từng loại. Trong mạng lưới này, sự liên kết của Si và Al thông qua các nguyên tử O tạo thành các mao quản có kích thước nhất định cho phép các phân tử có kích thước phù hợp đi qua, nhờ đó mà zeolite có những đặc điểm nổi bật, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực xúc tác trong công nghiệp lọc – hóa dầu. Số tứ diện tạo thành một vòng là thông số quan trọng vì nó điều chỉnh kích thước mao quản, tạo nên tính chất chọn lọc kích thước phân tử của zeolite. Kích thước mao quản nằm trong khoảng từ 0,3 – 1 nm, thể tích lỗ xốp khoảng 0,1 – 0,35 cm3/g [7], tùy vào cấu trúc của zeolite.3: Sự hình thành cấu trúc của một số zeolite từ đơn vị cấu trúc cơ bản [8] Trang 5 Luận văn thạc sĩ 2.

Lịch sử phát triển của vật liệu zeolite [7] Zeolite đã có lịch sử phát triển hơn 250 năm kể từ năm 1756 khi Cronstedt - nhà khoáng học người Thụy Điển tìm ra loại zeolite đầu tiên – stilbite, nhờ vào việc tập hợp được những khoáng vật tinh thể từ mỏ đồng. Khoáng vật này được đặt tên là “zeolite”, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “đá sôi” vì khi đốt nóng khoáng vật này thấy có hơi nước bị thoát ra [9]. Từ đó, zeolite được nghiên cứu kĩ hơn về cấu trúc và khả năng ứng dụng của chúng trong thực tế đời sống. Từ năm 1777 đến 1800 đã có nhiều tác giả nghiên cứu đến những đặc tính của khoáng vật zeolite, bao gồm cấu trúc tinh thể, khả năng hấp phụ, trao đổi cation và tách nước của loại vật liệu này.

Claire Deville đã tổng hợp loại zeolite đầu tiên bằng phương pháp thủy nhiệt – levynite [10]. Năm 1896, Fridel đã phát triển ứng dụng của loại zeolite đã được tách nước, để mở rộng sang xử lý nhiều loại dung môi khác như alcohol, benzen, chloroform [11, 12]. Năm 1909, Grandjean quan sát thấy rằng zeolite đã được tách nước có khả năng hấp phụ không khí, hydrogen và các phân tử khí khác [13]. Năm 1925, Weigel và Steinhoff lần đầu tiên có báo cáo về ảnh hưởng của các vật liệu rây phân tử.

Họ chỉ ra rằng tinh thể chabazite đã được tách loại nước có khả năng hấp phụ mạnh nước, methyl alcohol, ethyl alcohol và formic acid [14]. Năm 1927, Leonard lần đầu tiên sử dụng kỹ thuật XRD trong tổng hợp vô cơ để xác định cấu trúc tinh thể của zeolite [15]. Năm 1930, Taylor và Pauling lần đầu tiên mô tả cấu trúc đơn tinh thể của zeolite tự nhiên [16, 17]. Năm 1932, McBain đã làm rõ hiệu ứng “Rây phân tử” đối với loại vật liệu này [18].

Barrer lần đầu tiên trình bày cách phân loại zeolite dựa vào kích thước phân tử [19]. Từ năm 1949 đến 1954, Milton va Donald W.Breck khám phá ra các loại zeolite thương mại quan trọng, đó là zeolite A, X và Y. Trong năm 1954, hãng Union Carbide đã thương mại hóa các loại zeolite mới này, có vai trò như là vật liệu quan trọng trong các quá trình phân tách và làm tinh khiết cho một số khí, hỗn hợp khí. Một trong những ứng dụng đầu tiên là làm khô khí tự nhiên.

Breck có báo cáo về cấu trúc của zeolite A được tổng hợp [20]. Năm 1959, hãng Union Carbide thương mại hóa quá trình ISOSIV, ứng dụng trong phân tách n-parafin và iso-parafin, dựa vào đặc tính chọn lựa rây phân tử của zeolite.