| بررسی و مطالعه زئولیت های خانواده ZSM و کاربردهای آنها | |
| تعداد صفحات | ۸۷ |
| نوع فایل | word |
| حجم فایل | ۷٫۳۴ Mb |
بررسی و مطالعه زئولیت های خانواده ZSM و کاربردهای آنها
در این قسمت پروژه با موضوع بررسی و مطالعه زئولیت های خانواده ZSM و کاربردهای آنها به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.
قسمتی از متن پروژه در زیر نشان داده شده است.
چکیده
زئولیت یک ماده معدنی است که عمدتاً از آلومینوسیلیکات تشکیل شده است. زئولیت ها به صورت شبکه کریستالی شامل اکسیژن و آلومینیوم یا سیلیس هستند که به صورت ساختمانی سه بعدی درآمده اند. زئولیتها دارای خواصی مانند میزان جذب آب بالا، چگالی کم، تخلخل بالا، ثبات ساختمان بلوری در هنگام آبگیری، توانایی تبادل یونی، وجود کانالهای مولکولی یکنواخت در بلورهای آبگیری شده، توانایی جذب گازها و بخارها، خواص کاتالیزوری و هدایت الکتریکی هستند. زئولیت های مهم تجاری شامل زئولیت ترکیبی نوع A (LTA)، X (FAU)، Y (FAU)، L (LTL)، موردنیت (MOR)، ZSM-5 (MFI)، بتا (* BEA / BEC)، MCM – 22 (MTW)، F (EDI) و W (MER) و موردنیت طبیعی (MOR)، چابازیت (CHA)، اریونیت (ERI) و کلینوپتیلولیت (HEU) هستند. از لحاظ تجاری یکی از جالب ترین نوع زئولیت خانواده ZSM است. این مواد معمولاً در سیستمهای مختلط حاوی کاتیونهای فلزی قلیایی با حضور کاتیونهای آلی یا پیچیده سنتز می¬شوند. این خانواده دارای انواع مختلفی است. زئولیت ZSM-5 عضو گروهی از کاتالیزورهای انتخابی شکل با ساختار کانالهای منحصر به فرد است. این زئولیت¬ها دارای خاصیت کاتالیزوری غیرمعمول هستند و از پایداری حرارتی بالایی برخوردار هستند. ویژگی های زئولیت ZSM-5، باعث شده است که کاتالیزورهای مناسبی برای انواع فرایندهای صنعتی باشند. از ZSM-11 به عنوان کاتالیست در فرآیندهای مختلفی استفاده می شود. از ZSM-11 به عنوان جاذب نیز استفاده می شود. ZSM-11 در برخی از واکنش ها نسبت به ZSM-5 دارای ویژگی های کاتالیزوری برتری است، مانند هیدروژن زدایی بهتر پارافین، هیدروزلیز گلیسرین به آکرولئین، تجزیه کاتالیزوری روغن سنگین، تبدیل متانول به الفین های سبک، متانول به هیدروکربن ها، آروماتیزاسیون و ایزومریزاسیون ۱-هگزن، آلکیلاسیون بنزن، تبدیل اتانول به الفین های سبک و آروماتیک و غیره. ZSM-22 یک ماده کاتالیزوری بالقوه برای کرکینگ کاتالیزوری انتخابی، ایزومریزاسیون و متانول به هیدروکربن است. ZSM-35 يک ماده كاتالیزوري بالقوه براي ايزومريزاسیون است.
کلمات کلیدی: زئولیت، ZSM-5، ZSM-11، ZSM-22، ZSM-35
مقدمه
زئولیت یک آلومینوسیلیکات کریستالی با ساختار چارچوب سه بعدی است که منافذ یکنواخت در ابعاد مولکولی را تشکیل می دهد. از آنجا که منافذ ترجیحاً مولکولهایی را جذب می کنند که درون منافذ به صورت کاملاً مناسب قرار گرفته و مولکول هایی را که بسیار بزرگ هستند حذف می کنند، در مقیاس مولکولی به عنوان غربال عمل می کنند. بنابراین، زئولیت ها زیر مجموعه ای از غربال های مولکولی هستند. آنها از چهارچوب مستحکم و کریستالی سیلیس (SiO2) تشکیل شده اند [۱].
زئولیت ها دارای زمینه کاربردی بسیار وسیع می باشند از جمله در صنایع پالایش و پتروشیمی، کاتالیست ها، الکترونیک و ریزپردازنده ها، باطری، کامپوزیت ها، الکتروشیمی، صنایع اتمی، تصفیه و پالایش، خالص سازی،جاذب ها، کشاورزی،دامپروری و….. کاربردهای وسیع و رو به گسترشی دارند بنابراین برای کسانی که می خواهند در این زمینه از علم کار کنند نیاز به شناخت خصوصیات و ساختار و شبکه بلور و سایر خواص فیزیکی و شیمیایی آن کاملا ضروری به نظر می رسد و در این زمینه کتابها و مقالات علمی بسیار زیادی به چاپ رسیده است که مطالعه در مورد تمامی زوایای آن با توجه به تنوع نوع و تنوع کاربرد امکان پذیر نخواهد بود و به دلیل این گستردگی، زمینه جدیدی از علم که در آن می توان کاربردهای بسیار بیشتری برای هر نوع از زئولیت را کشف کرد در پیش روی دانشمندان و محققان این علم قرار داده است.
تاریخچه
تاریخ زئولیت ها از سال ۱۷۵۶ آغاز شد که کانی شناس سوئدی کرونشتدت اولین ماده معدنی زئولیت، استیلبیت را کشف کرد. وی زئولیت ها را به عنوان طبقه جدیدی از مواد معدنی متشکل از آلومینوسیلیکات هیدراته قلیایی قرار داد. از آنجا که کریستال ها هنگام گرم شدن در شعله، جلوه ای از پف کردن را به نمایش می گذارند، کرونشتد این ماده معدنی را “زئولیت” نامید (برگرفته از دو کلمه یونانی، zeo و lithos، به معنی “جوشاندن” و “سنگ”).
از سال ۱۷۷۷ تا حدود ۱۸۰۰ نویسندگان مختلفی خواص مواد معدنی زئولیت، از جمله خواص جذب و تبادل کاتیون برگشت پذیر و هیدراتاسیون را بررسی کرده اند. سنت کلر دویل اولین سنتز هیدروترمال یک زئولیت را در سال ۱۸۶۲ گزارش کرد. درسال ۱۸۹۶ فريدل ايده ي ساختار زئوليت هاي دهيدراته که شامل شبکه هايي باز واسفنجي هستند را ارائه کرد. اين ايده پس از اين مشاهده انجام شد که مايعات مختلفي مانند الکل، بنزين و کلروفرم زئوليت هاي دهيدراته را مسدود مي کردند. در سال ۱۹۲۵ ويگل واستينهف اولين اثر غربال کنندگي مولکولي را گزارش داده اند. آنها به اين نکته توجه کرده بودند که کريستال هاي چابازيت آب، متيلن، الکل، اتيلن الکل واسيد فورميک را به سرعت جذب مي کنند. اما از ورود استون، اتر و بنزين جلوگيري مي کنند. درسال ۱۹۲۷ لئونارد اولين استفاده از پراش اشعه ي x را براي شناسايي در سنتز معدني استفاده کرد. تيلور و پائولينگ اولين ساختار تک کريستال از مينرال زئوليت را در سال ۱۹۳۰توصيف کردند و در سال ۱۹۳۲ مکبین واژه ي غربال مولکولي را براي توصيف موادجامد متخلخل که به عنوان غربال ( درمقياس مولکولي) مورد استفاده قرار مي گيرند استفاده کرد.
بنابراين تا اواسط دهه ي ۱۹۳۰ در مقالات توصيف قابليت تبادل يوني، جذب، غربال گري مولکولي وخواص ساختاري منيرال هاي زئوليتي وتعدادي مقاله در زمينه ي روش هاي توليد آنها آورده شده بود. کارهاي سنتزي ابتدايي به دليل کامل نبودن روش هاي شناسايي ومشکلات تجربي ساخت مجدد آنها، تأييد نشده باقي مانده بودند.
ريچارد-ام-برر کار بر روي جذب زئوليت وسنتز آن رادر ميانه ي دهه ي ۱۹۳۰ تا دهه ي ۱۹۴۰ انجام داد. (او پيشگام دراين زمينه بود). او اولين طبقه بندي از زئوليت هاي شناخته شده تا آن زمان را بر اساس اندازه ي مولکولي درسال ۱۹۴۵ ارائه کرد. و در سال ۱۹۴۸ اولين روش سنتز قطعي زئوليت ها که شامل سنتز قياسي موردنيت بود را ارائه کرد. کارهاي انجام شده توسط برير در ميانه و اواخر دهه ي ۱۹۴۰ روبرت–ام– ميلتون را تشويق کرد تا مطالعاتي در زمينه ي استفاده از زئوليت درجداسازي وخالص سازي هوا انجام دهد. دربين سال هاي ۱۹۴۹-۱۹۵۴ ميليتون وهمکارانش تعدادي از زئوليت هاي مصنوعي وتجاري نوع Y,X,A را کشف کردند.
در سال ۱۹۵۴ شرکت تجاری یونیون کارباید زئولیت ها سنتزی را برای خالص سازی و جدا سازی مواد بکار برد. اولين کاربرد اين مواد در خشک کردن گاز مبرد وگاز طبيعي است. در سال ۱۹۵۵، تي بي ريد و دي دبليوبرک ساختار زئوليت مصنوعي A را گزارش کردند . درسال ۱۹۵۹ يونيون فرآيند ايزوسيو را براي جداسازي نرمال- ايزوپارافين به صورت تجاري در آورد. درسال ۱۹۵۹ يک کاتاليزور برپايه ي زئوليت Y توسط يونيون به بازار آمد. که اين کاتاليزور يک کاتاليزور ايزومریزاسيون است.
درسال ۱۹۶۲ موبيل اويل از زئوليت هاي X به عنوان کاتاليزور کراکينگ هيدروکربن ها استفاده کرد. درسال ۱۹۶۷- ۱۹۶۹ موبيل اويل از سنتز زئوليت هاي با سيليس بالا بتا و ZSM-5 خبر داد. در سال ۱۹۷۴ هنکل زئوليت A را به عنوان جايگزيني براي فسفات ها درصنعت پاک کننده ها استفاده کرد ودر سال ۱۹۷۷ يونيون کارباید از زئوليت ها به عنوان جداسازهاي تبادلگر يوني استفاده کرد [۲].
مصرف و تولید
زئولیت ها به دو دسته کلی طبیعی و مصنوعی دسته بندی می شوند. زئولیت های طبیعی نزدیک به ۶۰٪ از کل مصرف زئولیت ها را تشکیل می دهند. زئولیت مصنوعی باقیمانده را تشکیل می دهد. زئولیتهای مصنوعی عمدتاً در ساخت مواد شوینده، کاتالیزورها، جاذب ها و خشک کننده ها استفاده می شوند، در حالی که از زئولیت های طبیعی به عنوان مواد افزودنی خوراکی، اصلاح خاک، تصفیه آب، مصارف زیست محیطی و ساخت و ساز عمرانی استفاده می شوند. بیشترین حجم مصرف زئولیت مصنوعی در مواد شوینده البسه در منزل است که بیش از دو سوم از کل آن را تشکیل می دهد.
کاتالیزورها، در درجه اول کاتالیزورهای کراکینگ کاتالیستی سیال (FCC)، دومین مورد استفاده از زئولیت مصنوعی، با حدود ۱۸٪ از کل حجم هستند. مصرف برای کاربرد به عنوان جاذب / خشک کن کوچکترین سهم را تشکیل میدهد، اما سریعترین رشد بازار را دارا خواهد بود، این رشد به دلیل استفاده در بازار ساخت و سازهای عمرانی (استفاده به عنوان یک ماده خشک کن در پنجره های چند لایه عایق)، بازار گاز طبیعی (به عنوان ماده خشک کننده)، و برنامه های کاربردی زیست محیطی (به دام انداختن ترکیبات آلی فرار [VOC] برای جلوگیری از انتشار به محیط) است.
زئولیت ها از افزایش حساسیت عمومی نسبت به مسائل زیست محیطی بهره برده اند. آنها به طور کلی به عنوان جایگزین های بی ضرر برای محصولات آسیب رسان به محیط زیست پذیرفته شده اند. اثرات زیست محیطی زئولیت ها با تجزیه و تحلیل چرخه زندگی کاملاً مشخص شده است. شکل (۱-۱) نمودار مصرف جهانی زئولیتها را نشان می دهد [۳].
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه ۷
۱-۱ مقدمه ۸
۱-۲- تاریخچه ۸
۱-۳- مصرف و تولید ۱۰
فصل دوم: زئولیت ها، ساختار و خواص آنها ۱۳
۱-۲- زئولیت ها ۱۴
۲-۲- خصوصیات زئولیت ها ۱۴
۲-۲-۱- خاصیت غربال مولکولی ۱۵
۲-۲-۲- تبادل یونی ۱۵
۲-۲-۳- خاصیت اسیدی ۱۵
۲-۳- طبقه بندی زئولیت ها ۱۶
۲-۳-۱- زئولیت های طبیعی ۱۶
۲-۳-۲- زئولیت های مصنوعی ۱۶
۲-۴- ساختار زئولیت ها ۱۹
۲-۴-۱- واحدهای ساختاری شبکه زئولیت ۲۰
۲-۴-۲- سه روش معمول نشان دادن واحد ساختاری ترکیب ( CBU s): 21
۲-۴-۳- خلل و فرج، کانالها و قفسه ها ۲۳
۲-۴-۴- نام گذاری زئولیت ها ۲۳
۲-۵ ساختار زئولیت های تجاری مهم ۲۴
۲-۵-۱- زئولیت نوع L با ساختار شبکه LTA ۲۴
۲-۵-۲- زئولیت فوجازیت ( FAU ) 27
۲-۵-۳- زئولیت Mordenite ( MOR ) 29
۲-۵-۴- زئولیت چابازیت ( CHA ) 31
۲-۵-۵- زئولیت MFI (ZSM-5) 33
۲-۵-۶- زئولیت Linde Type L ( LTL ) 35
۲-۵-۷- زئولیت BEA و BEC ۳۷
۲-۵-۸- زئولیت MCM – ۲۲ (MWW) 38
۲-۶ تکنیک های شناسایی خصوصیات زئولیت ۳۹
فصل سوم زئولیت های نوع ZSM ۴۱
۳-۱- زئولیت های ZSM ۴۲
فصل چهارم زئولیت ZSM-5 ۴۵
۴-۱- ساختار ۴۶
۴-۲- ویژگی ها ۴۹
۴-۳- سنتز ۵۰
۴-۴- کاربرد ۵۵
۴-۴-۱- کراکینگ انتخابی ۵۸
۴-۴-۲- شکل گیری M با استفاده از زئولیت ZSM-5 ۵۸
۴-۴-۳- دیوکسینگ کاتالیستی در زئولیت ZSM-5 ۵۹
۴-۴-۴- زئولیت هایZSM-5 به عنوان مواد افزودنی در FCC ۵۹
۴-۴-۵- تولید LPG بر روی زئولیت ZSM-5 ۵۹
۴-۴-۶- ارتقاء ارزش اکتان توسط آروماتیزیشن ۶۰
۴-۴-۷- واكنش انتخابی پارا بر روی كاتاليزور ZSM-5 ۶۱
۴-۴-۸- فرایندهای تولید مواد شیمیایی ۶۳
فصل پنجم زئولیت ZSM-11 ۶۴
۵-۱- ساختار ۶۵
۵-۲- ویژگی ها ۶۶
۵-۳- سنتز ۶۶
۵-۴- کاربرد ۶۸
۵-۴-۱- تبدیل متانول به الفین ها ۶۹
۵-۴-۲- تبدیل اتانول به هیدروکربن ها ۶۹
۵-۴-۳- تبدیل هیدورکربن ها ۶۹
۵-۴-۴- آروماتیک سازی ۶۹
۵-۴-۵- تجزیه کاتالیزوری مستقیم NO ۷۰
۵-۴-۶- تجزیه کاتالیزوری N2O ۷۰
فصل ششم زئولیت ZSM-22 ۷۱
۶-۱- ساختار ۷۲
۶-۲- سنتز ۷۳
۶-۳- کاربرد ۷۵
۶-۳-۱- کرکینگ کاتالیزوری انتخابی ۷۶
۶-۳-۲- ایزومریزاسیون ۷۶
۶-۳-۳- تبدیل متانول به الفین ها ۷۶
فصل هفتم زئولیت ZSM-35 ۷۷
۷-۱- ساختار ۷۸
۷-۲- سنتز ۷۹
۷-۳- کاربرد ۸۰
فصل هشتم جمع بندی و نتیجه گیری ۸۲
منابع ۸۵
| بررسی و مطالعه زئولیت های خانواده ZSM و کاربردهای آنها | |
| تعداد صفحات | ۸۷ |
| نوع فایل | word |
| حجم فایل | ۷٫۳۴ Mb |