Luận án Nghiên cứu phản ứng hydroformyl hóa ethylene với CO và CO2 sử dụng xúc tác tẩm chất lỏng ion SILP/TiO2 và nano Au/TiO2 (SiO2).

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG HYDROFORMYL HÓA ETHYLENE VỚI CO VÀ CO2 SỬ DỤNG XÚC TÁC TẨM CHẤT LỎNG ION SILP/TiO2 VÀ NANO Au/TiO2 (SiO2)

Ngành:

Kỹ thuật Hóa học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này, được thực hiện bởi Trương Dực Đức thuộc ngành Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Bách khoa Hà Nội, tập trung nghiên cứu phản ứng hydroformyl hóa ethylene. Đây là một quá trình tổng hợp anđehit quan trọng trong công nghiệp hóa chất, với mục tiêu hướng tới sản xuất xanh và bền vững. Nghiên cứu giải quyết các hạn chế của quá trình đồng thể truyền thống như khó khăn trong tách sản phẩm, tổn thất xúc tác và điều kiện phản ứng khắc nghiệt.

Nghiên cứu khám phá hai hướng chính: dị thể hóa xúc tác dựa trên “Xúc tác tẩm chất lỏng ion (SILP)” và thay thế tác nhân CO truyền thống bằng CO2, một nguồn nguyên liệu tiềm năng, ít độc hại và rẻ tiền hơn. Các nhiệm vụ chính bao gồm tổng hợp và đặc trưng các hệ xúc tác SILP/TiO2, nano Au/TiO2 và nano Au/SiO2, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như tỉ lệ Rh:ionic liquid, hàm lượng Au tối ưu, kích thước hạt Au, tỉ lệ nguyên liệu phản ứng, áp suất và nhiệt độ đến hoạt tính xúc tác.

Luận án đã đưa ra những điểm mới và đóng góp quan trọng, bao gồm việc chỉ ra ảnh hưởng của tính chất axit bề mặt chất mang TiO2 và SiO2 đến hoạt tính xúc tác, phụ thuộc mạnh vào kích thước mao quản. Đặc biệt, lần đầu tiên phản ứng hydroformyl hóa C2H4 với tác nhân CO2 thay thế CO truyền thống trên xúc tác Au/SiO2 đã đạt được độ chọn lọc sản phẩm oxo 60% và độ chuyển hóa ethylene 13% ở 175°C. Một ý tưởng thiết bị phản ứng hai giai đoạn (dual-reactor) cũng được đề xuất để khắc phục trở ngại nhiệt động, tối ưu hóa nguyên liệu và điều kiện phản ứng, từ đó nâng cao hiệu quả quá trình. Nghiên cứu cũng xác định kích thước hạt Au tối ưu (4-8 nm) trên chất mang SiO2 cho hoạt tính xúc tác hydroformyl hóa ethylene tốt nhất và chứng minh sự mất hoạt tính của xúc tác SILP/TiO2 do phân hủy phức Rh-TPPTS, đồng thời chỉ ra rằng việc bổ sung Cs không tăng cường hoạt tính xúc tác mà ngược lại làm giảm mạnh.

Mục lục chi tiết:

• 1.1 Tính cấp thiết của luận án

• 1.2 Nhiệm vụ của nghiên cứu

• 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu của luận án.

• 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

• 1.5 Những điểm mới của luận án

• 1.6 Cấu trúc của luận án.

• 1.7 Tổng quan của luận án.

  • 1.7.1. Tổng quan quá trình hydroformyl hóa anken.
  • 1.7.2. Tổng quan quá trình hydroformyl hóa etylen với CO2 và H2.

• 2. Các phương pháp thực nghiệm

  • 2.1 Tổng hợp xúc tác SILP
  • 2.2 Tổng hợp xúc tác nano Au/TiO2
    • 2.2.1 Tổng hợp xúc tác Au/TiO₂ bằng các phương pháp khác nhau
    • 2.2.2 Tổng hợp xúc tác Au/SiO2 với hàm lượng Au khác (0.5 -4.0%)/ kích thước hạt Au khác nhau / hàm lượng chất kích động Cs khác nhau (0.5 – 2.0%) / chất mang khác nhau.
  • 2.3 Các phương pháp xác định hoạt tính xúc tác
    • 2.3.1 Phương pháp xác định hoạt tính xúc tác SILP_TiO2 và Au/TiO₂ cho phản ứng hydroformyl hóa etylen.
    • 2.3.1 Phương pháp xác định hoạt tính xúc tác xCs - yAu/SiO2 cho phản ứng chuyển hóa C2H4, H2 và CO2 thành sản phẩm oxo (propanol + propanal).

• 3. Kết quả và thảo luận

  • 3.1. Các kết quả đặc trưng ligand TPPTS.
  • 3.2. Các kết quả đặc trưng xúc tác Au/TiO2.
  • 3.3. Các kết quả đặc trưng xúc tác SILP/TiO2.
    • 3.3.1 Sự mất hoạt tính xúc tác.
    • 3.3.2 Hoạt tính của xúc tác SILP trong phản ứng hydroformyl hóa ethylene với CO và H2.
  • 3.4. Kết quả đặc trưng xúc tác Au/SiO2 và xúc tác Cs-Au/SiO2.
  • 3.5. Kết quả đặc trưng các mẫu xúc tác Au trên chất mang khác nhau.
  • 3.6. Đánh giá hoạt tính xúc tác Au/SiO2 trong phản ứng chuyển hóa CO2, H2 và C2H4 thành propanal và propanol.
    • 3.6.1. So sánh hoạt tính của xúc tác trên thiết bị phản ứng đơn và thiết bị phản ứng kép.
    • 3.6.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Au tới hoạt tính xúc tác.
    • 3.6.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt Au đến hoạt tính xúc tác.
    • 3.6.4. Ảnh hưởng của hàm lượng Cs đến hoạt tính xúc tác.
    • 3.6.5. Ảnh hưởng của chất mang đến hoạt tính của xúc tác
    • 3.6.6. So sánh hoạt tính xúc tác Au/SiO2 với xúc tác SILP

• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

  • Những kết quả chính của luận án:
  • Những đóng góp mới của luận án:

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN