Μελέτη του σχήματος της ισοθέρμου προσρόφησης του ζεόλιθου ZSM-5

Abstract

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή έγινε μελέτη και των ιδιοτήτων του ζεόλιθου ZSM-5. Η έρευνα εστιάζεται κυρίως στην κατανόηση της ασυνήθιστης προσρόφησης του ζεόλιθου ZSM-5. Μελετήθηκαν, η Si/Al, η ιονανταλλαγή, η πύρωσης και η θερμοκρασία απαέρωσης. Εξετάστηκε η επίδραση του pH του διαλύματος και της προσθήκης οξέων. Τέλος, μελετήθηκε η καταλυτική ιδιότητα των ζεολίθων κατά την οξείδωση της βενζαλδεΰδης και η επίδραση στις ιδιότητές τους. Αρχικά, εξετάστηκε η επίδραση της αναλογίας Si/Al του ζεόλιθου Na-ZSM-5. Λόγω της παρουσίας της μήτρας στη δομή των ζεολίθων, πραγματοποιείται πύρωση των δειγμάτων. Η εμφάνιση του βρόχου υστέρησης σε χαμηλές σχετικές πιέσεις, αποδίδεται σε τοπικές αλλαγές στο σχήμα του πόρου και σε αναδιοργάνωση της προσροφημένης φάσης ως προς τον τρόπο που συσσωρεύεται. Ο βρόχος υστέρησης (P/Po: 0,2-0,4), επηρεάζεται από τη φύση του ανταλλάξιμου ιόντος, τις διαδικασίες πύρωσης και τη θερμοκρασία απαέρωσης των δειγμάτων. Μελετήθηκε επίσης, η επίδραση του pH σε ζεόλιθους Na-ZSM-5 όπου διαπιστώθηκε η πρόκληση αποπυρίτωσης και απαργιλλίωσης στη δομή τους σε ψηλά και σε χαμηλά pH αντίστοιχα. Στη συνέχεια, έγινε μελέτη της επίδρασης της προσθήκης των HCl, H2SO4 και CH3COOH οξέων στους ζεόλιθους ελέγχοντας τη συγκέντρωση του οξέος και το χρόνο παραμονής με το ζεολιθικό δείγμα και τη θερμοκρασία (CH3COOH). Κατά την προσθήκη οξέων προκαλείται απαργιλλίωση στους ζεόλιθους. Στην περίπτωση της προσθήκης του CH3COOH, επηρεάζονται περισσότερο οι ιδιότητες του ζεόλιθου (δημιουργία (CH3COO)3Al). Τέλος, έγινε μελέτη της καταλυτικής ιδιότητας των ζεολίθων κατά την οξείδωση της βενζαλδεΰδης με έλεγχο της περιεκτικότητας της βενζαλδεΰδης (βενζαλδεΰδη/Μεθανόλη), και της θερμοκρασίας της αντίδρασης. Διαπιστώθηκε σχηματίζεται βενζοϊκό οξύ γεγονός που επηρεάζει τις ιδιότητες των ζεολίθων.

The present PhD thesis involved the study of zeolite ZSM-5. This study was focused in understanding the unusual sorptive behaviour of zeolite. Properties as the Si/Al, the ion-exchange, the calcinations, the outgassing temperature, the pH and the addition of acids were studied. Finally, the catalytic property of zeolites in the oxidation of benzaldehyde and the effect of the reaction were investigated. The occurrence of hysteresis loop at low partial pressure is attributed to localised changes in the shape of the pore, the nature of the reorganisation of the adsorbed phase. The hysteresis loop at low partial pressure influenced by the nature of the exchangeable ion, the calcination step and the outgassing temperature. The influence of the pH on the zeolites was also studied, where desilication and dealumination in their structure was noticed at high and low pH accordingly. An investigation of the influence of the addition of the HCl, H2SO4 and CH3COOH acids was carried out by controlling the concentration of the acid and temperature (CH3COOH). By adding any acid, dealumination was caused. In the case of the addition of CH3COOH, the properties of zeolites were further influenced (creation of CH3COO)3Al). The catalytic property of zeolites during the oxidation of benzaldehyde and the effect of the reaction in their properties was studied. The influence of benzaldehyde (benzaldehyde/methanol) as well as the temperature of the reaction was examined. The production of benzoic acid was confirmed which influences the properties of zeolites.