Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp zeolit từ tro rơm rạ và nghiên cứu tính chất của chúng

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

79
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với mục đích hướng nghiên cứu vào lĩnh vực tổng hợp và khảo sát tính chất của zeolit từ nguyên liệu tự nhiên và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rơm rạ, trong đề tài này tác giả đã tiến hành tổng hợp zeolit từ tro rơm rạ và nghiên cứu tính chất của chúng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp zeolit từ tro rơm rạ và nghiên cứu tính chất của chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN ANH TUẤN TỔNG HỢP ZEOLIT TỪ TRO RƠM RẠ VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2013 2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Anh Tuấn TỔNG HỢP ZEOLIT TỪ TRO RƠM RẠ VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa Vô cơ Mã số:60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NG ƯỜI H ƯỚNG DẪN KHOA H ỌC: PGS. TS. Triệu Thị Nguyệt
Hà Nội – Năm 2013 4
LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Triệu Thị Nguyệt đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập và nghiên cứu. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô và các cô chú kĩ thuật viên trong bộ môn Hóa Vô cơ đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình làm thực nghiệm. Tôi cũng xin cảm ơn các anh, chị và các bạn trong phòng phức chất đã giúp đỡ tận tình, đóng góp nhiều ý kiến quí báu để bản luận văn này hoàn thiện hơn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và người thân đã tạo mọi điều kiện vật chất và tinh thần cho tôi hoàn thành tốt luận văn này. Hà Nội, Ngày 11 tháng 12 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Anh Tuấn
MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................... 6 MỞ ĐÂU ̀ .......................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN .............................................................................. 2 1.1. Sơ lược lịch sử và sự phát triển của Zeolit . .................................... 2 1.2. Khái niệm và phân loại zeolit ............................................................. 2 1.2.1. Khái niệm zeolit .............................................................................. 2 1.2.2. Phân loại zeolit ................................................................................ 3 1.2.2.1. Phân loại theo nguồn gốc: ............................................................ 3 1.2.2.2. Phân loại zeolít theo đường kính mao quản: ................................. 3 1.2.2.3. Phân loại zeolit theo tỉ lệ Si/Al: .................................................... 3 1.2.2.4. Phân loại theo chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản: ..................................................................................... 4 1.3. Cấu trúc của zeolit ............................................................................... 5 1.4. Tính chất của zeolit .............................................................................. 8 1.4.1. Tính chất trao đổi cation ................................................................ 8 1.4.2. Tính chất hấp phụ .......................................................................... 9 1.4.3. Tính chất chọn lọc hình dạng .................................................... 11 1.4.4. Tính chất xúc tác [4] ..................................................................... 12 1.5. Giới thiệu một số zeolit .................................................................... 13 1.5.1. Zeolit A ........................................................................................... 13 1.5.2. Zeolit faujasite (X, Y) ..................................................................... 14 1.5.3. Zeolit ZSM5 ................................................................................. 17 1.6. Tổng hợp zeolit ................................................................................... 18 1.6.1. Cơ chế kết tinh zeolit ................................................................... 18
1.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình tổng hợp zeolit ........... 20 1.6.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ Si/Al ............................................................ 20 1.6.2.2. Ảnh hưởng của nguồn silic .......................................................... 20 1.6.2.3. Ảnh hưởng của độ pH ................................................................. 20 1.6.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ......................................... 20 1.6.2.5. Ảnh hưởng của chất tạo cấu trúc [4] ......................................... 21 1.7. Ứng dụng của zeolit ........................................................................... 22 1.7.1. Ưng dung trong công nghiêp ́ ̣ ̣ ........................................................ 22 1.7.2. Ưng dung trong x ́ ̣ ử li ô nhiêm môi tr ́ ̃ ường ................................. 24 1.7.3. Ưng dung trong nông nghiêp ́ ̣ ̣ ........................................................ 24 1.7.4. Ưng dung trong y d ́ ̣ ược ................................................................ 25 Chương 2: MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 26 2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu .................................................... 26 2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 26 2.2.1. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) .......................... 26 2.2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [8] ........... 28 2.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) ............................ 31 2.2.4. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ........................................... 33 2.2.5. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................. 34 3.1. Nguyên liệu và hóa chất .................................................................... 36 3.1.1. Nguyên liệu ................................................................................... 36 Nguyên liệu được sử dụng để tổng hợp zeolit là rơm tươi tại xã Quỳnh Thi Quỳnh Phụ Thái Bình. .................................................... 36 3.1.2. Hóa chất ........................................................................................ 36 3.2. Xác định độ ẩm, độ tro hóa của rơm rạ ....................................... 36 3.2.1. Xác định độ ẩm của rơm rạ ....................................................... 36 7
3.2.2. Xác định độ tro hóa của rơm rạ ................................................. 37 3.3. Kết quả phân tích thành phần tro rơm rạ ..................................... 37 3.4. Khảo sát khả năng chiết silic từ rơm rạ và tro rơm rạ ............... 38 3.5. Tổng hợp zeolit .................................................................................. 43 3.5.1. Tổng hợp zeolit A .......................................................................... 43 3.5.1.1. Quy trình 1: .................................................................................. 43 3.5.1.2. Quy trình 2: ................................................................................... 44 3.5.2. Tổng hợp zeolit Y .......................................................................... 45 3.5.2.1. Quy trình 1: .................................................................................. 45 Zeolit được tổng hợp dựa theo quy trình của các tác giả [37], kí hiệu mẫu là Y1. ................................................................................................ 45 3.5.2.2. Quy trình 2: .................................................................................. 46 Chúng tôi tiến hành tổng hợp zeolit dựa theo quy trình của các tác giả [14] và kí hiệu các mẫu là Y2 và Y2N. ................................................... 46 3.5.3. Tổng hợp zeolit ZSM5: .............................................................. 47 3.6. Nghiên cứu zeolit bằng phương pháp EDX .................................... 47 3.7. Nghiên cứu zeolit bằng phương pháp XRD .................................... 51 3.7.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu zeolit A ........................... 51 3.7.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu zeolit Y ........................... 55 3.7.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu zeolit ZSM5 ......................... 57 3.8. Nghiên cứu zeolit bằng phương pháp IR ........................................ 58 3.9. Nghiên cứu zeolit bằng phương pháp SEM .................................... 62 3.10. Nghiên cứu khả năng trao đổi ion của zeolit ................................ 64 KẾT LUẬN .................................................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 69 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 73 8
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Sự thay đổi cấu trúc và tính chất hóa lý của zeolit theo tỉ lệ Si/Al Bảng 1.2: Dữ liệu cấu trúc cơ bản của một số zeolit thông dụng Bảng 1.3: Dung lượng trao đổi cation của một số zeolit Bảng 1.4: Kích thước phân tử và đường kính động học của một số phân tử chất bị hấp phụ thường gặp đối với zeolit Bảng 1.5: Kích thước mao quản, đường kính động học và khả năng hấp phụ các chất tốt nhất đối với một số zeolit thông dụng Bảng 1.6: Ảnh hưởng của bản chất nguồn silic tới quá trình kết tinh zeolit ZSM 5 Bảng 2.1: Điều kiện chuẩn đo AAS xác định hàm lượng ion kim loại Bảng 2.2: Mối quan hệ giữa các thông số mạng và tỉ lệ Si/Al Bảng 3.1: Các hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm Bang 3.2: ̉ Thanh phân hóa h ̀ ̀ ọc trong tro rơm rạ. Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tỉ lệ Na/Si đến quá trình chiết silic từ rơm rạ Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết silic từ rơm rạ Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết silic từ rơm rạ Bảng 3.6: Ảnh hưởng của tỉ lệ Na/Si đến quá trình chiết silic từ tro rơm rạ Bảng 3.7: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết silic từ tro rơm rạ Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết silic từ tro rơm rạ Bảng 3.9: Kí hiệu các mẫu tổng hợp zeolit A Bảng 3.10: Thành phần nguyên tố trong các zeolit Bảng 3.11: Kết quả XRD của các mẫu zeolit A Bảng 3.12: Kết quả XRD của các mẫu zeolit Y Bảng 3.13: Hàm lượng các cation trong dịch lọc sau trao đổi
Bảng 3.14: % ion kim loại trao đổi Bảng 3.15: Dung lượng trao đổi ion của các zeolit tổng hợp được 10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: Các đơn vị cấu trúc sơ cấp của zeolit – tứ diện TO4: SiO4 và AlO4 Hình 1.2: Các đơn vị cấu trúc thứ cấp của zeolit Hình 1.3: Sự hình thành cấu trúc zeolit A, X, Y từ các kiều ghép nối khác nhau Hình 1.4: SBU D4R (a); lồng sodalit (b); sự kết hợp các lồng sodalit tạo thành zeolit A (c); vòng 8 oxi nhìn theo hướng (d) Hình 1.5: Cấu trúc khung mạng faujasit và vòng 12 oxi nhìn theo hướng Hình 1.6: Hệ thống mao quản của zeolit ZSM5 và mặt cắt nhìn từ mặt [010] Hình 1.7: Giản đồ bão hòa – quá bão hòa của dung dịch tổng hợp zeolit Hình 1.8: Mô tả sự chuyển pha faujusite thành pha ZSM4 theo thời gian Hình 2.1: Nguyên lí của phép phân tích EDX Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lí bộ ghi nhận phổ EDX Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của kính hiển vi điện tử quét Hình 3.1: Phổ EDX của mẫu ATro1 Hình 3.2: Phổ EDX của mẫu A48 Hình 3.3: Phổ EDX của mẫu A0 Hình 3.4: Phổ EDX của mẫu ATro 2 Hình 3.5: Phổ EDX của mẫu Y1 Hình 3.6: Phổ EDX của mẫu Y2 Hình 3.7: Phổ EDX của mẫu Y2N Hình 3.8: Phổ EDX của mẫu ZSM5 Hình 3.9: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu ATro 1 Hình 3.10: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu A48 Hình 3.11: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu A0
Hình 3.12: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu ATro 2 Hình 3.13: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Y1 Hình 3.14: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Y2 Hình 3.15: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Y2N 12
Hình 3.16: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu ZSM5 Hình 3.17: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu ZSM5 chuẩn Hình 3.18: Phổ IR của mẫu ATro 1 Hình 3.19: Phổ IR của mẫu A48 Hình 3.20: Phổ IR của mẫu A0 Hình 3.21: Phổ IR của mẫu Y1 Hình 3.22: Phổ IR của mẫu ZSM5 Hình 3.23: Ảnh SEM của các mẫu zeolit A Hình 3.24: Ảnh SEM của mẫu Y1 Hình 3.25: Ảnh SEM của mẫu ZSM5 Hình 3.26: Ảnh SEM các mẫu zeolit của các tác giả [3] và [10]
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AAS: Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử) CEC: Cation Exchange Capacity (Dung lượng trao đổi ion) D4R: Double 4rings (Vòng kép 4 cạnh) EDX: EnergyDispersive Xray Spectroscopy (Phổ tán xạ năng lượng tia X) IR: Infrared (Hồng ngoại) PDF: Powder Diffraction File (Thư viện phổ XRD) SBU: Secondary Building Unit (Đơn vị cấu trúc thứ cấp) SEM: Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét) TPABr: Tetra Propyl Amoni Bromua XRD: XRay diffraction (Nhiễu xạ tia X).
MỞ ĐÂU ̀ Zeolit thuộc nhóm vật liệu vi xốp được phát hiện vào năm 1756 bởi Cronstedt, một nhà khoa học người Thụy Điển. Thuật ngữ rây phân tử được McBain đề xuất năm 1932 khi ông nhận thấy chabazit, một loại zeolit, có tính chất hấp phụ chọn lọc các phân tử nhỏ có kích thước dưới 5Å.Với tính chất đặc biệt này nên sau đó các zeolit được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng raĩ trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong công nghiệp hoá dầu. Hiên nay, ̣ ̀ ược ưng dung trong nông nghiêp đê giai quyêt vân đê gây ô nhiêm do zeolit con đ ́ ̣ ̣ ̉ ̉ ́ ́ ̀ ̃ ̉ ̣ ̣ ̉ ̀ ́ ̉ rac thai trong nông nghiêp, cu thê la rac thai do r ́ ơm ra va trâu. ̣ ̀ ́ Mỗi năm Việt Nam sản xuất trên 40 triệu tấn lúa. Nông dân có tập quán canh tác lúa hai đến ba vụ trong năm vì vậy nếu trung bình một tấn lúa cho ra 1 1,2 tấn rơm rạ thì với sản lượng lúa hiện nay, ước tính lượng rơm rạ thải ra có thể lên đến 40 46 triệu tấn/năm. Tuy nhiên, vấn đề xử lý rơm rạ sau mỗi vụ thu hoạch lúa trên thực tế lại chưa có cách làm hiệu quả. ̣ ́ ̣ Hiên nay cac hô dân thương đôt r ̀ ́ ơm ra ngoai đông ruông. K ̣ ̀ ̀ ̣ ết quả nghiên cứu cho thấy lượng khí thải CO2 phát thải vào môi trường do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng là lớn nhất, từ 1,2 đến 4,7 triệu tấn/năm nếu tỷ lệ rơm rạ đốt trong khoảng từ 20 80%. Lượng phát thải các loại khí thải khác như CH4 sẽ là 1,03,9 ngàn tấn/năm, CO là 28,3113,2 ngàn tấn/năm... Lượng khí nhà kính phát thải vào môi trường do đốt rơm rạ vùng đồng bằng sông Hồng có thể gây thiệt hại về môi trường tương đương từ 19,05 200,3 triệu USD/năm, tùy thuộc vào tỷ lệ đốt rơm rạ (2080%) và tùy thuộc vào sự biến động giá mua bán quyền phát thải CO2 trên thị trường thế giới. Với mục đích hướng nghiên cứu vào lĩnh vực tổng hợp và khảo sát tính chất của zeolit từ nguyên liệu tự nhiên và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rơm rạ, trong đề tài này chúng tôi đã tiến hành tổng hợp zeolit từ tro rơm rạ và nghiên cứu tính chất của chúng. 1
Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược lịch sử và sự phát triển của Zeolit . Zeolit được phát hiện vào năm 1756 bởi Le Bron Bronstedt, một nhà khoáng học người Thụy Điển. Ông đã phát hiện được zeolit nhờ hơi nước thoát ra khi nung khoáng này. Tuy nhiên mãi đến thế kỷ sau zeolit mới bắt đầu được nghiên cứu kĩ trong các phòng thí nghiệm. Vào năm 1932, Mac Bai [17] đã làm rõ hiệu ứng “Rây phân tử”, sau đó vào năm 1944, Barrer và Ibbitson đã chỉ ra rằng hiệu ứng này cho phép tách các dạng n và iso của parafin. Bắt đầu từ thời điểm đó các loại zeolit được nghiên cứu phục vụ cho công nghiệp. Đến năm 1956, người ta mới tổng hợp được các loại zeolit đầu tiên. Việc nghiên cứu zeolit ngày càng nhiều. Thống kê đến nay cho thấy đã có khoảng hơn 15.000 công trình công bố và hơn 10.000 phát minh sáng chế về tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của zeolit. Hiện nay, người ta đã biết được rất nhiều các zeolit tự nhiên và hơn 150 cấu trúc với hàng ngàn loại zeolit tổng hợp [4]. Như vậy, zeolit có tầm quan trọng lớn lao trong khoa học và kỹ thuật. Trong tất cả các loại zeolit hiện có, người ta đã biết rõ thành phần, tính chất ứng dụng, cấu trúc mạng tinh thể của nhiều loại zeolit tự nhiên và zeolit tổng hợp như: zeolit A, zeolit Y, zeolit X, zeolit ZSM5, zeolit ZSM11,… 1.2. Khái niệm và phân loại zeolit 1.2.1. Khái niệm zeolit Zeolit là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian ba chiều, với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự. Hệ thống mao quản trong zeolit có kích thước cỡ phân tử, dao động trong khoảng 3 – 12 Å. Công thức hóa học của zeolit thường được biểu diễn dưới dạng [4]: Mx/n[(AlO2)x . (SiO2)y] . z H2O 2
Trong đó: M là cation bù trừ điện tích khung, có hóa trị n. x và y là số tứ diện nhôm và silic, y/x ≥ 1 và thay đổi tùy từng loại zeolit. z là số phân tử nước kết tinh. Kí hiệu trong móc vuông [ ] là thành phần của một ô mạng cơ sở. 1.2.2. Phân loại zeolit Có nhiều cách để phân loại zeolit nhưng người ta thường dựa vào nguồn gốc, đường kính mao quản, tỉ lệ Si/Al và chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản. 1.2.2.1. Phân loại theo nguồn gốc: Có 2 loại: Zeolit tự nhiên và zeolit tổng hợp. Zeolit tự nhiên thường kém bền và độ tinh khiết không cao nên chỉ có một vài loại zeolit tự nhiên có khả năng ứng dụng thực tế như: Analcime, chabazite, hurdenite, clinoptilonit... và chúng chỉ phù hợp với những ứng dụng không yêu cầu độ tinh khiết cao như sử dụng làm chất độn trong công nghiệp chất tẩy rửa và hấp phụ [2] . Zeolit tổng hợp có độ tinh khiết cao, thành phần đồng nhất và đa dạng về chủng loại nên được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong nghiên cứu. 1.2.2.2. Phân loại zeolít theo đường kính mao quản: Việc phân loại zeolit theo đường kính mao quản rất thuận tiện cho việc nghiên cứu ứng dụng của zeolit, theo cách này ta chia zeolit ra làm 3 loại: Zeolit có mao quản rộng: đường kính mao quản > 7Å. Zeolit có mao quản trung bình: đường kính mao quản từ 5Å đến 6Å. Zeolit có mao quản hẹp: đường kính mao quản
Zeolit có hàm lượng silic trung bình khi tỉ lệ Si/Al = 1,5 ÷ 5 như zeolit Y, modernit; Zeolit có hàm lượng silic cao khi tỉ lệ Si/Al ≥ 10 như zeolit ZSM5, ZSM11. Ngoài ra còn có rây phân tử Si là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể tương tự aluminosilicat tinh thể nhưng hoàn toàn không chứa Al. Vật liệu này kị nước và không chứa cation bù trừ điện tích khung, do đó hoàn toàn không có tính chất trao đổi ion. Theo quy tắc lowenstein, 2 nguyên tử Al không thể tồn tại lân cận nhau, nghĩa là trong cấu trúc zeolit không tồn tại liên kết kiểu Al – O – Al mà chỉ tồn tại các liên kết dạng Al – O – Si và Si – O – Si. Do vậy tỉ lệ Si/Al = 1 là giới hạn dưới [1, 28]. Việc phân chia zeolit theo tỉ lệ Si/Al được coi là một trong những đặc trưng quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc và các tính chất hóa lý của zeolit [1, 28, 33]. Bảng 1.1: Sự thay đổi cấu trúc và tính chất hóa lý của zeolit theo tỉ lệ Si/Al. Tỉ lệ Si/Al tăng từ 1 ÷ ∞ 1. Tính chất bền nhiệt tăng từ 700 13000C 2. Cấu trúc thay đổi từ vòng 4, 6, 8 đến vòng 5. 3. Tính chất bề mặt từ ưa nước đến kị nước . 4. Số tâm axit giảm nhưng lực axít trên mỗi tâm tăng. 5. Tổng dung lượng trao đổi cation giảm. Ngoài ra, trong cùng một cấu trúc, khi tăng tỉ lệ Si/Al sẽ dẫn đến: Độ bền thủy nhiệt tăng, kích thước ô mạng cơ sở giảm, các pic nhiễu xạ tia X dịch về phía góc 2θ cao hơn, số sóng dao động mạng lưới trong phổ hấp thụ hồng ngoại dịch về phía có giá trị cao hơn [1, 30, 47]. 1.2.2.4. Phân loại theo chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản: 4
Zeolit được chia thành 3 loại: Zeolit có hệ thống mao quản một chiều như analcim, ZSM22; zeolit có hệ thống mao quản hai chiều như mordenit, natronit, ZSM5; zeolit có hệ thống mao quản ba chiều như zeolit X, Y. 1.3. Cấu trúc của zeolit Zeolit có cấu trúc phức tạp. Các zeolit tự nhiên và zeolit tổng hợp đều có cấu trúc không gian ba chiều, được hình thành từ các đơn vị sơ cấp là các tứ diện TO4 (T: Al, Si). Trong mỗi tứ diện TO 4, cation T được bao quanh bởi 4 ion O 2 và mỗi tứ diện liên kết với 4 tứ diện quanh nó bằng cách ghép chung các nguyên tử oxi ở đỉnh. Khác với tứ diện SiO4 trung hòa điện, mỗi một nguyên tử Al phối trí tứ diện trong AlO4 còn thừa một điện tích âm, vì vậy khung mạng zeolit tạo ra mang điện tích âm và cần được bù trừ bởi các cation kim loại M n+ nằm ngoài mạng [4, 30]. Hình 1.1: Các đơn vị cấu trúc sơ cấp của zeolit – tứ diện TO4: SiO4 và AlO4 Sự liên kết các đơn vị tứ diện TO4 theo một trật tự nhất định sẽ tạo ra các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) khác nhau. Mỗi cạnh trong SBU biểu thị một liên kết cầu T – O – T . 5
Hình 1.2: Các đơn vị cấu trúc thứ cấp của zeolit Các SBU lại kết hợp với nhau tạo nên các họ zeolit với nhiều loại cấu trúc thuộc các nhóm và các hệ thống mao quản khác nhau. Hình 1.3 mô tả một ví dụ về sự ghép nối các đơn vị cấu trúc sơ cấp và thứ cấp khác nhau tạo ra các zeolit A và zeolit X (Y). Bảng 1.2 thống kê các dữ liệu cấu trúc cơ bản của một số zeolit thông dụng. 6