1
MỞ ĐẦU
Zeolite Socony Mobil-5 (ZSM-5), có công thức hóa học NanAlnSi96-
nO192·16H2O (0<n<27) là một loại vật liệu có giá trị kinh tế rất cao, được
ứng dụng phổ biến như là xúc tác của công nghệ cracking xúc tác tầng sôi
(fluid catalytic cracking – FCC) trong ngànhh công nghiệp hóa dầu khắp
thế giới [1]. ZSM-5 có tác dụng tăng hàm lượng sản phẩm olefin nhẹ C3 và
C4, đặc biệt là propylene và trị số octan của xăng nhờ vào tính chọn lọc
hình dạng (shape-selectivity) [2]. Hoạt động cracking xúc tác của ZSM-5
được kỳ vọng sẽ xảy ra trong hệ thống kênh vi xốp 2D (microporous
channel) có kích thước lý thuyết là 0,54 – 0,56 nm [3]. Tuy nhiên, các báo
cáo gần đây [4], [5], [6], [7], [8] đã chỉ ra rằng hiệu suất cracking xúc tác
của ZSM-5 phụ thuộc đáng kể không chỉ vào các kênh vi xốp 2D mà còn
vào các lỗ xốp trung bình (mesopore) của nó. Điều này phát sinh từ thực tế
là các kênh vi xốp này thường hạn chế việc vận chuyển các hydrocacbon
nặng và sự khuếch tán của các phân tử chất phản ứng/sản phẩm lớn, dẫn
đến sự bất hoạt do sự lắng đọng của sản phẩm cháy có nguồn gốc carbon
(coke) [8], [9]. Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc chế tạo các lỗ xốp
trung bình trong ZSM-5 cũng như biến tính (modify) cấu trúc của các kênh
vi xốp và hầu hết trong số đó được thực hiện dựa trên các phương pháp hóa
học [5], [6], [7], [8], [9]. Mặc dù tất cả các nỗ lực nêu trên đã cải thiện đáng
kể hiệu suất cracking xúc tác của ZSM-5, nhưng việc kiểm soát sự hình
thành các lỗ trống trung bình (mesopore) và biến tính cấu trúc vi xốp vẫn
là một vấn đề đầy thách thức do các quy trình tổng hợp phức tạp, chi phí
phát sinh và/hoặc mức tiêu thụ vật liệu lớn [10]. Ngoài ra, việc sử dụng
lượng lớn hóa chất trong các quy trình xử lý có thể gây hại cho môi trường
[11], làm cho các nỗ lực đó vẫn chỉ giới hạn ở quy mô phòng thí nghiệm.
Vấn đề đặt ra là phải phát triển một phương pháp mới có thể sản xuất ZSM-
5 có lỗ xốp trung bình với chi phí thấp, tiêu thụ ít vật liệu, ít gây hại cho
môi trường hơn và khả năng sản xuất cao ở quy mô lớn hoặc công nghiệp.
Một phương pháp tiếp cận thay thế cho các phương pháp hoá học
truyền thống trong thập kỷ gần đây là việc biến tính cấu trúc của zeolite
bằng cách chiếu xạ chùm electron (EB) [12], [13], [14], [15], [16], [17].
Trong phương pháp này, cả EB năng lượng thấp từ kính hiển vi điện tử
truyền qua (TEM) [12], [13], [14], [15], [18] và EB năng lượng cao từ máy
gia tốc electron [16], [17], [19] đã được sử dụng. Việc sửa đổi cấu trúc
ZSM-5 bằng EB năng lượng thấp từ TEM chỉ có thể hạn chế trong phòng
thí nghiệm vì quy mô sản xuất nhỏ nên EB năng lượng cao từ máy gia tốc
electron là lựa chọn tốt hơn. Yeritsyan và các cộng sự [15] đã chứng minh
rằng EB từ máy gia tốc tuyến tính (ELU-8) với thông lượng 1013 e/cm2 có
thể tăng cường khả năng hấp phụ đồng vị phóng xạ (134Cs và 137Cs) của
zeolite clinoptilolite gấp hàng chục lần so với khi không chiếu xạ. Nghiên
cứu này đã mở ra khả năng ứng dụng máy gia tốc công nghiệp chiếu xạ EB
để biến tính zeolite ở quy mô sản xuất lớn. Nghiên cứu của Chen và cộng
