Theoretical investigation of microporous materials for adsorption and catalysis

Abstract

Teoretické studium mikroporézních materiálů pro využití v adsorpci a katalýze Mikroporézní materiály jsou definovány přítomností pórů s průměrem menším než 2 nm. Do této skupiny spadají rozličné materiály, počínaje amorfními materiály a konče dobře definovanými krystalickými materiály, jako jsou zeolity nebo "metal organic frameworks" (MOF, organokovové krystalické polymery). Mikroporézní materiály jsou velmi významné pro průmysl, kde jsou využívány pro adsorpci, jako molekulová síta nebo jako heterogenní katalyzátory. Nejdůležitější skupinou mikroporézních materiálů jsou zeolity, které jsou využívány jako katalyzátory pro krakování ropy. Využití zeolitů v katalýze je omezeno malým průměrem pórů, které tak nejsou přístupné pro větší molekuly. Toto omezení lze obejít použitím hierarchických zeolitů obsahujících mezopóry, díky kterým mají výrazně lepší difúzní vlastnosti. Cíle této práce lze rozdělit na dvě části. V první části byla studována struktura vrstevnatých a hierarchických zeolitů s cílem identifikovat strukturu nových materiálů a vytvořit spolehlivé teoretické modely pro studium hierarchických zeolitů. V druhé části práce byly studovány katalytické vlastnosti několika mikroporézních materiálů. Výsledky této práce byly použity pro identifikaci struktury řady materiálů, včetně zeolitu SAZ-1,...

Theoretical investigation of microporous materials for adsorption and catalysis Microporous materials are defined by a presence of pores with diameter smaller than 2 nm. They comprise a large variety of materials from amorphous materials to very well defined crystalline materials like zeolites or metal organic frameworks. Microporous materials are industrially very important group of materials used for adsorption, gas capture, molecular sieving, or heterogeneous catalysis. Zeolites are by far the most important group of microporous materials due to their use as catalysts for the petroleum cracking. One of the main limitations of the zeolite use in catalysis is their limited pore size. This obstacle can be solved by use of hierarchical zeolites with a secondary mesopore network which allows overcoming the diffusion problems. The aims of this study can be divided into two parts. In the first part, the structures of two-dimensional and hierarchical zeolites were investigated theoretically to identify the structure of new materials and to obtain reliable models to study the hierarchical zeolites. In the second part, the catalytic properties of several microporous materials were modelled to explain their experimental activity. The results of this thesis were used to identify the structure of a large...