Teoretické studium dehydratace ethanolu katalyzované kyselými centry v zeolitech

Abstract

Zeolity jsou významnou skupinou katalyticky aktivních hlinitokřemičitanů. Jsou běžně používány jako katalyzátory při zpracování ropy. Mohou být použity i pro jiné reakce, například pro dehydrataci ethanolu, kterou lze také označit za deoxygenaci ethanolu. V této práci byly použity oba tyto termíny zaměnitelně. Experimentálně bylo zjištěno, že produkty reakce jsou diethylether a ethylen. Tato reakce představuje potenciální způsob zpracování ethanolu jako biopaliva. Diethylether a ethylen jsou žádanými molekulami a mají široké využití. Jejich výroba z ethanolu je potenciálně zajímavá. V rámci experimentální studie (Shashikant A. Kadam, Mariya V. Shamzhy) z roku 2018 bylo zjištěno, že reakční podmínky ovlivňují složení a poměr produktů deoxygenace ethanolu. Za zvýšené teploty a za nízkých tlaků stoupá podíl ethylenu ve směsi produktů. Diethylether je preferovaný produkt za vysokých tlaků a za nižších teplot. Cílem této práce bylo objasnění mechanismu reakce a vysvětlení změny v selektivitě katalyzátoru za různých podmínek. Tato práce je koncipována jako navazující teoretická studie. Metody výpočetní chemie poskytují teoreticky podloženou představu o geometrii a energii molekulárních systémů. S jejich pomocí je možné zkoumat mechanizmus chemických reakcí a jejich energetické bariéry a bilance, které umožňují...

Zeolites are a group of aluminosilicate minerals with catalytic properties. They may be used for many industrial applications such as catalytic cracking of oil. Zeolites are also capable of converting ethanol to diethylether and ethylen. This reaction is known as dehydration of ethanol. The reaction is potentially interesting as a way of converting ethanol to more valuable molecules. An experimental study (Shashikant A. Kadam, Mariya V. Shamzhy, 2018) has proven that diethylether is the preferred product when the temperatures are low and the partial pressure of ethanol is high. Ethylen is more significant product with higher temperature and lower partial pressure of ethanol. Aim of this thesis is to determine the mechanism of dehydration of ethanol. Furthermore it was attempted to explain the behavior of the reaction under different circumstances. The research was done in silico using the methods of computational chemistry. Such methods give information on the geometry and the energy of systems of molecules. Thus computational chemistry can be used to investigate the relational path and activation energy of the studied reaction. This thesis is a theoretical study of dehydration of ethanol catalysed by a zeolite.