Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của một số hỗn hợp oxit trên cơ sở CuO trong phản ứng oxi hóa m-xilen

. Mục đích của bài báo này là tìm hệ xúc tác thay thế xúc tác kim loại quý cho quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). Với ý tưởng tìm ra xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp phù hợp nhất cho việc xử lí VOC, chúng tôi đã tổng hợp các xúc tác CuO, CuO-CeO2, CuO-Co2O3, CuO-Fe2O3 bằng phương pháp sol-gel xitric, sau đó tiến hành đặc trưng xúc tác bằng các phương pháp XRD, TPR-H2 và kiểm tra hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxi hóa m-xilen.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của một số hỗn hợp oxit trên cơ sở CuO trong phản ứng oxi hóa m-xilen JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE 2014, Vol. 59, No. 6BC, pp. 98-103 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA MỘT SỐ HỖN HỢP OXIT TRÊN CƠ SỞ CuO TRONG PHẢN ỨNG OXI HÓA m-XILEN Nguyễn Thị Mơ1 , Nguyễn Hoàng Hào2 và Lê Minh Cầm1 1 Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 Khoa Hoá học, Trường Đại học Vinh Tóm tắt. Mục đích của bài báo này là tìm hệ xúc tác thay thế xúc tác kim loại quý cho quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). Với ý tưởng tìm ra xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp phù hợp nhất cho việc xử lí VOC, chúng tôi đã tổng hợp các xúc tác CuO, CuO-CeO2 , CuO-Co2 O3 , CuO-Fe2 O3 bằng phương pháp sol-gel xitric, sau đó tiến hành đặc trưng xúc tác bằng các phương pháp XRD, TPR-H2 và kiểm tra hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxi hóa m-xilen. Kết quả nghiên cứu về đặc trưng xúc tác đã chỉ ra rằng, CuO phân tán tốt trên bề mặt các oxit kim loại chuyển tiếp, đặc biệt là trên bề mặt oxit CeO2 . Kết quả nghiên cứu hoạt tính xúc tác cho thấy các hỗn hợp oxit kim loại thể hiện hoạt tính xúc tác tốt hơn CuO trong phản ứng oxi hóa m-xilen, trong đó hỗn hợp oxit CuO-CeO2 thể hiện hoạt tính xúc tác vượt trội hơn các hỗn hợp oxit khác (≈ 100% m-xilen chuyển hóa ở nhiệt độ 250 ◦ C). Sau đó chúng tôi tiếp tục đưa hỗn hợp CuO-CeO2 lên chất mang là than hoạt tính (AC) và kết quả chỉ ra rằng hệ xúc tác CuO-CeO2 /AC cho hiệu suất xúc tác cao hơn hỗn hợp oxit kim loại. Từ những nghiên cứu bước đầu có thể kết luận rằng CuO-CeO2 /AC là hệ xúc tác tốt cho phản ứng oxi hóa hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Từ khóa: Oxit kim loại chuyển tiếp, m-xilen, đường cong thoát, oxi hóa xúc tác, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC).1. Mở đầu Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) là tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khído độc tính của chúng đối với sức khỏe con người. Vì vậy việc kiểm soát và xử lí VOC hiện đangđược rất nhiều các nhà khoa học quan tâm [1, 2]. Có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhauđể loại bỏ VOC từ không khí ô nhiễm như: phương pháp ngưng tụ, phương pháp sinh học, phươngpháp phân hủy nhiệt, phương pháp hấp phụ, phương pháp oxi hóa xúc tác,... Trong đó, việc kếthợp phương pháp hấp phụ và xúc tác để chuyển hóa VOC ở nhiệt độ thấp (< 300 ◦ C) đang đượcxem là mang lại nhiều hứa hẹn cho việc xử lí các hợp chất này [3, 4]. Trong suốt thập kỉ qua, quá trình oxi hóa hoàn toàn VOC đã được nghiên cứu khá rộng rãitrên các xúc tác kim loại quý và các xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp [5]. Tuy xúc tác kim loạichuyển tiếp có hoạt tính không cao bằng xúc tác kim loại quý nhưng nhờ nhiều tính năng ưu việtcủa loại xúc tác này như độ bền nhiệt và ít bị ngộ độc xúc tác. . . nên xúc tác oxit kim loại chuyểntiếp đang dần được sử dụng để thay thế xúc tác kim loại quý trong việc xử lí VOC [6, 7]. Tác giả liên lạc: Nguyễn Thị Mơ, địa chỉ e-mail: montvn@gmail.com98 Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của một số hỗn hợp oxit trên cơ sở CuO trong phản ứng oxi hóa m-xilen Trong các xúc tác kim loại chuyển tiếp thì xúc tác trên cơ sở Cu luôn có hoạt tính cao, ít bịngộ độc bởi lưu huỳnh và có độ bền nhiệt cao. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứubước đầu về hoạt tính xúc tác của CuO và một số hỗn hợp oxit trong phản ứng oxi hóa m-xilen,một VOC điển hình được sử dụng khá rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.2. Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm * Hóa chất Các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu là Cu(NO3 )2 .3H2 O; Fe(NO3 )3 .9H2 O;Co(NO3 )2 .6H2 O; Ce(NO3 )3 .6H2 O, axit xitric C6 H8 O7 .H2 O đều đạt tiêu chuẩn phân tích, đượcmua từ Trung Quốc. Than hoạt tính (AC) được sử dụng là than Trà Bắc, có diện tích bề mặt riêngSBET = 1050 m2 /g. * Tổng hợp xúc tác Các xúc tác oxit CuO, CuO-CeO2 , CuO-Co2 O3 , CuO-Fe2 O3 , CuO-CeO2 /AC được tổnghợp bằng phương pháp sol-gel: hòa tan các muối nitrat của các kim loại trên bằng nước cất, vớitỉ lệ số mol s = Cu/Me = 0,1 (Me = Fe, Co, Ce) và tỉ lệ khối lượng x = Cu/AC = 0,05. Sau đótiếp tục thêm axit xitric vào dung dịch với tỉ lệ số mol axit xitric với tổng số mol các kim loại là1,2:1. Chỉnh pH bằng dung dịch NH3 15% đến pH = 7. Khuấy đều dung dịch bằng máy khuấy từở nhiệt độ 60 ◦ C để làm bay hơi dung môi và tạo gel trong suốt. Gel tạo thành tiếp tục được sấy ởnhiệt độ 80 ◦ C trong 12 giờ, sau đó được nung trong không khí ở 500 ◦ C trong 4 giờ (riêng mẫuCuO-CeO2 /AC được nung trong dòng N2 ở 400 ◦ C trong 4 giờ). Các mẫu xúc tác CuO, hỗn hợpCuO-Fe2 O3 , CuO-Co2 O3 , CuO-CeO2 và hỗn hợp CuO-CeO2 /AC thu được lần lượt được kí hiệulà Cu, Cu-Fe, C ...