Nghiên cứu phản ứng khử chọn lọc NOx bằng propylen trên xúc tác Me/ZSM-5 và chất mang khác

Việc xử lý các khí thải đang là một trong những vấn đề cấp thiết hiện nay. Trong ba khí gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất hiện nay là CO, hiđrocacbon và NOx thì NOx là khí khó xử lý nhất. Các xúc tác kim loại/zeolit được đặc biệt chú ý do có hoạt tính cao trong phản ứng khử chọn lọc NOx bằng hiđrocacbon. Trong bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu hệ xúc tác này trong phản ứng khử NOx (deNOx) bằng propylen (C3H6).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu phản ứng khử chọn lọc NOx bằng propylen trên xúc tác Me/ZSM-5 và chất mang khácT¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (2), Tr. 142 - 146, 2006Nghiªn cøu ph¶n øng khö chän läc NOx b»ng propylen trªn xóc t¸c Me/ZSM-5 vµ chÊt mang kh¸c §Õn Tßa so¹n 23-9-2004 TrÇn V¨n Nh©n1, Lª Thanh S¬n2, Bïi Xu©n Tïng1 1 Khoa Hãa häc, Tr êng §HKHTN, §HQG H& Néi 2 Khoa Hãa häc, Tr êng §¹i häc khoa häc HuÕ Summary The catalytic deNOx by propylene over Me/ZSM-5 in the presence of oxygen has been studied. The catalytic activity has been determined by the method of temperature programmed surface reaction (TPRS). It has been shown that the sum H = A+ can be used to characterize the catalytic activity, where A is the acidity and = CO/CO2, a measure of the redox capacity of the catalysts. I - Më ®Çu Co3%/ZSM-5, Cr3%/ZSM-5. MÉu sau khi ®6îc tÈm ®Ó yªn 24 giê, sÊy ë 120oC trong 2 giê, cuèi ViÖc xö lý c¸c khÝ th¶i ®ang l mét trong cïng nung ë 550oC trong 3 giê.nh÷ng vÊn ®Ò cÊp thiÕt hiÖn nay. Trong ba khÝ b) §iÒu chÕ Co/chÊt mang (chÊt mang = ZSM-5,g©y « nhiÔm nghiªm träng nhÊt hiÖn nay l CO,hi®rocacbon v NOx th× NOx l khÝ khã xö lý -Al2O3, Y, MCM-41)nhÊt. C¸c xóc t¸c kim lo¹i/zeolit ®6îc ®Æc biÖt C¸ch ®iÒu chÕ còng gièng nh6 víi c¸c mÉuchó ý do cã ho¹t tÝnh cao trong ph¶n øng khö trªn. Muèi Co(NO3)2 còng ®6îc hßa v o n6ícchän läc NOx b»ng hi®rocacbon [1 - 3]. Trong sau ®ã ®em tÈm víi l6îng võa ®ñ lªn c¸c chÊtb i b¸o n y tr×nh b y c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu hÖ mang ZSM-5, -Al2O3, Y (cã Si/Al = 2,5),xóc t¸c n y trong ph¶n øng khö NOx (deNOx) MCM-41 víi h m l6îng cña Co cïng l 3% trªnb»ng propylen (C3H6). tÊt c¶ c¸c mÉu. Sau ®ã, mÉu ®6îc ®Ó yªn 4 giê, sÊy ë 120oC trong 2 giê, cuèi cïng nung ë II - Thùc nghiÖm 550oC trong 3 giê.1. §iÒu chÕ xóc t¸c kim lo¹i trªn chÊt mang c) §iÒu chÕ Co/chÊt mang (chÊt mang = ZSM-5,a) §iÒu chÕ Me/ZSM-5 (Me = Cu, Co, Cr) b»ng -Al2O3, Y, MCM-41) ph ¬ng ph¸p tÈm C¸ch ®iÒu chÕ còng gièng nh6 víi c¸c mÉu Ph6¬ng ph¸p ®iÒu chÕ c¸c mÉu Me/ZSM-5 trªn. Muèi Co(NO3)2 còng ®6îc hßa v o n6ícl ph6¬ng ph¸p tÈm. C©n l6îng chÝnh x¸c tõng sau ®ã ®em tÈm víi l6îng võa ®ñ lªn c¸c chÊtmuèi kim lo¹i Cu(NO3)2, Co(NO3)2 hoÆc mang ZSM-5, -Al2O3, Y (cã Si/Al = 2,5),Cr(NO3)3, ®em hßa tan v o mét l6îng n6íc võa MCM-41 víi h m l6îng cña Co cïng l 3% trªn®ñ ®Ó tÈm 6ít 1 g ZSM-5 (Si/Al = 47). h m tÊt c¶ c¸c mÉu. Sau ®ã, mÉu ®6îc ®Ó yªn 4 giê,l6îng cña kim lo¹i trªn zeolit ®Òu l 3% khèi sÊy ë 120oC trong 2 giê, cuèi cïng nung ël6îng, c¸c mÉu thu ®6îc l Cu3%/ZSM-5, 550oC trong 3 giê.1422. §o ho¹t tÝnh xóc t¸c trong ph¶n øng khö tÝch trªn hÖ thèng c¸c m¸y ph©n tÝch, cô thÓ: NOx NO, NO2 ®6îc ph©n tÝch trªn m¸y CLD 700 AL; Ph¶n øng ®6îc tiÕn h nh theo ph6¬ng ph¸p propylen ®6îc ph©n tÝch trªn m¸y Fidamat 5E-I;ph¶n øng bÒ mÆt theo ch6¬ng tr×nh nhiÖt ®é CO2, CO v N2O ®6îc ph©n tÝch trªn m¸y(TPSR) [4]. Nguyªn liÖu l khÝ propylen (C3H6) Ultramat 6.víi nång ®é 612 ppm, NOx (NO, NO2) cã nång®é 340 ppm, oxi cã h m l6îng 8% thÓ tÝch, III - KÕt qu¶ v) th¶o luËn®6îc mang b»ng khÝ N2, tèc ®é dßng khÝ tængcéng l 250 ml/phót. L6îng xóc t¸c sö dông 1. Ho¹t tÝnh cña hÖ xóc t¸c Me/ZSM-5 (Me =trong mçi ph¶n øng l 0,1 g ë d¹ng bét trén víi Cu, Co, Cr)c¸t cã ®6êng kÝnh h¹t 1 mm ®f ®6îc xö lý s¹chb»ng axit. Ph¶n øng ®6îc ®o ë kho¶ng nhiÖt ®é LÊy mÉu Co/ZSM-5 l m vÝ dô, ®å thÞ nångtõ 31- 600oC, tèc ®é gia nhiÖt 10oC/phót. Th nh ®é c¸c chÊt biÕn thiªn theo nhiÖt ®é ph¶n øngphÇn cña nguyªn liÖu v s¶n phÈm ®6îc ph©n ®6îc biÓu diÔn trªn h×nh 1. MÉu CO/ZSM-5 Nång ®é CO,CO2, ppm Nång ®é C3H6, NOx, NO2, ppm NhiÖt ®é, oC H×nh 1: §å thÞ nång ®é c¸c chÊt biÕn thiªn theo nhiÖt ®é trªn mÉu Co/ZSM-5 Tõ ®å thÞ, ta cã thÓ thÊy c¸c nguyªn liÖu ®Çu NOx (%) cña tõng mÉu ë mét sè nhiÖt ®é vC3H6, NOx ®Òu tr¶i qua c¸c qu¸ tr×nh hÊp phô vËt h»ng sè tèc ®é kmNOx, knNOx (tÝnh cho mét mollý, gi¶i hÊp vËt lý, hÊp phô hãa häc. Sau c¸c qu¸ kim lo¹i) ë 300oC. C¸c kÕt qu¶ ®6îc ®6a ratr×nh hÊp phô v gi¶i hÊp, ë 345oC, C3H6 v NOx trong b¶ng 1.b¾t ®Çu ph¶n øng, nång ®é c¸c khÝ CO2, CO b¾t Trong ba mÉu xóc t¸c th× mÉu Cu/ZSM- 5®Çu t¨ng lªn. §Æc biÖt, khi ®é chuyÓn hãa NOx cã ho¹t tÝnh tèt nhÊt, ®é chuyÓn hãa NOx ®¹t tíi®¹t max b»ng 47,6% t¹i nhiÖt ®é 390oC, th× ®é 93,49% ë nhiÖt ®é 366oC. §iÓm chung ®èi víichuyÓn hãa C3H6 vÉn bÞ oxi hãa ho n to n, c¶ 3 mÉu l ®é chuyÓn hãa ®Òu ®i qua mét cùcnh6ng ®é chuyÓn hãa NOx gi¶m xuèng, v thÊy ®¹i Tmax. Víi mÉu Cu/ZSM-5, Tmax = 366oC, cßnx¶y ra ph¶n øng oxi hãa NO th nh NO2, ph¶n víi hai mÉu Co/ZSM-5 v Cr/ZSM-5øng n y x¶y ra m¹nh nhÊt t¹i nhiÖt ®é 447oC. Tmax=390oC. Hai mÉu Co/ZSM- 5 v Cr/ZSM-5 C¸c ®å thÞ nång ®é-nhiÖt ®é t6¬ng tù còng cã ®é chuyÓn hãa cùc ®¹i xÊp xØ nhau (kho¶ngthu ®6îc ®èi víi hai xóc t¸c cßn l¹i l Cu/ZSM- 48%) nh6ng nhiÖt ®é ho¹t ®éng cña mÉu5 v Co/ZSM- 5. Tõ biÕn thiªn nång ®é NOx Cr/Z ...