Thứ ba, 29/06/2021 14:53 GMT+7

Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và khảo sát khả năng xúc tác của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 cho phản ứng oxi hóa phenol

Gần đây, nhiều công trình đã chỉ ra rằng CeO2 là chất xúc tiến và chất xúc tác hiệu quả cho nhiều phản ứng oxi hóa. Tuy nhiên, sau một thời gian làm việc (đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao) CeO2 dễ bị thiêu kết và hoạt tính hóa học của nó giảm. Sự thiêu kết của CeO2 sẽ giảm đáng kể khi CeO2 được pha tạp. Khi được pha tạp, các ion kim loại khác sẽ tạo thành dung dịch rắn với CeO2, chính sự tạo thành dung dịch rắn đã làm cho độ bền nhiệt của hệ tăng lên. Hơn nữa, việc đưa thêm các cation kim loại có số oxi hóa nhỏ hơn +4 vào CeO2 sẽ sinh ra các lỗ trống oxi trong cấu trúc lập phương của CeO2, do đó làm tăng hoạt tính xúc tác của CeO2 và các vật liệu chứa CeO2. Trong số đó, oxit hỗn hợp CuO- CeO2 được coi là chất xúc tác rất hiệu quả cho các phản ứng khác nhau: oxi hóa hoàn toàn và chọn lọc CO trong dòng khí giàu H2, oxi hóa hidrocacbon, oxi hóa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, phản ứng khí than ướt... Hoạt tính cao của hệ xúc tác này cho các phản ứng oxi hóa là nhờ các lỗ trống oxi được tạo thành do sự tương tác mạnh giữa các tiểu phân CuO ở trạng thái phân tán tốt trên bề mặt chất mang CeO2 và dạng dung dịch rắn (được tạo thành do sự thay thế Ce4+ bởi Cu2+ trong cấu trúc lập phương của CeO2). Tuy nhiên, khả năng xâm nhập của Cu2+ vào cấu trúc tinh thể của CeO2 chỉ có hạn, để tăng lượng lỗ trống oxi trong cấu trúc của CeO2 bằng cách làm tăng mức độ sai lệch cấu trúc của CeO2 có thể đưa thêm một số cation kim loại khác như: Ca2+, Mn2+, K+... Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) như: các ancol, ankan và các hợp chất thơm được sinh ra từ nhiều quá trình sản xuất khác nhau là một trong các chất chính gây ô nhiễm môi trường và có hại cho sức khỏe con người. Để làm giảm hàm lượng của các chất này, người ta đã sử dụng một số phương pháp như: hấp phụ, oxi hóa nhiệt, oxi hóa có xúc tác…


 

Trong đó, oxi hóa có xúc tác được coi là phương pháp đầy triển vọng để làm giảm đáng kể hàm lượng của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong môi trường. Hơn nữa, phương pháp này oxi hóa khá triệt để, tránh được sự hình thành các sản phẩm trung gian không mong muốn như NOx, SOx và nhiệt độ tiến hành phản ứng thấp hơn nhiều so với phương pháp oxi hóa nhiệt nên tiết kiệm được năng lượng. Phương pháp oxi hóa có xúc tác thường sử dụng các xúc tác trên cơ sở các kim loại quý, tuy nhiên giá thành của các chất xúc tác này tương đối cao. Do đó, việc tìm ra các hệ xúc tác trên cơ sở các kim loại chuyển tiếp có giá thành thấp nhưng có hoạt tính xúc tác cao đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học. Vì vậy nhóm nghiên cứu do TS. Hoàng Thị Hương Huế, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội đứng đầu đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và khảo sát khả năng xúc tác của oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 cho phản ứng oxi hóa  phenol” nhằm điều chế oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 với độ phân tán cao bằng phương pháp tẩm; nghiên cứu đặc trưng của các vật liệu thu được bằng các phương pháp vật lý và hoá lý; nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 đến khả năng xúc tác của nó cho phản ứng  oxi hóa phenol.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, các kết quả thu được như sau:

1. Đã tìm được điều kiện tối ưu để tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 có hoạt tính xúc tác cao cho phản ứng oxi hóa phenol bằng phương pháp sol-gel và phương pháp tẩm.

 *Phương pháp sol-gel:

+ Tỷ lệ mol Cu/Cu+Ca+Ce = 0,15

+ Tỷ lệ mol Ca/Cu+Ca+Ce=0,075

+ Nhiệt độ tạo gel: 70 – 75 oC

+ Nhiệt độ nung: 600 oC 

+ Thời gian nung: 30 phút.

Sản phẩm được tổng hợp từ điều kiện tối ưu có hiệu suất xử lý phenol tương đối cao (96,3%).

* Phương pháp tẩm:

+ Tỉ lệ mol Cu/(Cu+Ca+Ce) là 0,15.

+ Tỉ lệ mol Ca/(Cu+Ca+Ce) là 0,075.

+ Thời gian tẩm là 6 giờ.

+ Nhiệt độ nung là 600oC.

+ Thời gian nung là1 giờ.

Sản phẩm được tổng hợp từ điều kiện tối ưu có hiệu suất xử lý phenol tương đối cao (95,0%).

2. Đã so sánh khả năng xúc tác của các oxit đơn lẻ CuO và CeO2 và các oxit hỗn hợp CuO-CeO2, CaO-CeO2, CaO-CuO-CeO2 cho phản ứng oxi hóa hoàn toàn phenol, thấy rằng: CuO hay CeO2 có hiệu suất phân hủy phenol rất thấp (khoảng 15%), oxit hỗn hợp CaO-CeO2 có hiệu suất phân hủy phenol đạt 37,2% và oxit hỗn hợp CuO-CeO2 có hiệu suất phân hủy phenol khá cao (61,6%). Oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 có khả năng phân hủy phenol cao nhất (96,3% với phương pháp sol-gel và 95,0% với phương pháp tẩm).

3. Đã nghiên cứu các đặc trưng của sản phẩm tổng hợp từ các điều kiện tối ưu bằng các phương pháp hiện đại: XRD, SEM, H2-TPR, Raman, BET, XPS

+ Đã xác định được sản phẩm có hình thái học rõ ràng và kích thước hạt tương đối nhỏ và đồng đều (khoảng 30-50 nm). 

+ Đã xác định được diện tích bề mặt của sản phẩm: 14,85 m2/g với phương pháp solgel và 37,96 m2/g với phương pháp tẩm.

+ Đã chứng minh được có ba dạng tồn tại của CuO trong oxit hỗn hợp CaO-CuO- CeO2 là: CuO vô định hình phân tán đều trên chất mang, CuO tinh thể và dung dịch rắn  Ce1-x-yCuxCayO2-δ.Trong oxit hỗn hợp đồng có cả số oxi hóa +1 và +2,  xeri cũng tồn tại ở cả số oxi hóa +3 và +4.

+ Đã chứng minh được sự khuyết tật tinh thể của CeO2 (hay lỗ trống oxi) trong các oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2.

+ Đã đưa ra quy trình điều chế oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO2 nano dạng bột phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14635/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

Nguồn: Cục Thông tin KH&CN quốc gia

Lượt xem: 435

Tìm theo ngày :

Đánh giá

(Di chuột vào ngôi sao để chọn điểm)