Nghiên cứu phản ứng quang oxy hóa các chất hữu cơ ở pha khí trên xúc tác TiO2 biến tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ THỊ MINH THƯ NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG QUANG OXY HĨA CÁC CHẤT HỮU CƠ Ở PHA KHÍ TRÊN XÚC TÁC TiO2 BIẾN TÍNH Chun ngành: Kỹ thuật Hóa dầu Mãsố :60520330 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI PHỊNG DẦU KHÍ VÀ XÚC TÁC, VIỆN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM Cán hướng dẫn khoa học: GS.TSKH LƯU CẦM LỘC Chttký: Cán chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Mạnh Huấn Chữ ký: Cán chấm nhận xét 2: TS Huỳnh Minh Thuận Chữ ký: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 15 tháng 07 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS.TS Phan Minh Tân Phản biện 1: TS Nguyễn Mạnh Huấn Phản biện 2: TS Huỳnh Minh Thuận ủy viên: TS Võ Nguyễn Xuân Phương ủy viên, thư ký: TS Hồ Quang Như Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Phan Minh Tân TRƯỞNG KHOA GS.TS Phan Thanh Sơn Nam ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Ngô Thị Minh Thư MSHV: 7140809 Nơi Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1991 sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu Mã số: 60520330 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu phản ứng quang oxy hóa chất hữu pha khí xúc tác TiO2 biến tính II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Điêu chê xúc tác TiO2 TiO2 biên tính Cr băng phương pháp sol-gel - Khảo sát ảnh hưởng điều kiện xử lý xúc tác TiO2 TiO2 biến tính Cr đến đặc trưng lý hóa hoạt tính xúc tác - Nghiên cứu đặc trưng lý hóa xúc tác điều chế - Tối ưu điều kiện phản ứng quang oxy hóa p-xylen pha khí xúc tác TiO2 TiO2 biến tính Cr - So sánh hoạt tính xúc tác TiO2, TiO2-P25 TiO2 biến tính Cr phản ứng quang oxy hóa hydrocacbon mạch vòng (p-xylen), hydrocacbon mạch ngắn (median) hydrocacbon mạch dài (n-hexan) - Làm sáng tỏ mối quan hệ đặc trưng lý hóa, điều kiện xử lý xúc tác điều kiện phản ứng hoạt tính xúc tác III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài); 11/01/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2016 V CÁN BỘ HUỚNG DẪN: GS.TSKH Lưu cẩm Lộc CÁN BỘ HUỚNG DẪN GS.TSKH Lưu Cẩm Lộc Tp.HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2106 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO ThS Đào Thị Kim Thoa TRƯỞNG KHOA GS.TS Phan Thanh Sơn Nam Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngô Thị Minh Thư LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Lưu cẩm Lộc, người hướng dẫn truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt q trình hồn thành khóa học Thạc sĩ giai đoạn thực luận văn Tiếp theo em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc Quý Thầy/Cô, Anh/Chị Phòng Dầu khí - Xúc tác Phòng Q trình Thiết bị thuộc Viện Cơng nghệ Hố học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em thời gian thực đề tài Em xin cảm ơn Quý Thầy/Cô thuộc Bộ môn Công nghệ Chế biến Dầu khí, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy, truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức bổ ích suốt khóa học Em xin cảm ơn Phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa học Và biết ơn, ghi tâm đồng hành gia đình, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp giúp em vượt qua khó khăn để hồn thành khóa học Trân trọng./ Ngơ Thị Minh Thư ii Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngô Thị Minh Thư TĨM TẮT LUẬN VĂN Trong khn khổ đề tài “Nghiên cứu phản ứng quang oxy hóa chất hữu pha khí xúc tác TiO2 biến tính Cr”, màng mỏng xúc tác TiO2 TiO2 biến tính Cr điều chế phương pháp nhúng phủ dung dịch sol-gel, xúc tác nghiên cứu đặc trưng lý - hóa xúc tác: thành phần pha (XRD), diện tích bề mặt riêng, kích thước lỗ xốp (BET), hình thái bề mặt (SEM, TEM), vùng hấp thu ánh sáng (UV-Vis), nhóm chức xúc tác (IR), phổ Raman độ dày màng mỏng phương pháp đo Stylus Việc biến tính Cr làm thay đổi rõ rệt đặc trưng lý hóa xúc tác TiO2, xúc tác TiO2 biến tính Cr có nhiệt độ chuyển pha anatase sang rutile cao hơn, kích thước hạt nhỏ diện tích bề mặt riêng cao đáng kể so với TiO2 Với hàm lượng Cr biến tính từ 0,05 đến 0,3 %mol, ion Cr6+ thay Ti4+ mạng cấu trúc T1O2 để hình thành liên kết Ti-O-Cr, làm giảm lượng vùng cấm xuống đến 2,01 4-1,81 eV, đồng thời mở rộng bước sóng hấp thu ánh sáng xúc tác sang vùng khả kiến (À = 618 4- 685 nm) Bên cạnh đó, nhiệt độ nung thời gian nung xúc tác làm thay đổi đáng kể đặc trưng lý hóa xúc tác TiO2 TiO2 biến tính Kết cho thấy xúc tác TiO2 biến tính 0,1% Cr nung 450 °C có kích thước hạt nhỏ (~8 nm) có diện tích bề mặt riêng cao 98,7 m2/g p-Xylen, median n-hexan chọn làm đại diện hợp chất hữu VOCs để đánh giá hoạt tính xúc tác Phản ứng quang oxy hóa tiến hành sơ đồ dòng vi lượng, sử dụng nguồn ánh sáng uv + LED nhiệt độ thường Khảo sát phản ứng với lượng xúc tác 15 mg phủ màng mặt ống thủy tinh Pyrex, tốc độ dòng tổng lít/giờ sử dụng oxy khơng khí làm tác nhân phản ứng quang oxy hóa p-xylen xác định hàm lượng nước tối ưu 15,18 mg/L Đối với xúc tác TiO2 TiO2 biến tính Cr, hoạt tính xúc tác khơng giống hợp chất hữu có chất khác Cụ thể, TiO2 phản ứng, hiệu suất chuyển hóa p-xylen đạt 1,53 g/gxt, n-hexan đạt 0,83 g/gxt median đạt 0,04 g/gxt Đối với xúc tác TiO2 với hàm lượng Cr biến tính tối ưu 0,1 %mol có hiệu suất chuyển Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngơ Thị Minh Thư hóa p-xylen đạt 1,69 g/gxt, n-hexan đạt 1,25 g/gxt methan đạt 0,03 g/gxf So sánh với TiO2-P25 xử lý phản ứng điều kiện, hiệu suất chuyển hóa p-xylen đạt 1,50 g/gxt, n-hexan đạt 0,87 g/gxt methan đạt 0,03 g/gxf Kết nghiên cứu cho thấy việc biến tính Cr khơng làm tăng hoạt tính phản ứng quang oxy hóa chất hữu mà tăng độ bền xúc tác TiO2 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngô Thị Minh Thư ABSTRACT In this thesis, T1O2 and Cr doped T1O2 thin film was prepared using sol-gel dip-coating process, the catalysts were characterized the physico-chemical characterictics of catalysts: UV-Vis absorption spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), Raman Spectroscopy, Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area (SBET), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrated (FT-IR) and thickness of thin film by Stylus measurement The experimental results showed that T1O2 modified by Cr had significantly altering physico-chemical characterictics such as higher temperature for transformating anatase to rutile, lower crystallite size and higher BET surface area in the comparison with pure T1O2 With content of doped Cr 0.05 - 0.3 %mol, Cr6+ ions replaced Ti4+ ions in the T1O2 structure to form Ti-O-Cr bonds, making the values of theữ band gap energy decrease to 2.01 4- 1.81 eV and extending of the spectrum of photon absorption to the visible region (À = 618 4- 685 nm) Besides that temperature and time of calcination had significantly affection of physicochemical characterictics too The results showed that T1O2 catalyst modified by 0.1 %mol Cr and calcied at 450 °C for hours had small crystallite size (~8 nm) and the largest BET surface area (98.7 m2/g) The photoactivity of catalysts was evaluated by the degradation of p-xylene, nhexane and methane represented VOCs (Volatile organic compounds) The reaction is carried out in the micro flow diagram, using uv light and uv + LED at room temperature With amount of 15 mg film catalyst covered up Pyrex glass, the gas flow rate of liters/hour, using oxygen in the atmosphere as reacted agent, an optimized moisture content was 15.18 mg/liter For T1O2 and T1O2 modified by Cr, the photoactivity were diferent for various organic compounds Detail in T1O2 catalyst, the yield of 7;-xylene, n-hexane and methane decomposition for 60 on g of catalyst reached up 1.53 g/gcat, 0.83 g/gcat and 0.04 g/gcat, respectively With Cr doped TiO2 with the optimal doping concenttation of 0.1 %mol, the yield of p- V Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngô Thị Minh Thư xylene, n-hexane and methane decomposition for 60 on g of catalyst reached up 1.69 g/gcat, 1-25 g/gcat and 0.03 g/gcat, respectively In comparision with TÌO2-P25 in the same of catalyst treatment and reation conditions, yield of p-xylene, n-hexane and methane decomposition for 60 on g of catalyst reached up 1.50 g/gcat, 0.87 g/gcat and 0.03 g/gcat, respectively The obtained results showed that T1O2 modifiled by Cr had higher activity in photooxidation of VOCs as well as more stable quantities of T1O2 vi Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngô Thị Minh Thư LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết luận văn hoàn thành dựa hên kết nghiên cứu kết nghiên cứu chưa dùng cho luận văn cấp khác Tp.HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2016 Ngô Thị Minh Thư Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngô Thị Minh Thư MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC sĩ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii ABSTRACT V LỜI CAM ĐOAN vii MỤC LỤC viii DANH MỤC BẢNG xii DANH MỤC HÌNH xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xviii Chương LỜI MỞ ĐẦU Chương TÔNG QUAN 2.1 Phản ứng quang hóa xúc tác 2.2 Xúc tác quang TiƠ2 ố 2.2.1 Cấu trúc TiƠ2 ố 2.2.2 Tính chất quang TiƠ2 2.2.3 Cơ chế xúc tác quang TiƠ2 2.3 Xúc tác quang TiƠ2 biến tính 10 2.4 Điều chế xúc tác 12 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng quang oxy hóa 14 2.5.1 Tốc độ dòng khí 14 2.5.2 Hàm lượng oxy 14 2.5.3 Hàm lượng nước 15 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư 4.2.1.2 Ảnh hưởng thời gian nung xúc tác Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian nung đến hoạt tính xúc tác trình bày hình 4.21, 4.22 phụ lục - bảng 6.2 Từ ta thấy hoạt tính xúc tác không ổn định theo thời gian nung xúc tác có độ ổn định cao nên thời gian nung tối ưu với độ chuyển hóa hiệu suất chuyển hóa cao Khi thời gian nung không đủ dài (1 giờ), hiệu suất chuyển hóa thấp Điều giải thích nung 400 °C lượng OH tạo thành ít, bề mặt chưa thể làm hồn toàn hợp chất hữu bề mặt xúc tác nên độ kết tinh xúc tác thấp dẫn đến hoạt tính thấp Tuy nhiên thời nung lâu hiệu suất chuyển hóa khơng cao tổng diện tích bề mặt xúc tác bị giảm thiêu kết làm giảm hoạt tính xúc tác Hình 4.21 Độ chuyển hóa p-xylen theo thời gian phản ứng ttong 60 phút ttên xúc tác TiO2 nung thời gian khác (V = L/h, mTiQ2 =15 mg, Cp_Xyien = 19 mg/L; CH2O= 15,18 mg/L; COỉ = 280 mg/L; Tnung = 450 °C) 68 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư Hình 4.22 Hiệu suất chuyển hóa p-xylen 60 phút xúc tác T1O2 nung thời gian khác (V = L/h, mTiQ2 =15 mg, Cp-xyien =19 mg/L; CH o = 15,18 mg/L; CŨ2 = 280 mg/L; Tnung = 450 °C) Vậy xúc tác T1O2 nung 450 °C thời gian cho hiệu suất chuyển hóa p- xylen cao 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng lên hoạt tính xúc tác quang oxy hóa p-xylen pha khí 4.2.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng nước Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nước trình bày ừên hình 4.23, 4.24 phụ lục - bảng 6.3 Nhận thấy, hàm lượng nước tăng, hiệu suất chuyển hóa p-xylen tăng nước hấp phụ lên bề mặt xúc tác làm tái sinh gốc OH* tham gia phản ứng nên hoạt tính xúc tác cao, nhiên tăng đến mức hiệu suất chuyển hóa giảm nước bao phủ bề mặt xúc tác gây cản trở tiếp xúc chất phản ứng xúc tác nên hoạt tính xúc tác giảm Kết khảo sát điều đó, hiệu suất chuyển hóa tăng tăng hàm lượng nước từ 4,70 mg/L đến 15,18 mg/L giảm tiếp tục tăng hàm lượng nước đến 25,57 mg/L 69 Luận vãn thạc sĩ o HVTH: Ngó Thị Minh Thư -°—Hàm liTựnE hơinước 4,70 ing.L —Hàm lượ hữÈÍHTỠC 8,tì? aạg/L ~ — - Hám lượn.E nước 15,18 Ỉ1ÌS/L \ Ũ5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Thời giati (phút) Hình 4.23 Độ chuyển hóa p-xylen theo thời gian phản ứng ửong 60 phút xúc tác T1O2 với hàm lượng nước khác (V = L/h, mTiQ2 =15 mg, Cp xyien = 19 mg/L; CŨ2 = 280 mg/L; Tnung = 450 °C; tnung = giờ) Hình 4.24 Hiệu suất chuyển hóa p-xylen ttong 60 phút ttên xúc tác T1O2 với hàm lượng nước khác (V = L/h, mTiOỉ =15 mg, Cp xyien =19 mg/L; COỉ = 280 mg/L; Tnung = 450 °C; tnưng = giờ) Vậy hàm lượng nước tham gia phản ứng tối ưu 15,18 mg/L 70 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư 4.2.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng oxy Ket khảo sát ảnh hưởng hàm lượng oxy trình bày hình 4.25, 4.26 phụ lục - bảng 6.4 Từ kết khảo sát, ta thấy hàm lượng oxy tăng hiệu suất chuyển hóa p-xylen tăng, phản ứng quang hóa oxy đóng vai trò chất nhận electron, ngăn chặn trình tái kết hợp electron vùng dẫn với lỗ trống vùng hóa trị, kéo dài thời gian hoạt động lỗ trống, làm tăng hoạt tính xúc tác [26] Thật kết khảo sát cho thấy với hàm lượng oxy lớn độ chuyển hóa hiệu suất chuyển hóa đạt kết tốt Vì ta sử dụng khơng khí khí với hàm lượng oxy 280 mg/L để thực nghiên cứu khảo sát Hình 4.25 Độ chuyển hóa p-xylen theo thời gian phản ứng ttong 60 phút xúc tác TiO2 với hàm lượng oxy khác (V = L/h, mTi02 =15 mg, Cp_Xyien = 19 mg/L; CH2O= 15,18 mg/L; Tnung = 450 °C; tnưng = giờ) 71 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư Hình 4.26 Hiệu suất chuyển hóa p-xylen 60 phút xúc tác T1O2 với hàm lượng oxy khác (V = L/h, mTiQ2 =15 mg, Cp-xyien =19 mg/L; CH o = 15,18 mg/L; Tnung = 450 °C; tnung = giờ) 4.3 Hoạt tính xúc tác quang T1O2 biến tính Cr quang oxy hóa p- xylen 4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Cr TỈO2 biến tính lên hoạt tính xúc tác quang oxy hóa p-xylen pha khí Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Cr T1O2 biến tính lên hoạt tính trình bày hình 4.27, 4.28 phụ lục - bảng 6.5 Có thể nhận thấy hoạt tính T1O2 biến tính Cr ổn định theo thời gian tốt so với T1O2 Sau 20 phút phản ứng, hoạt độ xúc tác giảm đến giá trị ổn định giữ nguyên hoạt độ đến 60 phút phản ứng, điều giải thích biến tính Cr lượng vùng cấm T1O2 giảm đồng thời kích thước hạt giảm đáng kể (kết TEM, SEM XRD) độ xốp bề mặt xúc tác tăng mạnh, diện tích bề mặt tăng lần, khả hấp phụ nước, tạo gốc OH’ có linh động ổn định theo thời gian nên hoạt tính xúc tác trì suốt thời gian phản ứng Hơn với 15 mg xúc tác, bề dày lớp xúc tác Ti-Cr mỏng hơn,tạo điều kiện ánh sáng sâu vào lớp bên Khi biến tính Cr với hàm lượng từ 0,05 %mol đến 0,1 %mol hiệu suất chuyển hóa tăng, tiếp tục tăng từ 0,1 72 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư %mol đến 0,3 %mol hiệu suất chuyển hóa giảm mạnh giảm khơng nhiều tiếp tục tăng từ 0,3 %mol đến %mol, tiếp tục giảm mạnh tăng lên đến %mol Vậy có thay đổi đâu? Có thể tăng hàm lượng Cr biến tính lượng vùng cấm giảm, electron linh động, dễ tái hợp với lỗ trỗng, điều có nghĩa với hàm lượng Cr biến tính nhiều từ 0,3 %mol đến %mol hoạt tính xúc tác giảm dần Ngồi ra, độ xốp, diện tích bề mặt riêng nguyên nhân làm thay đổi hoạt tính xúc tác Dựa vào kết BET SEM, tăng hàm lượng Cr từ 0,05 %mol đến 0,1 %mol diện tích bề mặt riêng xúc tác tăng nhẹ, hình thái bề mặt độ xốp xúc tác khơng có thay đổi đáng kể, tiếp tục tăng lên 0,3 %mol diện tích bề mặt riêng giảm, độ xốp giảm, theo khuynh hướng tiếp tục tăng hàm lượng Cr lên đến % diện tích bề mặt riêng độ xốp giảm mà hoạt tính xúc tác thay đổi theo quy luật Hình 4.27 Độ chuyển hóa p-xylen theo thời gian phản ứng 60 phút xúc tác TiO2 biến tính với hàm lượng Cr khác (V = L/h, mTi a =15 mg, Cp_xylen = 19 mg/L;C[lo = 15,18 mg/L; CŨ2 = 280 mg/L Tnung = 450 °C; tnưng = giờ) 73 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư Hình 4.28 Hiệu suất chuyển hóa p-xylen 60 phút xúc tác T1O2 biến tính với hàm lượng Cr khác (V = L/h, mTi_Cr= 15 mg, Cp-xyien =19 mg/L;CH2o= 15,18 mg/L; CQ2 = 280 mg/L Tnung = 450 °C; tnung = giờ) Vậy lợi quan trọng xúc tác Ti-Cr so với xúc tác T1O2 hoạt tính ổn định biến tính Cr với hàm lượng 0,1 %mol hàm lượng tối ưu 4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện xử lý xúc tác TÌO2 biến tính Cr lên hoạt tính xúc tác quang oxy hóa p-xylen pha khí Với hàm lượng Cr biến tính tối ưu 0,1 %mol, ta tiếp tục khảo sát điều kiện xử lý xúc tác gồm nhiệt độ nung thời gian nung 4.3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác Ket khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác Ti-0,lCr trình bày hình 4.29, 4.30 phụ lục - bảng 6.6 74 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư Hình 4.29 Độ chuyển hóa p-xylen theo thời gian phản ứng ửong 60 phút xúc tác Ti-0,lCr nung nhiệt độ khác (V = L/h, mTW)1Cr =15 mg, Cp-xyien = 19 mg/L;CHO = 15,18 mg/L; CŨ2 = 280 mg/L; tnung = giờ) Từ hình 4.29, ta thấy hai xúc tác nung 400 °C 450 °C có hoạt độ đầu cao nhất, đạt độ chuyển hóa X = 70 %, xúc tác lại độ chuyển hóa đầu đạt 30 50 % Trong mẫu nung 600 °C có hoạt độ đầu thấp Xúc tác Ti-Cr nung 450 °C vừa có hoạt độ đầu cao vừa có độ bền ổn định Do đó, nhiệt độ nung Ti-0,lCr đạt tối ưu 450 °C Bên cạnh đó, nhận thấy hoạt tính xúc tác Ti-0,lCr-500-2h giảm đáng kể so với Ti-0,lCr-450-2h giảm nhiều so với hoạt tính xúc tác Ti-500-2h Điều giải thích việc thêm Cr vào mạng tinh thể làm tăng nhiệt độ chuyển hóa pha rutile (kết XRD) hay nói cách khác hạn chế hình thành pha rutile, đồng thời tăng nhiệt độ nung làm q trình tách loaị nước hồn tồn nên hạn chế trình tái sinh gốc OH* làm cho hoạt tính xúc tác giảm mạnh, tương tự cho nhiệt độ nung lại 75 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư Hình 4.30 Hiệu suất chuyển hóa p-xylen 60 phút xúc tác Ti-0,lCr nung nhiệt độ khác (V = L/h, Iiijyi 1Cr = 15 mg, Cp-xyien =19 mg/L; CH o = 15,18 mg/L; CŨ2 = 280 mg/L; tnung = giờ) 4.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian nung xúc tác Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian nung xúc tác Ti-0,lCr đến độ chuyển hóa pxylen trình bày hình 4.31, 4.32 phụ lục - bảng 6.7 Qua đó, ta thấy xúc tác nung thời gian có hiệu suất chuyển hóa xấp xỉ thời gian nung Điều giải thích xúc tác biến tính Cr có diện tích bề mặt riêng, độ xốp lớn nên nung thời gian ngắn khả hấp phụ xúc tác tốt, theo đồ thị hình 4.31 nhận thấy 30 phút sau trình phản ứng, xúc tác nung có xu hướng giảm độ chuyển hóa mạnh so với xúc tác nung giờ, điều lý giải với thời gian nung ngắn tạp chất hữu chưa xử lý hồn tồn nên hoạt tính xúc tác giảm, khơng ổn định q trình hình thành cốc bề mặt diễn mạnh 76 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư TĨO2 > P25, nhiên chênh lệch không nhiều (hình 4.38) Điều giải thích Ti-0,lCr mở rộng vùng bước sóng hấp thu sang vùng ánh sáng nhìn thấy, lượng vùng cấm giảm đáng kể nên hoạt tính xúc tác cao P25 - hỗn hợp anatase rutile - đánh giá xúc tác thương mại có hoạt tính đặc trưng lý hóa tốt trường hợp phản ứng pha khí hoạt tính lại thấp so với xúc tác lại q trình tạo màng lên ống thủy tinh Pyrex từ dung dịch huyền phù làm giảm hoạt tính xúc tác điều kiện phản ứng tối ưu Ti-450-2h Ti-0,lCr-45081 Luận vãn thạc sĩ HVTH: Ngó Thị Minh Thư 2h chưa phải điều kiện phản ứng tối ưu P25-450-2h Có thể kết luận phương pháp nhúng phủ tạo màng từ sol-gel mang lại hiệu tốt so với phương pháp nhúng phủ dung dịch huyền phù Độ ổn định hoạt tính xúc tác bị ảnh hưởng kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, độ xốp, khả hấp phụ nước Dựa vào kết nghiên cứu đặc trưng lý hóa nêu mục 4.1 xúc tác Ti-0,lCr P25 có kích thước tinh thể nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn chiều dày lớp màng nhỏ nhiều so với T1O2, P25-450-211 có đường kính tinh thể 23,0 nm; diện tích bề mặt riêng 43,6 m2/g [25], Bên cạnh đó, hai xúc tác Ti-0,lCr TÌO2-P25 có độ ổn định điều kiện phản ứng cao xúc tác T1O2 (hình 4.37) Hình 4.37 Độ chuyển hóa p-xylen theo thời gian phản ứng Uong 60 phút ưên xúc tác TiO2, Ti-0,lCr P25 (V = L/h, mxt =15 mg, Cp_Xyien =19 mg/L; CH2O =15,18 mg/L; CQ2 = 280 mg/L; Tnung = 450 °C; tnưng = giờ) 82 ... vào pha khí pha lỏng Phản ứng quang xúc tác khác phản ứng xúc tác truyền thống cách hoạt hóa xúc tác Nếu phản ứng sử dụng xúc tác truyền thống, xúc tác hoạt hóa nhiệt phản ứng sử dụng xúc tác quang. .. hưởng điều kiện xử lý xúc tác TiO2 TiO2 biến tính Cr đến đặc trưng lý hóa hoạt tính xúc tác - Nghiên cứu đặc trưng lý hóa xúc tác điều chế - Tối ưu điều kiện phản ứng quang oxy hóa p-xylen pha. .. oxy hóa p-xylen pha khí 74 4.3.3 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện phản ứng lên hoạt tính xúc tác quang oxy hóa p-xylen pha khí 78 4.4 Khảo sát hoạt tính xúc tác phản ứng quang oxy hóa