Nghiên cứu đặc tính phủ của bộ xúc tác nhiên liệu xăng để tạo khí hydro ứng dụng trên động cơ xăng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng tôi, thực hướng dẫn thầy giáo Tiến sĩ: Nguyễn Thế Lương Các kết số liệu, kết luận trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tôi xin chịu trách nhiệm nội dung trình bày luận văn Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2015 Nguyễn Ngọc Quang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HYDRO 1.1 Đặc điểm nhiên liệu hydro 1.1.1 Tính chất vật lý nhiên liệu hydro 1.1.2 Tính chất cháy nhiên liệu hy-đrơ 1.2 Các phương pháp sản xuất hydro khí giàu hydro 10 1.2.1 Phương pháp điện phân 11 1.2.1.1 Cơ sở lý thuyết 11 1.2.1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc điện phân 12 1.2.2 Phương pháp biến đổi (Reforming) nhiệt hóa nhiên liệu 13 1.2.2.1 Phản ứng nhiệt hóa nhiên liệu hydro cacbon với nước (phản ứng thu nhiệt) 14 1.2.2.2 Phản ứng ơxy hóa nhiên liệu khơng hồn tồn (phản ứng tỏa nhiệt) 14 1.2.2.3 Phản ứng nhiệt hóa hydro cacbon với khí cacbonnic (phản ứng thu nhiệt) 15 1.2.2.4 Biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu hydro cácbon với đồng thời nước, ôxy cacbonnic (q trình phản ứng trung tính nhiệt) 15 1.3 Các nghiên cứu sử dụng hyđrô động đốt 17 1.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động xúc tác tạo khí giàu hyđrơ 25 1.4.1 Cấu tạo 25 1.4.2 Nguyên lý hoạt động 26 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHỦ 28 2.1 Phương pháp hóa học điện ly 29 2.1.1 Tráng kim loại cách nhúng 29 2.1.2 Mạ hóa học khơng có dịng điện 29 2.1.3 Mạ khuếch tán 29 2.1.4 Mạ chân không 29 2.1.5 Mạ điện 30 2.2 Phương pháp vật lý học 32 2.2.1 Các phương pháp phun phủ 34 2.2.1.1.Phun lửa khí 34 2.2.1.2 Phun điện 36 2.2.2 Vật liệu phun phủ 40 2.2.3 Quy trình phun phủ kim loại lên bề mặt chi tiết khí 41 2.3 Phương pháp Sol-gel 43 2.3.1 Quy trình phủ Sol-Gel 43 2.3.1.1 Precursor 43 2.3.1.2 Sol 44 2.3.1.3 Gel 44 2.3.2 Ưu nhược điểm trình sol-gel 45 2.3.2.1 Ưu điểm: 45 2.3.2.2 Nhược điểm 46 2.3.3 Các ứng dụng 46 2.3.4 Các phương pháp phủ Sol-gel 47 2.3.4.1 Nhúng phủ 47 2.3.4.2 Phủ quay 49 2.3.4.3 Kỹ thuật phủ dòng chảy 51 2.3.4.4 Phủ phun 51 CHƯƠNG III ĐIỀU CHẾ LỚP PHỦ CUO-NIO 51 3.1 Miêu tả phương pháp điều chế 52 3.2 Điều chế lớp phủ 53 3.2.1 Xử lý chất 53 3.2.2 Điều chế lớp trung gian Al2O3 54 3.2.3 Điều chế lớp xúc tác Cu-Ni 55 CHƯƠNG IV XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH PHỦ XÚC TÁC 56 4.1 Trang thiết bị thử nghiệm 56 4.1.1 Máy xác định cấu trúc tinh thể vật liệu XRD 56 4.1.2 Kính hiển vi điện tử SEM 58 4.1.3 Phân tích diện tích bề mặt BET 59 4.1.4 Cân điện tử máy rung siêu âm 61 4.2 Kết thử nghiệm 62 4.2.1 Lớp trung gian γ-Al2O3/lõi FeCrAl 63 4.2.1.1 Lượng phủ 64 4.2.1.2 Chiều dày lớp phủ diện tích bề mặt 65 4.2.1.3 Tính kết dính 66 4.2.1.4 Cấu trúc độ nhấp nhô bề mặt 67 4.2.2 Lớp phủ NiO-CuO/Al2O3/lõi FeAlCr 68 4.2.2.1 Lượng phủ 68 4.2.2.2 Chiều dày lớp phủ diện tích bề mặt 69 4.2.2.3 Cấu trúc, độ nhấp nhơ bề mặt tính dính kết lớp xúc tác CuO-NiO 70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT H2 : Khí hydro CO : Khí mơ-nơ-xít-các bon CO2 : Khí các-bơ-níc CH4 : Khí mê-tan HC : Khí hy-đrơ-các-bon N2 : Khí Ni-tơ O2 : Khí ơ-xy CH : Gốc nhiên liệu hóa thạch hy-đrơ-các-bua NOx : Các loại ơ-xít ni-tơ z : Góc đánh lửa sớm  : Hệ số dư lượng khơng khí BMEF : Áp suất có ích trung bình BMTE : Hiệu suất nhiệt có ích trung bình BSFC : Suất tiêu hao nhiên liệu có ích SFC : Suất tiêu hao nhiên liệu BMEP : Áp suất có ích trung bình CHK : Chế hịa khí ĐCĐT : Động đốt G-e : Động sử dụng xăng H-e : Động sử dụng Hy-đro GH-e : Động sử dụng hỗn hợp xăng Hy-đro BTE : Hiệu suất có ích W/F : Tỷ lệ nước-nhiên liệu NTP : Điều kiện nhiệt độ 20 o C EGR : Bộ luân hồi khí thải CNG : Nhiên liệu khí thiên nhiên nén LNG : Khí thiên nhiên hóa lỏng ESA : Hệ thống đánh lửa điều khiển máy tính EW : Điện phân nước DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật lý hyđrô, mê-tan, xăng Bảng 1.2 Tính chất cháy hyđrơ, mêtan, xăng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phạm vi cháy hyđrô số loại nhiên liệu Hình 1.2 Nhiệt độ tự cháy hyđrô số loại nhiên liệu Hình 1.3 Tốc độ lửa số hỗn hợp khí Hình 1.4 Năng lượng đánh lửa hy-đrơ số loại nhiên liệu .9 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống sản xuất khí HHO 13 Hình 1.6 Các phương án cung cấp hy-đrô cho ĐCĐT 17 Hình 1.7 BTE theo tốc độ động H-e G-e 18 Hình 1.8 Mơ men theo tốc độ động H-e G-e 19 Hình 1.9 Cơng suất theo tốc độ động H-e G-e .20 Hình 1.10 BSFC H-e G-e chế độ toàn thải 20 Hình 1.11 Kết cấu cụm ống hút động GH-e 21 Hình 1.12 BMEP GH-e thay đổi lượng hy-đrô cung cấp 22 Hình 1.13 BTE GH-e thay đổi lượng hy-đrơ cung cấp 23 Hình 1.14 Mơ men theo tốc độ GH-e thay đổi lượng hy-đrơ cung cấp 23 Hình 1.15 SFC theo tốc độ GH-e thay đổi lượng hy-đrô cung cấp 24 Hình 1.16 Phát thải GH-e thay đổi lượng hyđrơ cung cấp 25 Hình 1.17 Cấu tạo xúc tác tạo khí giàu hyđrơ 26 Hình 2.1 Nguyên lý điện phân 30 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý trình phun 32 Hình 2.3 Phương pháp phủ phun Plasma 36 Hình 2.4 Phương pháp phủ hồ quang .38 Hình 2.5 Quá trình phát triển khác với xúc tác acid bazơ 44 Hình 2.6 Diễn biến trình Sol - gel .45 Hình 2.7 Các nhóm sản phẩm phương pháp sol-gel .47 Hình 2.8 Năm giai đoạn trình phủ nhúng 48 Hình 2.9 Độ dày màng xác định có cân điểm chuyển tiếp 49 Hình 2.10 Bốn giai đoạn phương pháp phủ quay 49 Hình 2.11 Mơ hình phương pháp phủ chảy dòng .51 Hình 2.12 Thiết bị phủ phun cầm tay .51 Hình 3.1 Quy trình cơng nghệ chế tạo lợp phủ NiO-CuO/-Al2O3/FeCrAl 52 Hình 4.1 Máy D8 Advance Bruker 56 Hình 4.2 Cấu tạo ống phát tia X .57 Hình 4.3 Detector nhấp nháy 57 Hình 4.4 Detector bán dẫn .57 Hình 4.5 Các tín hiệu sóng điện từ phát xạ từ mẫu tán xạ 58 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 59 Hình 4.7 Micromeritics Gemini VII 2390 Series .60 Hình 4.8 Cân điện tử máy rung siêu âm dùng để đánh giá khả dính kết vật liệu .62 Hình 4.9 Hiệu tốc độ nhắc đến lượng phủ -Al2O3/FeCrAl, Dung dịch bột nhão Al2O3 khuấy 8h, H2O/Al2O3 (w/w) = 1.4 g/g 63 Hình 4.10 Hiệu tỷ lệ H2O/Al2O3 bột nhão -Al2O3/FeCrAl 63 Hình 4.11 Ảnh hưởng tỷ lệ H2O/Al2O3 đến lượng kim loại phủ .64 Hình 4.12 Hiệu tỷ lệ H2O/Al2O3 bột nhão -Al2O3 diện tích bề mặt độ dầy lớp phủ -Al2O3/FeCrAl 65 Hình 4.13 Hiệu tỷ lệ H2O/Al2O3 bột nhão trọng lượng -Al2O3/FeCrAl 66 Hình 4.14 Kết XRD (a) FeCrAlloy sau xử lý nhiệt 900oC cho 10h; (b) -Al2O3 phủ FeCrAlloy 67 Hình 4.15 Ảnh SEM (a) bột thương mại -Al2O3; (b) lớp phủ -Al2O3 sau xủ lý nhiệt 67 Hình 4.16 Hiệu tốc độ nhắc đến lượng phủ NiO-CuO/-Al2O3/FeCrAl, dung dịch huyền phù NiO-CuO khuấy 8h, H2O/NiO-CuO (w/w) = 2.4 g/g 68 Hình 4.17 Hiệu tỷ lệ nước chứa đựng huyền phù CuO-NiO 69 Hình 4.18 Ảnh hưởng H2O chứa đựng huyền phù CuO-NiO độ dầy lớp phủ diện tích bề mặt .70 Hình 4.19 Ảnh SEM mặt cắt ngang xúc tác kính hiển vi điện tử 70 Hình 4.20 Ảnh chụp phân bố hạt xúc tác chất mang Al2O3 71 Hình 4.21 Sự trọng lượng trước sau rung siêu âm 30 phút 71 Hình 4.22 Bộ xúc tác sau khỉ phủ 71 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Việt Nam quốc gia phát triển, theo sát phát triển kinh tế, công nghiệp, du lịch, vv… phát triển nhanh chóng loại phương tiện giao thơng Phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu xăng dầu diesel ngun nhân gây nhiễm mơi trường Số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh năm gần ngày tác động xấu đến môi trường, nhiều giải pháp kỹ thuật nghiên cứu áp dụng để giảm thiểu thành phần độc hại khí thải Tối ưu hóa thiết kế động nhằm nâng cao hiệu trình cháy, đảm bảo cháy kiệt, nhờ giảm thành phần độc hại khí thải giải pháp quan tâm Các biện pháp tối ưu hóa bao gồm tối ưu hóa thiết kế buồng cháy đảm bảo tăng chất lượng tạo hỗn hợp tăng hiệu trình cháy Bên cạnh biện pháp cịn có biện pháp kiểm sốt xác tỷ lệ khơng khí nhiên liệu động xăng Luân hồi khí thải xử lý xúc tác xi lanh động biện pháp giảm thành phần độc hại sinh qua trình cháy động Ngày phát triển khoa học công nghệ nên kết cấu động đốt đạt tới ngưỡng hồn thiện, cơng nghệ chế tạo đạt tới đỉnh cao nên khả hoàn thiện thiết kế để giảm cách đáng kể thành phần độc hại sản phẩm cháy khó khăn Trong việc cải tiến thiết kế động khó gây đột phá giảm thành phần độc hại khí thải xử lý khí thải hệ thống thải biện pháp hiệu để giảm thành phần độc hại Phương pháp xử lý thực cách sử dụng xúc tác tên đường thải, phổ biến dùng xúc tác thành phần động xăng Bộ xử lý chứa hàm lượng nhỏ chất xúc tác (Pt, Ni, Rd) có tác dụng tăng cường q trình xy hóa khử thành phần độc hại Các xúc tác thường hoạt động hiệu nhiệt độ xúc tác đạt 350o C nên thời điểm khởi động lạnh, động có trang bị hệ thống xúc tác thường phát thải lớn, khơng sấy nóng xúc tác Bên cạnh vấn đề giảm ô nhiễm môi trường, vấn đề quan trọng khác nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiện, việc nâng cao tính kinh tế nhiên liệu giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trở thành mối quan tâm lớn quốc gia giới Xu hướng nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu thay thế, nhiên liệu sạch, nhiễm mơi trường Có nhiều loại nhiên liệu sạch, nhiên liệu thay nghiên cứu đưa vào sử dụng thực tế, tiêu biểu loại nhiên liệu sau: - Nhiên liệu cồn Ethanol cồn Metanol - Nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) - Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) - Nhiên liệu khí Hyđro (H2) - Nhiên liệu giàu Hyđro: Hỗn hợp nhiên liệu hóa thạch với hyđro Trong loại nhiên liệu kể nhiên liệu Hyđro hay hỗn hợp nhiên liệu giàu khí hyđro nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Hyđrô nguồn lượng vơ tận, nhiên liệu hyđrơ sử dụng để thay cho nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiện Hyđrơ sử dụng để sản xuất điện, thực pin nhiên liệu Điện từ pin nhiên liệu hyđrơ thích hợp cho vùng sâu, vùng xa Điện pin nhiên liệu hyđrơ cịn sử dụng cung cấp trực tiếp cho động điện phương tiện giao thông vận tải, từ xe con, xe ca, xe bus, xe tải đến máy bay, tàu hỏa, tàu thủy [1] Tính chất lý hóa hyđrơ giúp cho nhiên liệu sử dụng nhiên liệu cho động đốt trong, khí cháy bao gồm nước lượng nhỏ NOX [2], tạo phương tiện giao thông sạch, đáp ứng yêu cầu ngày cao tiêu chuẩn khí thải giúp giảm khí gây hiệu ứng nhà kính Do trị số ốc tan hyđrơ lớn, tính chống kích nổ tốt [3], nên cho phép động làm việc tốc độ cao, tỷ số nén lớn, nhờ mà dễ dàng tăng công suất động Mặc dù vậy, nhiên liệu hyđrơ có số nhược điểm so với nhiên liệu xăng diesel nhiệt trị mole thấp nên không thay đổi kết cấu động chuyển từ động chạy xăng diesel sang động chạy hồn tồn hydro công suất động bị giảm nhiều Thêm nữa, việc sản xuất, vận chuyển tích trữ bảo quản nhiên liệu hydro đủ để thay hoàn toàn xăng diesel khó khăn tốn nhiên liệu có tỷ trọng thấp Hình 4.7 Micromeritics Gemini VII 2390 Series Micromeritics Gemini VII 2390 Series phân tích diện tích bề mặt nhanh chóng đáng tin cậy xác định diện tích bề mặt xác Chi phí thấp, tốc độ cao, sử dụng đơn giản, độ tin cậy cao, độ chắn giành vị trí quan trọng phịng thí nghiệm nghiên cứu kiểm sốt chất lượng tồn giới Xác định BET đơn đa lớp khu vực bề mặt Langmuir, tổng khối lượng lỗ, phương pháp phân tích vi mơ Khả độc đáo Thiết kế Gemini cung cấp khả độc đáo có sản phẩm đắt tiền Nhiều tính lỗi thời vốn có cơng cụ tích truyền thống tĩnh loại bỏ thông qua chế độ từ chối Điều cung cấp công cụ đo lường xác ổn định xác hơn, cung cấp khả độc đáo Ví dụ, sử dụng nitơ, máy Gemini có khả thực phép đo vật liệu với diện tích bề mặt thấp, mà cơng cụ tương tự yêu cầu sử dụng 60 rypton Krypton khơng đắt mà đo đẳng nhiệt krypton địi hỏi áp lực thấp yêu cầu thành phần bổ sung công cụ để đo lường áp lực thấp Nếu khơng có u cầu bổ sung, máy Gemini giá chi phí vận hành cịn thp ã Cỏc phiờn bn Windows đ d dng làm theo cài đặt kiểm tra xác minh hệ thống để đảm bảo hiệu suất tối ưu độ tin cậy cao • Cho phép đo diện tích bề mặt thấp mà khơng địi hỏi krypton Các ưu điểm • Chi phí thấp • Hoạt động hồn tồn tự động • Thơng lượng cao - lên đến bốn máy Geminis hoạt động với máy tính • Có khả đo diện tích bề mặt vật liệu kích thước nhỏ • Lựa chọn chế độ phân tích (qt cân bằng) • Khơng có lỗi nhiệt khuếch tán • Thiết kế thép khơng gỉ 4.1.4 Cân điện tử máy rung siêu âm Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu sử dụng cân điện tử model WT3003CH , khả cân lớn 300 gram, sai số cân 0,001gram Máy rung siêu âm, công suất 100W tần số rung 45 kHz 61 Hình 4.8 Cân điện tử máy rung siêu âm dùng để đánh giá khả dính kết vật liệu 62 4.2 Kết thử nghiệm 4.2.1 Lớp trung gian γ-Al2O3/lõi FeCrAl Lượng phủ (mg/cm2) 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Tốc độ nhấc (mm s) Hình 4.9 Hiệu tốc độ nhắc đến lượng phủ -Al2O3/FeCrAl, Dung dịch bột nhão Al2O3 khuấy 8h, H2O/Al2O3 (w/w) = 1.4 g/g 12 Lượng phủ (mg cm2) 10 0 0.5 1.5 2.5 H2O/Al2O3 (w/w) Hình 4.10 Hiệu tỷ lệ H2O/Al2O3 bột nhão Al2O3/FeCrAl 63 4.2.1.1 Lượng phủ Hình 4.9 cho thấy ảnh hưởng tốc độ nhúng tới lượng phủ, với tỷ lệ khối lượng nước dung dịch huyền phù H2O/Al2O3 1.4 g g Lượng phủ tăng nhanh tăng tốc độ rút lên 0.5 mm sec, sau gần ổn định Hình 4.10 cho thấy quan hệ lượng phủ sau nung kết với tỷ lệ nước dung dịch huyền phù (H2O/Al2O3), với tốc độ nhấc giữ cố định 0.8 mm/sec Lượng kim loại phủ tăng dần giảm tỷ lệ H2O/Al2O3, lượng phủ đạt tỷ lệ cao tỷ lệ H2O/Al2O3 = 0,8 g/g, tiếp tục giảm tỷ lệ H2O/Al2O3 lượng kim loại phủ lại giảm, nguyên nhân giảm lượng kim loại phủ lớn bám dính bề mặt lõi, làm giảm lực căng dính kết kim loại phủ, sau làm khô, lượng kim loại dễ bị bong rơi khỏi lõi làm cho lượng kim loại phủ giảm nhanh Hình 4.11 ảnh vật liệu xúc tác bị bong tỷ lệ H2O/Al2O3 nhỏ 0,8 g g Hình 4.11 Ảnh hưởng tỷ lệ H2O/Al2O3 đến lượng kim loại phủ 64 4.2.1.2 Chiều dày lớp phủ diện tích bề mặt 20 60 50 Chiều dầy lớp phủ(m) 16 14 40 12 10 30 20 10 0 1.0 1.5 2O3 H2O/AlH22OO/Al (w/w) 2.0 Diện tích bề mặt cm2/cm2 chất nền) 18 2.5 Hình 4.12 Hiệu tỷ lệ(w/w) H2O/Al2O3 bột nhão -Al2O3 diện tích bề mặt độ dầy lớp phủ -Al2O3/FeCrAl Hình 4.12 cho thấy độ dày diện tích bề mặt lớp trung gian γ-Al2O3 sau trính nung kết hàm tỉ lệ H2O/Al2O3 Độ dày diện tích bề mặt lớp trung gian γ-Al2O3 tăng với giảm tỉ lệ H2O/Al2O3 từ 2.3 đến 1.2 g/g Nó cho thấy rằng, γ-Al2O3 vật liệu có cấu trúc xốp [1], tăng diện tích mặt γ-Al2O3, chứng diện tích bề mặt cải thiện sử dụng γ-Al2O3 65 4.2.1.3 Tính kết dính Phần trăm trọng lượng (%) 100 80 60 40 20 0 0.5 1.5 2.5 H2O/Al2O3 (w/w) Hình 4.13 Hiệu tỷ lệ H2O/Al2O3 bột nhão trọng lượng -Al2O3/FeCrAl Hình 4.13 cho thấy ảnh hưởng tỉ lệ H2O/Al2O3 đến trọng lượng rung bình sóng siêu âm Khi tỉ lệ H2O/Al2O3 0,5 g/g, toàn lớp trung gian Al2O3 bị rơi rụng Tuy nhiên, tăng tỉ lệ H2O/Al2O3 từ 0,5 đến trọng lương giảm mạnh, tiếp tục tăng tỷ lệ H2O/Al2O3 trọng lượng gần không thay đổi tỉ lệ H2O/Al2O3 cao, lượng phủ nhỏ, chất kết dính giúp bám dính tốt với hạt γ-Al2O3 với hạt γ-Al2O3 với bề mặt chất FeCrAl, tạo nên kết dính tốt lớp trung gian γ-Al2O3 Khi tỉ lệ H2O/Al2O3 nhỏ làm tăng lượng phủ, nhiên tăng lượng phủ giới hạn lực kết dính hạt γ-Al2O3 chất kết dính, lớp mẫu xuất vết nứt dễ dạng bị nứt Vì dính kết giảm 66 Cường độ nhiễu xạ (a.u.) 4.2.1.4 Cấu trúc độ nhấp nhô bề mặt 2(o) Hình 4.14 Kết XRD (a) FeCrAlloy sau xử lý nhiệt 900oC cho 10h; (b) -Al2O3 phủ FeCrAlloy 10 m 50 m (b) (a)  m sau Hình 4.15 Ảnh SEM (a) bột thương mại -Al2O3; (b) lớp phủ -Al2O xủ lý nhiệt 67 Đồ thị XRD lớp lớp trung gian γ-Al2O3 sau nung kết cho hình 4.14 a 4-14 b Kết cho thấy, γ-Al2O3 α-Al2O3 hình thành chất Hình ảnh SEM trạng thái ban đầu hạt γ-Al2O3 cho hình 4-14a Có thể thấy rằng, hạt bột dạng kết tụ với kích thước khoảng 10 μm Hỗn hợp hạt γ-Al2O3 ban đầu, chất kết dính nước khuấy 8h, kết cho thấy hạt kết tụ γ-Al2O3 dung dịch huyền phù bị phá vỡ với kích thước dao động từ 47 nm đến 49 nm Sau nhúng lớp phủ nung kết, thấy phân bố tốt hạt γ-Al2O3 lớp trung gian (hình 4.15b) So sánh với bột γ-Al2O3 ban đầu (hình 4.15a), hạt kết tụ lớp trung gian γ-Al2O3 với kích thước khoảng 1μm (hình 4.15b) 4.2.2 Lớp phủ NiO-CuO/Al2O3/lõi FeAlCr Để nghiên cứu đặc tính lớp phủ NiO-CuO/Al2O3/lõi FeAlCr, tốc độ nhấc mẫu, lượng phủ, độ dày diện tích bề mặt lớp phủ γ-Al2O3 giữ cố định là 0.8 mm/s, mg/cm2, 10 μm 11-13 cm2/ cm2 4.2.2.1 Lượng phủ Lượng phủ (mg/cm2) 1.2 0.8 0.4 0 Tốc độ nhấc (mm/s) Hình 4.16 Hiệu tốc độ nhắc đến lượng phủ NiOCuO/-Al2O3/FeCrAl, dung dịch huyền phù NiO-CuO khuấy 8h, H2O/NiO-CuO (w/w) = 2.4 g/g 68 Hình 4.16 ảnh hưởng tốc độ nhấc đến chiều dầy lớp phủ CuONiO, kết rằng, tốc độ nhấc từ 1-3mm s, lượng phủ tỷ lệ với tốc độ nhấc, tiếp tục tăng tốc độ nhấc luợng phủ gần khơng thay đổi Lượng phủ (mg/cm2) 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 1.8 2.3 2.8 3.3 H2O/NiO-CuO (w/w) Hình 4.17 Hiệu tỷ lệ nước chứa đựng huyền phù CuO-NiO Hình 4.17 tăng tỷ lệ H2O/CuO-NiO lượng phủ giảm, tăng lượng nước có dung dịch huyền phù mật độ hạt xúc tác CuNi giảm, dẫn tới lượng phủ giảm 4.2.2.2 Chiều dày lớp phủ diện tích bề mặt Hình 4.18 cho thấy chiều dày diện tích bề mặt lớp phủ CuO-NiO/γAl2O3 lõi FeCrAl thay đổi tỷ lệ H2O/CuO-NiO Độ dày diện tích bề mặt phủ Cu-Ni/γ-Al2O3/lõi FeCrAl tỷ lệ H2O/Al2O3 giảm từ 3.2 đến 2.1 g/g Kết qủa cho thấy, tăng diện tích bề mặt vật liệu xúc tác nhỏ nhiều so với diện tích bề mặt Al2O3, điều phù hợp với nghiên cứu công bố 69 20 16 12 0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.2 Diện tích bề mặt (cm2 NiO-CuO/cm2 FeCrAl) Độ dầy lớp phủ (m) H2O/CuO-NiO (w/w) Hình 4.18 Ảnh hưởng H2O chứa đựng huyền phù CuO-NiO độ dầy lớp phủ diện tích bề mặt Kết kết dính tốt lớp trung gian γ-Al2O3 kim loại xử lý Cuối nghiên cứu này, lớp NiO-CuO phủ lớp trung gian γ-Al2O3 Các kết hình 4.17, 4.18, 4.19 Các đặc tính lượng phủ, độ dầy lớp phủ giống với lớp -Al2O3 4.2.2.3 Cấu trúc, độ nhấp nhơ bề mặt tính dính kết lớp xúc tác CuO-NiO Hình 4.19 Ảnh SEM mặt cắt ngang xúc tác kính hiển vi điện tử Hình 4.19 chiều dầy lớp phủ CuO-NiO/Al2O3/lõi FeCrAl, kết chiều dầy lớp phủ vào khoảng 30 m phân bố dều lõi Kết 70 hình 4.20 phân bô hạt Cu, Ni va Al lõi FeCrAl, phân bố tốt kim loại lõi quan sát Al2O3 Cu Ni Mất trọng lượng (g) Hình 4.20 Ảnh chụp phân bố hạt xúc tác chất mang Al2O3 Mẫu phủ trước rung siêu âm Mẫu phủ sau rung siêu âm Hình 4.22 Bộ xúc tác sau khỉ phủ Hình 4.21 Sự trọng lượng trước sau rung siêu âm 30 phút Hình 4.21chỉ trọng lượng mẫu phủ trước sau rung siêu âm 30 phút, kết trọng lượng vào khoảng 7,2% Sự trọng lượng nhỏ so sánh với phương pháp phủ khác (sự trọng lượng từ 10-20%) Hình 4.22 sản phẩm sau phủ xúc tác, kết cho thấy trình phủ xúc tác thành công 71 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN: Với mục đích nghiên cứu xây dựng đặc tính phủ xúc tác nhiên liệu xăng tạo khí giàu hyđrơ, luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp phủ, lựa chọn phương pháp phủ phù hợp với điều kiện Việt Nam đưa đặc tính phủ sau: - Luận văn nghiên cứu phân tích đặc điểm kỹ thuật công nghệ phương pháp phủ phổ biến bao gồm phương pháp hóa học điện ly, phương pháp vật lý, phương pháp học phương pháp sol-gel - Phương pháp lai tạo sol-gel học sử dụng để nghiên cứu đặc tính phủ xúc tác Phương pháp có ưu điểm rẻ tiền, phù hợp với điều kiện Việt Nam - Đặc tính phủ xúc tác lượng kim loại phủ, bề dầy, diện tích bề mặt độ dính kết lớp phủ theo lượng nước dung dịch huyền phù nghiên cứu Đặc tính cấu trúc hình dạng bề mặt lớp phủ phân tích quan sát Luận văn chế tạo thành công xúc tác nhiên liệu, đóng góp vào kết chung đề tài cấp nhà nước với mã số KC.05.24/11-15 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá ảnh hưởng lớp phủ đến hiệu chuyển hóa hiệu tạo khí giàu hyđrơ xúc tác Tiến hành lắp xúc tác lên xe máy ô tô - Ứng dụng phương pháp phủ vào phủ xúc tác xử lý khí thải động 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Minh Tuấn Động đốt NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2006 [2] Bộ môn Tổng hợp Hữu cơ, Trường ĐH Bách hoa HN, Giáo trình Động học xúc tác, 1974 [3] Phạm Minh Tuấn Động đốt NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2006 [4] Nguyễn Hữu Phú Hấp phụ xúc tác vật liệu mao quản, NXB KH KT, 1998 [5] Hồ Sĩ Thoảng Xúc tác dị thể Xuất năm 2006 [6] Nguyễn Đình Huề - Trần im Thanh, Động hóa học xúc tác, 1989 [7] Ghazi A Karim Hydrogen as a spark ignition engine fule International Journal of Hydrogen Energy 28 (2003) 569 - 577 [8] Nguyễn Thế Lương, luận văn thạc sĩ khoa học, “Nghiên cứu giảm thành phần độc hại khí thải động đốt phương pháp phản ứng xúc tác trước phần nhiên liệu”, 2007 [9] Ann M De Goote, G F Froment, Partial oxidation of methane over nickel catalyst Appl Catal A 138 (1996) 245-264 [10] Angeliki A Lemonidou, Iacovos A Vasalos Carbon dioxide reforming of methane over wt.% Ni/CaO-Al2O3 catalyst Applied Catalysis A: General 228 (2002) p227–235 [11] Hoàng Đình Long Nghiên cứu đặc điểm phát thải động đốt dùng nhiên liệu khí thiên nhiên biến đổi phân tử mơ hình tốn Tạp chí Khoa học Công nghệ số 40+41, Hà Nội 2003 [12] Hoang Dinh Long, Chan Siew Hwa, Ding Ovi Lian A Thermodynamic View of Partial Oxidation, Steam Reforming, and Autothermal Reforming on Methane International Journal of Green Energy Vol 1, No 2, pp 265–278, 2004 [13] Heywood, J B., Internal Combustion Engine Fundamentals McGraw Hill, New York 1988 73 [14] C.M White, R.R Steeper, A.E Lutz, The hydrogen-fueled internal combustion engine a technical review, International Joural of Hydrogen Energy 31 (2006) 1292-1305 [15] Niculae Negurescu Performance comparison between hydrogen and gasoline fuelled spark ignition engine, Thermal science, year 2011, Vol 15, No 4, pp 1155-1164 [16] Sudheesh K, Mallokarjuna JM (2010), "Diethyl ether as an ignition improver for biogas homogeous charge (HCCI) operration-an experimentsl investigation, Energy 31 (2) p363614-3622 [17] Taymaz I (2006) "An experimental study of energy by balance in low heat rejection diesel engine" Energy 31(2), p364-371 [18] Hydrogen Fuel Cell Engines and related Technologies, Module 1: Hydrogen used internal cobustion engines "US DOE 2001 [19] TS Nguyễn Đức Hùng Sổ tay mạ nhúng phun, NXBKHKT 1992 [20] Trịnh Minh Hồng, Cơng nghệ mạ điện, NXBKHKT 2001 [21] PGS TS Hồng Tùng, Cơng nghệ phun phủ ứng dụng, NXBKHKT 2007 [22] J.H.Lai, Polymer Engineering and Science, 19 (1979) 1117 [23] B.T.Chen, Polymer Engineering and Science, 23 (1983) 299 [24] Nguyen The Luong, Eiji Yamasue, Hideyuki Okumura, Keiichi N Ishiharaa, Adhesion Properties of milled CuO-CeO2 γ-Al2O3 on Metallic Substrate for Automotive Catalytic Converter, Journal and Technology, Volume 32, Issue 5, 2014 74 of Particulate Science ... cầu trên, em lựa chọn đề tài "Nghiên cứu đặc tính phủ xúc tác nhiên liệu xăng để tạo khí giàu hydro ứng dụng động xăng" Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn Kết nghiên cứu luận văn giúp chế tạo. .. quan nhiên liệu hyđrô - Đặc điểm nhiên liệu hyđrơ - Các phương pháp sản xuất khí hyđrơ - Các nghiên cứu sử dụng hyđrô động xăng - Cấu tạo nguyên lý hoạt động xúc tác tạo khí giàu hyđrơ nhờ tận dụng. .. hợp khí giàu hydro cho động xe máy ôtô Để thực yêu cầu trên, thầy cô Bộ môn Động đốt tiến hành nghiên cứu hiệu vật liệu xúc tác Các kết nghiên cứu cho thấy vật liệu xúc tác thường sử dụng Ni/Al2O3