Xúc tác Fe-ZSM-5 được thử nghiệm hoạt tính cho phản ứng oxy hoá phenol trong pha long với tác nhân oxy hoá là H202.
Để nghiên cứu hoạt tính xúc tác của Fe-ZSM-5 trong phản ứng oxy hoá phenol pha lỏng, sản phẩm phản ứng được phân tích bằng HPLC (sắc ký lỏng hiệu năng cao) và xác định chỉ số COD (nhu cầu oxy hoá học).
1. Sơ đồ phản ứng
Phản ứng oxy hoá phenol được thực hiện với những điều kiện phản ứng sau:
- Nhiệt độ phản ứng: 70 °c - Áp suất khí quyển: 1 atm - Lượng phenol (2,5 g/1): 50 ml - Tác nhân oxy hóa H202 (30%): 3,5 ml - Lượng xúc tác: 0,023 g
-Thời gian phản ứng: 240 phút
Theo [40] lượng H202 lấy dư1,5lần so với hệ số tỷ lượngso vớihệ số tỷ lượng để oxy hóa hoàn toànphenol thành C02 và H20 theo phương trình sau:
C6H3OH + 14H202-ỳ 6C02 + 17H20 Sơ đồ thực nghiệm được mô tả trên hình 1.
Hình 12. Sơ đồ phản ứng
Khuấy từ gia nhiệt Ôn nhiệt
Bình cầu 3 cổ 250 ml 4. Lấy sản phẩm Sinh hàn hồi lưu Nhiệt kế
2. Phân tích sản phẩm phản ứng bằng phương pháp HPLC
Sản phẩm được lấy ra tại các thời điểm khác nhau được lọc và đem đi phân tích sắc ký lỏng hiệu quả cao (HPLC). Độ chuyển hóa được tính như sau:
Diệntích pic phenol banđầu-diện tích pic phenolsau phảnứng J QQ Diện tích pic phenol ban đầu
Sắc ký là phương pháp tách, phân ly, phân tích các chất dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa hai pha động và tĩnh.
Khi tiếp xúc với pha tĩnh, các cấu tử của hỗn hợp sẽ phân bố giữa pha động và pha tĩnh tương ứng với tính chất của chúng (tính bị hấp phụ, tính tan...). Trong hệ thốna sắc ký chỉ có các phân tử pha động mới chuyên động dọc theo hệ sắc ký. Các chất khác nhau sẽ có ái lực khác nhau với pha động và pha tĩnh. Trong quá trình chuyển động dọc theo hệ sắc ký hết lớp pha tĩnh này đến lớp pha tĩnh khác, sẽ lặp đi lặp lại quá trình hấp phụ và giải hấp phụ.
Các chất có ái lực lớn với pha tĩnh sẽ chuyển động chậm hơn qua hệ thống sắc ký so với các chất tương tác yếu hơn pha này. Nhờ đặc điểm này mà người ta có thể tách các chất qua quá trình sắc ký.
Đặc trưng quan trọng của hệ thống sắc ký là thời gian lun và đại lượng tỷ lệ với thời gian lưu là thể tích lưu. Thời gian từ khi bơm mẫu đến điểm cực đại của pic được gọi là thời gian lưu toàn phần. Thông thường trong phân tích định tính, người ta so sánh thời gian lưu của cấu tử cần xác định với chất chuẩn hoặc bằng phương pháp nội chuẩn.
Pic sắc ký được đặc trưng bằng chiều cao, độ rộng, diện tích và vị trí của pic. Diện tích pic sắc ký được sử dụng để đánh giá định lượng thành phần của các chất trong hỗn hợp phân tích.
Trong sắc ký lỏng hiệu năng cao thường dùng áp suất cao nên đôi khi người ta gọi phương pháp sắc ký lỏng cao áp.
Detectơ: trong sắc ký lỏng người ta dùng quang phổ kế đo quang có độ nhạy rất cao, nhờ đó có thể nhận dạng các hợp chất đến nồne độ cực nhỏ 10'10M trong miền ánh sáng tử ngoại đến nhìn thấy (miền quang phổ 190+ 800
nm). Để dò tìm các chất không màu (không có hiệu ứng phổ hấp phụ) người ta có thế dùng các máy đo chiết suất vi sai.
Pha tĩnh: pha tĩnh dùng trong sắc ký lỏng thường không hoà lẫn với pha động, phải bền cơ học và hoá học trona điều kiện phân tích, phải có độ chọn lọc đủ cao. Pha tĩnh trong sắc ký lỏng có thể ở dạng rắn hoặc ở thể lỏng. Pha tĩnh rắn thường dùng các chất hấp phụ là silicagel, oxit nhôm hay một số chất hấp phụ biến tính...
Các mẫu lấy ra tại các thời gian khác nhau trong phản ứng oxy hoá phenol pha lỏng được tiến hành trên máy sắc kí lỏng cao áp hiệu Shimadzu tại Bộ môn hoá phân tích, khoa Công nghệ Hoá học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
3. Phân tích chỉ sô COD của thành phần sản phẩm phản ứng.
COD (Chemical Oxygen Demand-nhu cầu oxy hoá học) là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hữu cơ trong nước.
Nguyên tắc: Đun mẫu thử với lượng kali dicromat đã biết trước (có mặt của thủy ngân (II) sunfat và xúc tác bạc sunfat) trong axit sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định, trong quá trình đó một phần dicromat bị khử do sự có mặt các chất có khả năng bị oxy hóa. Chuẩn độ lượng dicromat còn lại bằng sắt (II) amonisunfat. Tính toán giá trị COD từ lượng dicromat bị khử.
Việc xác định chỉ số COD của dung dịch phản ứng được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc - Hoá dầu & Vật liệu xúc tác và Phòng phân tích môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Phần 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN