d. Chuẩn độ Boehm
3.2.Kỹ thuật phản ứng oxi hóa xúc tác bề mặt xylen trên vật liệu CoOx/AC
Từ hình 3.6 quan sát thấy một pic khử hấp phụ oxi khá lớn trong khoảng nhiệt độ 150 - 2500C (cực đại 1980C). Píc khử này chính là quá trình khử của dạng oxi hấp phụ trên vật liệu CoOx/AC. Mặt khác, trên hình 3.6 píc khử hấp phụ dạng oxi hấp phụ trên CoOx/Al2O3 không rõ ràng. Nhiệt độ khử hấp phụ này dự đoán khoảng 300-4000C.
Theo [17], cơ chế của quá trình hấp phụ-oxi hóa BTX (benzen, toluen, xylen) trên vật liệu than hoạt tính tẩm oxit kim loại chuyển tiếp xảy ra theo cơ chế Langmuir-Hinshelwood nên quá trình khử hấp phụ O2 xảy ra trên CoOx/AC ở nhiệt độ thấp 150 - 2500C là rất tạo thuận lợi cho quá trình tương tác với BTX hấp phụ trên AC, tức là tạo thuận lợi cho quá trình hấp phụ-oxi hóa m-xylen.
3.2. Kỹ thuật phản ứng oxi hóa xúc tác bề mặt xylen trên vật liệuCoOx/AC CoOx/AC
Kỹ thuật oxi hóa xúc tác bề mặt là một dạng của kỹ thuật hấp phụ-xúc tác được ứng dụng để hoàn nguyên lại vật liệu hấp phụ và xử lý hoàn toàn các hợp chất ô nhiễm hữu cơ dễ bay hơi nhằm tạo ra CO2, H2O với hiệu suất xử lý 100% ở nhiệt độ không cao (≤
200oC) chỉ trong một đơn vị thiết bị (vừa hấp phụ vừa hoàn nguyên).
Thực tế nghiên cứu cho thấy: vật liệu hấp phụ đã hấp phụ bão hòa xylen thì khi hoàn nguyên, phản ứng :
(Trong đó (xylen)HP và (O2)HP : xylen và O2 hấp phụ trên bề mặt vật liệu HP-XT, MeOx: các tâm của oxit kim loại chuyển tiếp trên bề mặt chất HP-XT).
không thể chuyển hóa xylen thành CO2 + H2O với hiệu suất 100% một cách tức thì mà phải cần thời gian và không gian phản ứng cần thiết tùy thuộc vào bản chất xúc tác và chất bị hấp phụ).Đây chính là tiền đề xuất phát của kỹ thuật oxi hóa xúc tác bề mặt để xử lý hoàn toàn các chất ô nhiễm hữu cơ dễ bay hơi.
• Hình 3.7 trình bày các đường cong thoát (breakthough) hấp phụ động xylen ở 1500C và 2000C
Hình 3.7: Đường cong thoát của quá trình hấp phụ động xylen (khí mang N2)
Hình 3.8: Đường cong thoát của quá trình hấp phụ động và oxi hóa xylen (khí mang O2)
Từ hình 3.7nhận thấy rằng, khi nhiệt độ tăng trong khoảng 150-2000C, lượng xylen hấp phụ (được tính theo biểu thức (25) trên vật liệu CoOx/AC giảm dần. Trong khoảng nhiệt độ đó, có thể nói sự hấp phụ này đa phần là quá trình hấp phụ vật lý.
• Hình 3.8trình bày các đường cong thoát của quá trình hấp phụ động và oxi hóa đồng thời xylen qua cột vật liệu CoOx/AC với khí mang không khí (20% O2).
Từ hình3.8nhận thấy rằng, ở t =1500C đường cong thoát vẫn đạt giá trị =1, nghĩa là chưa xảy ra phản ứng oxi hóa bề mặt giữa (m-xylen)HP và (O2)HP.
Tại t = 2000C, đường cong thoát chỉ đạt giá trị = 0,72, nghĩa là có 28% xylen đã tham gia phản ứng oxi hóa bề mặt.
(xylen)HP+ (O2)HP → CO2 + H2O
Kết quảthu được là một gợi ý cho các nghiên cứu tiếp theo như sau: - Hướng 1: Để tăng độ chuyển hóa của phản ứng oxi hóa m-xylen đến 100% thì phải tăng nhiệt độ phản ứng (theo thuyết Arrhenius). Tuy nhiên, nhiệt độ cao > 300 - 4000C, dễ làm cấu trúc của vật liệu CoOx/AC bị phá vỡ, làm cho tuổi thọ xúc tác giảm nhanh chóng.
- Hướng 2: thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp dưới 3000C để bảo toàn cấu trúc của vật liệu CoOx/AC, nhưng cần tăng thời gian tiếp xúc lớn hơn
2,25 giây (chính làthời gian lưu của xylen trong cột chứa 0,625g vật liệu CoOx/AC: 1 m *3600 0,625*3600 2,25giay VHSV D * *1000 2*0,5*1000 τ = = = = ζ ), để tạo ra nhiều
“vòng quay xúc tác’’, tạo ra nhiều giai đoạn nguyên tố hình thành và phân hủy hợp chất xúc tác trung gian (theo thuyết tốc độ phản ứng xúc tác) để tăng độ chuyển hóa. Trong phản ứng này, nhiệt độ phản ứng thấp (t ≤
2000C) và lượng xylenhấp phụ (số mmol xylen/1g vật liệu) được lựa chọn một cách hợp lý.
Để thực hiện được hướng 2, thực nghiện được tiến hành như sau:
Bước 1: Hấp phụ động xylen trên vật liệu CoOx/AC ở các thời gian hấp phụ khác nhau 60 -100 phút (thời gian nhỏ hơn thời gian hấp phụ bão hòa xylen -120 phút). Sau đó dùng khí mang N2 để khử hấp phụ lượng xylen đã hấp phụ ở trên với lưu lượng dòng nhất định để tính được lượng xylen đã hấp
phụ, kí hiệu HP
[X]
Bước 2: Hấp phụ động xylen trên vật liệu CoOx/AC ở các thời gian hấp phụ khác nhau 60 -100 phút (thời gian nhỏ hơn thời gian hấp phụ bào hóa xylen -120 phút).Sau đó dùng khí mang không khí (20% O2) để oxi hóa lượng xylen đã hấp phụ. Tính toán lượng xylen còn lại sau phản ứng oxi hóa, kí hiệu
OXHHP HP
[X]
Hiệu suất của sự oxi hóa m-xylen được tính bằng biểu thức (26):