Các nghiên cứu trên thế giới cho biết là NO2 có khả năng xử lý muội khá tốt. Trong dòng khí phản ứng lại có mặt NO nên có thể đây là nguyên nhân khiến khả năng xử lý muội của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 tốt chứ không phải do hoạt tính của xúc tác. Vì thế, ta tiến hành thí nghiệm để khảo sát sự ảnh hưởng của NO2 đến quá trình oxy hóa muội trên xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 bằng cách loại dòng khí NO ra khỏi dòng khí phản ứng. Kết quả được so sánh ở bảng 3.8
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 82
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của NO đến khả năng xử lý muội của xúc tác MnO2-Co3O4- CeO2 tỉ lệ 21-63-16
Mẫu Độ chuyển hóa muội (%)
100% muội (có NO) 88,99%
100% muội (không có NO) 72,36%
xúc tác –muội =1-1(có NO) 93,9%
xúc tác –muội =1-1 (không có NO) 81,55%
Kết quả cho thấy khi không có NO, khả năng xử lý muội của của xúc tác MnO2- Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 giảm nhiều chứng tỏ việc có mặt NO đã có tác dụng làm tăng khả năng chuyển hóa muội. Tuy nhiên, khả năng xử lý muội trong dòng khí thải không có NO vẫn cao hơn so với xử lý muội trong dòng chỉ có O2. Có thể là do lượng nhiệt tỏa ra khi oxy hóa C3H6 đã làm tăng quá trình oxy hóa muội.
Hình 3.36: Độ chuyển hóa C3H6 của xúc tác xử lý muội trong dòng khí thải có thành phần khác nhau
Độ chuyển hóa C3H6 của xúc tác xử lý muội trong dòng khí thải có thành phần khác nhau được biểu diễn ở hình 3.36. Đồ thị cho thấy, khả năng xử lý C3H6 của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 trong dòng khí thải không có NO thấp hơn không nhiều so với dòng khí thải có NO. Tuy nhiên, khí không có NO thì khả năng xử lý C3H6 của xúc tác ổn định, ít thay đổi hơn. Đối với mẫu muội, trường hợp có NO trong khí thải thì C3H6 được xử lý tốt hơn so với trường hợp không có NO vì C3H6
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 83 còn đóng vai trò chất khử trong phản ứng khử NO nên khi có NO thì C3H6 cũng được chuyển hóa nhiều hơn.
Hình 3.37: Nồng độ CO2 của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 khi xử lý muội trong dòng khí thải có thành phần khác nhau
Hình 3.38: Nồng độ CO của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 khi xử lý muội trong dòng khí thải có thành phần khác nhau
Nồng độ CO2 và CO của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 khi xử lý muội trong dòng khí thải có thành phần khác nhau được biểu diễn trên hình 3.37 và 3.38. Đồ thị thấy, nồng độ CO2 của mẫu xúc tác khi không có mặt NO lớn hơn và ổn định hơn so với mẫu có mặt khí NO đi qua. Như vậy, khi không có mặt NO thì độ chọn lọc CO2
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 84
KẾT LUẬN
Bản đồ án này tập trung nghiên cứu các oxit kim loại có khả năng oxy hóa hoàn hoàn cặn cacbon (muội) và xử lý khí thải động cơ đốt trong tốt. Qua quá trình nghiên cứu thu được một số kết quả sau:
- Tổng hợp thành công các xúc tác oxit CeO2, MnO2, Co3O4…, xúc tác đa oxit MnO2-Co3O4-V2O5, MnO2-Co3O4-CeO2 và hệ xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2-V2O5
theo các tỉ lệ khác nhau.
- Nghiên cứu các đặc trưng hóa lý của các oxit, hỗn hợp đa oxit kim loại như diện tích bề mặt riêng, cấu trúc tinh thể cho thấy các xúc tác tổng hợp được đem nghiên cứu có độ tinh khiết cao, có diện tích bề mặt riêng ở mức trung bình. Xúc tác hỗn hợp MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 có bề mặt riêng cao hơn so với các xúc tác đơn oxit.
- Trong các mẫu xúc tác đơn oxit, xúc tác V2O5 chuyển hóa muội tốt nhất nhưng độ chọn lọc CO2 không cao, còn xúc tác MnO2, Co3O4 có khả năng chuyển hóa muội kém hơn nhưng chuyển hóa muội hoàn toàn thành CO2.
- Khả năng chuyển hóa muội của xúc tác hỗn hợp MnO2-Co3O4-V2O5 tỉ lệ 28- 12-60 rất cao (96%), cao hơn nhiều so với các xúc tác đơn oxit riêng lẽ. tuy nhiên xúc tác này có hoạt tính thấp cho phản ứng oxy hóa hoàn toàn C3H6, CO và khử NO trong dòng khí thải.
- Xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 có khả năng xử lý cả 3 thành phần trong khí thải (C3H6, CO, NO) gần như hoàn toàn nhưng khả năng chuyển hóa muội không cao bằng xúc tác MnO2-Co3O4-V2O5 tỉ lệ 28-12-60. Tuy vậy, khi tỉ lệ muội trộn vào xúc tác không cao thì sự có mặt của muội không làm ảnh hưởng gì đến khả năng chuyển hóa C3H6, CO, NO của xúc tác này mà khả năng oxy hóa muội vẫn xảy ra hoàn toàn. Sự có mặt của NO cũng làm tăng khả năng oxy hóa muội.
- Xúc tác 4 thành phần MnO2-Co3O4-CeO2- V2O5 có khả năng chuyển hóa muội kém hơn so với xúc tác MnO2-Co3O4-V2O5 và xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2. Đồng thời khả năng xử lý các thành phần C3H6, CO, NO cũng giảm nhiều so với xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2. Như vậy, xúc tác 4 thành phần không có hiệu quả tốt cho việc xử lý 4 thành phần gây ô nhiễm trong khí thải.
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Fabiola N. Aguero, Bibiana P. Barbero , Luis Gambaro, Luis E. Cadu´ s.
Catalytic combustion of volatile organic compounds in binary mixtures over MnOx/Al2O3 catalyst. Appl. Catal. B: Environmental 91 (2009), pp.108–112. 2. A. Fredrik Ahlstrogm and C.U. Ingemar Odenbrand. Combustion of Soot
Deposits from Diesel Engines on Mixed Oxides of Vanadium Pentoxide and Cupric Oxide. Appl. Catal. 60 (1990) pp.157-172
3. J.Le Bars , J.C.Vedrine , A.Aurous , S.Trautmann and M.Baerns. Applied Catalysis A : General 88 (1992) pp.179
4. F.M. Bautista, J.M. Campelo, D. Luna, J. Luque, J.M. Marinas. Gas-phase selective oxidation of toluene on TiO2 –sepiolite supported vanadium oxides, Influence of vanadium loading on conversion and product selectivities. Catal. today 128 (2007), pp. 183-190.
5. J.L. Blin, R. Flamant, B.L. Su.Synthesis of nanostructured mesoporous zirconia using CTMABr–ZrOCl.8H2O systems: a kinetic study of synthesis mechanism. International Journal of Inorganic Materials, 3 (2001), pp. 959–972
6. C. J. Brinker, G.W.Scherer, Sol – gel science: The physics and Chemistry of Sol – gel Processing, Academic Press Limited, 1990.
7. Richard W. Boubel, Donald L. Fox, D. Bruce Turner, Acthur C. Stern. (1994),
Fundamental of air pollution, third edition, Academic press, America, pp. 25-37 8. James C. Clere. Catalytic diesel exhaust aftertreatment. Appl. Catal. B, 1996, vol
10, pp. 99 – 115.
9. Fabrice Diehl, Jacques Barbier Jr., Daniel Duprez, Isabelle Guibard, Gil Mabilon. Catalytic oxidation of heavy hydrocarbons over Pt/Al2O3 Influence of the structure of the molecule on its reactivity. Appl. Catal. B: Environmental 95 (2010), pp. 217–227
10. Jan Kašpar, Paolo Fornasiero, Neal Hickey. Automotive catalytic converters: current status and some perspectives, Catal. Today, 77 (4), 2003, pp. 419–449
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 86 11. Ronald M. Heck, Robert J. Farrauto. Automobile exhaust catalysts, Appl. Catal.
A: General, 221 (1-2), 2001, pp. 443–457.
12. Ana Iglesias- Juez, Ana B. Hungria, Arturo Martines Arias, James A. Anderson, Marcos Fernandes-Garcia. Pd-based (Ce,Zr)Ox- supported catalyst: promoting effect of base metals (Cr,Cu,Ni) in CO and NO elimination, Catal. Today,143 (3-4), 2009, pp.195–202
13. Walter J. Energy and Air polluants in Belgium, Catalysis and Automotive Pollution Control II, Elsevier, 1991, pp 5 – 15.
14. M. Kakihana, J. Sol – gel Sci. Tech. 1996
15. J.B. Laughlin, J.L. Sarquis, V.M.Jones, J.A. Cox. Using Sol – Gel Chemistry to synthesize a material with properties suited for chemical sensing. J. Chem. Educ., 2000, 77 (1), p 77.
16. Qian Li, Ming Meng, Noritatsu Tsubaki, Xingang Li, Zhaoqiang Li, Yaning Xie, Tiandou Huc, Jing Zhang. Performance of K-promoted hydrotalcite-derived CoMgAlO catalysts used for soot combustion, NOx storage and simultaneous soot–NOx removal. Appl. Catal. B: Environmental 91, 2009, pp. 406–415
17. Qian Liu, Lu-Cun Wang, Miao Chen, Yong Cao , He-Yong He, Kang-Nian Fan.
Dry citrate-precursor synthesized nanocrystalline cobalt oxide as highly active catalyst for total oxidation of propane. Journal of Cataly. 263, 2009,pp.104–113 18. John P. A. Neeft. Kinetics of the oxidation of diesel soot. Fuel, 1997, vol 76, No
12, pp. 1129 – 1136.
19. J. W. Niemantsverdriet. (2000), Spectroscopy in Catalysis, Wiley-VCH, second edition, pp 106-135.
20. G. Neri, G. Rizzo, S. Galvagno, A. Donato, M.G. Musolino, R. Pietropaolo. K- and Cs-FeV/Al2O3 soot combustion catalysts for diesel exhaust treatment. Appl. Catal. B: Environmental 42 (2003), pp. 381–391
21. Claire-Noelle Millet, Romain Che´ dotal, Patrick Da Costa.Synthetic gas bench study of a 4-way catalytic converter: Catalytic oxidation, NOx storage/reduction and impact of soot loading and regeneration. Applied Catalysis B: Environmental 90, 2009, pp. 339–346.
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 87 22. Pradyot Patnaik. Handbook of inorganic chemicals. McGraw-Hill Professional; 1
Edition (November 20, 2002)
23. V.Perrichon. Xúc tác ứng dụng cho xử lý ô nhiễm không khí và nước, Hà Nội 1999
24. Nunzio Russo. Studies on the redox properties of chromite perovskite catalysts for soot combustion. J. Catal, 2005, vol 29, pp. 459 – 469.
25. A. S. K. Sinha and V. Shankar. Characterization and activity of cobalt oxide catalysts for total oxidation of hydrocarbons. The Chemical Engineering Journal, 52, 1993, pp.115-120
26. W.F. Shangguan. Kinetics of soot - O2, soot - NO, and soot - O2 - NO reactions over spinel - type CuFe2O4 catalyst. Appl. Catal. B, 1997, vol 12, pp. 2237 – 247.
27. B. R. Stanmore. The oxidation of soot: a review of experiments, mechanisms and models. Carbon, 2001, vol 39, pp. 2247 – 2268.
28. K. Jira´ Tova, J. Mikulova, J. Klempa, T. Grygar , Z. Bastl, F. Kovanda.
Modification of Co–Mn–Al mixed oxide with potassium and its effect on deep oxidation of VOC. Appl. Catal. A: General 361, 2009, pp. 106–116
29. Shaobin Wang. Catalytic combustion of soot on metal oxides and their supported metal chlorides. Ctalysis Communication, 2003, vol 4, pp. 591 – 696.
30. Jong Wang, Jacheng Gao, Jinzhu Hu and Yan Zhang. Solid reaction mechanism of CaHPO4. 2H2O + CaCO3 with out yttria. Rare metals 28 (1), 2009, pp.77. 31. S. Williams, M. Puri, A.J. Jacobson, C.A. Mims. Propene oxidation on
substituted 2:1 Bismuth Molybdates and Vanadates, Catal. Today 1997, vol 37, pp. 43-49
32. Bùi Văn Ga. Ô nhiễm môi trường do khói đen động cơ diesel. Hội nghị khoa học quốc gia lần 2, 1995.
33. Nguyễn Đức Khiển. Nghiên cứu chế tạo hộp xúc tác chống ô nhiễm khí thải xe cơ giới, làm sạch môi trường đô thị. Sở khoa học công nghệ và Môi trường, 1997.
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 88 34. Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng. Nhiên liệu sạch và các quá trình xử lý
trong hóa dầu. Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật 2010
35. Phạm Ngọc Nguyên. Giáo trình kỹ thuật phân tích hóa lý, 2006. 36. Hoàng Nhâm. Hóa học vô cơ tập 3. Nhà xuất bản giáo dục, 2005
37. Lê Minh Thắng. (1999), Tổng hợp xúc tác quá trình oxi hóa hoàn toàn hydrocacbon ứng dụng xử lý khí thải động cơ, Luận văn Thạc sĩ, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, trang 1-26.
38. Nguyễn Thế Tiến. Synthesis and Catalytic properties of Catalyst system based on CeO2-ZrO2 for the complete oxidation of hydrocarbon to treat motorcycle’s exhaust gases. (2007) Luận văn thạc sỹ, trang 78-92.
39. Đào Văn Tường. Động học xúc tác, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2005 40. Diesel Exhaust Particulates. 9th Report on Carcinogens. 2000
41. Nguyễn Thị Ái Nghĩa, nghiên cứu quá trình xử lý muội trong khí thải động cơ đốt trong trên xúc tác oxit. (2011) Luận án tốt nghiệp đại học.
42. http://www.expeditionportal.com/forum/showthread.php?t=25516 43. http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn4508. 44. http://en.wikipedia.org/wiki/Coprecipitation 45. http://en.wikipedia.org/wiki/Cerium(IV)_oxide 46. http://www.performanceoiltechnology.com/engine_soot.htm 47. http://autopro.com.vn/20090908084349665ca2425/tp-hcm--luong-xe-co-gioi- tang-chong-mat.chn 48. http://congnghedaukhi.com/cndk-News-42.html