3.5.1. Hoạt tính xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 xử lý muội trong dòng khí thải
Tiến hành chạy phản ứng trong điều kiện dòng khí thải có thành phần 4,35% CO, 7,06%O2, 1,15% C3H6, 1,77% NO, còn lại là N2 đi qua hỗn hợp muội và xúc tác được trộn trước với nhau. Kết quả chạy phản ứng của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21- 63-16 xử lý muội trong dòng khí thải được đưa ra ở bảng 3.6
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 75
Bảng 3.6: Hoạt tính của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 cho phản ứng oxy hóa muội trong dòng khí thải
Mẫu Độ chuyển hóa muội (%)
100% muội 88,99%
xúc tác –muội =1-1 93,9%
xúc tác –muội =2-1 100%
xúc tác –muội =10-1 100%
Trong dòng khí O2 (5% trong N2), xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 có khả năng xử lý muội ở mức trung bình (58,5%). Khi trộn muội vào xúc tác theo tỉ lệ 1- 1 về khối lượng, thực hiện phản ứng ở 5000C, hoạt tính xúc tác chỉ cao hơn một ít so với mẫu muội xử lý không có xúc tác (49,75%). Trong khi đó, bảng 3.6 cho thấy, xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 khi xử lý muội trong dòng khí thải với sự có mặt của CO, NO, C3H6, O2 và N2 ở 5000C đã xử lý muội gần như hoàn toàn (93,9%). Còn đối với hỗn hợp xúc tác-muội có tỉ lệ 2-1, 10-1 thì khả năng oxy hóa muội là hoàn toàn. Đối với mẫu muội không có xúc tác, độ chuyển hóa muội cũng rất cao, cao hơn so với trường hợp chỉ xử lý muội trong dòng O2. Có khả năng là do sự tạo thành NO2
bởi sự có mặt của NO và O2 đã thúc đẩy nhanh quá trình oxy hóa muội hoặc là do quá trình cháy của hỗn hợp khí thải làm tăng nhiệt độ trong ống phản ứng nên tăng khả năng oxy hóa muội.
Hình 3.28: Độ chuyển hóa C3H6 của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 trộn với muội
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 76 Độ chuyển hóa C3H6 của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 trộn với muội được trình bày ở hình 3.28. Đồ thị cho thấy, xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 đã xử lý hoàn toàn C3H6 ở nhiệt độ 5000C. Sự có mặt của muội với tỉ lệ xúc tác/muội= 1/1 trong làm cho hoạt tính của xúc tác ở thời điểm đầu giảm mạnh. Có thể do O2
được tập trung cho việc xử lý muội vì thời điểm này sự chuyển hóa muội diễn ra mạnh. Tuy nhiên, khi hàm lượng muội giảm đi (tỉ lệ xúc tác/muội= 2/1 và 10/1) chuyển hóa C3H6 không thay đổi so với trường hợp không có muội. Điều này chứng tỏ sự có mặt của muội với hàm lượng không lớn thì không làm ảnh hưởng tới hoạt tính của xúc tác khi xử lý C3H6 trong khí thải. Với mẫu xúc tác trộn với muội theo tỉ lệ 1/1, thời gian để hoạt tính của xúc tác đạt ổn định, xấp xỉ hoạt tính của mẫu xúc tác không có muội là 26 phút và giữ ổn định đến phút thứ 252. Sau đó hoạt tính của xúc tác bắt đầu giảm một ít, có thể do nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình oxy hóa muội lớn gây thiêu kết xúc tác và làm giảm hoạt tính xúc tác. Trong trường hợp không có xúc tác, chỉ có muội, độ chuyển hóa C3H6 rất thấp, chỉ đạt khoảng 40%.
Hình 3.29: Độ chuyển hóa NO của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 trộn với muội
Độ chuyển hóa NO của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 trộn với muội biểu diễn trên đồ thị hình 3.29. Đồ thị cho thấy xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 xử lý rất tốt NO ở 5000C, độ chuyển hóa xấp xỉ 100%. Có thể nói hoạt tính của xúc tác này rất tốt khi xử lý NO trong dòng khí thải. Sự có mặt của một lượng lớn muội (tỉ lệ xúc tác/muội= 1/1 và 2/1) cũng làm giảm khả năng xử lý NO từ phút thứ 196 trở đi.
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 77 Khi hàm lượng xúc tác/muội=10/1, hoạt tính của xúc tác không giảm đáng kể trong suốt thời gian phản ứng. Mẫu muội không có xúc tác hầu như không có khả năng xử lý NO.
Hình 3.30: Nồng độ CO2 trong dòng khí sau phản ứng khi đi qua xúc tác MnO2- Co3O4-CeO2=21-63-16 trộn với muội
Nồng độ CO2 trong dòng khí sau phản ứng khi đi qua xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2-
=21-63-16 trộn với muội đượcbiểu diễn ở đồ thị hình 3.30. Từ đồ thị ta có thể thấy, khi xúc tác có trộn với muội thì hàm lượng CO2 tăng lên đáng kể do ngoài C3H6, CO trong khí thải, muội cũng bị oxy hóa thành CO2. Tuy nhiên, với mẫu 100% muội (không có xúc tác) thì hàm lượng CO2 hầu như không có, chứng tỏ xúc tác giúp chuyển hóa khí thải và muội thành CO. Đối với mẫu 100% xúc tác (không có muội), nồng độ CO2 ổn định trong suốt thời gian phản ứng vì muội không bị oxy hóa, và nồng độ CO và C3H6 trong khí thải ổn định. Nồng độ CO2 của mẫu xúc tác trộn với muội có xu hướng giảm theo thời gian phản ứng (trừ giai đoạn đầu) vì lượng muội ngày càng giảm theo thời gian phản ứng.
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 78
Hình 3.31: Nồng độ CO trong dòng khí sau phản ứng khi đi qua xúc tác MnO2- Co3O4-CeO2=21-63-16 trộn với muội
Nồng độ CO trong dòng khí sau phản ứng khi đi qua xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2-
=21-63-16 trộn với muội được biểu diễn trên đồ thị hình 3.31. Từ đồ thị có thể thấy, mẫu 100% muội (không có xúc tác) thì chủ yếu tạo ra CO. Khi có mặt muội trong xúc tác, hàm lượng CO trong dòng khí sau phản ứng không thay đổi nhiều so với trường hợp không có muội chứng tỏ quá trình chuyển hóa với xúc tác giúp oxy hóa hoàn toàn muội, C3H6, CO thành CO2.
3.5.2. Hoạt tính của các hệ xúc tác khác khi xử lý muội trong dòng khí thải
Tiến hành chạy phản ứng trong điều kiện dòng khí thải đi qua hỗn hợp muội và các xúc tác khác nhau được trộn trước với nhau theo tỉ lệ xúc tác/ muội= 1/1. Kết quả chạy phản ứng của các mẫu xúc táckhác nhau xử lý muội trong dòng khí thải được đưa ra ở bảng 3.7
Bảng 3.7: Hoạt tính của các xúc tác cho phản ứng oxy hóa muội trong dòng khí thải
Mẫu Độ chuyển hóa muội
(%)
100% muội 88,99%
MnO2-Co3O4-CeO2=21-63-16 93,9
MnO2-Co3O4-V2O5=28-12-60 96,70 MnO2-Co3O4- CeO2-V2O5=12,6-37,8-9,6-40 90,20 MnO2-Co3O4- CeO2-V2O5= 18,9-56,7-14,4-10 90,32
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 79 Các xúc tác này xử lý muội trong dòng khí thải tốt hơn nhiều so với xử lý muội trong dòng khí O2 (5% trong N2). Có khả năng là do sự tạo thành NO2 đã thúc đẩy nhanh quá trình oxy hóa muội hoặc là do quá trình cháy của hỗn hợp khí thải làm tăng nhiệt độ trong ống phản ứng nên tăng khả năng oxy hóa muội. Trong đó, xúc tác MnO2-Co3O4-V2O5 tỉ lệ 28-12-60 có khả năng xử lý muội tốt nhất. Tuy nhiên, ta cũng phải xem xét đến khả năng xử lý các thành phần khác trong dòng khí thải của các xúc tác này.
Hình 3.32: Độ chuyển hóa C3H6 của các xúc tác trộn với muội
Đồ thị hình 3.32 biểu diễn độ chuyển hóa C3H6 của các xúc tác trộn với muội cho thấy, xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 đã xử lý gần như hoàn toàn C3H6 ở nhiệt độ 5000C. Tuy nhiên, xúc tác MnO2-Co3O4-V2O5 tỉ lệ 28-12-60 và MnO2- Co3O4- CeO2-V2O5 tỉ lệ 12,6-37,8-9,6-40 là những xúc tác có khả năng xử lý muội tốt nhưng lại xử lý C3H6 rất kém, thậm chí không bằng trường hợp không có xúc tác (100% muội). Xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2-V2O5 tỉ lệ 18,9-56,7-14,4-10 có khả năng chuyển hóa muội tốt, khả năng xử lý C3H6 cũng không tồi, nhưng kém nhiều so với xúc tác MnO2-Co3O4- CeO2 tỉ lệ 21-63-16. Đặc biệt hoạt tính xúc tác giảm nhanh sau 42 phút và đạt trạng thái ổn định từ thời điểm này chứng tỏ đã có sự thay đổi cấu trúc của xúc tác trong giai đoạn chuyển hóa muội ban đầu làm cho thay đổi hoạt tính ban đầu của xúc tác.
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 80
Hình 3.33: Độ chuyển hóa NO của các xúc tác cho phản ứng oxy hóa muội trong dòng khí thải
Đồ thị hình 3.33 biểu diễn độ chuyển hóa NO của các xúc tác cho phản ứng oxy hóa muội trong dòng khí thải cho thấy, xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 đã xử lý rất tốt NO ở 5000C nhưng đến sau phút thứ 200 thì hoạt tính bắt đầu giảm. Xúc tác MnO2-Co3O4- CeO2-V2O5 tỉ lệ 18,9-56,7-14,4-10 có khả năng xử lý NO tạm được ở thời gian đầu, sau đó thì hoạt tính của xúc tác giảm dần. Các xúc tác còn lại xử lý NO rất kém.
Hình 3.34: Nồng độ CO2 trong dòng khí sau phản ứng khi được đi qua các xúc tác trộn với muội
Nguyễn Thị Ái Nghĩa 81 Nồng độ CO2 trong dòng khí sau phản ứng khi được đi qua các xúc tác trộn với muội được biểu diễn trên hình 3.34. Đồ thị cho thấy, xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63-16 oxy hóa muội và khí thải hoàn toàn thành CO2 tốt nhất. Xúc tác MnO2- Co3O4- CeO2-V2O5 tỉ lệ 18,9-56,7-14,4-10 chỉ có hoạt tính thời gian đầu phản ứng.
Hình 3.35: Nồng độ CO trong dòng khí sau phản ứng khi được đi qua các xúc tác trộn với muội
Nồng độ CO trong dòng khí sau phản ứng khi được đi qua các xúc tác trộn với muội biểu diễn trên hình 3.35. Đồ thị cho thấy, xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21- 63-16 có nồng độ CO thì thấp nhất, chứng tỏ xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 tỉ lệ 21-63- 16 có độ chọn lọc sản phẩm CO2 cao. Còn với các xúc tác khác xử lý muội và khí thải có sản phẩm oxy hóa của quá trình phản ứng trên các xúc tác này chủ yếu lại là CO.
3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của NO đến khả năng xử lý muội của xúc tác MnO2-Co3O4-CeO2 trong dòng khí thải