Xúc tác T50 (oC) CeO2 416 Ce0,95Fe0.05 250 Ce0,9Fe0,1 292 Ce0,8Fe0,2 342 Ce0,6Fe0,4 370
Từ bảng kết quả thu được cho thấy độ chuyển hóa trên mẫu xúc tác thay thế với tỉ lệ Ce:Fe = 0,95: 0,05 có hoạt tính tốt nhất, nhiệt độ chuyển hóa T50 thấp hơn rất nhiều so với CeO2 nguyên chất. Khi hàm lượng thay thế tăng (x = 0,1; x = 0,2; x = 0,4) hoạt tính xúc tác giảm đáng kể nhưng vẫn tốt hơn nhiều so với CeO2 khi chưa thay thế. Thứ tự của hoạt tính xúc tác theo chiều giảm dần như sau:
Ce0,95Fe0.05 > Ce0,9Fe0,1 > Ce0,8Fe0,2 > Ce0,6Fe0,4 > CeO2
Các kết quả thu được từ q trình chuyển hóa toluen của hỗn hợp Fe2O3- CeO2 hồn tồn phù hợp với các phân tích thu được từ các kết quả từ việc nghiên cứu hình thái học (SEM, BET, TPR-H2) và cấu trúc (DRX): việc bổ xung Fe đã làm tăng rất mạnh diện tích bề mặt riêng của hệ xúc tác Ce-Fe-O; ngồi ra tồn tại Fe2O3 vơ định hình phân tán trên bề mặt có nhiều lỗ xốp của chất mang CeO2 và một phần
rất nhỏ Fe3+ đã thay thế Ce4+ trong cấu trúc lập phương tâm mặt của CeO2 để tạo
thành dung dịch rắn Ce1-xFexO2-, dạng cấu trúc có lợi cho việc tạo thành các cấu tử oxi linh động. Hàm lượng Fe bổ xung tối ưu nhất trong loạt xúc tác được tổng hợp có tỉ lệ Ce:Fe = 0,95:0,05. Khi hàm lượng Fe bổ xung tăng, hoạt tính giảm dần đi so
với mẫu Ce0,95Fe0.05. Điều này có thể do lượng Fe3+ đi vào cấu trúc CeO2 tạo các đặc
tính tối ưu nhất cho xúc tác oxi hóa toluen chỉ ở hàm lượng thấp. Có thể khi hàm lượng Fe tăng sẽ làm giảm số tâm hoạt tính trên bề mặt xúc tác (oxit Fe2O3 dạng vơ định hình hay vi tinh thể và các lỗ trống oxy.
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã thu được một số kết quả
sau:
1. Đã tổng hợp được và đánh giá tính chất cấu trúc và bề mặt của hệ xúc tác Ce-Fe-O bằng các phương pháp hiện đại: nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử truyền qua (SEM), phổ tán xạ tia X (EDX), bề mặt riêng BET và khử bằng H2
theo chương trình nhiệt độ (TPR-H2). Kết quả cho thấy khi có bổ xung Fe3+ vào
oxit CeO2, một phần nhỏ Fe3+ có thể đã đi vào mạng CeO2 và tạo dung dịch rắn
dạng Ce1-xFexO2-. Lượng Fe3+ còn lại tồn tại chủ yếu dưới dạng oxit vơ định
hình hay vi tinh thể phân tán trên bề nặt oxit CeO2. Ngoài ra, việc bổ xung Fe3+
đã làm giảm độ tinh thể của oxit CeO2 và làm tăng đáng kể diện tích bề mặt riêng của xúc tác.
2. Đã khảo sát hoạt tính của tất cả các mẫu xúc tác trên phản ứng oxi hóa hồn tồn toluen trong pha khí. Kết quả thu được cho thấy mẫu xúc tác thay
thế x = 0.05 có hoạt tính tốt nhất ( T50 = 25OoC) so với các mẫu xúc tác thay thế
khác, cũng như với mẫu chưa thay thế.
3. Kết quả thu được từ khảo sát phản ứng cho thấy khi bổ xung Fe3+, hoạt
tính của các xúc tác đều tốt hơn oxit CeO2 nguyên chất và giảm dần khi hằm lượng Fe3+ tăng. Trong đó, xúc tác có tỉ lệ Ce:Fe = 0,95:0,05 có hoạt tính tốt nhất. Kết quả này phù hợp với sự tăng gấp gần 4 lần diện tích bề mặt riêng so với CeO2 nguyên chất, cũng như khả năng tồn tại các pha có hoạt tính cao cho phản ứng oxi hóa hồn tồn là oxit Fe2O3 vơ định hình hay ở dạng vi tinh thể và dung dịch rắn Ce1-xFexO2- . Kết quả này cũng đã được dự báo trước với sự dịch chuyển mạnh của vùng khử về nhiệt độ thấp ở kết quả TPR-H2.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ và xúc tác trên bề mặt vật liệu vô cơ và mao
quản, NXB KHKT, Hà Nội.
2. Nguyễn Việt Sơn (2002) , Nghiên cứu các hệ xúc tác perovskit / MQTB tổng hợp,
đặc trưng và tính chất xúc tác trong phản ứng oxi hố hồn tồn metan,
Luận án Tiến sĩ hố học , Viện Hóa Học , Viện KH và CN Việt Nam.
3. Hoa Hữu Thu, Trần Thị Như Mai, Lê Thanh Sơn (2002), Bài giảng vật liệu xúc
tác và các phương pháp vật lý nghiên cứu xúc tác rắn, NXB Đại học Quốc
gia Hà Nội.
4. Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hoá học,
NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, tr.157-158.
TIẾNG ANH
5. Faisal I.Khan, Aloke Kr.Ghoshal (2000) , ―Removal of volatile organic
compounds from polluted air‖ , Journal of Loss Prevention in Process
Industries , 13 , pp. 527-545.
6. Alice Oana Rusu, Emil Dumitriu (2003) , ―Destruction of volatile organic
compounds by catalytic oxidation‖ , Environmental Engineering and
Management Journal , Vol.2 , pp.273-302.
7. Beck J. S., Vartuli J. C., Kennedy G. J., Kresge C. T., Roth W. J. and Schamm S.
E. (1994), “Defining the role of Surfactant Chemistry in the formation of
Microporous and Mesoporous molecular Sieves”, Molecular or
Supramolecular Templating , Chem. Mater , 6 , pp . 1916 – 1921
8. B.Mendyka, A. Musialik-Piotrowska, K. Syczewska (1992), Catal. Today 11 ,
9. Z.Zhang, Y. Zhang, Z. Mu, et al (2007) , ― Synthesis and catalytic properties of Ce0.6Zr0.4O2 solid solutions in the oxidation of soluble organic fraction from diesel engines‖, Applied Catalysis B, Vol. 76, no. 3-4, pp. 335-337.
10. Alessandro Trovarelli (1996) , Catalytic properties of ceria and CeO2
containing materials , pp. 440-441.
11. A.Trovarelli (1996) , ―Catalytic properties of ceria and CeO2- containing
materials‖, Catalysis Reviews; Science and Engineering, vol.38, no. 4, pp.
439-520.
12. A.TschÖpe, W. Liu, M. Flytzani- Stephanopoulos, and J. Y. Ying (1995), ―Redox activity of nonstoichiometric cerium oxide – based nanocrystalline catalysts‖, Jounal of Catalysis, vol. 157, no. 1, pp. 42-50.
13. A.TschÖpe, J. Y. Ying (1994), ―Nanocrystalline cerium oxide catalytic materials‖, in Nanophase Materials Synthesis – Properties – Applications, G. C. Hadjiipanayis and R. W. Siegles, Eds., pp. 781-784, Kluwer Academic Puplishers, Dordrecht, The Netherlands.
14. J. Kaspar, P. Fornasiero, and M. Graziani (1999), ―Use of CeO2-based oxides in the three –way catalysis‖, Catalysis Today, vol. 50, no. 2, pp. 285-298.
15. M.Mogensen, N. M. Sammes, and G. A. Tompsett (2000), ―Physical, chemical
and electrochemical properties of pure and doped ceria‖, Solid State Ionics,
vol. 129, no. 1, pp. 63-94.
16. G.Avgouropoulos and T. Ioannides (2003), ―Selectiven CO oxidation over CuO-CeO2 catalysts prepared via the urea-nitrat combustion method‖,
Applied Catalysis A, vol. 244, pp. 155-167.
17. H.C. Yao and Y.F. Yao (1984), ―Ceria in automotive exhaust catalysts.I.Oxygen storage‖, Journal of Catalysis, vol. 86, no. 2, pp. 254-265.
18. S.Dikmen, P. Shuk, and M. Greenblatt (1998), ―Hydrothermal synthesis and
properties of Ce1—xBixO2-δ solid solutions‖, Solid State Ionics, vol. 112, no.
19. Paula C.A.Brio , Daniel A.A.Santos (2010) , ― Structural and magnetic study of Fe-doped CeO2‖ , Physica B , 405 , pp. 1821-1825.
20. Kongzhai Li , Hua Wang , Yonggang Wei , Dongxia Yan (2011) , ―Transformation of methane into synthesis gas using the redox property of
Ce-Fe mixed oxides : Effect of calcination temperature‖ , International
Journal of hydrogen energy , pp. 1-12.
21. Kongzhai Li , Hua Wang , Yonggang Wei , Dongxia Yan (2010) , ― Direct conversion of methane to synthesis gas using lattice oxygen of CeO2-Fe2O3 complex oxides‖, Chemical engineering Journal , 156 , pp. 512-518.
22. Huizhi Bao, Xin Chen, Jun Fang, Zhiquan Jiang and Weixin Huang ,―Structure- activity Relation of Fe2O3–CeO2 Composite Catalysts in CO Oxidation‖ ,
Catalysis letters , Volume 125, Numbers 1-2, pp. 160-167.
23. Tanya Tsoncheva , Ljubomira Ivanova , Christo Minchev , Micheal Froba (2009) , ― Cobalt-modified mesoporous MgO , ZrO2 and CeO2 oxides as
catalysts for methanol decomposition‖ , Journal of Colloid and Interface
Science , 333 , pp. 277-284 .
24. Danqing Yu , Yue Liu , Zhongbiao Wu (2010) , ―Low-temperature catalytic oxidation of toluene over mesoporous MnOx-CeO2/TiO2 prepared by sol-gel method‖ , Catalysis Communications , 11 , pp. 788-791.
25. Zhiging Liu, Renxian Zhoa, Xiaoming Zheng (2000), ―Comparative study of different methods of preparing CuO-CeO2 catalysts for preferential oxidation of CO in excess hydrogen‖, Enviromental 28, pp. 13-15.