CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Hoạt tính xúc tác cho CRM
CRM đƣợc tiến hành trên các chất xúc tác đã chuẩn bị sẵn để đánh giá ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất xúc tiến La đối với hoạt tính của chất xúc tác. Ban đầu, tác giả đã chứng minh ảnh hƣởng không đáng kể của trở lực truyền nhiệt và truyền khối trong phản ứng CRM thực hiện ở GHSV cố định là 36 L gcat-1 h-1 và cân bằng vật chất đƣợc tính tốn cho nguyên tố carbon cho thấy sai số khơng đáng kể xác nhận độ chính xác của phép phân tích và cơng việc thử nghiệm. Độ chuyển hóa theo thời gian (TOS) của CH4 và CO2 ở nhiệt độ phản ứng 1023 K đƣợc thể hiện trong Hình 15 và 16, tƣơng ứng. Nói chung, các chất xúc tác đƣợc xúc tiến và khơng đƣợc xúc tiến có độ chuyển hóa CH4 ổn định. Việc xúc tiến La2O3 tăng cƣờng đáng kể chuyển hóa CH4 từ 70,0% (10%Co/ Al2O3) đến 90,5% (5%La- 10%Co/Al2O3) nhƣ thể hiện trong Hình 15. Hành vi tƣơng tự cũng đƣợc quan sát thấy đối với độ chuyển hóa CO2 khi đƣợc xúc tiến La và chuyển hóa CO2 đã tăng từ 77,1% lên 90,4% (xem Hình 16). Sự cải thiện của chuyển hóa CH4 và CO2 trên xúc tác La đƣợc cho là do kích thƣớc tinh thể Co3O4 nhỏ (Ayodele, Khan, Lam, & Cheng, 2016) và đặc tính bazo của chất xúc tiến La2O3 tạo điều kiện hấp thụ CO2 và khí hóa các loại carbon bề mặt, CxHy từ sự phân ly CH4 (Sato, Takahashi, Kobune, & Gotoh, 2009). Do đó, chất xúc tác đƣợc xúc tiến La sẽ có ít cặn carbon hơn và cải thiện độ chuyển hóa so với chất xúc tác khơng đƣợc xúc tiến.
47
Hình 15. Độ chuyển hóa theo thời gian của CH4 trên xúc tác 10%Co/Al2O3 đƣợc xúc tiến với hàm lƣợng La khác nhau
Nhƣ đã thấy trong hình 15 và 16, tăng hàm lƣợng La làm tăng độ chuyển hóa CH4 và CO2. Hiệu quả hoạt tính tối ƣu đạt đƣợc ở 5% La. Tuy nhiên, sự sụt giảm đáng kể trong chuyển hóa CH4 và CO2 xuống 82,1% và 86,0%, tƣơng ứng trên xúc tác với 8% La. Sự giảm hiệu suất CRM trên 8%La-10%Co/Al2O3 đƣợc cho là do hàm lƣợng kim loại La quá mức gây ra tắc nghẽn lỗ xốp chất mang (Fouskas, Kollia, Kambolis, Papadopoulou, & Matralis, 2014; Siang et al., 2018) và khả năng tiếp cận của chất phản ứng với pha kim loại Co0 hoạt động bị kìm hãm.
48
Hình 16. Độ chuyển hóa TOS của CO2 trên các chất xúc tác 10%Co/Al2O3 đƣợc xúc tiến La với các hàm lƣợng khác nhau
Tác động của việc thêm chất xúc tiến đến hiệu suất sản phẩm và tỷ lệ H2 trên CO đƣợc trình bày trong Hình 17. Bất kể chất xúc tác đƣợc sử dụng, tỷ lệ H2/CO thấp hơn so với giá trị H2/CO lý tƣởng biểu thị sự hiện diện của phản ứng RWGS (xem Công thức 10) trong quá
trình CRM, điều này phù hợp với các nghiên cứu khác (Ayodele, Khan, & Cheng, 2016). Tùy thuộc vào chất xúc tác đƣợc sử dụng, tỷ lệ H2/CO thay đổi xấp xỉ trong khoảng 0,84- 0,98. Tính chất này thích hợp đối với sản xuất nhiên liệu hydrocarbon lỏng qua phản ứng Fischer-Tropsch (Mohanty, Pant, Parikh, & Sharma, 2011).
2 2 2
CO H CO H O 10
Điều thú vị là, cả hiệu suất H2 và CO cũng đƣợc cải thiện đáng kể khi hàm lƣợng La tăng và đạt giá trị cao nhất là 77,9% và 79,6%, tƣơng ứng ở mức 5% La. Quan sát này khẳng định thêm rằng 5%La-10%Co/Al2O3 là chất xúc tác tốt nhất liên quan đến hiệu suất sản phẩm và độ chuyển hóa chất phản ứng.
49
Hình 17. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng La đến hiệu suất sản phẩm và tỷ lệ H2/CO của CRM trên hệ xúc tác.