25
Theo mơ hình được mơ tả ở Hình 1.7(C), oxy trong mạng lưới xúc tác, chứ khơng phải là oxy pha khí, tham gia vào q trình chuyển hóa chất phản ứng.
Ở giai đoạn đầu: VOCs hấp phụ sẽ phản ứng với các nguyên tử oxy trong mạng lưới của chất xúc tác. Khi đó, chất xúc tác oxit kim loại tồn tại ở trạng thái khử. Trong giai đoạn 2, oxit kim loại ở trạng thái khử sẽ được oxy hóa trở lại bởi oxy phân tử trong dịng khí [47]. Ở trạng thái dừng, tốc độ của q trình oxy hóa và q trình khử cân bằng nhau.
Theo cơ chế Mars-van Krevelen, tốc độ của q trình oxy hóa được biểu thị bởi cơng thức [49]:
Rbenzen = 𝐾𝑜2.𝐾𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛.𝑃𝑏𝑒𝑧𝑛𝑒𝑛.𝑃𝑜2
𝛾.𝐾𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛.𝑃𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛+𝐾𝑜2.𝑃𝑜2 [1.7] Trong đó: rbenzen: tốc độ phản ứng (mol. m-3. s-1)
Pbenzen: áp suất riêng phần của benzen PO2: áp suất riêng phần của oxy
Kbenzen: hằng số tốc độ của phản ứng oxy hóa benzen KO2: hằng số tốc độ của q trình tái oxy hóa chất xúc tác γ: hệ số hình học của oxy trong phản ứng oxy hóa
Theo mơ hình Langmuir Hinshelwood (L-H) [50].
Theo mơ hình này, phản ứng xảy ra giữa benzen hấp phụ và oxy hấp phụ. Benzen và phân tử oxy có thể hấp phụ trên cùng một tâm, tốc độ phản ứng oxy hóa benzen theo mơ hình này được biểu diễn bằng công thức:
Rbeznen = 𝑘.𝐾𝑂2.𝐾𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛.𝑃𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛.𝑃𝑂2
(1+𝐾𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛.𝑃𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛+𝐾𝑂2.𝑃𝑂2)2 [1.8]
Trong đó: 𝐾𝑂2: hằng số hấp phụ cân bằng của oxy
𝐾𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛: hằng số hấp phụ cân bằng của VOC.
Điều thuận lợi của mơ hình này là nó khơng chỉ quan tâm đến tốc độ phản ứng mà còn quan tâm đến sự hấp phụ của benzen và oxy.
Theo mơ hình Eley – Rideal [50].
Phản ứng xảy ra giữa oxy pha khí với các chất tham gia phản ứng dạng hấp phụ. Giai đoạn quyết định phản ứng là phản ứng giữa phân tử bị hấp phụ với một phân tử pha khí. Phương trình động học thể hiện như sau:
Rbenzen = 𝐾𝑂2.𝐾𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛.𝑃𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛.𝑃𝑂2
26
Bảng 1.8 Mơ hình động học của q trình oxi hóa một số VOCs điển hình.
VOCs Chất xúc tác Mơ hình Tham khảo
Foman đehit CuO/MnO2 Langmuir Hinshelwo [51]
Benzen Pt/γ-Al2O3 Mars-van Krevelen [52]
Benzen Pt, Ni/ γ-Al2O3 Mars-van Krevelen [53]
Toluen Pt/γ-Al2O3 Mars-van Krevelen [54]
Toluen Pt/Than hoạt tính Langmuir Hinshelwo [55]
Toluen Cu1.5Mn1.5O4 Mars-van Krevelen [13]
n-Hexan Pt/Al2O3 Mars-van Krevelen [56]
Aceton Cu0.13Ce0.87Oy Langmuir Hinshelwo [57]
chế phản ứng oxy hóa VOCs trên xúc tác