CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Đánh giá sự hình thành cặn carbon
Các loại cặn carbon và số lƣợng của nó trên bề mặt chất xúc tác đã qua sử dụng đƣợc xác định chính xác tƣơng ứng bằng phép phân tích Raman và phép đo TPO. Đặc điểm tán xạ Raman của cặn carbon trên các chất xúc tác đƣợc biểu thị trong Hình 18. Hai dải Raman đƣợc phát hiện ở 1339 và 1574 cm-1 trong tất cả các phổ đã xác minh sự tồn tại của các carbon vơ định hình có trật tự và các carbon graphit tƣơng ứng các dải D và G (Charisiou et al., 2019).
50
Hình 18. Phổ Raman của các chất xúc tác đã qua sử dụng với hàm lƣợng chất xúc tiến khác nhau sau khi CRM ở 1023 K
Lƣợng carbon tích lũy trên các chất xúc tác đã qua sử dụng đƣợc lựa chọn để đo TPO và đƣợc thể hiện trong Hình 19. Giống nhƣ kết quả Raman (xem Hình 18), hai đỉnh phân biệt P1 và P2 xuất hiện trong các biểu đồ TPO của các mẫu có chất xúc tiến và khơng có chất xúc tiến tƣơng ứng q trình oxy hóa carbon vơ định hình và carbon định hình. Sự xúc tiến của La2O3 không chỉ làm chuyển đỉnh P1 xuống vùng nhiệt độ thấp hơn mà còn làm giảm cƣờng độ của đỉnh P2. Quan sát này gợi ý về khả năng tăng cƣờng phản ứng của carbon vô định hình và giảm sự hình thành graphit trên các chất xúc tác khi có chất xúc tiến (Fayaz et al., 2019). Nhƣ đã thấy trong hình 19, sự có mặt của chất xúc tiến La2O3 làm giảm lƣợng carbon tích lũy từ 47,7% (10%Co/Al2O3) xuống 34,6% (5%La-10%Co/Al2O3). Việc giảm lƣợng cặn carbon có thể là do mật độ tâm bazo tăng trên chất xúc tác có xúc tiến La (xem Hình 14) tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành pha trung gian La2O2CO3 từ sự tƣơng tác giữa La2O3 và CO2 (xem Sơ đồ 1). Pha trung gian này có thể tiếp tục oxy hóa các loại carbon từ bề mặt chất xúc tác để duy trì hoạt tính của xúc tác (Fayaz et al., 2019).
51
Hình 19. Phổ TPO đã đƣợc chọn lọc gồm 10%Co/Al2O3, 3%La-10%Co/Al2O3, 5%La- 10%Co/Al2O3, và 8%La-10%Co/Al2O3
Sơ đồ 1. Cơ chế loại bỏ cặn carbon khỏi bề mặt chất xúc tác với sự hỗ trợ của chất xúc tiến La2O3
52
Điều thú vị là, nhƣ đƣợc minh họa trong Hình 20, hiệu suất CO và H2 giảm theo cấp số nhân khi tốc độ hình thành carbon trung bình tăng theo thời gian. Sự phân rã theo cấp số nhân trong chuyển đổi CH4 và CO2 cũng đƣợc chứng minh khi tốc độ hình thành carbon tăng từ 1,84x10-5 lên 3,17x10-5 gcarbon gcat-1 s-1. Mối quan hệ này xác nhận một cách thuyết phục rằng tốc độ hình thành cặn carbon là yếu tố chính ảnh hƣởng xấu đến hiệu suất của CRM vì tâm hoạt động của Co0 đƣợc bao quanh bởi cặn carbon.
Hình 20. Mối tƣơng quan giữa hiệu suất chất xúc tác và tốc độ hình thành cacbon