Lưu ý: khi nhỏ dung dịch NH4OH vào dung dịch hoà tan sẽ xuất hiện các phản ứng toả nhiệt. Do đó phải nhỏ từ từ dung dịch NH4OH và dung dịch axít HNO3 để tránh phản ứng toả nhiệt cao có thể gây vỡ bình gây nguy hiểm. Bước tiếp theo, tiến hành lọc kết tủa hyđrơxit bằng giấy lọc có đường kính 10 µm.
Cuối cùng cho kết tủa vào dung dịch axít HNO3 để hồ tan trong 1 ngày để tạo
muối Pt(NO3)2 và Rh(NO3)2
2 3 3 2 2 ( ) 2 ( ) Pt OH HNO Pt NO H O (4.3) 2 3 3 2 2 ( ) 2 ( ) Rh OH HNO Rh NO H O (4.4) b) Nhúng phủ lõi xúc tác
Sau khi điều chế dung dịch phủ có độ nhớt phù hợp, phủ dung dịch muối này lên lõi BXT đã nhúng phủ lớp xúc tác (CuO)0,3-(MnO2)0,7 bằng phương pháp phủ quay như thể hiện trên sơ đồ Hình 4.1 cụ thể như sau:
- Trước mỗi lần nhúng lõi xúc tác vào dung dịch phủ phải khuấy dung dịch nhằm tạo dung dịch đồng đều tránh các hạt bị đóng cặn và dễ bám vào bề mặt xương lõi xúc tác.
- Ngâm lõi xúc tác đã xử lý trên vào dung dịch phủ trong 2 phút để dung dịch phủ có thể phủ đều bề mặt bên trong lõi.
- Tiếp theo lấy lõi xúc tác ra cho vào máy quay ly tâm với tốc độ 450 vịng/phút nhằm giúp làm khơ, dàn đều dung dịch trên bề mặt lõi xúc tác bởi lực li tâm.
- Sau khi quay phơi lõi xúc tác 30 phút rồi cho vào lị nung ở nhiệt đơ 250oC trong 2 giờ nhằm làm khô lõi và lớp phủ bám chặt vào bề mặt lõi. Sau khi nung để nguội tự nhiên trong lò tối thiểu 1 giờ để tránh kim loại giãn nở đột ngột gây biến dạng lõi và giảm sự kết dính của lớp trong lõi xúc tác.
- Tiếp tục quy trình giống như các bước trên đến lần thứ 3 thì nâng nhiệt độ lị nung lên 650oC để trong 2,5 giờ nhằm phân hủy muối, biến đổi pha và tổ chức hạt bên trong lõi. Sau khi nung xong lưu ý để nguội trong lò 2,5 giờ nhằm tránh gây ứng suất nhiệt khi thay đổi nhiệt độ nhanh.
Kiểm tra khối lượng vật liệu xúc tác bám dính trên lõi, nếu đạt u cầu thì cơng việc nhúng phủ hồn tất, chưa đạt thì tiến hành lặp lại các bước nêu trên.
Sau quá trình nhúng phủ, kết quả thu được BXTct có các thơng số như trong Bảng 4.2.
Bảng 4.2. Các thông số của BXTct sau q trình nhúng phủ
STT Thơng số Giá trị Đơn vị
1 Thể tích BXT 0,2 l
2 Chiều dài khối BXT 0,1 m
3 Mật độ lỗ (cell) 400 cell/in2
4 Tổng thể tích phần rỗng của các lỗ (cell) 0,17 l 5 Kim loại xúc tác CuO/MnO2–Pt/Rh 6 Khối lượng kim loại CuO-MnO2 sử dụng 6 g
7 Tỷ lệ mol CuO-MnO2 0,3-0,7
8 Khối lượng kim loại Pt/Rh sử dụng 0,7 g 9 Tỷ lệ khối lượng Pt/Rh 4/2
10 Khối lượng CeO2 sử dụng 4 g
11 Lượng -Al2O3 sử dụng 20 g
12 Lượng ZrO2 sử dụng 1 g
Sau khi nhúng phủ, để kiểm tra chất lượng q trình phủ, cần phải phân tích về cấu trúc và hình thái bề mặt của các lớp vật liệu trong lõi xúc tác. Q trình phân tích này được NCS thực hiện trong thời gian học tập tại phịng thí nghiệm vật liệu của giáo sư Ryoichi Ichino, Đại học Nagoya - Nhật Bản (từ tháng 9 đến tháng 11 năm 2018), chi tiết trang thiết bị kiểm tra, phân tích được trình bày trong Phụ lục 4.
4.1.4. Đặc tính cấu trúc và hình thái bề mặt của lõi sử dụng xúc tácCuO-MnO2 CuO-MnO2
4.1.4.1. Xác định diện tích bề mặt bằng phương pháp phân tích bề mặt riêng BET
Bảng 4.3 thể hiện diện tích bề mặt được xác định theo phương pháp phân tích bề mặt riêng BET (Brunauer-Emmett-Teller) của mẫu vật liệu xúc tác và vật liệu nền trên thiết bị ASAP 2010 (phụ lục 4.4). Kết quả cho thấy khi chưa phủ lớp kim loại xúc tác, diện tích bề mặt của lớp vật liệu trung gian là 142 m2g-1, khi phủ thêm vật
liệu xúc tác, diện tích bề mặt có xu hướng giảm tuy nhiên mức giảm không nhiều.
Bảng 4.3. Diện tích bề mặt của (CuO)0,3- (MnO2)0,7 phủ trên kim loại nền Al2O3-CeO2-ZrO2
Mẫu phủ Diện tích bề mặt
(m2g-1)
Al2O3-CeO2-ZrO2/FeCrAl lõi 142
(CuO)0,3(MnO2)0,7/Al2O3-CeO2-ZrO2/ FeCrAl lõi 138
4.1.4.2. Đặc tính cấu trúc và hình thái bề mặt của lớp vật liệu trung gian Al2O3-CeO2-ZrO2
a) Đặc tính cấu trúc lớp vật liệu trung gian Al2O3-CeO2-ZrO2
Hình 4.14 chỉ ra kết quả chụp phổ nhiễu xạ XRD (X-Ray Diffraction) của lõi kim loại trước, sau khi xử lý nhiệt và XRD của lớp vật liệu trung gian Al2O3-CeO2-ZrO2
cho thấy, những đỉnh thép FeCrAl của lõi kim loại được quan sát tại lõi kim loại trước khi xử lý nhiệt. Sau khi xử lý nhiệt tại 900oC trong khơng khí sẽ tạo ra lớp ơ xít kim loại trên bề mặt lõi, kết quả thể hiện ở những đỉnh -Al2O3 được nhìn thấy (Hình 4.14a-14b). Sau khi lớp vật liệu trung gian Al2O3-CeO2-ZrO2 được phủ lên lõi kim loại, cường độ những đỉnh FeCrAl giảm trong khi những đỉnh -Al2O3, CeO2 và ZrO2 được quan sát khá rõ (Hình 4.14c), điều này chứng tỏ quá trình phủ đã thành cơng, các hạt kim loại kết tủa bám dính tốt trên lõi kim loại.
Hình 4.14. XRD của (a) kim loại nền- FeCrAl; (b) α-Al2O3 washcoat/lõi kim loại; (c) γ- Al2O3-CeO2-ZrO2/lõi kim loại
b) Đặc tính hình học lớp phủ Al2O3-CeO2-ZrO2 trên lõi kim loại
Đặc tính cấu trúc bề mặt lớp phủ được quan sát trên kính hiển vi điện tử SEM (Scanning Electron Microscope) Hitachi, SU6600 EVACSEQ (Phụ lục 4.2). Hình 4.15 thể hiện hình ảnh SEM lớp phủ Al2O3-CeO2-ZrO2 trên lõi kim loại, kết quả cho thấy chiều dầy lớp phủ khoảng 25 m, lớp phủ phân bố đều trên bề mặt lỗ trong lõi xúc tác (Hình 4.15a). Kết quả cũng cho thấy các hạt CeO2-ZrO2 cỡ từ vài chục đến vài trăm nm phân bố đều trên hạt -Al2O3 (Hình 4.15b).
Hình 4.15. Ảnh SEM lớp phủ kim loại nền Al2O3-CeO2-ZrO2 trên lõi kim loại (a) mặt cắt ngang lớp phủ; (b) ảnh chụp bề mặt lớp phủ