2.1. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO XÚC TÁC
Đưa kim loại chuyển tiếp lên than hoạt tính. Chúng tơi đã lựa chọn kim loại chuyển tiếp ở đây là Fe và Ag. Phương pháp gồm các bước sau:
Giai đoạn 1: Chuẩn bị than
- Than được rửa sạch bằng nước cất đến pH không đổi và loại bỏ bụi. - Sấy khô ở 1000C trong 3h.
Giai đoạn 2: Đưa kim loại chuyển tiếp lên than
Mẫu 1: Đưa kim loại Ag với hàm lượng 0,25% lên than hoạt tính
Cách tiến hành:
- Xác định lượng dung dịch vừa đủ thấm ướt thể tích mao quản cho 1g than hoạt tính.
- Chuẩn bị dung dịch AgNO3 với nồng độ thích hợp.
- Tẩm dung dịch AgNO3 với lượng thích hợp (tẩm trong 2 lần) bằng phương pháp tẩm ướt.
- Để khơ tự nhiên trong khơng khí ở nhiệt độ phịng. - Sấy ở 50 - 600C trong 3h liên tục.
- Nung ở nhiệt độ 2000C trong 3h với tốc độ 50C/ phút.
Mẫu 2: Đưa kim loại Fe với hàm lượng 5% lên than hoạt tính.
Cách tiến hành:
- Chuẩn bị dung dịch Fe(NO3)3 với nồng độ thích hợp.
- Tẩm dung dịch Fe(NO3)3 với lượng thích hợp (tẩm trong 2 lần) bằng phương pháp tẩm ướt.
- Để khơ tự nhiên trong khơng khí ở nhiệt độ phịng. - Sấy ở 50 - 600C trong 3h liên tục.
Mẫu 3: Đưa cả Fe và Ag lên than hoạt tính
- Tiến hành tẩm ướt để đưa Fe với hàm lượng 5% lên than trước, tiến hành như đưa Ag lên (khơng có giai đoạn nung). Sau đó đưa Ag lên than với hàm lượng 0,25% lên than.
- Để khơ tự nhiên trong khơng khí ở nhiệt độ phịng. - Sấy ở 50 - 600C trong 3h liên tục.
- Nung ở nhiệt độ 2000C trong 3h với tốc độ 50C/ phút.
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC
- Để nghiên cứu đặc trưng bề mặt than hoạt tính ta cần xét các đại lượng: bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp, phân bố kích thước mao quản, và hình dáng mao quản người ta dùng các phương pháp hố lí như nhiễu xạ tia X (XRD), TEM, SEM,… Nhưng trong đó phương pháp hấp phụ là công cụ đắc lực nhất để xác định: bề mặt riêng, phân bố lỗ xốp, các dạng mao quản…
2.2.1. Xác định thực nghiệm độ hấp phụ benzen của than
Than được sấy khô ở 1000C trong 3h. Hệ thống hấp phụ như hình 2.1
- Chuẩn bị bình kín đựng benzen giữ ở nhiệt độ nhất định, ở đây chúng tơi dùng bình hút ẩm.
- Cho vào 3 cốc nhỏ mỗi cốc đựng 1g than chưa tẩm kim loại.
- Sau những khoảng thời gian nhất định: 0h; 3h; 8h; 23h; 28h; 33h; 48h. Xác định khối lượng benzen hấp phụ bằng cân điện tử. Sau đó xác định độ hấp phụ benzen của than.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống hấp phụ benzen
2- Cốc đựng benzen
3- Bình kín dạng Exsicator
2.2.2. Phương pháp xác định bề mặt riêng của than
Đại lượng bề mặt riêng Sr là một trong những thơng số quan trọng trong q trình nghiên cứu về xúc tác. Khi bề mặt càng lớn, hấp phụ sẽ tăng do đó hoạt tính xúc tác sẽ tăng.
Bề mặt riêng (m2/g) của than được xác định theo phương pháp BET là tích của số phân tử bị hấp phụ nhân với tiết diện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bề mặt than. Đây là phương pháp thực nghiệm cho đến nay là phương pháp hiệu dụng nhất.
Các bước tiến hành:
- Xác định lượng benzen hấp phụ đơn lớp trên bề mặt 1 gam than hoat tính - Áp dụng cơng thức: 18 2 . . .10 ( / ) m r X S N m g M σ − = (2.1) Trong đó:
Xm - Lượng benzen hấp phụ đơn lớp trên bề mặt 1gam than hoạt tính (g/g) σ- Tiết diện ngang của phân tử benzen (σ = 0,43nm2)
N - Số Avogađro (6,02.1023 phân tử/mol) M - Phân tử khối của benzen (M = 78)
2.2.3. Phương pháp động học xúc tác
Q trình oxi hố trong bình cầu thể tích là 250ml có gắn sinh hàn hồi lưu (hình 2.3). Phản ứng oxi hố phenol đỏ được thực hiện ở các thời gian khác nhau. Ứng với thời gian phản ứng khác nhau, dung dịch xử lí được lấy ra, lọc rồi phân tích các chỉ tiêu cần thiết.
Điều kiện của phản ứng như sau: - Nhiệt độ phản ứng: 70oC
- Áp suất: 1atm
- Hỗn hợp được khuấy đều liên tục với tốc độ khuấy 400 vịng/ phút - Lượng hố chất cần thiết
+ 100 ml phenol 0,1g/l tự pha chế + 0,2 ml H2O2 (30%, d =1,11g/ml) + 0,2 g xúc tác
Hình 2.2. Hệ thống phản ứng oxi hố phenol đỏ 2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Đánh gia mức độ chuyển màu của phenol đỏ: α % = 0 0 .100 A A A − (2.2)
Trong đó: A0 là mật độ quang của dung dịch phenol đỏ ban đầu
A là mật độ quang của sản phẩm phản ứng giữa các thời điểm khác nhau.
CHƯƠNG 3