2.2. Điều chế chất xúc tác
Dựa vào ưu, nhược điểm của các phương pháp điều chế và trang thiết bị hiện có, em đã lựa chọn phương án điều chế vật liệu xúc tác là phương pháp thấm tẩm kim loại xúc tác trên chất mang. Tổng quan, ta có thể chia quy trình điều chế các hệ xúc tác thành bốn giai đoạn chính (hình 2.2). [8]
Hình 2.2. Quy trình điều chế các hệ xúc tác Ni-Cu/γ- Al2O3
2.2.1. Điều chế các dung dịch muối
Để có thể có được các hạt tinh thể kim loại hoặc ôxit kim loại hoạt tính trên bề mặt chất mang của bộ xúc tác, ta không thể tiến hành lấy từ kim loại nguyên chất để phủ lên chất mang được, mà phải tiến hành thấm các hợp chất của kim loại lên bề mặt chất mang. Do đó các hợp chất của kim loại phải là các hợp chất có thể dễ dàng chuyển hóa thành ôxit hoặc kim loại nguyên chất. Một trong số đó là các hợp chất muối nitrat của kim loại.
Với niken và đồng thì hợp chất muối nitrat được điều chế lần lượt từ các muối khan ngậm nước Ni(NO3).6H2O, Cu(NO3)2.3H2O, Ce(NO3)3.6H2O, (NH4)6Mo7O24.4H2O.
Các muối khan được lấy theo các khối lượng đã xác định dựa theo các số liệu tính toán trên bảng 2.1 với sai số tối đa là 10%. Sau đó muối khan được hòa tan với nước tinh khiết theo một lượng nhất định nhằm đảm bảo không vượt quá giới hạn bão hòa của dung dịch. Tiếp theo dung dịch được tiến hành hòa tan trên đĩa nhiệt và được khuấy liên tục trong vòng 2h ở nhiệt độ 80-90oC để có được dụng dịch muối đồng nhất.
nghiệp
Dung dịch Khối lượng các chất
Cu(NO3)2
m Cu(NO3)2.3H2O đưa vào (g) 60 n Cu(NO3)2.3H2O (mol) 0.25 m Cu(NO3)2 thực (g) 46.58
Cm (g/ml) 0.41
C% (mct/mdd) 0.31
Ni(NO3)2
m Ni(NO3)2.6H2O đưa vào (g) 60 n Ni(NO3)2.6H2O (mol) 0.21 V muối chiếm chỗ (ml) 29.27 V nước bổ xung (ml) 88 Cm (g/ml) 0.32 C% (mct/mdd) 0.25 Ce(NO3)3 m Ce(NO3)3.6H2O (g) 60 n Ce(NO3)3.6H2O (mol) 0.14 V nước bổ xung (ml) 60.00 C% (mct/mdd) 0.34 (NH4)6Mo7O24 m(NH4)6Mo7O24.4H2O đưa vào (g) 15 n (NH4)6Mo7O24 (mol) 0.01 m (NH4)6Mo7O24 thực (g) 14.10 V nước bổ xung (ml) 60.00 C% (mct/mdd) 0.19
2.2.2. Thấm dung dịch muối lên chất mang Al2O3
Chất mang trong trường hợp này được lựa chọn là nhôm ôxit. Đây là một trong những chất mang phổ biến nhất trong ngành vật liệu xúc tác và có chứa rất nhiều ưu điểm cần thiết của một chất mang.
- Tính chất và cấu trúc của γ-Al2O3
Nhôm ôxit được xây dựng từ các đơn lớp, và các lớp rất xếp chặt với nhau, cùng phân bố vào nhau, lớp thứ 2 phân bố vào các lõm sâu lớp thứ 1 và lớp thứ 3 phân bố ở các hố sâu lớp thứ 1, trở thành một hình tứ diện có cấu trúc bền.
Trong γ- Al2O3, ở lớp thứ 2 ion Al3+ chỉ phân bố trong lỗ trống bát diện, còn lớp thứ nhất ion Al3+ phân bố đều trong lỗ trống tứ và bát diện.
- Diện tích bề mặt riêng
γ- Al2O3 đi từ gel Bemite có diện tích bề mặt vào khoảng 150-250 m2/g, chứa nhiều lỗ xốp có đường kính từ 30-120 A0 và thể tích lỗ xốp từ 0,5-1 cm3/g. Diện tích bề mặt riêng của ôxit nhôm phụ thuộc vào cả nhiệt độ nung,
nghiệp
thời gian nung, áp suất nung. Do đó muốn thu được ôxit nhôm có diện tích bề mặt riêng cao ta phải lựa chọn chế độ nung thích hợp.[6]
- Kích thước và thể tích lỗ xốp γ-Al2O3 .
Những lỗ xốp này bắt nguồn từ những khe hở của một phiến tinh thể hoặc khoảng trống giữa các phiến tinh thể ôxit nhôm riêng biệt. Mặc dù có nhiều lỗ xốp có kích thước lớn nhưng trong ôxit nhôm có nguồn gốc từ trihidrôxit nhôm thì những lỗ xốp nhỏ vẫn quyết định phần lớn trong bề mặt và chiếm tổng thể tích lỗ xốp.
Đặc tính cấu trúc của ôxit nhôm cũng thay đổi theo nhiệt độ nung. Khi nung quá nhiệt độ mà tại đó ôxit nhôm thu được có diện tích bề mặt lớn nhất, ôxit nhôm bắt đầu bị sập cấu trúc (thêu kết) dẫn đến giảm diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp. Tổng thể tích lỗ xốp lớn nhất của ôxit nhôm thu được từ trihidrôxit nhôm là 5cm3/g .[7]
Ở đây, nhôm ôxit đóng vai trò là chất xúc tác, chất mang bổ sung cho chất xúc tác hay còn gọi là một chất mang xúc tác.
Trong nghiên cứu trước kết quả chọn được loại xúc tác dạng lưỡng kim loại. Đối với mẫu xúc tác lưỡng kim loại, tỷ phần về khối lượng giữa Ni và các kim loại còn lại được giữ cố định là 1:1, nhưng phầm trăm về khối lượng của tổng lượng kim loại xúc tác (Cu và Ni) thì thay đổi từ 6 đến 70 wt% (bảng 2.2, 2.3, 2.4). Sau khi đã tính toán được lượng kim loại cần thiết thì ta xác định được khối lượng dung dịch các muối và tiến hành thấm tẩm lượng dung dịch muối lên nhôm ôxit (hình 2.3).
Bảng 2.2. Điều chế các mẫu xúc tác Ni-Cu/γ- Al2O3 ở các tỷ lệ khác nhau
Ni+Cu (%wt) Khối lượng dung dịch Ni(NO3)2 (g) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khối lượng dung dịch Cu(NO3)2 (g) Khối lượng Al2O3 (g) Khối lượng kim loại xúc tác (g) Tổng (g) 6 1.76 1.46 4.7 0.3 5 12 3.52 2.93 4.4 0.6 5 18 5.28 4.39 4.1 0.9 5 30 8.80 7.32 3.5 1.5 5 50 14.67 12.20 2.5 2.5 5 70 20.54 17.07 1.5 3.5 5
nghiệp Ni + Ce