Chất mang xúc tác là một thành phần của hệ xúc tác, thường có bề mặt riêng lớn dùng làm nền để tăng sự khuyếch tán và sinh ra các chất có hoạt tính cao. Do đó, lựa chọn chất mang là việc làm quan trọng trong việc chế tạo một chất xúc tác. Vai trò của chất mang là tăng diện tích bề mặt pha hoạt tính, tăng quá trình trao đổi nhiệt, giảm giá thành xúc tác, tăng độ bền hóa học, cơ học của xúc tác và làm thay đổi hướng phản ứng. Hiện nay chất mang được sử sụng nhiều là: -Al2O3, CeO2, TiO2, silicagel. Trong hệ xúc tác hỗn hợp oxit kim loại và kim loại quý Pt trên chất mang cho phản ứng oxi hóa CO, độ phân tán của kim loại trên chất mang và kích thước các tính thể kim loại đóng vai trò quan trọng đối với hoạt tính của xúc tác [7]. Trong số các chất mang, -Al2O3 và CeO2 đang được nghiên cứu phổ biến hiện nay.
-Al2O3 là vật liệu rắn xốp (thể tích lỗ xốp: 50 – 70 %) có cấu trúc rây phân tử, cấu trúc khá đồng đều, hạt nhuyễn và mịn, bề mặt riêng khá lớn: 200 – 450 m2/g, khá ổn định, bền vững với hầu hết nhiệt độ. -Al2O3 có dạng tinh thể, trong đó các nguyên tử oxi sắp xếp tương tự như ở dạng spinel MgAl2O4, với tỉ số nguyên tử kim loại và oxy là 2:3 (của spinel là 3:4). Do đó, trong cấu trúc -Al2O3 có một số lỗ trống kim loại có độ mất trật tự khác nhau. Điều này khiến cho việc hình thành hợp chất giữa cation kim loại và -Al2O3 dễ dàng hơn là giữa cation kim loại và chất mang silicagel. Đây chính là điểm yếu của -Al2O3 khi dùng làm chất mang: tạo tương tác với pha hoạt động khi xử lý nhiệt.
a) Lớp nhôm bát diện b) Lớp nhôm bát và tứ diện
Hình 2.1 Cấu trúc tinh thể γ-Al2O3
Chất mang CeO2 là chất rắn màu vàng nhạt, có tính hút ẩm nhẹ. CeO2 làm tăng khả năng thúc đẩy các phản ứng ở nhiệt độ thấp, làm tăng độ bền nhiệt của xúc tác và tăng khả năng điều tiết O2 tốt nhờ vào chu trình oxy hóa khử Ce4+/Ce3+ dễ dàng.
Hình 2.2 Cấu trúc tinh thể CeO2
Theo nghiên cứu của tác giả [5], các xúc tác Pt + CuO trên các chất mang CeO2, Al2O3, TiO2 đều có hoạt tính cao trong quá trình oxi hóa p-xylen đơn chất, hỗn hợp CO + p-xylen và có độ bền cao trong môi trường có hơi nước. Trên các chất mang đó, xúc
tác trên chất mang CeO2 có hoạt tính cao nhất ở nhiệt độ thấp, là nhờ chất mang CeO2
có khả năng điều tiết O2, giúp quá trình oxi hóa diễn ra dễ dàng hơn.