Hình 3. 2 . Phổ XRD của chất mang γ-Al2O3 và xúc tác KOH/γ-Al2O3
Hình 3.2 trình bày phổ XRD của một dãy các mẫu xúc tác KOH/γ -
Al2O3 với các tỉ lệ KOH đưa lên khác nhau và phổ XRD của chất mang γ -
Al2O3. Trên phổ XRD này ta nhận thấy ở mẫu xúc tác với tỉ lệ 5mmol KOH/
γ -Al2O3, hình dạng các pic phổ rất giống với phổ nền γ -Al2O3 và ta không phát hiện được các pic đặc trưng nào khác ngoài các pic của γ -Al2O3. Điều
KOH trên bề mặt γ -Al2O3 rất tốt và chúng tạo thành một trạng thái đơn lớp bề mặt. Nhưng khi lương KOH tăng lên 6mmol, lúc này trên phổ XRD của mẫu xúc tác xuất hiện một số pic khác ở vị trí 2θ=32.8o, được cho là của kali oxit dạng KO3 trên nền phổ của γ -Al2O3. Khi tỉ lệ KOHt đưa lên tăng từ 6 – 7 mmol, thì vùng phổ của KO3 càng mở rộng và đặc trưng hơn, nhưng khi lượng KOH tăng đến 8 mmol thì vùng phổ pic của KO3 lại thu hẹp trở lại.
Ngoài ra, ở phổ XRD của mẫu xúc tác ứng với 7mmol và 8mmol KOH/g γ -Al2O3, ta còn quan sát thấy một số pic mới ở các vị trí 2θ=33.2o, 38.2o, 44.3o, các pic mới này được cho là do hợp chất kali polyaluminat, dạng K12.5Al21.83O38, gây ra. Đặc biệt, ở phổ XRD của mẫu xúc tác 8mmol KOH/γ - Al2O3, ngoài các pic mới của KO3 và K12.5Al21.83O38, ta còn phát hiện thấy pic đặc trưng của KOH, điều này cho thấy rằng chỉ có một phần KOH bị phân huỷ dưới các điều kiện tổng hợp và hoạt hoá xúc tác, để hình thành nên dạng KO3 và K12.5Al21.83O38. Khi lượng dư KOH còn lại quá nhiều, chúng sẽ tạo thành trạng thái đa lớp do vượt qua khả năng phân tán tự nhiên trên bề mặt chất mang, lúc này nó sẽ tạo ra các pic đặc trưng của KOH trên nền phổ XRD. Việc hình thành nên các dạng KO3 và K12.5Al21.83O38 có thể do lượng KOH đưa lên đã phân huỷ và tương tác với chất mang. Trong quá trình cấy tẩm, γ -Al2O3 đã bị hydroxyl hoá hoàn toàn và khi nung xúc tác ở nhiệt độ cao, do quá trình tách nước của các nhóm hydroxyl, mà trên bề mặt của chất mang γ -Al2O3 sẽ xuất hiện rất nhiều các lỗ trống, vì vậy sự phân tán của KOH trên bề mặt γ -Al2O3 thực tế là quá trình các cation của KOH được chèn vào các lỗ trống này. Đối với xúc tác KOH/γ -Al2O3, ion K+ có thể đã được chèn vào các lỗ trống nhờ vào các liên kết với nguyên tử O của bề mặt, giúp gia tăng quá trình phân tán và phân huỷ của KOH trên bề mặt chất mang, để hình thành nên các tâm hoạt tính của xúc tác.
KOH + Al – OH → Al – O – K + H2O
Mặt khác, quá trình tách nước của các nhóm hyđroxyl sẽ để lại các ion O2-, là các ion có khả năng cho điện tử, chúng sẽ tương tác với ion K+ của KOH để hình thành nên các tâm bazơ bền. Phổ XRD trên hình 3.2 cho thấy
rằng khi lượng KOH đưa lên tăng dần thì số lượng các tâm bazơ, cùng với hoạt tính của xúc tác, cũng tăng lên. Tuy nhiên, khi lượng KOH đưa lên quá nhiều, lúc này KOH không còn phân tán tốt trên bề mặt nữa, mà sẽ tạo ra trạng thái đa lớp, lượng dư KOH này có thể bong ra khỏi bề mặt và khi tham gia phản ứng, điều này có thể gây ra phản ứng xà phòng hoá làm giảm hiệu suất. Mặt khác, lượng dư KOH có thể bao phủ các tâm hoạt tính của xúc tác và gây giảm hoạt tính của xúc tác.