Nhưđã biết, PVA là chất hoạt động bề mặt, nó được coi là tác nhân điều khiển kích thước và hình thái hạt của xúc tác, đồng thời cũng là nguyên liệu cho quá trình
đốt cháy [47]. Các nhóm hidroxyl trên mạch PVA có khả năng tương tác và liên kết với ion kim loại tạo thành cấu trúc như kén tằm (cocoon), sự tương tác này được duy trì khi gel phân hủy thành tiền chất rắn, do vậy sản phẩm thu được có độ đồng nhất cao. Trong quá trình tổng hợp các oxit hỗn hợp từ các muối nitrat kim loại và dung dịch PVA, sự gia nhiệt làm cho thể tích của gel tăng (gel bị phồng lên). Khi nước bay hơi hoàn toàn, gel tích nhiệt đủ lớn sẽ xảy ra quá trình cháy gel đồng thời giải phóng một lượng lớn khí như CO, CO2, NO2, hỗ trợ cho quá trình phân chia và hạn chế sự kết tụ của các hạt, làm cho sản phẩm thu được có độ xốp và mịn cao. Sự
có mặt của ion NO3- đóng vai trò khơi mào cho phản ứng và cung cấp môi trường oxi hóa mạnh cho quá trình cháy gel. Ion kim loại được xác nhận là các chất xúc tác cho phản ứng oxi hóa PVA. Quá trình cháy mạnh của gel đã cung cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp vật liệu [1]. Vì vậy, nếu lượng PVA quá ít, quá trình cháy không được cung cấp đủ nhiệt để duy trì sự cháy xảy ra đến cùng. Tuy nhiên, khi lượng PVA quá cao sẽ không thuận lợi cho quá trình cháy của gel, khi đó có thể xảy ra hiện tượng thiếu oxi cục bộ, PVA sẽ không được cháy hoàn toàn (lúc này có thể
quan sát được khói thoát ra có màu nâu đen) và do đó sản phẩm có lẫn muội cacbon. Hơn nữa, khi lượng PVA cao, lượng nhiệt thoát ra trong quá trình cháy lớn, sẽ tạo điều kiện cho sự chuyển CuO vô định hình sang các dạng khác như dung dịch rắn hoặc tinh thể. Vì vậy việc tìm ra tỷ lệ PVA tối ưu cho quá trình tổng hợp xúc tác CuO/CeO2 là rất quan trọng.
Trong thí nghiệm này chúng tôi thay đổi phần trăm khối lượng của PVA so với (Cu(NO3)2+ Ce(NO3)3) từ 15%, 20%, 25%, 30% đến 35% và cốđịnh các tỷ lệ mol
65
Cu/Cu+Ce = 0,15; xitric/Cu+Ce = 2. Sau quá trình đốt cháy, sản phẩm được nung ở
4000C trong 1 giờ với tốc độ nâng nhiệt 100/phút để loại bỏ cacbon dư.
Kết quả nhiễu xạ tia X của sản phẩm được trình bày trên Phụ lục : 36 - 40. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phần trăm PVA đến thành phần pha và hiệu suất xử lí phenol của sản phẩm được chỉ ra ở Bảng 3.11.
Kết quả xử lí phenol cho thấy, khi tăng hàm lượng PVA từ 15% đến 20% thì hiệu suất xử lí phenol tăng từ 37,9% đến 45,9% và đạt cực đại khi hàm lượng PVA là 20%. Khi tiếp tục tăng hàm lượng PVA từ 20% đến 35% thì hiệu suất xử lí phenol lại giảm từ 45,9% xuống còn 13,2%.
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của phần trăm PVA đến thành phần pha và hiệu suất xử lí phenol của sản phẩm
% PVA Thành phần pha Kích thước trung bình (nm) [phenol]trước (mg/l) [phenol]sau (mg/l) Hiệu suất (%) 15 CeO2 (lập phương) 11,8 107,2 66,6 37,9 20 CeO2 (lập phương) 10,8 107,2 58,0 45,9 25 CeO2 (lập phương) 8,1 107,2 66,4 38,1 30 CeO2 (lập phương) 7,3 107,2 91,4 14,7 35 CeO2 (lập phương) 6,8 107,2 93,0 13,2
Kết quả này có thể được giải thích như sau: PVA vừa là tác nhân điều khiển kích thước hạt vừa là nguyên liệu cho quá trình cháy. Khi PVA cháy giải phóng ra một lượng khí khá lớn, làm cho sản phẩm có độ xốp cao. Tuy nhiên nếu lượng PVA cao hơn 20%, lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cháy lớn có thể làm tăng khả năng chuyển CuO vô định hình sang các dạng khác như dung dịch rắn hoặc tinh thể do đó làm giảm khả năng phản ứng của xúc tác. Vì vậy, chúng tôi chọn hàm lượng PVA là 20% cho các nghiên cứu tiếp theo.
66