c. Giản đồ phổ TPD-O (khử hấp phụ oxi theo chương trình nhiệt độ Temperature Programmed Desorption of Oxygen)
3.2.2. Kết quả nghiên cứu
Hình 3.7 trình bày các đường cong thoát (breakthough) hấp phụ động xylen ở 1500C và 2000C
Hình 3.7: Đường cong thoát của quá trình hấp phụ động xylen (khí mang N2)
Hình 3.8: Đường cong thoát của quá trình hấp phụ động và oxi hóa xylen (khí mang O2)
Từ hình 3.7 nhận thấy rằng, khi nhiệt độ tăng trong khoảng 150-2000C, lượng xylen hấp phụ (được tính theo biểu thức (32)) trên vật liệu CoOx/AC giảm dần. Trong khoảng nhiệt độ đó, sự hấp phụ này là quá trình hấp phụ vật lý.
Hình 3.8 trình bày các đường cong thoát của quá trình hấp phụ động và oxi hóa đồng thời xylen qua cột vật liệu CoOx/AC với khí mang không khí (20% O2).
Từ hình3.8 nhận thấy rằng, ở t =1500C đường cong thoát vẫn đạt giá trị =1, nghĩa là chưa xảy ra phản ứng oxi hóa bề mặt giữa (m-xylen)HP và (O2)HP, hay nói một cách khác, ở t =1500C, xylen vẫn ở trạng thái hấp phụ vật lý.
Tại t = 2000C, đường cong thoát chỉ đạt giá trị = 0,72, nghĩa là có 28% xylen đã tham gia phản ứng oxi hóa bề mặt.
(xylen)HP + (O2)HP → CO2 + H2O Đến đây, có thể nghĩ rằng :
- Hướng 1: Để tăng độ chuyển hóa của phản ứng (5) đến 100% thì phải tăng nhiệt độ phản ứng (theo thuyết Arrhenius). Tuy nhiên, nhiệt độ cao > 300
- 4000C, dễ làm cấu trúc của vật liệu CoOx/AC bị phá vỡ, làm cho tuổi thọ xúc tác giảm nhanh chóng.
- Hướng 2: thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp dưới 3000C để bảo toàn cấu trúc của vật liệu CoOx/AC, nhưng cần tăng thời gian tiếp xúc lớn hơn 2,25 giây, để tạo ra nhiều “vòng quay xúc tác’’, tạo ra nhiều giai đoạn nguyên tố hình thành và phân hủy hợp chất xúc tác trung gian (theo thuyết tốc độ phản ứng xúc tác) để tăng độ chuyển hóa. Trong phản ứng này, nhiệt độ phản ứng thấp (t ≤
2000C) và lượng xylen hấp phụ (số mmol xylen/1g vật liệu) được lựa chọn một cách hợp lý.
Để thực hiện được hướng 2, thực nghiện được tiến hành như sau:
Bước 1: Hấp phụ động xylen trên vật liệu CoOx/AC ở các thới gian hấp phụ khác nhau 60 -100 phút (thời gian nhỏ hơn thời gian hấp phụ bão hòa xylen -120 phút). Sau đó dùng khí mang N2 để khử hấp phụ lượng xylen đã hấp phụ ở trên với lưu lượng dòng nhất định để tính được lượng xylen đã hấp phụ, kí hiệu HP
[X]
Bước 2. Hấp phụ động xylen trên vật liệu CoOx/AC ở các thời gian hấp phụ khác nhau 60 -100 phút (thời gian nhỏ hơn thới gian hấp phụ bào hóa xylen -120 phút). Sau đó dùng khí mang không khí (20% O2) để oxi hóa lượng xylen đã hấp phụ. Tính toán lượng xylen còn lại sau phản ứng oxi hóa, kí hiệu
OXHHP HP [X]
Để tính hiệu suất của kỹ thuật này sử dụng biểu thức: