Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác CuO/Co3O4 trên một số chất mang để oxi hóa hơi dung môi hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) ở nhiệt độ thấp

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác CuO/Co3O4 trên một số chất mang để oxi hóa hơi dung môi hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) ở nhiệt độ thấp

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Ngô Quốc Khánh NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ XÚC TÁC CuO/Co3O4 TRÊN MỘT SỐ CHẤT MANG ĐỂ OXI HÓA HƠI DUNG MÔI HƯU CƠ DỄ BAY HƠI (VOCs) Ở NHIỆT ĐỘ THẤP Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2021
2. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Ngô Quốc Khánh, Lê Minh Thắng, Vũ Đức Thảo, Nguyên Văn Hưng, Bùi Hồng Quang, Nghiên cứu khả năng hấp phụ, giải hấp phụ và oxy hóa toluen của hệ xúc tác oxit kim loại coban và đồng mang trên than hoạt tính. Tạp chí Hóa học 56 (3E12), 2018, 203-207. 2. Ngô Quốc Khánh, Vũ Đức Thảo, Lê Minh Thắng, Phạm Thành Trung, Nghiên cứu khả năng oxy hóa toluen của hệ xúc tác CoxCuyOz trên các loại chất mang khác nhau. Tạp chí hóa học 56 (6E2), 2018, 19-23. 3. Tran Thi Thu Hien, Ngo Quoc Khanh, Nguyen Van Toan, Nguyen Phuong Anh, Le Minh Thang, Catalytic Performance of metal oxides on ZSM – 5 for the treatment of Toluene. Tạp chí hóa học 57 (6E1,2), 2019, 535-539. 4. Hung Khong Manh, Nhung Hong Nguyen, Khanh Quoc Ngo, Nam Chu Thi Hai, Thang Minh Le, Combination of adsorption-desorption with complete oxidation on the MnCoCe oxides-based catalyst for toluene treatment, đã được đồng ý đăng trên Tạp chí tạp chí xúc tác và hấp phụ việt nam
3. Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Đức Thảo GS. TS. Lê Minh Thắng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi giờ, ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
4. GIỚI THIỆU 1. Sự cần thiết của nghiên cứu Thông thường, hấp phụ là công nghệ thường được sử dụng để xử lý hơi dung môi hữu cơ (VOCs). Tuy nhiên, để xử lý triệt để VOCs, cần có quá trình xử lý thứ cấp là nhả hấp phụ, và quá trình này thường không có hiệu quả với VOCs có dung lượng hấp phụ nhỏ, không có nhiều giá trị khi thu hồi. Bên cạnh đó, oxi hóa có xúc tác là một phương pháp xử lý VOCs hiệu quả, có thể áp dụng trong công nghiệp vì quá trình oxi hóa có thể xử lý VOCs với hiệu quả cao kể cả ở nhiệt độ thấp. Gần đây, những nghiên cứu về xúc tác đa oxit kim loại đã có nhiều kết quả hứa hẹn, có thể tiến tới thay thế xúc tác kim loại quý vì chúng không bị giảm hoạt tính khi có khí axit và có chi phí thấp. Do vậy, trong nghiên cứu này sẽ tập trung kết hợp hai quá trình oxi hóa trên xúc tác đã oxit kim loại và quá trình nhả hấp phụ để xử lý triệt để VOCs nhằm giảm nhiệt độ oxi hóa VOCs. Như vậy, việc chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác CuO/Co3O4 trên một số chất mang để oxi hóa hơi dung môi hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) ở nhiệt độ thấp” là cần thiết để nâng cao khả năng áp dụng công nghệ này trong công nghiệp và đời sống. 2. Mục tiêu Mục tiêu chung của nghiên cứu là tổng hợp chất xác tác đa oxit kim loại Cu và Co trên chất hấp phụ là than hoạt tính, silica gel và MCM-41 để oxi hóa VOCs ở nhiệt độ thấp. Mục tiêu khác là nghiên cứu xác định thành phần tối ưu, so sánh hoạt tính oxi hóa của xúc tác đa oxit kim loại Cu và Co trên các chất mang khác nhau được tổng hợp bằng 2 phương pháp: tẩm ướt và muối nóng chảy. 3. Nội dung Đầu tiên, nghiên cứu sẽ tiến hành tổng quan tài liệu để lựa chọn o xít kim loại, thành phần và phương pháp tổng hợp xúc tác. Xúc tác đa kim loại (Cu và Co) sẽ được tổng hợp bằng 2 phương pháp (muối nóng chảy và tẩm ướt) với các thành phần khác nhau trên một số chất mang (Than hoạt tính, silica gel và MCM-41,), sau đó những xác tác này sẽ được xác định đặc tính theo các phương pháp hóa lý như cân nhiệt, hấp phụ vật lý, SEM, XRD, TPD- O2 và hấp phụ hóa học. Hoạt tính của các xúc tác này sẽ được kiểm tra trước với quá trình oxy hóa CH4, hợp chất hữu cơ có tính bền nhất, để chắc chắn các xúc tác này có thể oxi hóa những VOCs khác. Khả năng hấp phụ, nhả hấp phụ bằng N2 và O2, oxi hóa trong quá trình nhả hấp phụ và oxi hóa trực tiếp của những xúc tác này được đánh giá trên hệ thí nghiệm vi dòng để xác định xúc tác tốt nhât cho quá trình oxi hóa VOCs. 4. Phương pháp Tổng quan tài liệu Nghiên cứu thí nghiệm. Nghiên cứu xử lý, phân tích số liệu thực nghiệm 5. Phạm vi nghiên cứu Hơi dung môi hữu cơ: Toluen 1 | P a g e
5. Thành phần của xúc tác: Cu và Co với các tỷ lệ khác nhau trên chất mang là than hoạt tính, silica gel và MCM-41 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiến Về khoa học, nghiên cứu có thế cung cấp cơ sở khoa học tổng hợp xúc tác đa oxit kim loại của Cu và Co để xử lý VOCs tại nhiệt độ thấp. Xúc tác có thể làm việc ở nhiệt độ thấp, có thể làm giảm chi phí xử lý. Ngoài ra, phương pháp tổng hợp đơn giản, dễ thực hiện có thể áp dụng xử lý VOCs. 7. Tính mới của nghiên cứu Áp dụng thành công phương pháp muối nóng chảy trong tổng hợp xúc tác Cu-Co/ than hoạt tính, silica gel và MCM-41. Ngoài ra, vai trò của oxit đồng (CuO) và oxit coban (Co3O4) cũng được nghiên cưu và chỉ rõ trong luận án. Xúc tác SS-M10Co được xác định có hoạt tính cao nhất với CH4 với độ chuyển hóa 93,5% tại 450oC. Xúc tác WI-AC5Cu5Co có thể oxi hóa hoàn toàn toluen tại nhiệt độ 180oC trong quá trình nhả hấp phụ. Xúc tác với thành phần 7% Cu và 3% Co trên chất mang MCM-41 có thể oxi hóa hoàn toàn toluen tại 400oC. 8. Cấu trúc của luận án Luận án bao gồm 130 trang, bao gồm: Giới thiệu (4 trang); Chương 1. Tổng quan (21 trang); Chương 2. Thí nghiệm (20 trang); Chương 3. Kết quả và thảo luận (52 trang); Kết luận (1 trang); Khuyến nghị (1 trang); Danh mục bài báo (1 trang); Tài liệu tham khảo (9 trang); Phụ lục (14 trang). CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) VOCs là những hợp chất hữu cơ mà chúng có thể dễ bay hơi ở điều kiện áp suất và nhiệt độ thông thường. VOCs có thể được phân loại thành các nhóm sau: VOCs có chứa halogen; Aldehydes; Hợp chất thơm; PAH; rượu, axeton và VOCs khác. 1.2. Tổng quan về phương pháp xử lý VOCs Có rất nhiều phương pháp để xử lý và kiểm soát VOCs, nhưng có thể phân vào 2 nhóm là: (i) Quản lý phát thải VOCs. (ii) Công nghệ xứ lý VOCs. 1.3. Oxi hóa VOCs có xúc tác 1.3.1. Cơ chế oxi hóa Rất nhiều cơ chế đã được nghiên cứu và để xuất, nhưng chúng có thể phân làm 3 loại cơ chế sau: - Cơ chế theo Langmuir-Hinshelwood (L-H) - Cơ chế theo Eleye Rideal (E-R) - Cơ chế theo Mars-van Krevelen (MVK) 1.3.2. Xúc tác oxi hóa VOCs 1.3.2.1. Xúc tác kim loại quí Những kim loại quí (Pt, Pd, Rh, Au, etc.) là những xúc tác có hoạt tính cao với hiệu quả xử lý VOCs hơn 90% ở nhiệt độ thấp (<200oC). Tuy nhiên, xúc tác kim loại quí thường có chi phí cao và dễ bị ngộ độc bởi các tác nhân bên ngoài. Khả năng 2 | P a g e
6. oxi hóa của chúng phụ thuộc và phương pháp tổng hợp, tiền chất, chất mang và nồng độ VOCs. 1.3.2.2. Xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp Xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp cũng có khả năng oxi hóa VOCs cùng với nhiều ưu điểm như: khả năng phân tán cao, có sẵn, thời gian sống lâu, có khả năng tái sinh và chi phí thấp. Tuy nhiên, xúc tác oxit kim loại thương có hoạt tính thấp hơn xúc tác kim loại quí. Tương tự như các loại xúc tác khác, chất mang và phương pháp tổng hợp cũng ảnh hưởng lớn đến hoạt tính của chúng. 1.3.2.3. Non-noble mix metal oxides Hỗn hợp nhiều oxit kim loại thường thể hiện hoạt tính cao hơn các oxit đơn kim loại trong hầu hết các phản ứng xúc tác, vì độ linh động oxi trên bề mặt và các phân tử hoạt hóa, cũng như sự vận chuyển điện tử qua mạng tinh thể đối với nhiều mức năng lượng và nhiều phân tử oxy liên kết 1.3.3. Tổng quan về chất mang và phương pháp tổng hợp xúc tác Chất mang và phương pháp tổng hợp rất quan trọng, nó quyết định tính chất hóa lý của tâm hoạt hóa cũng như hoạt tính của xúc tác. CHƯƠNG 2. THÍ NGHIỆM 2.1. Tổng hợp xúc tác Muối nitrit của Co (phân phối bởi Sigma) và Cu (phân phối bởi Xilong) được lựa chọn làm tiền chất để tổng hợp xúc tác. Than hoạt tính (cung cấp bởi công ty CP Trà Bắc), MCM-41 (cung cấp bởi công ty Sud Chemie – Đức) và silica gel (phân phối bởi Sigma), được lựa chọn làm chất mang. 2.1.1. Phương pháp tẩm ướt Đầu tiên, hai muối Co(NO3)2.6H2O và Cu(NO3)2.3H2O được hòa với nước cất tạo thành dung dich (0,2M). Tiếp theo chất mang được đưa vào trong dung dịch sau khi đã được rửa sach và sấy khô trong 24 giờ. Hỗn hợp được khuấy đều trong 2 giờ ở nhiêt độ 70oC, sau đó đem sấy ở 120oC trong 24 giờ. Cuối cùng hỗn hợp chất rắn được mang đi nung ở nhiệt độ 180oC trong 2 giờ, chất rắn thu được được ghi nhãn và lưu giữ trong lọ thủy tinh. 2.1.2. Phương pháp muối nóng chảy Đầu tiên, hai muối Co(NO3)2.6H2O và Cu(NO3)2.3H2O) được trộn với nhau và nung ở 180oC trong 5 phút cho nóng chảy thành chất lỏng. Sau đó, chất mang sau khi được rửa sạch, sấy khô ở 120oC trong 24 giờ sẽ được trộn vào dung dịch nóng chảy và nung ở 180oC trong 5 phút. Trong quá này hỗn hợp muối kim loại nóng chảy và chất mang sẽ được khuấy trộn 5 lần. Cuối cùng chất rắn được nung ở nhiệt độ 450oC trong 2 giờ với tốc độ gia nhiệt là 2oC/phút. 2.2. Đặc tính của xúc tác 2.2.1. Cân nhiệt Cân nhiệt được thực hiện trên thiết bị NETZSCH STA 449 F3 (Inorganic Functional Materials, Leibniz Institute for Catalysis, Đức) 3 | P a g e
7. 2.2.2. Hấp phụ vật lý Hấp phụ vật lý được thực hiện trên thiết bị Gemini VII Micrometrics equipment, tại Viện khoa học và công nghệ tiên tiến, Đại học Bách khoa Hà Nội. 2.2.3. X-ray diffraction XRD được thực hiện trên máy D8 Advance Bruker device (Khoa hóa học, Đại học quốc gia, Hà Nội). 2.2.4. Hiển vi điện tử quét Hình ảnh SEM được thực hiện trên thiết bị JSM-7600F Schottky Field Emission Scanning Electron Microscope (Viện khoa học và công nghệ tiên tiến, Đại học Bách khoa Hà Nội) 2.2.5. Giải hấp phụ theo nhiệt độ Xung CO, O2-TPD và CH4-TPD được thực hiện trên thiết bị Autochem II 2920 (viện kxy thuật hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội) 2.3. Đánh giá hấp phụ và oxi hóa 2.3.1. Đánh giá khả năng hấp phụ và giải hấp phụ bằng dòng N2 Khả năng hấp phụ và giải hấp phụ của xúc tác được thực hiện trên hệ thí nghiệm vi dòng như trong Hình 2.9. 1. Chai N2, 2. Kiểm soát dòng N2, 3. Kiểm soát dòng N2, 4. Bình bay hơi toluen, 5. Cột phản ứng, 6. Lò nhiệt, 7. Kiểm soát nhiệt độ, 8. Máy sắc ký với đầu dò TCD, 9. Máy tính, V. Van. Hình 2.9. Hệ thống thí nghiệm hấp phụ và giải hấp phụ. Dung lượng hấp phụ được tính theo đường cong thoát như sau: 푡푠 −6 푄 × 92 × 10 푖 표 = ∫( 표푙,푡 − 표푙,푡) × 푡 2.5 22.4 × 0 o Trong đó, AAd is dung lượng hấp phụ (g/g), QAd là lưu lượng khí (ml/phút), C Tol,t là i nồng độ toluen đầu vào (ppm), C Tol,t là nồng độ toluen thoát tại thời điêm t (ppm), te là thời gian bão hòa (phút), và mC là khối lượng chất xúc tác (g) Dung lượng giải hấp phụ được tính theo công thức sau 푡 −6 푄 푒 × 92 × 10 푖 푒 = ∫ 표푙,푡 × 푡 2.6 22.4 × 0 4 | P a g e
8. Trong đó, ADe là dung lượng giải hấp phụ (g/g), QDe là lưu lượng khí giải hấp i (ml/phút), C Tol,t là nồng độ toluen thoát tại thời điêm t (ppm), td là thời gian giải hấp phụ (phút), và mC là khối lượng chất xúc tác (g) 2.3.2. Đanh giá khả năng oxi hóa toluen Khả năng oxi hóa trong quá trình giải hấp phụ: 1. Chai O2, 2. Chai N2, 3. Kiểm soát dòng O2, 4. Kiểm soát dòng N2, 5. Bình bay hơi toluen, 6. Cột phản ứng, 7. Lò nhiệt, 8. Kiểm soát nhiệt độ, 9. Máy sắc ký với đầu dò TCD, 10. Máy tính, V. Van Hình 2.10. Hệ thống thí nghiệm oxi hóa trong quá trình giải hấp phụ. Độ chuyển hóa toluen được tính theo công thức sau: 2 − 2 휂 = 푒 푒 × 100% 2.7 표푙 2 푒 N2 Trong đó, ɳTol là độ chuyển hóa toluen (%), A De là dung lượng giải hấp phụ với O2 dòng N2 (g/g), và A De là dung lượng giải hấp phụ với dòng O2 (g/g) Độ chuyển hóa toluen thành CO2 được tính theo công thức: 푌 훾 = 2 × 100% 2 2 2 2.8 7 × ( 푒 − 푒) Trong đó, γCO2 là độ chuyển hóa toluen thành CO2 (%), YCO2 là dung lượng CO2 N2 sinh ra sau phản ứng (g/g), A De là dung lượng giải hấp phụ với dòng N2 (g/g), và O2 A De là dung lượng giải hấp phụ với dòng O2 (g/g). Dung lượng CO2 sinh ra sau phản ứng tính theo công thức sau: 푡푠 −6 푄 × 44 × 10 푖 푌 2 = ∫ 2,푡 × 푡 2.9 22.4 × 0 Trong đó, YCO2 là dung lượng CO2 sinh ra sau phản ứng (g/g), QOx là lưu lượng dòng i oxi hóa (ml/phút), C CO2,t là nồng độ CO2 thoát tại thời điêm t (ppm), và mC: Khối lượng chất xúc tác (g). 5 | P a g e
9. Khả năng oxi hóa trực tiếp: 1. Chai O2, 2. Kiểm soát dòng O2, 3. Bình bay hơi toluen, 4. Cột phản ứng, 5. Lò nhiệt, 6. Kiểm soát nhiệt độ, 7. Máy sắc ký với đầu dò TCD, 8. Máy tính, V. Van Hình 2.11. Hệ thống thí nghiệm oxi hóa trực tiếp. Độ chuyển hóa toluen được tính theo công thức sau: 표 푖 표푙, − 표푙, 휂 표푙 = 표 × 100% Eq. 2.10 표푙, o Trong đó, ɳTol là độ chuyển hóa toluen (%), C Tol,t là nồng độ toluen đầu vào tại nhiệt i độ T(ppm), C Tol,t là nồng độ toluen thoát tại nhiệt độ T (ppm). Độ chuyển hóa của toluen thành CO2 được tính theo công thức sau: 푖 2, 훾 2 = 표 푖 × 100% Eq. 2.11 7 × ( 표푙, − 표푙, ) o Trong đó, γCO2 là độ chuyển hóa của toluen thành CO2 (%), C Tol,t là nồng độ toluen i đầu vào tại nhiệt độ T(ppm), và C Tol,t là nồng độ toluen thoát tại nhiệt độ T (ppm). 2.3.3. Catalytic activity measurement for complete oxidation of methane 1. Chai N2, 2. Chai CH4, 3. Chai O2, 4. Kiểm soát dòng N2, 5. Kiểm soát dòng CH4, 6. Kiểm soát dòng O2, 7. Cột phản ứng, 8. Lò nhiệt, 9. Kiểm soát nhiệt độ, 10. Máy sắc ký với đầu dò TCD, 11. Máy tính, V. Van Hình 2.12. Hệ thống thí nghiệm oxi hóa mêtan. Độ chuyển hóa mêtan được tính theo công thức: 6 | P a g e
10. 표 푖 , − , 휂 = 4 4 × 100% Eq. 2.12 표푙 표 4, o Trong đó, ɳCH4 là độ chuyển hóa mêtan (%), C CH4,T là nồng độ mêtan đầu vào tại i nhiệt độ T (ppm), và C CH4,T là nồng độ mêtan đầu ra tại nhiệt độ T (ppm) CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc tính của xúc tác 3.1.1. Cân nhiệt Do than hoạt tính có tính bền nhiệt kém, nên một số xúc tác trên than hoạt tính được kiểm tra cân nhiệt và thể hiện trên Hình 3.1. 100 95 90 Weight loss (%) Weight 85 0 50 100 150 200 250 300 Nhiệt độ (oC) AC SS-AC7Cu3Co SS-AC5Cu5Co SS-AC3Cu7Co WI-AC5Cu5Co a. Đường cong TG 5 0 0 50 100 150 200 250 300 -5 DSC (mW/mg) -10 -15 Nhiẹt độ (oC) AC SS-AC7Cu3Co SS-AC5Cu5Co SS-AC3Cu7Co WI-AC5Cu5Co b. Đường cong DSC Hình 3.1. Đường cong TG và DSC của xúc tác trên than hoạt tính. 7 | P a g e
11. Xúc tác trên than hoạt tính không thể thực hiện quá trình hấp phụ, giải hấp phụ và oxi hóa tại nhiệt độ trên 200oC. 3.1.2. Hấp phụ vật lý Đường con hấp phụ - giải hấp phụ của than hoạt tính và MCM-41 được phân vào dạng IV (kích thước lỗ xốp 2-50nm), trong khi silica gel là dạng VI (kích thước lỗ xốp > 50nm) dựa trên phân loại của IUPAC. Diện tích bề mặt BET surface, thể tích và kích thước mao quản của chất mang được đưa ra trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Đặc điểm bề mặt của AC, silica gel và MCM-41 BET Thể tích lỗ Kích thước Số Chất mang (m2/g) xốp (m3/g) lỗ xốp (Ao) 1 AC 1003 0.26 39.43 2 MCM41 1148 0.97 3.37 3 Silica gel 295 1.04 96.2 Diện tích bề mặt, thể tích và kích thước mao quản của xúc tác trên AC và silica gel được đưa trong Bảng. 3.2. Bảng 3.2 Đặc điểm bề mặt của xúc tác trên AC và silica gel BET Thể tích lỗ Kích thước Số Xúc tác (m2/g) xốp (m3/g) lỗ xốp (Ao) 1 WI-AC7Cu3Co 707 0.16 38 2 WI-AC5Cu5Co 610 0.12 45 3 WI-AC3Cu7Co 418 0.11 46 4 WI-S5Cu5Co 226 - - 5 SS-S20Co 255 0.75 98 Đường cong hấp phụ - giải hấp phụ của xúc tác trên chất mang MCM-41 có dạng II, đây là đặc trưng cho các vật liệu không phải có lỗ xốp. Như vậy, có sự thay đổi trên bề mặt của MCM-41 khi đưa xúc tác lên. Kết quả đo đạc đặc điểm bề mặt của xúc tác trên chất mang MCM-41 như Bảng. 3.3 Bảng 3.3. Đặc điểm bề mặt của xúc tác trên MCM-41 BET Thể tích lỗ Kích thước Số Xúc tác (m2/g) xốp (m3/g) lỗ xốp (Ao) 1 WI-M7Cu3Co 197 0.57 111 2 WI-M5Cu5Co 100 0.46 169 3 WI-M3Cu7Co 200 0.60 115 4 WI-M10Co 435 0.81 111 5 SS-M3Cu7Co 509 0.50 59 6 SS-M5Cu5Co 727 0.87 43 7 SS-M7Cu3Co 472 0.51 64 8 SS-M10Co 475 0.50 60 9 SS-M10Cu 589 0.54 54 Diện tích bề mặt mặt của chất mang AC, silica gel và MCM-41 giảm khi đưa đa oxit kim loại lên. 8 | P a g e
12. 3.1.3. X-ray diffraction (XRD) Không có peak trong phổ XRD của AC và WI-AC5Cu5Co, bởi vì AC là chất vô định hình và hàm lượng kim loại trên AC không đủ lớn. Chỉ có cấu trúc của o xít kim loại CuO và Co3O4 được ghi trên phổ XRD của xúc tác đa oxit Cu-Co trên chất mang silica gel. A: SS-S20Co; B: WI-S20Co; C: WI-S5Cu5Co Hình 3.6. Phổ XRD của xúc tác trên silica gel Kích thước các kinh thể được tính theo công thức Scherer như trong bảng sau: Bảng 3.4. Kích thước tinh thể của xúc tác trên silica gel Kích thước tinh thế, Số Xúc tác (nm) CuO Co3O4 1 WI-S5Cu5Co 11.696 7.964 2 WI-S20Co 10.983 3 SS-S20Co 14.172 Phổ XRD của xúc tác trên MCM-41, tổng hợp bằng phương pháp muối nóng chảy (Hình 3.7) và tẩm ướt (Hình 3.8), đặc trưng cho oxit CuO và Co3O4. Kích thước các tinh thể phụ thuộc và thành phần, phương pháp tổng hợp. 9 | P a g e
13. A: SS-M10Cu; B: SS-M10Co; C: SS-M3Cu7Co; D: SS-M5Cu5Co; E: SS-M7Cu 3Co Hình 3.7. Phổ XRD của xúc tác trên MCM41 được tổng hợp theo phương pháp muối nóng chảy. A: WI-M10Co; B: WI-M3Cu7Co; C: WI-M5Cu5Co Hình 3.8. Phổ XRD của xúc tác trên MCM-41 được tổng hợp theo phương pháp tẩm ướt. 10 | P a g e
14. Kích thước tinh thể được tính theo công thức Scherer và được đưa ra trong Bảng 3.5 Bảng 3.5. Kích thước tinh thể của xúc tác trên MCM-41 Kích thước tinh thế, Số Xúc tác (nm) CuO Co3O4 1 SS-M7Cu3Co 22.87 9.26 2 SS-M55Cu Co 8.71 3 SS-M3Cu7Co 10.24 4 SS-M10Co 18.99 5 SS-M10Cu 25.75 6 WI-M3Cu7Co 7.37 7 WI-M5Cu5Co 8.12 4.53 8 WI-M10Co 11.78 Kết quả chỉ ra rằng khi hàm lượng Co tăng thì kích thước tinh thể Co3O4 cũng tăng theo, trong khi đó hàm lượng Cu có tác động rất ít lên kích thước tinh thể CuO. Việc kết hợp oxit Co và Cu là nguyên nhân chính làm giảm kích thước tinh thể. 40 35 (nm) 4 30 O 3 25 20 15 10 Kích Kích thước Co 5 0 0.00 1.00 2.00 3.00 Tỷ lệ Co/Cu 10% 20% w/o support Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng Co đên kích thước Co3O4. Kết quả XRD có cho thấy, kích thước tinh thể trên chất mang MCM-41 lớn hơn trên silica gel khi hàm lượng kim loại như nhau. 3.1.4. Hiển vi điện tử quét Hình ảnh SEM của xúc tác trên chất mang AC được đưa ra trong Hình. 3.12. Kích thước hạt đa oxit kim loại của xúc tác WI-AC5Cu5Co từ 30-50 nm trong khi không có hình ảnh của các hạt này trên chất mang. 11 | P a g e
15. A B 300 nm a. Than hoạt tính; b. WI-AC5Cu5Co; Hình 3.12. Hình ảnh SEM của xúc tác trên AC. Hình ảnh SEM của xúc tác trên MCM-41 thể hiện các hạt là đồng nhất và có kích thước từ 100-500 nm. 3.1.5. Giải hấp phụ theo nhiệt độ 3.1 5.1. Xung CO Độ phân tán kim loại, diện tích bề mặt của kinh loại và kích thước tâm hoạt động được tính và thể hiện trong Bảng 3.9 Bảng 3.9. Độ phân tán của kim loại trên chất mang Diện tích bề Độ phân tán Kích thước tâm Xúc tác mặt kim loại, kim loại, % hoạt động, nm m2/g SS-M5Cu5Co 0.69 4.56 147.6 SS-M3Cu7Co 1.17 7.53 89.23 SS-M10Co 0.26 1.74 386.75 SS-M10Cu 1.13 7.29 92.31 SS-M20Co 0.11 0.74 907.17 SS-M20Cu 0.10 0.66 1026.48 SS-S5Cu5Co 0.92 6.11 110.23 Độ phân tan của xúc tác đơn oxit kim loại Co là thấp hơn đa oxit kim loại, và nó tỷ lệ nghịch với tổng hàm lượng kim loại Co và Cu. Đa oxit kim loại có thể tạo các tinh thể bé hơn, dẫn đến độ phân tán kim loại tốt hơn. Như vậy, vai trò của Cu là rất quan trọng trong việc giảm kích thước của xúc tác cũng như tăng độ phân tán của kim loại trên bề mặt chất mang. 3.1.5.2. Giải hấp phụ O2 theo nhiệt độ (O2-TPD) O2-TPD có khả năng thể hiện khả năng hấp phụ oxi của xúc tác trong quá trình oxi hóa hoàn toàn, do đó O2-TPD có thể được sử dụng để đánh giá hoạt tính 12 | P a g e
16. oxi hóa của xúc tác. O2-TPD của một số xúc tác, SS-M5Cu5Co, SS-M10Co, SS- M10Cu, SS-M20Co và SS-M20Cu, được tính toán và thể hiện trên Bảng. 3.10 Bảng 3.10. Dung lượng nhà hấp phụ O2 của xúc tác Dung lượng Xúc tác Nhiệt độ (oC) (mmol/g) 106 0.02 SS-M5Cu5Co 700 0.44 96 0.08 SS-M10Co 700 0.35 129 0.13 SS-M10Cu 699 0.36 110 0.09 SS-M20Co 700 0.33 119 0.03 SS-M20Cu 700 0.10 3.2. Đánh giá khả năng oxi hóa mêtan Mêtan là một chất khó bị hấp phụ trên vật liệu rỗng xốp cũng như oxi hóa, nên đánh giá giải hấp phụ mêtan theo nhiệt độ và oxi hóa mêtan được sử dụng để kiểm tra trước hoạt tính xúc tác. 0.03 0.02 0.01 TCD TCD signal (a.u) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Thời gian (phút) SS-M5Cu5Co SS-M10Co SS-M10Cu SS-M7Cu3Co SS-M3Cu7Co Figure 3.16. Phổ CH4 –TPD của xúc tác Cu-Co/MCM-41 o Theo giản đồ CH4 –TPD, có 2 peak của mêtan tại nhiệt độ thấp (dưới 300 C) và nhiệt độ cao (550-700oC). Kết quả cũng chỉ ra rằng hàm lượng kim loại tăng sẽ làm giảm khả năng hấp phụ của CH4, bời vì nó làm giảm bể mặt của các chất mang. Xúc tác SS-M5Cu5Co thể hện khả năng hấp phụ CH4 tốt nhất, bời vì độ phân tán kim loại rộng, số lượng tâm hoạt động nhiều. Do vậy, khả năng hấp phụ và oxi hóa của xúc tác này có thể sẽ tốt nhất. Kết quả oxi hóa mêtan của xúc tác oxit kim loại trên silica gel được giới thiệu trong Hình 3.17. Quá trình oxi hóa mêtan trên xúc tác đa oxit kim loại trên silica gel xảy ra ở nhiệt độ trên 200oC và tăng dần khi nhiệt độ tăng đến 450oC. Độ chuyển 13 | P a g e
17. hóa mêtan cao nhất là 83% tương ứng với xúc tác SS-S20Co, trong khi các xúc tác đa oxit kim loại có khả năng chuyển hóa mêtan thấp (dưới 30%), từ đó có thể chỉ ra rằng việc có mặt CuO làm giảm hoạt tính của xúc tác, và Co3O4 đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình oxi hóa mêtan. Tuy nhiên các xúc tác này không có khả o năng oxi hóa hoàn toàn mêtan thành CO2 ở 450 C. Hình 3.17. Độ chuyển hóa CH4 trên xúc tác Cu-Co /Silica gel Kết quả oxi hóa mêtan của xúc tác trên MCM41 được giới thiệu trên Hình. 3.18 a. Oxi hóa mêtan trên xúc tác Cu-Co/MCM41 tổng hợp bằng phương pháp muối nóng chảy. 14 | P a g e
18. b. Oxi hóa mêtan trên xúc tác Cu-Co/MCM41 tổng hợp bằng phương pháp tẩm ướt. Hình 3.18. Độ chuyển hóa CH4 trên xúc tác Cu-Co/MCM-41 Tại nhiệt độ 450oC, xúc tác WI-M10Co và SS-M10Co có khả năng oxi hóa mêtan tốt nhất với độ chuyển hóa là 100% và 95%. Xúc tác của Cu có độ chuyển hóa thấp nhất và hoạt tính chỉ được cải thiện khi hàm lượng Cu lớn hơn 5%. Xúc tác đa oxit kim loại có hoạt tính cao hơn nhiều so với xúc tác đơn oxit Cu, và gần bằng xúc tác đơn oxit Co. Như thế có nghĩa là Cu trong xúc tác đa oxit kim loại ảnh hưởng không đánh kể đến hoạt tính oxi hóa mêtan. Xúc tác CuCo và Co trên các chất mang đều thể hiện khả năng oxi hóa tốt với mêtan tại nhiệt độ 450oC, như vậy, chúng có khản năng oxi hóa tốt toluen (một hợp chất kém bền hơn). 3.3. Xử lý toluen Xúc tác đa oxit CuCo đã thể hiện được khả năng oxi hóa mêtan, do vậy chúng sẽ được sủ dụng để xử lý toluen và kết quả được đưa ra dưới đây. 3.3.1. Hấp phụ toluen trên chất mang 3.3.1.1. Hấp phụ toluen trên Cu-Co/AC Đường cong hấp phụ và giải hấp phụ toluen của các xúc tac Cu-Co/AC được thể hiện trong Hình. 3.22 15 | P a g e
19. Hình 3.22. Đường cong hấp phụ của xúc tác trên than hoạt tính. Dung lượng hấp phụ được tính toán theo công thức Eq. 2.12, và được đưa ra ở Bảng. 3.12. Bảng 3.12. Dung lượng hấp phụ toluen của xúc tác Cu-Co/AC Dung lượng hấp phụ Số Xúc tác (g/g) 1 AC180 0.28 2 WI-AC7Cu3Co 0.21 3 WI-AC5Cu5Co 0.22 4 WI-AC3Cu7Co 0.23 Dung lượng hấp phụ toluen được xắp sếp theo thứ tự: AC180> WI- AC3Cu7Co> WI-AC5Cu5Co> WI-AC7Cu3Co> WI-AC5Mn5Co. 3.3.1.2. Hấp phụ toluen trên Cu-Co /Silica gel Dung lượng hấp phụ của Cu-Co/Silica gel được giới thiệu ở Bảng 3.13. Dung lượng hấp phụ là tương đối thấp vì kích thước mao quản của silica gel là tương đối to và chúng được phân loại là chất xốp không có khả năng hấp phụ toluen. Kết quả này cũng tương đồng với các kết quả nghiên cứu trước đây. Bảng 3.13. Dung lượng hấp phụ toluen của xúc tác Co-Cu/Silica gel Dung lượng hấp phụ Số Xúc tác (g/g) 1 SS-S5Cu5Co 0.03 2 SS-S20Co 0.02 Từ kết quả hấp phụ của xúc tac trên chất mang silica gel có thẻ thấy rằng chất mang này không phù hợp để hấp phụ toluen. 3.3.1.3. Hấp phụ toluen trên Cu-Co/MCM41 Đường cong thoát của quá trình hấp phụ toluen trên Cu-Co/ MCM-41 được thể hiện trên Hình 3.24 và dung lượng hấp phụ được tính toán trong Bảng 3.14 16 | P a g e
20. Hình 3.24. Đường cong thoát hấp phụ của Cu-Co/MCM-41 Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ toluen trên Co-Cu/MCM-41 Dung lượng hấp Số Xúc tác phụ, (g/g) 1 SS-M5Cu5Co 0.20 2 SS-M3Cu7Co 0.14 3 SS-M10Cu 0.14 4 IW-M5Cu5Co 0.16 5 MCM-41 0.22 Rõ rảng việc đưa đa oxit kim loại lên bề mặt của MCM-41 đã làm giảm kích thước bề mặt, dẫn đến giảm dung lượng hấp phụ. 3.3.2. Oxi hóa toluen trong quá trình giải hấp phụ 3.3.2.1. Oxi hóa toluen trên Cu-Co/AC trong quá trình giải hấp phụ Dung lượng giải hấp phụ bởi các khí khác nhau (N2 và O2) được đưa ra trong Bảng 3.15 và đánh giá khả năng oxi hóa hoàn toàn toluen được đưa trong Bảng 3.16. Bảng 3.15. Oxi hóa toluen bẳng nhiệt trong quá trình giải hấp phụ Độ chuyển Độ chuyển hóa toluen hóa toluen Dung Giải hấp Giải hấp so với so với dung lượng phụ phụ Số Xúc tác dung lượng hấp hấp phụ băng N băng O 2 2 lượng giải phụ (%) (g/g) (g/g) (g/g) hấp phụ (%) 1 AC180 0.28 0.16 - - - 2 WI-AC7Cu3Co 0.21 0.11 0.03 72.72 85.71 3 WI-AC5Cu5Co 0.22 0.04 0.02 50 91 4 WI-AC3Cu7Co 0.23 0.10 0.06 94 73.9 17 | P a g e
21. Bảng 3.16. Đánh giá khả năng oxi hóa hoàn toàn của xúc tác trên AC Lượng CO2 Lượng CO2 Hiệu suất tạo Số Xúc tác theo lý thuyết theo thực tế thành CO2 (mmol/g) (mmol/g) (%) 1 AC180 - - - 2 WI-AC7Cu3Co 6.51 0.99 15 3 WI-AC5Cu5Co 1.33 1.35 100 4 WI-AC3Cu7Co 3.08 1.54 50 Từ kết quả ta thấy tại 180oC xúc tác WI-AC5Cu5Co có khả năng chuyển hóa hoàn toàn toluen thành CO2 trong quá trình giải hấp phụ, nhưng độ chuyển hóa toluen không đạt được 100%, bởi vì nồng độ toluen lúc ban đầu khi giải hấp phụ khá cao. Ngoài ra, theo kết quả O2-TPD có thể dự đoán oxi tham gia phản ứng oxi hóa tại 180oC là oxi trong dòng không khí. Do vậy, có thể dự báo cơ chế quá trình oxi hóa theo cơ chế Langmuir-Hinshelwood (L-H) hoặc Eleye-Rideal (E-R). Tuy nhiên, để khẳng định thì cần phải có nghiên cứu chi tiết hơn. 3.3.2.2. Oxi hóa toluen trên Cu-Co/Silica gel trong quá trình giải hấp phụ Từ kết quả đo cho thấy không xuất hiện có peak CO2 khi thực hiện oxi hóa trong quá trình giải hấp phụ với dòng O2. Bên cạnh đó, dung lượng giải hấp phụ với dòng O2 tương tự như với dòng N2 xem Bảng 3.17. Từ đó có thể kết luận rằng những xúc tác này không có khả năng oxi hóa toluen ở nhiệt độ 180oC. Table 3.17. Đánh giá khả năng oxi hóa hoàn toàn của xúc tác trên silica gel Giải hấp phụ Giải hấp phụ Số Xúc tác bằng dòng N2 bằng dòng O2 (mmol/g) (mmol/g) 1 SS-S5Cu5Co 0.292 0.281 2 SS-S20Co 0.063 0.052 3.3.2.3. Oxi hóa toluen trên Cu-Co/MCM-41 trong quá trình giải hấp phụ Dung lượng giải hấp phụ toluen trên xúc tác Cu-Co/MCM-41 bằng dòng O2 thấp hơn giải hấp phụ bằng dòng N2 (Bảng 3.19). Bên cạnh đó, không phát hiện peak CO2 trong dòng khí thoát ra trong quá trình giải hấp phụ, nghĩa là lượng toluen bị giải hấp phụ đã chuyển hóa thành các sản phẩn phụ khác tại nhiệt độ 180oC trên xúc tác này. Bảng 3.19. Đánh giá khả năng oxi hóa hoàn toàn của xúc tác trên MCM-41 hóa toluen so Giải hấp phụ Giải hấp phụ với dung Số Xúc tác bằng dòng N bằng dòng O 2 2 lượng giải (mmol/g) (mmol/g) hấp phụ (%) 1 SS-M7Cu 3Co 0.203 0.054 73.40 2 SS-M5Cu5Co 0.122 0.116 4.92 3 SS-M3Cu7Co 0.039 0.029 25.64 18 | P a g e
22. 4 SS-M10Co 0.188 0.053 71.81 5 SS-M10Cu 0.061 0.047 22.95 6 IW-M5Cu5Co 0.080 0.080 0 7 MCM41 0.083 - - Kết quả thí nghiệm oxi hóa toluen trên xúc tác Cu-Co trên các chất mang khác nhau (AC, silica gel và MCM-41) cho thấy chỉ có trên AC và MCM-41 là có khả năng oxi hóa toluen tại nhiệt độ 180oC trong quá trình giải hấp phụ. Tuy nhiên, toluen vẫn có mặt trong dòng khí đi ra sau quá trình giải hấp phụ do không được chuyển hóa hết. Trong các xúc tác thì chỉ WI-AC5Cu5Co có khả năng chuyển hóa o hoàn toàn toluen thành CO2 và H2O tại 180 C (Độ chuyển hóa toluen thành CO2 là 100%), trong khi các xúc tác khác có thể tạo thành các sản phẩm phụ khác (Độ chuyển hóa toluen thành CO2 dưới 50%). 3.3.3. Oxi hóa trực tiếp toluen Do việc xử lý toluen bằng hấp phụ và oxi hóa trong quá trình giải hấp phụ không triệt để, nên nghiên cứu tiếp tục thự hiện quá trình oxi hóa trực tiếp toluen trên các xúc tác. Tuy nhiên, do xúc tác trên AC không bền nhiệt nên không được thực hiện trong quá trình này. 3.3.3.1. Oxi hóa trực tiếp toluen trên xúc tác Cu-Co /Silica gel Oxi hóa trực tiếp toluen được thực hiện trên hai xúc tác SS-S5Cu5Co và SS- S20Co. Kết quả thí nghiệm được đưa ra trong Hình 3.33 và Hình 3.34. Hình 3.33. Chuyển hóa toluen trên xúc tác Cu-Co/Silica gel 19 | P a g e
23. . Hình 3.34. Độ chuyển hóa toluen thành CO2 trên xúc tác Cu-Co/Silica gel. Do silica gel có độ rỗng xốp thấp nhất, và ảnh hưởng của Cu tới phân bố oxit kim loại không rõ ràng, do vậy khả năng oxi hóa của Co không được nâng lên. Do vậy, với chất mang silica gel vai trò oxi hóa của oxit kim loại, mà cụ thể là Co3O4, càng trở nên quan trọng và nó tỷ lệ thuận với hàm lượng Co trong xúc tác. 3.3.3.2. Oxi hóa trực tiếp toluen trên xúc tác Cu-Co/MCM-41 Kết quả oxi hóa trực tiếp toluen trên xúc tác Cu-Co/MCM-41 tổng hợp theo hai phương pháp tẩm ướt và muối nóng chảy, và độ chuyển hóa toulen thành CO2 được đưa ra trong Hình 3.35 và Hình 3.36. Hình 3.35. Chuyển hóa toluen trên xúc tác Cu-Co/MCM41 20 | P a g e
24. Hình 3.36. Độ chuyển hóa toluen thành CO2 trên xúc tác Cu-Co/MCM-41. Khi nhiệt đô tăng 300oC tới 450oC, độ chuyển hóa tăng dần và đạt đến 100% tại nhiệt độ 450oC. Xúc tác SS-M7Cu3Co, SS-M3Cu7Co, SS-M10Cu và SS-M10Co đạt độ chuyển hóa toluen tại nhiệt độ 400oC Độ chuyển hóa toluen thành CO2 cũng tăng dần theo nhiệt độ. Có 5 xúc tác (SS-M5Cu5Co, SS-M20Co, SS-M20Co, WI-M5Cu5Co, WI-M20Co) có thể chuyển hóa hoàn toàn toluen thành CO2. Như vậy, Co đóng vai trò rất quan trọng trong việc oxi hóa toluen. Việc thêm Cu với tỷ lệ thích hợp (5Cu5Co) đã nâng cao khả năng oxi hóa của Co bởi vì khản năng phân bố của oxit kim loại trên bề mặt của xúc tác. Phương pháp tổng hợp (tẩm ướt hay muối nóng chảy) ảnh hưởng rất ít đến khả năng oxi hóa của xúc tác. Hơn nữa, nhiệt độ oxi hóa là 400oC, mà oxi trong mạng lưới xúc tác sẽ tạo ra khi ở nhiệt độ 700oC và oxi bị hấp phụ vật lý sẽ bị nhả hấp phụ ở nhiệt độ 110oC. Do vậy có thể dự đoán quá trình oxi hóa này theo cơ chế Eleye Rideal (E-R). 3.3.3.3. Oxi hóa trực tiếp toluen trên xúc tác oxit Cu-Co không có chất mang Để xác định ảnh hưởng của chất mang lên khả năng oxi hóa, xúc tác đa oxit của Cu và Co đã được tổng hợp không sử dụng chất mang, kết quả oxi hóa toluen được thể hiện trong Hình 3.37 và Hình 3.38. 21 | P a g e
25. Hình 3.37. Chuyển hóa toluen trên xúc tác Cu-Co. Hình 3.38. Độ chuyển hóa toluen thành CO2 trên xúc tác Cu-Co. Kết quả thí nghiệm cho thấy SS-100Co có độ chuyển hóa toluen cao nhất, đạt 100% tại 350oC, theo sau bởi SS-5Cu5Co và SS-100Cu. Tại 400oC, SS-100Cu có hoạt tính cao nhất với độ chuyển hóa toluen đạt 100% và độ chuyển hóa toluen thành CO2 cũng đạt 100%. Kết quả đã chỉ ra Cu có khả năng oxi hóa kém Co, nhưng nó có khả năng chuyển hóa các sản phẩm phụ từ quá trình oxi hóa thành CO2, do vậy việc thêm Cu trong hệ xúc tác là cần thiết. Việc so sánh kết quả nghiên cứu với các nghiên cứu khác cho thấy xúc tác trong nghiên cứu này rất khả quan và có hoạt tính tốt hơn so với một số xúc tác ở các nghiên cứu trước. 22 | P a g e
26. Bảng 3.20. So sánh với các nghiên cứu trước Điều kiện thí nghiệm Tốc độ xử lý Độ Nhiệt Nồng Tốc độ (ml/phút/mm2) chuyển Xúc tác D M , độ, độ. dòng Reactor Cat hóa, (mm) (g) (oC) (ppm) (ml/phút) (%) 5Cu15Mn/α- 1000 100 10 0.2 1.27 320 100 Al2O3 MnCo/AC 10000 55 6 0.05 2.03 250 90 Cr3Cu7/SBA- 9381 30 15 0.03 0.18 360 100 15 7Cu3Co/MCM- 9000 9.5 3.18 0.2 1.25 400 100 41 KẾT LUẬN 1. Các chất xúc tác oxit lưỡng kim của coban và đồng trên chất hấp thụ AC, MCM- 41 và silica gel đã được điều chế thành công bằng phương pháp muối nóng chảy và ngâm tẩm ướt. Việc đưa các oxit Cu và Co trên vật liệu xốp làm thu hẹp kích thước lỗ xốp và giảm thể tích xốp của chúng. Tuy nhiên, sự kết hợp của oxit Co và Cu tạo ra kích thước hạt nhỏ hơn cũng như tăng sự phân tán kim loại trên các chất mang so với các oxit kim loại đơn lẻ, đây là lý do chính để cải thiện hoạt tính oxi hóa. 2. Các oxit lưỡng kim của Cu và Co được tạo thành trên các chất mang là CuO và Co3O4. Việc xác định khả năng oxi hóa của xúc tác trong quá trình oxy hóa hoàn toàn mêtan cho thấy vai trò của CuO chủ yếu là làm giảm kích thước tinh thể, mở rộng sự phân tán kim loại và đóng góp phần nhỏ trong quá trình oxi hóa, còn vai trò của Co3O4 là oxy hóa mêtan nói riêng và VOCs nói chung. Chất xúc tác SS-M10Co thể hiện hoạt tính cao nhất trong quá trình oxy hóa mêtan (chuyển o hóa mêtan 93,5% và hiệu suất CO2 là 92%) ở 450 C. 3. Để xử lý toluen bằng quá trình hấp phụ và oxi hóa trong quá trình giải hấp phụ, thì chất mang AC là phù hợp nhất và chất xúc tác WI-AC5Cu5Co cho thấy hiệu quả tốt nhất. Phương pháp này có thể xử lý toluen ở nhiệt độ thấp (180oC) nhưng khoảng 2000 ppm toluen vẫn thải ra trong khí đầu ra trong thời gian đầu. Điều này có thể hạn chế việc áp dụng phương pháp này trong công nghiệp 4. Để xử lý toluen bằng quá trình oxi hóa trực tiếp, xúc tác chứa 7% Cu và 3% Co trên MCM-41 cho thấy hiệu suất tốt nhất trong quá trình oxi hóa toluen với độ 0 chuyển hóa toluen là 100% và toluen 100% phân hủy thành CO2 ở 400 C. KHUYẾN NGHỊ 1. Nghiên cứu đã chỉ ra WI-AC5Cu5Co có khả năng oxi hóa toluen trong quá trình giải hấp phụ nhưng ảnh hưởng của tốc độ dòng khí chưa được nghiên cứu. Do vậy, ảnh hưởng của nó cần được nghiên cứu trong tương lai để xác định điều kiện hoạt độn tốt nhất trong quá trình oxi hóa này. 23 | P a g e
27. 2. Xúc tác 7%Cu và 3%Co trên chất mang MCM-41 được xác định là xúc tác tốt nhất có thể oxi hóa hoàn toàn toluen ở nhiệt độ 400oC. Tuy nhiên, nồng độ toluene ban đầu và tốc độ dòng khí cũng ảnh hưởng đến khả năng oxi hóa của xúc tác và chưa được nghiên cứu trong luận án. Do vậy, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này cần phải được nghiên cứu và xem xét để xác định điều kiện phù hợp trong oxi hóa toluen. 3. Xúc tác cần phải được kiểm chứng khả năng oxi hóa các loại VOCs khác như benzene, xylen và trong dòng khí thải thực tế bao gồm nhiều loại VOCs khác nhau. 4. Để có thể thực sự áp dụng xúc tác trong công nghiệp, rất nhiều các yếu tố khác cũng cần phải được xem xét và nghiên cứu như bụi, khí axit, độ ẩm Do vậy, những yếu tố nay cũng cần phải được nghiên cứu trước khi áp dụng xúc tác này trong thực tế. 24 | P a g e