Xúc tác và môi trường

XÚC TÁC MÔI TRƯỜNG
GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền
SV: Đỗ Thị Hiền Vân
Trương Thị Hạnh
Trần Mạnh Hùng
Phạm Văn Duẩn


MỤC LỤC

1

Mục đích

2

Phản ứng reforming hydrocacbon

3

Xúc tác ba chiều

4

Xúc tác DeNOx

5

Kết luận

I. GIỚI THIỆU
Mục đích

Để phát triển công
nghệ mới ngăn chặn

Chất xúc tác đại diện

và giảm thải các loại

những ứng dụng

khí thải hướng đến

thương mại của công

một tương lai bền

nghệ nano

Tập trung để đạt
được 100% độ chọn
lọc của những sản
phẩm trong quá trình
xúc tác

vững

Vì vậy: Chúng ta đánh giá việc liên quan giữa chất xúc tác và kiểm soát ô nhiễm tự động hóa để làm
rõ ảnh hưởng của vùng hoạt động

I. GIỚI THIỆU
Đánh giá được thảo luận ba phần:

•

Phản ứng hydrocacbon reforming

•

Xúc tác ba chiều

•

Xúc tác DeNOx
=> Lần đầu tiên chất lượng của xăng và diesel được đưa ra giải thích

cho việc kiểm soát ô nhiễm môi trường do ôtô


II. Phản ứng reforming hydrocacbon

1.

Giới thiệu

•.
•.

Động cơ xăng có năng suất tốt thì xăng phải có trị số octan cao.
Thành phần trong xăng cho trị số giảm dần như sau:

Hydrocacbon thơm> olefin nhánh>parafin nhánh> naphten nhánh> olefin
thẳng>naphten>parafin thẳng
=
Nhấn mạnh ảnh hưởng sự phân tán của các hạt kim loại trong phản ứng
đồng phân hóa cũng như trong phản ứng tuần hoàn, vòng hở và phản ứng thủy phân
hấn mạnh ảnh hưởng sự phân tán của các hạt kim loại trong phản ứng đồng phân hóa cũng như trong
phản ứng >tuần hoàn, vòng hở và phản ứng thủy phân


Các nghiên cứu

Nhóm Gault và đồng nghiệp: Xúc tác bởi kim loại oxit có
thể diễn ra trên đơn bề mặt kim loại
Hydrocacbon reforming được
Boudart đn: “Cấu trúc k nhạy:” là dễ phản ứng “Cấu trúc
nhạy” phản ứng xảy ra yêu cầu điều kiện cao

tiến hành dưới sự suy giảm áp
suất nơi sự trộn lẫn của hydrogen
và hydrocacbon vượt qua xúc tác
T p/u: 150C-550C

Taylor:Số lượng bề mặt kim loại xúc tác hoạt động được xác
định bởi phản ứng xúc tác

Xúc tác: Trợ kim loại (Pt, Pd,
Hoặc Ir) đc đặt trên khung ít trơ

2. Kết quả và thảo luận sự sắp xếp bộ khung ankan

Các câu hỏi đặt ra:
 Phản ứng xúc tác xảy ra ở đâu?
 Thông số nào ảnh hưởng đến phản ứng hóa học,chúng là hiệu ứng điện tử
hay hình học?



Tính chất xúc tác chịu ảnh hưởng của các nguyên tử riêng rẽ hay các
nguyên tử liên kết?



Trong các bước hấp thụ, môi trường xúc tác là một tiến trình phân ly hay
liên hợp?



2.2.1. Hiệu ứng kích thước hạt



Cơ chế chuyển đổi liên kết và cơ chế đóng vòng



2.2.2. Ảnh hưởng hợp kim và lưỡng kim loại.

 Ứng dụng của hợp kim về điện tử và hiệu ứng hình học được đề cập trong bài báo
của Ponec.

 Sự pha trộn kim loại tác động tới 2 yếu tố:
Hoạt tính

Độ chọn lọc

 Qua nhiều nghiên cứu đã tìm ra số lượng lớn hợp kim và lưỡng kim loại, mà đi đầu
là nghiên cứu của Kluksdahl về xúc tác Pt-Re.




Hình thành 2 hiệu ứng

Hiệu ứng “ hình học” hoặc “không gian”

Hiệu ứng “điện tử” hoặc “ligand”

-

-

Số lượng nguyên tử đồng nhất lân cận có xu
hướng giảm.

-

Phản ứng xúc tác mà nguyên tử hoạt động
không gian rộng bị hạn chế hơn so với không
gian hẹp.

Cấu trúc điện tử của kim loại có thể thay đổi.
Sức bền liên kết của các chất hấp phụ có khả
năng trở nên tốt hơn.


2.2.3. Ảnh hưởng của chất trợ xúc tác.

 Ảnh hưởng của “Sự tương tác trợ xúc tác kim loại mạnh” (SMSI) được nghiên cứu
từ năm 1984.

 Cơ sở nghiên cứu: dựa trên sự bao phủ của trợ xúc tác lên bề mặt kim loại.




Kết quả:
Nghiên cứu J.Cunningham, Al-Sayyed (1986) và Baker, Garten (1979): Đặc tính
Khoảng
những
năm
90, Schwab,
Pietsch
và
nghiên
cứu
trò

của
sự
Năm
1990,
nghiên
cứuS.C
quá
trình(1978):
khửSolymosi
ở nhiệt
độ
caophụ
(HTR)
trên
Nghiên
cứuClarke
của
S.T.Tauster,
Fung
Hydro
hấp
lênvai
Pt
cóxúc
thể tác
tái
hấp phụ của kim loại có thể tái sinh khi tiếp xúc với Oxy ở nhiệt độ phòng hoặc
dịch chuyển sinh
điện sau
tử giữa

kim loạiởvà
chất trợ xúc tác
Pt/TiO2
khi
oxyhoa
673K.
bởi sự hóa hơi ở 525K.





•
•
•


Xúc tác nhị chức:

Cơ chế hoạt động: dựa trên cơ chế cổ điển của Mills
Dehydro hóa n-parafin trên bề mặt kim loại
Phản ứng isome hóa n-parafin trên mạng axit.
Hydro hóa iso-parafin trên bề mặt kim loại.
Sản phẩm: proton-kim loại [H-(Mm)(H+)x]x+


 Phương pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác
 Quang phổ X-ray (XRF)



Phổ XRD


Sự tương quan giữa biến thiên Ɛd và phản ứng isome hóa ankan.
Năng lượng liên kết thấp

Hạt nhỏ

Trung tâm Ɛd

Năng lượng liên kết cao

x

Bề mặt bậc

x
x

Hạt lớn

x

Hợp kim Pt-Co, Pt-Ni
hoặc kim loại/trợ xúc
tác axit

Cơ chế

Đóng vòng

Đóng vòng và chuyển đổi
liên kết

Chuyển đổi liên kết


2.2.4. Bề mặt ổn định.

 Khảo sát tỷ lệ nguyên tử hydrocacbon trên bề mặt đơn tinh thể.
 Những nghiên cứu tập trung chủ yếu vào phản ứng động lực của xúc tác phân tử
bao gồm các hạt rất nhỏ 1-10nm.

 Theo Berkeley, Strasbourg và Berlin nghiên cứu sự biến đổi cấu trúc và trạng thái
bề mặt xúc tác.



Giải thích sự phá vỡ liên kết C-O, N-O, C-H, C-C và các liên kết khác.



•

Phản ứng từ những tinh thể thông thường rộng hơn 2nm.

Theo thí nghiệm của Somorjai thực hiện trên tinh thể có bề mặt bậc [6(111)x(100)]
và [5(100)x(111)].

•

Sự phân bậc bề mặt Pt thành mặt (111) hoặc (100) có tác dụng: Tăng về sự chuyển
đổi liên kết và cơ chế đóng vòng.

•

Dưới điều kiện phản ứng, bản chất tinh thể ban đầu có thể thay đổi.


3. Xúc tác 3 chiều ( three-way catalysts ).

 3.1. Giới thiệu

Trong khí thải, ngoài sản phẩm chính là vàháy của các nhiên liệu còn chứa các khí như CO,
hydrocarbon (HC), và muội diesel.


Sựtiêuthụxăngvà diesel từnăm 1960 đãchiếmtới 25% sựtiêuthụdầuthôtrêntoànthếgiới.

 Cácnhàkhoahọcvàcáckỹsưbắtđầuxemxétviệclàmthếnàođểhạnchếkhíthảitừđộngcơ.

Các chất xúc tác được tìm kiếm và sử dụng để oxh CO, các HC và khử NOx


Đánh giá và so sánh hiệu suất của chất xúc tác dựa trên cơ sở hoạt động của các chất xúc tác.

Sự biến đổi khí thải trong động cơ được
thể hiện qua hình 5.

Tỉ lệ không khí và nguyên liệu (A/F) phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu nhưng nói chung bằng
khoảng 14,6, trong đó giá trị của ʎ =1.

  Kết quả và thảo luận
3.2
Mục tiêu của các chất xúc tác là loại bỏ đồng thời HC, CO, NOx.
Các kim loại quí cùng với chất xúc tác làm giảm khí thải động cơ.
Rodi là một chất có độ chọn lọc cao để khử thành NO góp phần cho quá trình oxh CO. Trong khí đó, Pt và
Pd cũng là chất xúc tác cho quá trình oxh CO và HC.
Các Kim loại quí, các chất xúc tác chứa một số phụ gia kim loại cũng góp phần đáng kể đến hiệu suất và độ
bền của xúc tác.


Xeri có nhiều chức năng :

 

•

Nó có khả năng lưu trữ oxi.

•

Nâng cao độ chuyển hóa NOx

•

Thay đổi động học của phản ứng oxh CO và phản ứng khử

Một số ảnh hưởng lên chất xúc tác :

•

Những thay đổi trong hoạt động của 1 chất xúc tác:
i) ngộ độc xúc tác.
ii) thay đổi trạng thái oxh của các kim loại hoạt động.

•

Những thay đổi của chất xúc tác có thể ảnh hưởng đến động lực học của phản ứng