Khảo sát ảnh hưởng của SO2 đến phản ứng oxy hóa hoàn toàn hỗn hợp CO và p xylen trên xúc tác mno2 al2o3 được biến tính bằng ceo2

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Phản ứng oxy hóa hồn tồn các chất độc hại trên các xúc tác kim loại quý và
oxit kim loại được xem là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để xử lý khí thải
độc hại. Nội dung luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của SO2 đến phản ứng oxy hóa hồn
tồn hỗn hợp CO và p-xylen trên xúc tác oxit MnO2/Al2O3 được biến tính bằng CeO2.
Xúc tác được điều chế bằng phương pháp tẩm. Tính chất hóa lý của xúc tác được khảo
sát bằng phương pháp BET, phương pháp nhiễu xạ tia X và phương pháp khử chương
trình nhiệt độ. Từ kết quả thực nghiệm, đưa ra một số kết luận sau:
-

Các xúc tác MnO2/Al2O3 có bổ sung CeO2 có hoạt tính cao hơn so với xúc tác

khơng chứa CeO2.
-

CeO2 làm tăng hoạt tính của xúc tác trong mơi trường có SO2.

-

Xúc tác 5%MnO2+5%CeO2/α-Al2O3 và 15%MnO2+10%CeO2/γ-Al2O3 là xúc tác

tốt nhất cho phản ứng oxy hóa hồn tồn hỗn hợp CO+pxylen trong mơi trường có
SO2.


ABSTRACT
Complete oxidation on over noble metal and metallic oxides catalysts has been
considered one of the most effective methods for treating poluted gas. This thesis study
influence of SO2 on the activity of the MnO2/Al2O3 with adding CeO2 for complete
oxidation of CO and p-xylen. Catalysts were prepared by wet impregnation. The
physiacal-chemical characteristics of catalysts were determined by methods of

adsortion BET, X-Ray Diffraction and Temperature Programmed Redution. From
experimental result the following conclution can be suggested:
-

MnO2 +CeO2/Al2O3 has more activitive than MnO2/Al2O3 for complete

oxidation of CO and p-xylen in SO2 environment.
-

CeO2 enhance the activity of cacalysts in SO2 environment.

-

5%MnO2+5%CeO2/α-Al2O3 and 15%MnO2+10%CeO2/γ-Al2O3 catalysts

are the best for complete oxidation of CO and p-xylene in SO2 environment.


MỤC LỤC
Chương I TỔNG QUAN ...............................................................................2
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ..........................................................................................2
1.2 TÍNH CHẤT CỦA CO VÀ P-XYLEN ....................................................5
1.2.1 Tính chất của CO ............................................................................5
1.2.2 VOCs và hợp chất xylen .................................................................7
1.3 ĐỘNG HỌC VÀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG ..............................................10
1.3.1 Động học và cơ chế phản ứng oxy hóa CO ..................................10
1.3.2 Động học và cơ chế phản ứng oxy hóa p-xylen ............................14
1.4 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẨM .......................16
1.5 XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG OXY HÓA ..........................................18
1.5.1 Xúc tác cho phản ứng oxy hóa CO và VOCs ...............................18

1.5.2 Xúc tác cho phản ứng oxy hóa hỗn hợp CO và p-xylen ...............20
1.6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC ............21
1.7 ẢNH HƯỞNG CỦA SO2 ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC ....................25
1.8 VAI TRÒ CỦA CeO2 TRONG XÚC TÁC ...........................................27
1.9 GIỚI THIỆU THÀNH PHẦN XÚC TÁC SỬ DỤNG ........................28
1.9.1 Chất hoạt động xúc tác .................................................................28
1.9.2 Cấu trúc chất mang Al2O3 ...........................................................29
1.9.3 Chất trợ xúc tác CeO2..................................................................30
Chương II

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ......................................32

2.1 NỘI DUNG THỰC HIỆN .....................................................................33
2.2 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC ...........................................................................33
2.2.1 Tính tốn thành phần khối lượng hóa chất..................................33
2.2.2 Quy trình điều chế xúc tác ..........................................................36
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT HOÁ LÝ ..............38
2.3.1 Xác định bề mặt riêng bằng phương pháp BET ..........................38


2.3.2 Phương pháp khử chương trình nhiệt độ TPR ..........................40
2.3.3 Xác định thành phần pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X ....41
2.4 KHẢO SÁT HOẠT ĐỘ CỦA XÚC TÁC ............................................41
2.4.1 Hệ thống thí nghiệm ...................................................................41
2.4.2 Phân tích hỗn hợp phản ứng.......................................................44
2.4.3 Tiến hành thực nghiệm...............................................................46
Chương III

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................51

3.1

CÁC HỆ XÚC TÁC ĐIỀU CHẾ .........................................................51

3.2

TÍNH CHẤT HỐ LÝ CỦA XÚC TÁC ............................................51
3.2.1 Diện tích bề mặt riêng ...............................................................51
3.2.2 Kết quả đo XRD .........................................................................54
3.2.3 Kết quả đo TPR ..........................................................................60

3.3

HOẠT TÍNH CỦA XÚC TÁC ............................................................64
3.3.1 Hoạt tính của xúc tác trên chất mang α-Al2O3 ...........................64
3.3.2 Hoạt tính của xúc tác trên chất mang γ-Al2O3 ...........................73

Chương IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................84
4.1 KẾT LUẬN ...................................................................................84
4.2 KIẾN NGHỊ ..................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO


1

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

2

CHƯƠNG I:
1.1

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ơ nhiễm khơng khí đã trở thành mối đe dọa đến sức khỏe con người. Theo

nghiên cứu của Tổ chức Y tế thế giới thì những bệnh liên quan đến ơ nhiễm khơng khí
ở các thành phố lớn nước ta đang có xu hướng tăng nhanh như hen phế quản, dị ứng,
các bệnh phổi, lao, ngoài da, mắt và các dị ứng khác. Có khoảng 37,7% trường hợp
viêm đường hô hấp dưới, 22% các bệnh phổi mãn tính có ngun nhân từ ơ nhiễm
khơng khí trong nhà và có khoảng 5% số người mắc bệnh viêm phế quản, ung thư phổi
do ơ nhiễm khơng khí ngồi trời. Hàm lượng khói, bụi cao trong khí quyển cũng làm
tăng khả năng tử vong sớm đối với một số loại bệnh hơ hấp và thần kinh…
Ngun nhân chính gây ơ nhiễm khơng khí là do q trình phát triển, đơ thị hố,
xây dựng cơng trình, cơng nghiệp hóa khơng được kiểm soát, do nạn phá rừng và đặc
biệt là sự gia tăng các phương tiện giao thông như: ô tô, mô tô, xe gắn máy… dẫn đến
sự gia tăng các chất khí, khói xăng thải ra trực tiếp vào môi trường.
Viện Y học Lao động và Vệ sinh môi trường cho biết, mỗi năm bầu khơng khí
thành phố Hà Nội tiếp nhận khoảng 80.000 tấn bụi khói, 9.000 tấn khí CO, 19.000 tấn
khí NO2, 46.000 tấn khí CO2. Dự báo, đến năm 2010, nồng độ những loại khí độc hại
nói trên tại các nút giao thơng trên địa bàn Hà Nội sẽ vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ
7-9 lần. Riêng chất hữu cơ bay hơi sẽ vượt ngưỡng 33 lần. Nồng độ bụi trong khơng
khí tại các trạm đo được ở Thành phố Hồ Chí Minh cũng vượt quá tiêu chuẩn cho phép
từ 1,4 đến 3,3 lần.
Vì vậy, chúng ta cần phải có những biện pháp tích cực và kịp thời để giảm
lượng khí thải ơ nhiễm ra mơi trường nhằm hạn chế những ảnh hưởng của nó đến con

người và mơi trường tự nhiên.
Có rất nhiều phương pháp để xử lý khí thải ơ nhiễm như phương pháp hấp phụ,
hấp thụ, ngưng tụ, đốt nhiệt, xúc tác…Mỗi phương pháp đều có những ưu khuyết điểm


3

riêng. Tùy vào loại khí thải và hàm lượng của chúng mà chọn phương pháp xử lý thích
hợp. Phương pháp xúc tác được xem là phương pháp xử lý hiệu quả các hợp chất chứa
lưu huỳnh, nitơ, VOCs và các hợp chất khác bằng các phản ứng khử hoặc oxy hóa.
Phản ứng oxy hóa hồn tồn là phản ứng cơ bản nhất của phương pháp xử lý khí thải
bằng xúc tác vì nó có thể xử lý khí thải hiệu quả và triệt để. Oxy hóa xúc tác có thể
được áp dụng trong các trường hợp mà các phương pháp khác khơng thể thực thi được
và nó là phương pháp có hiệu quả trong trường hợp nồng độ tạp chất khá thấp. Phương
pháp oxy hóa xúc tác thường được chọn để xử lý khí thải vì có những ưu điểm sau:
9 Sản phẩm tạo thành là CO2 và H2O có thể được thải ra ngồi hoặc có thể hấp
thụ hồn tồn bằng dung dịch kiềm.
9 Cho phép xử lý khí đa cấu tử với các chất bẩn có nồng độ ban đầu từ thấp đến
cao vẫn đạt được mức làm sạch cao.
9 Hệ thống thiết bị đơn giản nhưng vẫn đạt hiệu quả cao khi sử dụng chất xúc tác
thích hợp.
9 Bố trí được nhiều hệ phản ứng hoạt động song song hoặc xen kẽ, nhờ đó thiết
bị có thể hoạt động liên tục .
9 Xúc tác có thể hồn ngun và tái sử dụng nhiều lần.
9 Khơng địi hỏi nhiều năng lượng như phương pháp đốt nhiệt nên có hiệu quả
kinh tế cao hơn.
Viện Cơng Nghệ Hóa Học đã nghiên cứu phản ứng oxy hóa hồn tồn xylen trên
các hệ xúc tác oxit kim loại và so sánh với xúc tác kim loại quý Pt/Al2O3. Kết quả cho
thấy xúc tác oxit kim loại (CuO, NiO, Cr2O3 và Co3O4) cho hoạt độ và độ lựa chọn cao
[9]. Từ những xúc tác thu được kết quả tốt này, các tác giả đã khảo sát thêm những

nguyên nhân có thể gây mất hoạt tính của xúc tác (hơi nước và các hợp chất của lưu
huỳnh…) nhằm tìm ra những biện pháp khắc phục và nâng cao hiệu quả sử dụng của


4

xúc tác [10,11]. Trong số các xúc tác kim loại chuyển tiếp, oxit mangan được xem là
những xúc tác đơn oxit kim loại có hoạt tính cao cho phản ứng oxy hóa hồn tồn CO
và các hợp chất hidrocacbon dễ bay hơi [18,20,21]. Các kết quả nghiên cứu trước đây
về phản ứng oxy hóa hồn tồn CO và p-xylen trên các hệ xúc tác oxit kim loại MnO2
[12,13] của Viện Cơng nghệ hóa học thì thành phần tối ưu MnO2 trên các chất mang αAl2O3 và γ-Al2O3 tương ứng là 5%MnO2 và 15%MnO2. Tuy nhiên, nhược điểm của các
hệ xúc tác oxit kim loại là dễ bị đầu độc trong mơi trường có lẫn các tác nhân đầu độc
như hơi nước, các hợp chất của lưu huỳnh…Cho nên cần phải nghiên cứu để tìm ra
phương pháp nhằm làm giảm sự đầu độc của các tác nhân trên đến hoạt tính của xúc
tác. Các nghiên cứu của các tác giả đi trước [10,11] cho thấy khi bổ sung CeO2 vào các
hệ xúc tác cho phản ứng oxy hóa thì nó có khả năng làm tăng cường phản ứng oxy hóa
hồn tồn các hydrocacbon, làm giảm sự hình thành các NOx trong quá trình cháy của
nhiên liệu và duy trì sự ổn định về nhiệt của xúc tác. Ceri oxit có chức năng tồn trữ oxi,
tạo sự ưu tiên cho phản ứng oxi hóa hồn tồn hơn là cho các phản ứng phụ cạnh tranh.
Chính vì vậy mà hoạt độ, độ lựa chọn và độ bền của xúc tác khi có mặt CeO2 cao hơn
nhiều so với khi khơng có nó.
Với mục đích tìm ra hệ xúc tác oxit kim loại có hoạt tính tốt cho phản ứng oxy
hóa hồn tồn CO và các VOCs trong mơi trường có hiện diện của các chất đầu độc
xúc tác, luận văn này sẽ khảo sát phản ứng oxy hóa hỗn hợp CO và p-xylen trong mơi
trường có SO2 trên các hệ xúc tác kim loại 5%MnO2/α-Al2O3 và 15%MnO2/γ-Al2O3
được biến tính bằng CeO2.


5

1.2

TÍNH CHẤT CỦA CO VÀ P-XYLEN

1.2.1 Tính chất của CO:
1.2.1.1 Nguồn gốc:
Khí CO là một trong những chất gây ơ nhiễm mơi trường. Khí CO tạo ra do sự
cháy khơng hồn tồn của các vật liệu có chứa cacbon. Những nguồn sinh ra khí CO là
khí núi lửa, khí lị cao, khí lị cốc, khói của nhà máy nhiệt điện, khí thải do các phương
tiện giao thơng do đốt nhiên liệu, cháy rừng…
1.2.1.2 Tác hại
Khí CO rất độc do nó có thể kết hợp với chất hemoglobin (Hb) trong máu tạo
thành hợp chất bền:
Hb + CO ⇒ HbCO

(1.1)

Carboxyhemoglobin (HbCO) được tạo ra làm cho hemoglobin (hồng cầu) không
làm được nhiệm vụ chuyển tải oxy từ phổi đến các mao quản của các cơ quan động
vật. Chỉ một lượng nhỏ CO hít vào cơ thể cũng có thể gây ra lượng HbCO đáng kể.
Khoảng 70% hemoglobin trong máu bị chuyển thành HbCO có khả năng gây chết
người. Ngồi ra, việc suy giảm lượng oxy cấp do cho bào thai do CO ở các bà mẹ hút
thuốc lá có thể gây ra việc giảm trọng lượng của trẻ mới sinh và tăng tỷ lệ chết của trẻ
sơ sinh. Khí CO lại khơng có màu và mùi nên càng nguy hiểm hơn vì khó nhận biết
được nó hiện diện trong mơi trường. CO ít bị than hoạt tính hấp phụ cho nên để phịng
độc khí CO người ta dùng mặt nạ phịng độc chứa hỗn hợp MnO2 và CuO. Người hút
thuốc lá có thể bị nhiễm độc CO vì nó hiện diện trong khói thuốc với nồng độ từ 0,5
đến 1%. Ảnh hưởng độc của CO ở các nồng độ khác nhau được thể hiện ở bảng sau:

6

Bảng 1.1:

Ảnh hưởng độc của CO ở các nồng độ khác nhau [1]

Nồng độ
CO
(ppm)

% chuyển hóa

Ảnh hưởng đối với con

Hb ⇒ HbCO

người
Làm giảm khả năng phán

10

2

đoán và giác quan, đau đầu, chóng
mặt, mệt mỏi.

100

15

Ốm nặng

250

32

Bất tỉnh

750

60

Chết sau vài giờ

1000

66

Chết rất nhanh

Thực vật ít nhạy cảm với CO so với người và động vật, nhưng khi nồng độ CO
cao (100-10000ppm) làm cho lá rụng, bị xoắn quăn, cây non bị chết và cây cối chậm
phát triển.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam, nồng độ CO cho phép trong khơng khí phải dưới 40
mg/m3 (TCVN 5937-1995).
1.2.1.3 Tính chất hố lý
CO có tỷ trọng là 0.967, có khối lượng phân tử là 28.01. CO là khí khơng màu,
khơng mùi, khó hố lỏng (ts= -191.5oC), khó hóa rắn (tnc= -204oC) và ít tan trong nước.
CO rất bền với nhiệt, ở 6000oC chưa phân hủy, kém hoạt động ở nhiệt độ
thường, nhưng ở nhiệt độ cao khả năng khử tăng lên mạnh.

7

o

Liên kết C−O có năng lượng rất lớn, 1070 kj/mol, độ dài bé 1.12 A và momen
lưỡng cực của phân tử là khơng đáng kể, µ = 0.118D.
Liên kết C – O là liên kết ba, bao gồm hai liên kết tạo thành do sự che phủ giữa
các obital 2p tự do của C và cặp electron tự do của oxy.
(σs)2(σs*)2(σx,y)4(σx)2
C+2 trong CO có xu hướng tạo thành C+4 nên CO có tính khử mạnh và rất hoạt
động khi đốt nóng. Ở khoảng 700oC, CO cháy trong khơng khí cho ngọn lửa màu lam
và phát nhiệt nhiều nên hỗn hợp của CO và O2 cũng là hỗn hợp nổ giống như hỗn hợp
của H2 và O2:
CO + O2 = 2CO2, ∆Ho = -283 kj/mol

(1.2)

Phản ứng cháy của CO trong không khí chỉ xảy ra khi có mặt những vết nước. Ở
nhiệt độ thường, CO không tương tác với oxi. Nhưng tương tác đó xảy ra trên bề mặt
của một số chất xúc tác, ví dụ như hỗn hợp MnO2 và CuO.
Ở 500oC và trong bóng tối, CO tương tác với Clo tạo thành photgen:
CO + Cl2 = COCl2 , ∆Ho = -111,3 kj/mol

(1.3)

Nếu được chiếu sáng, phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ thường.
1.2.2 VOCs và hợp chất xylen
1.2.2.1 Các hợp chất hữu cơ bay hơi VOCs

VOCs (Volatile Orgranic Compounds) là những hợp chất hữu cơ dễ bay hơi ở
nhiệt độ phòng. Những hợp chất này được sử dụng làm sản phẩm trung gian, hoặc làm
dung môi để sản xuất các sản phẩm như: vật liệu xây dựng, đồ trang trí nội thất, đồ
dùng văn phịng, sơn, thuốc lá, thuốc trừ sâu, thuốc tẩy, thuốc khử trùng, bình xịt


8

phịng, mỹ phẩm, viên băng phiến, dung mơi hữu cơ,….Chúng sẽ có mặt trong khơng
khí khi chúng ta sử dụng những sản phẩm này.
Ngồi ra, chúng cịn được thải vào khơng khí từ nhiều nguồn khác nhau như: từ
q trình đốt khơng hồn tồn các hợp chất chứa carbon, sự rị rỉ trong q trình sản
xuất, bảo quản và vận chuyển chúng ở các nhà máy sản xuất, việc xử lý không hợp lý
các chất thải, việc vứt bỏ rác thải bừa bãi, rò rỉ các bồn chứa nguyên liệu chôn dưới mặt
đất, sản xuất thuốc trừ sâu và dung mơi hữu cơ, chưng cất dầu mỏ,…..Ngồi những
nguồn nhân tạo, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi cịn có nguồn gốc tự nhiên như từ các
quá trình phát sinh nấm, móc.
VOCs có mặt mọi nơi, bao gồm các hợp chất như: formaldehyde, decane,
butoxyethanol, isopentan, limonen, styren, xylen, perchloroethylen, methylen chloride,
toluen, benzen, vinyl chlorid, carbon tetrachlorid, ethylbenzen, monochlorobenzen
dichloromethan,….Những hợp chất này ít nhiều ảnh hưởng đến sức khoẻ của con
người, động vật và thực vật. Khi tiếp xúc với chúng tùy mức độ mà có thể gây ra các
triệu chứng như: gây kích thích mắt, mũi, cổ họng; đau đầu; dị ứng và viêm da; khó
thở; chống ván và buồn nôn; chảy máu cam; mệt mỏi,….Nếu tiếp xúc lâu dài hoặc với
nồng độ cao có thể ảnh hưởng đến gan, thận, tim, phổi, lưu thông máu, hệ thần kinh,
gây ung thư, và thậm chí tử vong. Hàm lượng tổng VOCs cho phộp khong
200ữ500àg/m3 trong cỏc tũa nh.
1.2.2.2 Hp cht xylen
a. Tính chất vật lý
Xylen là chất lỏng trong suốt, khơng màu, có mùi thơm, ít tan trong nước, tan

trong dung môi hữu cơ. Xylen độc, dễ cháy, dễ nổ và bay hơi rất nhanh, có tính chất
của hợp chất thơm, được hình thành trong q trình cốc hóa than đá, khi thơm hóa dầu
mỏ.


9

Xylen có cơng thức phân tử là C8H10 [C6H4(CH3)2], trọng lượng phân tử là 106.
Có 3 dạng của xylen, trong đó tùy thuộc vào vị trí nhóm metyl gắn trên vịng benzen:
meta-xylen 1,3-C6H4(CH3)2, ortho-xylen 1,2- C6H4(CH3)2, và para-xylen 1,4C6H4(CH3)2.
b. Tính chất hóa học

Với cơ cấu vịng thơm, xylen có tính chất tương tự benzen: bền, khó thực hiện
phản ứng cộng ở nhiệt độ thường, phản ứng thế tương đối dễ dàng hơn, bao gồm phản
ứng thế halogen trên nhóm metyl, nitro hóa, sulfon hóa, alkyl hóa các vị trí trên vòng
nhân thơm.
Do đặc điểm vòng nhân khá bền nên xylen khó bị oxy hóa dù phản ứng được
thực hiện trong môi trường giàu oxy, sản phẩm tạo thành vẫn tạo ra nhiều muội cacbon,
nhiều sản phẩm trung gian khác. Xylen có thể chuyển hóa hồn tồn thành CO2 và H2O
ở nhiệt độ trên 700oC.
c. Tác hại
Xylen có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người: nhức đầu, chóng mặt,
giảm khả năng hoạt động, làm thay đổi sự cân bằng của cơ thể. Tiếp xúc với xylen có
thể gây tổn hại da, mắt mũi, cổ họng, gây khó thở, tổn hại phổi, giảm trí nhớ, đau dạ
dày và có thể làm giảm chức năng của gan, thận. Xylen có thể gây bất tỉnh và thậm chí
chết nếu nồng độ cao.
Đối với những phụ nữ đang mang thai, nếu tiếp xúc với xylen trong thời gian
dài dù ở nồng độ thấp cũng gây hại cho thai nhi, nếu nồng độ cao, thai có thể chết hoặc
chậm phát triển. Với nồng độ cao như vậy cũng sẽ gây hại cho cả người mẹ.
Xylen xâm nhập vào cơ thể chúng ta qua đường hơ hấp, mặt khác xylen cũng có

thể xâm nhập qua da, gây viêm da nếu tiếp xúc với nó trong thời gian dài. Xylen còn
ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ hô hấp...
Xylen cũng giống như các dung môi hữu cơ khác gây ảnh hưởng đến hệ thần
kinh trung ương:


10

ƒ 100 – 200 ppm: buồn nôn, nhức đầu.
ƒ 200 – 500 ppm: cảm thấy chóng mặt, mệt mỏi, kiệt sức.
ƒ 800 – 10000 ppm: cơ thể mất cân bằng, ù tai.
ƒ >10000 ppm: giảm trí nhớ, tử vong.
— Mắt, mũi, họng: nếu ở trong bầu khơng khí nồng độ xylen cao hơn 200 ppm sẽ
gây kích thích mắt mũi, cổ họng bị ngứa.
— Da: xylen cũng như các dung mơi hữu cơ khác, có thể phá hủy lớp dầu tự
nhiên bảo vệ da. Nếu tiếp xúc với da thường xun, da sẽ bị khơ, nứt. Xylen dính
vào quần áo có thể cháy và gây bỏng.
— Phổi: nếu hàm lượng xylen 200 ppm hoặc lớn hơn có thể gây suy phổi, đau
tim, khó thở, cịn nếu hàm lượng xylen thấp hơn mà tiếp xúc thời gian dài thì cũng
gây ảnh hưởng đến phổi. Giới hạn nồng độ xylen trong môi trường khơng khí nơi
làm việc của Mỹ là 100 ppm, ở Việt Nam là 870 mg/m3.
— Gan và thận: ở nồng độ cao, xylen có thể gây hại cho gan và thận.
— Máu: xylen ảnh hưởng đến tế bào máu của con người.
1.3

ĐỘNG HỌC VÀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

1.3.1 Động học và cơ chế phản ứng oxy hóa CO
2CO + O2 = 2CO2 ∆Ho298 = -282,6 kj/mol; ∆Go298 = -256,7 kj/mol;

(1.4)

Về mặt nhiệt động, phản ứng tỏa nhiệt nên sẽ thuận lợi hơn khi tiến hành ở nhiệt
độ thấp và áp suất cao. Tuy nhiên, về mặt động học thì phải tính đến nhiệt độ để phản
ứng xảy ra với tốc độ cao, hiệu suất tạo thành sản phẩm lớn.
Phản ứng xúc tác dị thể bao gồm nhiều giai đoạn vật lý và hóa học nối tiếp nhau.
Do đó, tùy thuộc vào tốc độ của phản ứng mà tốc độ của phản ứng chung sẽ được quyết
định bởi giai đoạn chuyển chất (khuếch tán) hoặc giai đoạn xúc tác bề mặt. Tốc độ giai
đoạn nào chậm nhất sẽ quyết định tốc độ chung của cả quá trình.


11

Các nghiên cứu động học phản ứng oxy hóa CO được các tác giả [5,45] nghiên
cứu và được giới thiệu trong sách [5], phân tích tài liệu tham khảo có thể đưa ra các mơ
hình động học oxy hóa CO sau:
Trong phản ứng oxy hóa CO, nếu giai đoạn phản ứng trên bề mặt phân cách pha
giữa CO hấp phụ khơng phân ly và oxy hấp phụ phân ly đóng vai trị khống chế thì dựa
theo cơ chế Langmuir – Henshelwood, phương trình động học như sau [45]:
r = k. KCO.PCO.√KO2.PO2/(1 + KCO.PCO + √KO2.PO2)2

(1.5)

Trong đó:
K – hằng số cân bằng hấp phụ của các chất
P – áp suất riêng phần của các chất
k – hằng số tốc độ của phản ứng
a. Động học và cơ chế phản ứng oxy hóa CO trên xúc tác Pt và Pd:
Langmuir đã nghiên cứu động học và cơ chế của phản ứng oxy hóa CO trên xúc
tác Pt và thấy rằng, ở nhiệt độ trên 500oK, phản ứng xảy ra với sự tương tác giữa phân

tử CO và oxy hấp phụ nguyên tử [20]. Trong nghiên cứu của mình, Tretyakov đã
nghiên cứu động học phản ứng oxy hóa CO trên xúc tác Pt ở điều kiện áp suất thấp và
cho rằng cả oxy phân tử và nguyên tử bị hấp phụ đều tham gia vào phản ứng, cơ chế
được mô tả như sau [20]:
1. O2 + [ ] ↔ [O2]
2. CO + [ ] ↔ [CO]
3. [O2] + [ ] ↔ 2[O]
4. CO + [O2] ↔ [O] + CO2
5. CO + [O] ↔ [ ] + CO2

(1.6)


12

Tuy nhiên, một số nghiên cứu khác không đồng ý với đề xuất trên và cho rằng,
ở điều kiện phản ứng 200 – 700oK và áp suất thấp, phân tử O2 hấp phụ phân ly không
thuận nghịch trên bề mặt Pt và Pd, cịn CO hấp phụ thuận nghịch khơng phân ly.
Những nghiên cứu về sự tương tác giữa CO hấp phụ và O2 cho thấy nếu CO hấp phụ
bão hịa trên bề mặt Pt thì phản ứng oxy hóa CO sẽ không xảy ra. Tuy nhiên, nếu CO
hấp phụ một phần trên bề mặt Pt thì phản ứng xảy ra với hiệu suất cao. Điều này chứng
tỏ CO hấp phụ đã tương tác với nguyên tử oxy theo cơ chế sau:
1. O2 + 2[ ] Ỉ 2[O]
2. CO + [ ] Ỉ [CO]

(1.7)

3. CO + [O] Ỉ [ ] + CO2
4. [CO] + [O] Ỉ 2[ ] + CO2
Tốc độ của phản ứng không phụ thuộc vào sản phẩm tạo thành (CO2 và H2O)

mà chỉ phụ thuộc vào áp suất riêng phần của CO và O2.
+ Trong trường hợp CO hấp phụ không thuận nghịch và PO2 < PCO [20, phần lớn
bề mặt sẽ bị CO chiếm và chỉ có oxy bị hấp phụ mới tham gia phản ứng. Theo thời
gian bề mặt xúc tác bị che phủ hoàn toàn bởi CO và phản ứng sẽ dừng lại. Để phản ứng
xảy ra thì phải tăng nhiệt độ cho đến khi giải hấp được CO2.
+ Trong trường hợp CO hấp phụ không thuận nghịch và PO2 > PCO [20], lúc này
O2 hấp phụ chủ yếu trên bề mặt xúc tác, do đó bề mặt xúc tác bị che phủ chính bởi O2.
Chỉ có CO hấp phụ tham gia phản ứng. Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào áp suất
riêng phần của O2:
r = SCO. ZCO.PCO

(1.8)

Trong đó:
SCO: độ che phủ của CO có liên quan với bề mặt bị bao phủ bởi oxy.


13

ZCO: hệ số của áp suất.
+ Trong trường hợp CO hấp phụ thuận nghịch và PO2 < PCO [20], bề mặt tự do
được che phủ bởi chính CO, nhưng vì có CO giải hấp nên θCO vẫn nhỏ hơn so với hấp
phụ không thuận nghịch. θO rất nhỏ nên không ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng. Tất
cả phân tử O2 hấp phụ trên bề mặt trống sẽ tham gia vào phản ứng. Bề mặt trống được
tính theo cơng thức sau:
θo = (1- θCO) = 1/(1 + KCO.PCO) ≈ 1/ KCO.PCO = 1/KoCO.exp(q/RT)PCO

(1.9)

Trong đó:

KCO: hằng số hấp phụ của CO.
q: nhiệt hấp phụ CO.
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào áp suất O2 và θo theo công thức:
r = θO2.ZO2.PO2. θo

(1.10)

Năng lượng hoạt hóa của phản ứng sẽ bằng tổng năng lượng hoạt hóa hấp phụ
O2 và nhiệt hấp phụ CO.
+ Trong trường hợp CO hấp phụ thuận nghịch và PO2 > PCO [20], bề mặt tự do bị
che phủ bởi chính O2. Khi phân tử CO tiến tới bề mặt, CO có thể bị hấp phụ và tham
gia phản ứng. Tốc độ phản ứng của CO hấp phụ trên bề mặt sẽ là:
r = SCO.ZCO.PCO

(1.11)

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào áp suất của CO và không phụ thuộc vào áp suất
của oxy.
b. Phản ứng oxy hóa CO trên xúc tác oxit:


14

Một số oxit kim loại chuyển tiếp như MnO2, CoO, Co3O4, ZnO, Cr2O3… có hoạt
tính cao trong phản ứng oxy hóa CO và được ứng dụng rộng rãi trong xử lý khí thải
[19].
Q trình oxy hóa CO trên các xúc tác oxit loại n và p diễn ra khác nhau [43].
+ Trên oxit loại n (ZnO, CuO…), CO tác dụng với ion oxy bề mặt theo phản
ứng:
CO + 2O2- Ỉ CO32- + 2e

(1.12)

Zn2+ + 2e Ỉ Zn
Sau đó, một O2- mạng được hồn ngun:
CO32- Ỉ CO2 + O2Và một O2- nữa được hồn ngun do tái oxy hóa bề mặt:
1/2O2 + Zn Ỉ O2- + Zn2+
Q trình tái oxy hóa bề mặt diễn ra khá nhanh. Do đó, nếu năng lượng liên kết
của oxy hóa bề mặt nhỏ, hoạt tính xúc tác của oxit sẽ cao.
+ Trên oxit kim loại p (NiO, MnO2, Cr2O3…) ion O- hấp phụ tác dụng với CO
theo phản ứng:
(O-…Ni3+) + CO Ỉ CO2 + Ni2+

(1.13)

Q trình oxy hóa CO trên các xúc tác oxit kim loại xảy ra theo cơ chế liên hợp.
CO bị hấp phụ hóa học sẽ tác dụng với O2 hấp phụ. Phản ứng cũng có thể xảy ra giữa
các pha hoạt động của oxy (O-, O2-) trên bề mặt xúc tác với khí CO khơng hấp phụ.
Tốc độ phản ứng được quyết định bởi giai đoạn giải hấp khí CO2.
1.3.2 Động học và cơ chế phản ứng oxy hóa p-xylen
Phản ứng oxy hóa hồn tồn p-xylen diễn ra theo phản ứng sau:


15

C8H10 + 10,5O2 Ỉ 8CO2 + 5H2O; ∆Ho298 = -1037,1 kcal/mol

(1.14)

Các nghiên cứu động học phản ứng oxy hóa pxylen được các tác giả đi trước

nghiên cứu và được giới thiệu trong sách [5]. Các tác giả cho rằng đối với nhiều phản
ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ, trong đó có phân tử chất oxy hóa R, oxy phân tử và
xúc tác K, để quá trình diễn ra một giai đoạn, cần xảy ra va chạm đồng thời của ba cấu
tử R + O2 + K, nhưng xác suất này rất nhỏ. Đa số các tác giả đều chấp nhận rằng, phản
ứng oxy hóa trên các chất xúc tác dị thể có thể xảy ra theo cơ chế phân đoạn hoặc cơ
chế liên hợp
a. Động học và cơ chế phản ứng p-xylen trên xúc tác kim loại Pd:
Phản ứng oxy hóa hồn tồn p-xylen đã được tác giả [44] khảo sát trên xúc tác
Pd phủ lên chất mang là thép không rỉ (0,4%Pd) ở điều kiện ổn định và không ổn định.
Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ 180-350oC, nồng độ xylen là 5,45-85,0 mmol/m3,
áp suất của O2 là 0,025-0,205 atm. Sản phẩm của phản ứng là CO2 và H2O không ảnh
hưởng đến tốc độ của phản ứng. Từ kết quả thực nghiệm tác giả [44] đã đưa ra phương
trình động học của phản ứng trong vùng ổn định như sau:
r = k1PxPO2/(P0,5O2 + k2Px)2

(1.15)

Trong đó:
Px: áp suất riêng phần của p-xylen
PO2: áp suất riêng phần của O2
k1, k2: hằng số câng bằng hấp phụ của O2 và p-xylen
Cơ chế phản ứng oxy hóa hồn tồn p-xylen được mô tả như sau [44]:
nhanh
1. C8H10 + Z
=
C8H10Z
2. O2 + 2Z

nhanh
=

2 OZ

nhanh
= C8H10OZ + Z
3. C8H10Z + OZ

(1.16)


16

4. C8H10OZ + OZ

chậm
= C8H10O2Z + Z

5. C8H10O2Z + mOZ + nO2

nhanh
=
8CO2 +5H2O

m + 1/2n = 19
P-xylen hấp phụ không phân ly và oxy hấp phụ phân ly (giai đoạn 1 và 2). Q
trình oxy hóa p-xylen trên xảy ra theo cơ chế liên hợp, p-xylen bị hấp phụ hóa học sẽ
tương tác với O2 hấp phụ (giai đoạn 3 và 4). Tốc độ phản ứng được quyết định bởi giai
đoạn p-xylen hấp phụ (giai đoạn 4).
a. Động học và cơ chế phản ứng p-xylen trên xúc tác oxit kim loại CuO:
Động học phản ứng oxy hóa hồn tồn p-xylen được các tác giả [14] nghiên cứu

trên xúc tác CuO/γ-Al2O3 và CuO/ZSM-5. Tác giả cho rằng áp suất riêng phần của sản
phẩm phản ứng PCO2 và PH2O có ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng. Từ kết quả thực
nghiệm, tác giả đưa ra phương trình động học như sau:
r = kPxPO2n1/(PO2n2 + k1Px + k2PCO2 + k3PH2O)

(1.17)

Trong đó:
k, k1, k2, k3: hằng số của phương trình động học
Px, PO2, PCO2, PH2O: áp suất riêng phần của p-xylen, O2, CO2 và H2O.
Bằng phép tính tốn trên phần mềm IBMPC-AT, tác giả đã đưa ra phương trình
động học của phản ứng oxy hóa hồn tồn pxylen trên xúc tác CuO/γ-Al2O3 và
CuO/ZSM-5 như sau:
+ Trên xúc tác CuO/γ-Al2O3:
r = kPxPO20,5/(PO2 + k1Px + k2PCO2 + k3PH2O)

(1.18)

+ Trên xúc tác CuO/ZSM-5:
r = kPxPO20,5/(PO2 + k2PCO2 + k3PH2O)

(1.19)

1.4 ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẨM
Đặc điểm chung của phương pháp: xúc tác nhóm này được điều chế bằng
cách mang các thành phần hoạt động trên chất mang xốp, trong đó chất mang là vật


17

liệu trơ hoặc ít hoạt động. Sự tương tác với chất mang có thể làm thay đổi kích thước
giữa các phân tử trong xúc hay hóa trị trong kiên kết do các liên quan đến từng tinh thể.
Xúc tác trên chất mang được chế tạo ở dạng viên, vi cầu và bột.
Thông thường chất mang được tẩm dung dịch chứa các hợp chất của pha hoạt
động, hợp chất này dễ dàng được chuyển thành các nguyên tố hoạt động trong quá
trình xử lý. Khi chế tạo xúc tác từ muối khơng hịa tan có thể kết hợp tẩm với kết tủa,
nhưng trước tiên phải mang một hợp phần lên, sau đó mang hợp phần khác. Trong
trường hợp này, kết tủa sẽ được tạo thành trực tiếp trong lỗ xốp của chất mang.
Trong trường hợp chung, quá trình chế tạo xúc tác gồm các giai đọan sau:
+ Đuổi khí ra khỏi lỗ xốp của chất mang.
+ Xử lý chất mang bằng dung dịch.
+ Loại dung môi dư.
+ Sấy khô và nung.
Đuổi khí ra khỏi lỗ xốp của chất mang: với mục đích tăng sự đồng nhất của
hạt trong q trình tẩm và tăng nhanh quá trình, vì thường trước khi tẩm trong mao
quản bị bão hịa một loại khí dễ hịa tan vào dung dịch tẩm và kìm hãm sự thấm qua
của dung dịch tẩm. Song do kỹ thuật phức tạp nên ta thường bỏ qua giai đoạn này. Mặt
khác, áp suất mao quản khi tẩm có thể đạt đến hàng trăm atm, nó dễ dàng thay thế
khơng khí trong mao quản. Q trình thay thế này càng nhanh nếu có gia nhiệt.
Tẩm: có thể được tiến hành theo chu kỳ hay liên tục. Tẩm liên tục cho sản phẩm
đồng nhất hơn về thành phần và hoạt tính xúc tác. Việc tẩm có thể tiến hành một lần
hay nhiều lần. Sau mỗi lần tẩm cần chuyển qua giai đoạn gia công nhiệt.


18

1.5

XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG OXY HÓA

1.5.1 Xúc tác cho phản ứng oxy hóa CO và VOCs
Người ta thường dùng các oxit mangan, đồng, crom để làm xúc tác trong phản
ứng oxy hóa để xử lý CO trong khí thải. Xúc tác Pt phủ lên chất mang Al2O3 được
dùng để xử lý khí thải CO từ nhà máy luyện kim đen mang lại kết quả rất tốt. Xúc tác
này giữ được hoạt tính trong 8.000 làm việc, hiệu quả xử lý khơng dưới 70%, vận tốc
thể tích lớn 100.000 l/h [2].
Theo [5,19], trước đây người ta thường dùng xúc tác kim loại quý như Pt, Rh,
Au trên chất mang Al2O3 để làm xúc tác cho các q trình oxy hóa vì nó có hoạt tính
oxy hóa cao, có khả năng chống ngộ độc bởi hợp chất lưu huỳnh hơn là các oxit kim
loại. Trong đó, Pt và Pd là hai xúc tác thơng dụng nhất trong phản ứng oxy hóa nhiều
hợp chất, cịn Au và Ag thì khơng thích hợp khi hoạt động ở nhiệt độ cao và tốc độ
dòng khí lớn. Pd được khẳng định là xúc tác chống được sự thiêu kết trong môi trường
tốt hơn Pt. Tuy nhiên, về khả năng chống đầu độc bởi các hợp chất của lưu huỳnh thì Pt
được đánh giá cao hơn Pd, đồng thời Pt có khả năng oxy hố SO2 thành SO3. Còn Au
được xem là chất xúc tác cơ bản cho phản ứng oxy hóa CO và VOCs. Au là xúc tác rất
tốt cho phản ứng oxy hóa CO ở nhiệt độ thấp, trong khi đó thì xúc tác Au/Fe2O3 cho
hiệu quả xử lý khá cao đối với phản ứng oxy hóa VOCs.
Tuy nhiên, xúc tác kim loại quý có nhược điểm là rất đắt nên khơng đạt hiệu quả
kinh tế. Ngược lại, xúc tác đơn đa oxit kim loại có ưu thế là rẻ tiền hơn, có thể sử dụng
số lượng lớn cho phản ứng và khi thêm vào các chất trợ xúc tác thì cũng mang lại hiệu
quả tương đối tốt. Oxit kim loại là xúc tác có khả năng thay thế xúc tác kim loại quý
trong phản ứng oxy hóa khí thải đa cấu tử chứa CO và VOCs [9]. Nhóm xúc tác oxit có
những ưu điểm như: rẻ tiền, ít bị đầu độc bởi các hợp chất nitơ, lưu huỳnh và CO2;
không phải là chất dễ cháy; có độ bền cơ học cao nên thời gian sử dụng dài; có hoạt
tính xúc tác tốt.


19

CuO là chất xúc tác đơn oxit kim loại được nghiên cứu nhiều nhất hiện nay và

có hoạt tính xấp xỉ các kim loại quý. Ngày nay, người ta thường sử dụng các oxit kim
phủ trên chất mang có diện tích bề mặt lớn có khả năng chống lại sự đầu độc của xúc
tác. Theo [5], xúc tác CuO có hoạt độ cao cho phản ứng oxy hóa hồn tồn CO, nbutan, n-heptan, p-xylen và hỗn hợp CO + p-xylen.
Các nghiên cứu gần đây về phản ứng oxy hóa CO trên hệ xúc tác CuO-CeO2
cũng đạt hiệu quả tốt như trên hệ xúc tác kim loại quý. Xúc tác CuMn2O4 rất tốt cho
phản ứng oxy hóa CO ở nhiệt độ thấp nhưng hoạt tính của xúc tác sẽ bị mất khi nhiệt
độ cao khoảng 500oC. Trong nghiên cứu oxy hóa hoàn toàn toàn CO, ethyl acetate và
ethanol trên các hệ xúc tác CuOx/Al2O3, CuOx-CeO2/Al2O3, CuMn2O4/Al2O3 và
Mn2O3/Al2O3 thì xúc tác CuOx-CeO2/Al2O3 có hoạt tính cao nhất cho phản ứng oxy
hóa CO cịn xúc tác CuMn2O4/Al2O3 có hoạt tính tốt nhất cho phản ứng oxy hóa ethyl
acetate và ethanol [23].
Khi thêm một lượng nhỏ Co vào hệ xúc tác CuO-CeO2/γ-Al2O3 cho phản ứng
oxy hóa CO làm tăng hoạt độ và độ lựa chọn của xúc tác. Thực nghiệm cho thấy rằng,
hệ xúc tác 4%CuO + 15.8%CeO2 + 0.2%Co/γ-Al2O3 có độ lựa chọn cao hơn so với hệ
4%CuO + 16% CeO2/γ-Al2O3 [22].
Trong số các oxit kim loại chuyển tiếp, MnO2 được coi là một trong những xúc
tác oxit kim loại hiệu quả nhất cho xử lý các chất độc hại như quá trình khử chọn lọc
NOx, oxy hóa CO và VOCs. MnO2 có hoạt tính oxy hóa cao nhất trong dãy các oxit
kim loại [5]. Sử dụng MnO2 không tẩm lên chất mang có hoạt độ cao trong phản ứng
oxy hóa CO ở nhiệt độ 473oK [12]. Nhưng khi tăng nhiệt độ lên thì hoạt độ của nó tăng
chậm hơn so với xúc tác mang trên oxit nhôm [12,13].
Các tác giả đã khảo sát sự biến thiên hoạt độ của xúc tác theo hàm lượng MnO2
trong các hệ xúc tác MnO2/γ-Al2O3 và MnO2/α-Al2O3 trong phản ứng oxy hóa CO,
thấy rằng hàm lượng MnO2 tương ứng cho hai hệ trên là 15% và 5% [12,13] thì CO sẽ


20

chuyển hóa hồn tồn ở nhiệt độ 573oK và 523oK ngay cả trong điều kiện tốc độ dịng
khí lớn (60.000h-1).

Hệ xúc tác đa oxit kim loại có ưu điểm là bổ sung được những ưu điểm của từng
oxit kim loại để tạo thành một hệ xúc tác có hoạt tính tốt. Trong phản ứng oxy hóa
hidrocacbon và CO, xúc tác lưỡng oxit chứa 10%CuO + 10%Cr2O3/γ-Al2O3 có hoạt độ
cao hơn xúc tác 10%CuO/γ-Al2O3 vì xuất hiện spinel CuCr2O4 có hoạt độ cao. Crom có
tác dụng bảo vệ CuO khỏi bị phân hủy thành dạng khơng có hoạt tính như aluminat
CuAl2O3 đã được tìm thấy trong xúc tác 10%CuO/γ-Al2O3. Sự kết hợp giữa hai thành
phần xúc tác đơn oxit kim loại có hoạt tính cao 10%CuO và 15%MnO2/γ-Al2O3 hoặc
5%MnO2/α-Al2O3 đã tạo ra những chất xúc tác có hoạt độ rất cao cho phản ứng oxy
hóa hidrocacbon và CO. Trên các xúc tác này, với nồng độ 0,5%mol, CO có thuyển
hóa hồn toàn thành CO2 tương ứng ở nhiệt độ 523oK và 503oK [12].
Theo [9], phản ứng oxy hóa hồn tồn p-xylen được nghiên cứu trên các hệ xúc
tác hỗn hợp kim loại 10%CuO + 10%NiO + 10%Cr2O3/γ-Al2O3 thì hỗn hợp xúc tác
này có hoạt độ và độ lựa chọn cao hơn so với xúc tác kim loại quý Pt/Al2O3 trong vùng
nhiệt độ 340-440oC với tốc độ thể tích 6000-18000h-1. Tuy nhiên, xúc tác này có độ
bền làm việc khá thấp. Nhưng khi nó được biến tính bằng CeO2, kết quả là CeO2 làm
tăng kích thước của lỗ xốp, làm tăng họat độ, độ bền của xúc tác, độ lựa chọn theo
hướng oxy hóa hồn tồn tăng đến 100% nhưng lại làm giảm đáng kể bề mặt riêng của
xúc tác. Và khi trong mơi trường có H2S thì CeO2 có khả năng chống lại sự đầu độc
của H2S [10].
1.5.2 Xúc tác cho phản ứng oxy hóa hỗn hợp CO và p-xylen
Trong phản ứng oxy hóa hỗn hợp CO và p-xylen, sự ảnh hưởng của CO đến oxy
hóa p-xylen và p-xylen đến oxy hóa CO trên các hệ xúc tác khác nhau là khác nhau.
Trên hệ xúc tác CuO/γ-Al2O3, sự hấp phụ của p-xylen và CO chênh lệch nhau không


21

nhiều, oxy hóa p-xylen trong điều kiện dư oxy khơng chịu ảnh hưởng bởi sự hiện điện
của CO và hai phản ứng diễn ra hầu như đồng thời [24].
Trên hệ xúc tác 15MnO2/γ-Al2O3, nhiệt độ để oxy hóa 100%CO trong hỗn hợp

tăng mạnh còn của p-xylen lại giảm mạnh: nhiệt độ để chuyển hóa 100%CO trong hỗn
hợp là 573oK và của p-xylen là 543oK. Trong khi đó trên xúc tác 5MnO2/α-Al2O3, độ
chuyển hóa của CO và p-xylen trong hỗn hợp đều giảm nhưng CO giảm mạnh hơn.
Trong hỗn hợp, hai phản ứng diễn ra đồng thời nhưng nhiệt độ oxy hóa hồn tồn của
p-xylen cao hơn CO là 5oK [5].
Khảo sát phản ứng oxy hóa hỗn hợp CO và p-xylen trên hai hệ xúc tác
10CuO+10Cr2O3/γ-Al2O3 và 10CuO+15MnO2/γ-Al2O3, độ chuyển hóa CO trong vùng
nhiệt độ thấp giảm mạnh, nhưng ở nhiệt độ 543oK, CO chuyển hóa 100% nhưng pxylen chuyển hóa chỉ được 50%. Điều này được giải thích: trong vùng nhiệt độ thấp, pxylen hấp phụ mạnh đã chiếm phần lớn tâm hoạt động, do đó hấp phụ và oxy hóa CO
giảm. Nhưng khi tăng nhiệt độ, hấp phụ p-xylen giảm nhanh hơn hấp phụ CO nên độ
chuyển hóa CO tăng [5].
1.6

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH CỦA XÚC TÁC
Theo [19], trong quá trình hoạt động thì xúc tác bị giảm hoặc mất đi hoạt tính và

độ lựa chọn theo thời gian. Nguyên nhân là do có những sự thay đổi khơng mong muốn
về hóa học và vật lý của xúc tác khi xúc tác làm việc trong điều kiện không ổn định
như là nhiệt độ của thiết bị phản ứng đột ngột thay đổi, hoặc xúc tác bị đầu độc bởi các
chất độc như là các hợp chất của lưu huỳnh hoặc photpho... Các nguyên nhân này gây
ra các quá trình thiêu kết, đầu độc, tạo cốc, bít tắt các lỗ xốp, bay hơi các thành phần
hoạt động, tái cấu trúc các thành phần hoạt động và sáp nhập các thành phần hoạt động
của xúc tác… Các q trình này có thể xảy ra riêng lẻ hoặc đồng thời và kết quả là làm
di chuyển các tâm hoạt động trên bề mặt của xúc tác, làm giảm hoạt tính của xúc tác.