Nghiên cứu điều chế Crom Oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác

Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 58 - Chương 3 KẾT QUẢ - BIỆN LUẬN 3.1. Khảo sát cấu trúc và hình thái tinh thể 3.1.1. Khảo sát cấu trúc tinh thể 3.1.1.1. Khảo sát các mẫu Cr2O3 riêng lẻ Mẫu Cr2O3 được chọn khảo sát là mẫu C-500-0.25 (không có ethanol) và mẫu C-500-0.25-1 (có ethanol). Kết quả khảo sát tương ứng được trình bày trong các hình 3.1 và 3.2. Hình 3.1. Kết quả XRD của mẫu C-500-0.25 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 59 - Hình 3.2. Kết quả XRD của mẫu C-500-0.25-1 Nhận xét - Phổ XRD của cả hai mẫu xúc tác đều chỉ chứa các pic của α-Cr2O3, không có các pic lạ khác. - Các pic có đối xứng, đường nền ít dao động chứng tỏ độ tinh thể hóa của các mẫu xúc tác đều cao. 3.1.1.2. Khảo sát các mẫu Cr2O3/Diatomite a. Khảo sát mẫu diatomite Chúng tôi tiến hành khảo sát cấu trúc của các mẫu diatomite trước và sau khi hoạt hóa bằng phương pháp XRD. Kết quả khảo sát của được trình bày trong các hình 3.3 và 3.4. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 60 - Hình 3.3. Kết quả XRD của mẫu diatomite trước khi hoạt hóa Diatomite Operations: Import Diatomite - File: Diatomic_Diatomite.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 4.603 ° - End: 59.978 ° - Step: 0.033 ° - Step time: 50.2 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta: 4.603 ° - Theta: 2.302 ° - Chi: 0.00 ° - Ph Li n (C ou nt s) 0 10000 20000 2-Theta - Scale 5 10 20 30 40 50 Hình 3.4. Kết quả XRD của mẫu diatomite sau khi hoạt hóa Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 61 - Nhận xét: 1. Mẫu diatomite trước khi hoạt hóa có chứa SiO2 Quazt, CaCO3, SiO2 Cristobalite. 2. Mẫu diatomite sau khi hoạt hóa có chứa SiO2 Quazt và SiO2 Cristobalite. Như vậy, quá trình hoạt hóa đã hòa tan một số khoáng tạp để lại SiO2 với hàm lượng cao hơn và tinh khiết hơn. b. Khảo sát mẫu Cr2O3/Diatomite Chúng tôi khảo sát cấu trúc của mẫu Cr2O3/diatomite bằng phương pháp XRD. Kết quả XRD của mẫu CD2 (hàm lượng Cr2O3/diatomite là 20%, tỉ lệ thể tích ethanol : dung dịch khảo sát là 1:10 nung ở 5000C trong 1 giờ) được trình bày trong hình 3.5. Hình 3.5. Kết quả XRD của mẫu CD2 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 62 - Nhận xét Chúng tôi nhận thấy phổ XRD của mẫu CD2 có sự xuất hiện các pic của α- Cr2O3, không thấy có sự khác biệt đáng kể về cấu trúc của Cr2O3 so với mẫu C-500- 0.25-1. Ngoài các pic của diatomite và α-Cr2O3, không thấy xuất hiện bất kỳ pic lạ nào khác. Như vậy, có thể nói chúng tôi đã điều chế được hệ xúc tác Cr2O3 trên chất mang diatomite. Ít có khả năng Cr hiện diện dưới pha khác, nếu có cũng với hàm lượng rất nhỏ, dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp XRD. 3.1.2. Khảo sát hình thái tinh thể 3.1.2.1 Khảo sát các mẫu Cr2O3 riêng lẻ Chúng tôi khảo sát hình thái tinh thể và kích thước hạt của các mẫu C-500- 0.25(không có ethanol) và mẫu C-500-0.25-1(có ethanol) dựa trên ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét SEM. Kết quả tương ứng được trình bày trong các hình 3.6 và 3.7. Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu C-500-0.25 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 63 - Hình 3.7. Ảnh SEM của mẫu C-500-0.25-1 Nhận xét 1. Cả hai mẫu điều chế không có ethanol (C-500-0.25) và có ethanol (C-500-0.25- 1) đều cho thấy độ phân tán lớn. Các tinh thể lớn có góc cạnh rõ nét. Các tinh thể nhỏ kích thước < 50 nm. 2. Không thấy sự khác biệt lớn về hình dạng và độ phân tán của cả hai mẫu này. Tuy vậy, chúng tôi cũng quan sát thấy khi có thêm ethanol, mật độ các tinh thể lớn góc cạnh có giảm xuống. 3.1.2.2 Khảo sát mẫu Cr2O3/Diatomite a. Khảo sát mẫu diatomite Ảnh chụp SEM của mẫu diatomite trước và sau khi hoạt hóa được trình bày trong hình 3.8 và 3.9. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 64 - Hình 3.8. Ảnh SEM của mẫu diatomite trước khi hoạt hóa Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu diatomite sau khi hoạt hóa Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 65 - Nhận xét Mẫu diatomite có các lỗ xốp có kích thước submicro, bề mặt của diatomite gồ ghề trước khi hoạt hóa trở nên trơn láng hơn sau khi hoạt hóa (ảnh 3.8 và 3.9 ở thang đo 300nm và 500nm). Kết hợp với kết quả phân tích XRD có thể nhận xét phần gồ ghề trên bề mặt diatomite là các khoáng tạp, bị hòa tan trong quá trình hoạt hóa. b. Khảo sát mẫu Cr2O3/diatomite Ảnh chụp SEM của mẫu Cr2O3/diatomite đã hoạt hóa CD2 (hàm lượng Cr2O3/diatomite là 20%, tỉ lệ thể tích ethanol : dung dịch khảo sát là 1:10 nung ở 5000C trong 1 giờ) được trình bày trong hình 3.10. Hình 3.10. Ảnh SEM của mẫu CD2 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 66 - Nhận xét - Ảnh SEM của mẫu CD2 cho thấy các hạt tinh thể Cr2O3 bao phủ trên bề mặt hoặc trong lỗ xốp diatomite. - Độ phân tán của các hạt Cr2O3 khi phủ lên diatomite lớn hơn trường hợp điều chế Cr2O3 riêng lẻ, không quan sát thấy các tinh thể lớn có góc cạnh. 3.1.3. Khảo sát diện tích bề mặt riêng 3.1.3.1. Khảo sát các mẫu Cr2O3 riêng lẻ Kết quả xác định diện tích bề mặt riêng của các mẫu C-500-0.25 và C-500- 0.25-1 đo bằng phương pháp BET được trình bày trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Diện tích bề mặt riêng của các mẫu C-500-0.25 và C-500-0.25-1 Mẫu Diện tích bề mặt riêng (m2/g) C-500-0.25 4.93 C-500-0.25-1 5.92 Nhận xét Diện tích bề mặt riêng xác định bằng phương pháp BET của mẫu C-500-0.25-1 (có ethanol) lớn hơn một ít so với mẫu C-500-0.25 (không có ethanol). 3.1.3.2. Khảo sát mẫu Cr2O3/diatomite Kết quả xác định diện tích bề mặt riêng của mẫu CD2 đo bằng phương pháp BET được trình bày trong bảng 3.2. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 67 - Bảng 3.2. Diện tích bề mặt riêng của mẫu CD2 Mẫu Diện tích bề mặt riêng (m2/g) CD2 2.45 Nhận xét Mẫu Cr2O3/diatomite có bề mặt riêng thấp hơn mẫu Cr2O3 riêng lẻ xác định bằng phương pháp BET. 3.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác của Cr2O3 riêng lẻ 3.2.1. Khảo sát khả năng oxy hóa congo đỏ bằng oxygen không khí khi không có xúc tác Chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng oxi hóa congo đỏ bằng oxigen không khí khi không có xúc tác tại các điều kiện được trình bày trong mục 2.7.1. Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.3. Bảng 3.3. Hiệu suất chuyển hóa congo đỏ sau 180 phút khi không có xúc tác t, phút 30 60 90 120 150 180 H(%) 0.00 0.29 0.58 0.58 0.87 0.87 Nhận xét 1. Kết quả khảo sát cho thấy khi không dùng xúc tác, sục oxigen liên tục, quá trình oxi hóa congo đỏ hầu như không xảy ra sau 180 phút. 2. Hiệu suất chuyển hóa congo đỏ sau 180 phút rất thấp, chỉ khoảng 0.87%, xem như không đáng kể. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 68 - 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch muối Cr(III) 3.2.2.1. Khảo sát độ chuyển hóa congo đỏ Chúng tôi tiến hành khảo sát độ chuyển hóa congo đỏ H (%) của các mẫu Cr2O3 khi thay đổi nồng độ dung dịch muối crom (III) clorua. Các yếu tố phản ứng là: • Yếu tố cố định - Thời gian nung mẫu là 60 phút. - Nhiệt độ nung mẫu là 500oC. • Yếu tố thay đổi - Nồng độ muối crom ( III) clorua từ 0.15 đến 0.75M Kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.4 và hình 3.11. Bảng 3.4. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có nồng độ muối khác nhau. t, phút 30 60 90 120 150 180 C-500-0.15 6.45 12.90 17.51 20.58 22.12 22.43 C-500-0.25 5.78 11.54 15.93 18.67 20.86 21.41 C-500-0.50 5.17 8.34 10.07 11.51 13.23 14.10 C-500-0.75 5.50 8.11 9.85 11.00 12.16 13.03 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 69 - 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t(phút) H (% ) C-500-0.15 C-500-0.25 C-500-0.50 C-500-0.75 Hình 3.11. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có nồng độ muối khác nhau. Nhận xét 1. Độ chuyển hóa congo đỏ giảm theo sự tăng nồng độ muối Cr (III) sử dụng khi điều chế. 2. Ở nồng độ 0.5M và 0.75M không quan sát thấy sự khác biệt rõ trong sự chuyển hóa congo đỏ trong khi ở nồng độ 0.25M lại có sự khác biệt nhiều. 3. Chúng tôi không tiến hành khảo sát mẫu Cr2O3 ở nồng độ thấp hơn 0.15M vì ở nồng độ thấp này không thể hình thành gel. 3.2.2.2. Khảo sát độ hấp phụ congo đỏ Kết quả khảo sát độ hấp phụ cực đại sau 180 phút trên các mẫu xúc tác được trình bày trong bảng 3.5. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 70 - Bảng 3.5. Độ hấp phụ congo đỏ trên các mẫu có nồng độ muối khác nhau Mẫu C0, mg/l C, mg/l %hấp phụ C-500-0.15 23.82 22.46 6.00 C-500-0.25 23.61 22.54 4.54 C-500-0.50 24.46 23.39 4.38 C-500-0.75 24.18 23.18 4.14 Nhận xét Độ hấp phụ cực đại sau 180 phút giảm dần theo sự tăng nồng độ muối Cr(III). 3.2.2.3. Đánh giá tương đối khả năng xúc tác không kể hấp phụ sau 180 phút Tổng độ chuyển hóa congo đỏ (mục 3.2.2.1) có hai yếu tố tác động là khả năng xúc tác của Cr2O3 lẫn khả năng hấp phụ congo đỏ vào trong pha rắn Cr2O3. Để đánh giá chính xác hơn khả năng xúc tác của các mẫu chúng tôi loại trừ (một cách tương đối) yếu tố hấp phụ (mục 3.2.2.2). Kết quả được trình bày trong bảng 3.6 và hình 3.12. Bảng 3.6. Khả năng xúc tác của các mẫu có nồng độ muối khác nhau Mẫu % chuyển hóa % hấp phụ % xúc tác C-500-0.15 22.4 6.0 16.4 C-500-0.25 21.4 4.5 16.9 C-500-0.50 14.1 4.4 9.7 C-500-0.75 13.0 4.1 8.9 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 71 - 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 C-500-0.15 C-500-0.25 C-500-0.50 C-500-0.75 Các mẫu xúc tác H (% ) Hình 3.12. Khả năng xúc tác của các mẫu có nồng độ muối khác nhau Nhận xét - Mẫu C-500-0.25 có hoạt tính xúc tác cao nhất đạt 16.9%. - Chúng tôi chọn nồng độ 0.25M để khảo sát tiếp tục ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác. 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung Chúng tôi tiến hành khảo sát độ chuyển hóa congo đỏ H (%) của các mẫu Cr2O3 khi thay đổi nhiệt độ nung mẫu. Các yếu tố phản ứng là: • Yếu tố cố định - Thời gian nung mẫu là 60 phút. - Nồng độ dung dịch muối crom (III) clorua là 0.25M. • Yếu tố thay đổi - Nhiệt độ nung mẫu từ 500 đến 700oC. Khoảng nhiệt độ này được chọn khảo sát dựa trên giản đồ nhiệt vi sai của mẫu gel (Phụ lục Pl.1). Ở nhiệt độ thấp hơn 5000C mẫu vẫn còn vết cacbon đen. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 72 - Kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.7 và hình 3.13. Bảng 3.7. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có nhiệt độ nung khác nhau. t, phút 30 60 90 120 150 180 C-500-0.25 5.78 11.54 15.93 18.67 20.86 21.41 C-600-0.25 1.12 2.53 3.94 3.66 4.23 5.07 C-700-0.25 0.31 0.90 0.90 2.97 2.09 5.05 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 50 100 150 200 t(phút) H (% ) C-500-0.25 C-600-0.25 C-700-0.25 Hình 3.13. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có nhiệt độ nung khác nhau. Nhận xét 1. Nhiệt độ 5000C là tối ưu cho việc nung chuyển hóa gel thành Cr2O3. Ở nhiệt độ này gel đã chuyển hóa hoàn toàn sang Cr2O3 như kết quả XRD đã thấy (mục 3.1.1.1). 2. Việc đưa nhiệt độ nung lên cao hơn hoàn toàn không có lợi, vì làm giảm đáng kể hiệu suất chuyển hóa congo đỏ. Việc tái kết tinh ở nhiệt độ nung Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 73 - cao làm ổn định độ tinh thể và phát triển kích thước hạt không có lợi cho quá trình xúc tác. Chúng tôi chọn mẫu C-500-0.25 (nồng độ dung dịch muối là 0.25M, nung ở 500oC trong 1 giờ) để khảo sát tiếp tục phương pháp điều chế khi cho thêm dung môi ethanol. 3.2.4. Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ ethanol 3.2.4.1. So sánh độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có và không có dung môi ethanol Chúng tôi tiến hành chuỗi phản ứng so sánh độ chuyển hóa congo đỏ H (%) của các mẫu C-500-0.25 (không có ethanol) và mẫu C-500-0.25-1(tỉ lệ thể tích ethanol : thể tích dung dịch khảo sát là 1:10). Kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.8 và hình 3.14. Bảng 3.8. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có và không có ethanol t, phút 30 60 90 120 150 180 C-500-0.25 5.78 11.54 15.93 18.67 20.86 21.41 C-500-0.25-1 18.92 23.81 26.56 27.78 28.39 29.61 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 74 - 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 0 50 100 150 200 t(phút) H (% ) C-500-0.25 C-500-0.25-1 Hình 3.14. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có và không có ethanol Nhận xét Mẫu C-500-0.25-1 khi có mặt ethanol có hiệu suất chuyển hóa đạt 29.61% cao hơn so với mẫu C-500-0.25 chỉ đạt 21.41%. 3.2.4.2. Khảo sát độ hấp phụ congo đỏ Kết quả khảo sát độ hấp phụ cực đại sau 180 phút trên các mẫu xúc tác được trình bày trong bảng 3.9. Bảng 3.9. Độ hấp phụ congo đỏ trên các mẫu có và không có ethanol Mẫu C0, mg/l C, mg/l %hấp phụ C-500-0.25 23.61 22.54 4.54 C-500-0.25-1 23.96 21.11 11.92 Nhận xét Mẫu C-500-0.25-1 có độ hấp phụ cao hơn hẳn mẫu C-500-0.25 (khoảng 2.6 lần). Điều này cũng phù hợp với các giá trị BET (mục 3.1.3.1) và của SEM Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 75 - (mục 3.1.2.1). Việc giảm số tinh thể lớn khi sử dụng ethanol trong quá trình điều chế làm tăng diện tích bề mặt và tăng khả năng hấp phụ congo đỏ. 3.2.4.3. Đánh giá tương đối khả năng xúc tác không kể hấp phụ sau 180 phút Kết quả được trình bày trong bảng 3.10. Bảng 3.10. Khả năng xúc tác của các mẫu có và không có ethanol Mẫu % chuyển hóa % hấp phụ % xúc tác C-500-0.25 21.4 4.5 16.9 C-500-0.25-1 29.6 11.9 17.7 Nhận xét Kết quả khảo sát cho thấy mẫu C-500-0.25-1 (có ethanol) có hoạt tính xúc tác cao hơn mẫu C-500-0.25 (không có ethanol) nhưng không đáng kể. Chúng tôi chọn điều kiện điều chế Cr2O3 khi có sự hiện diện của ethanol để khảo sát tiếp phương pháp điều chế Cr2O3 trên chất mang diatomite để có các hạt Cr2O3 tương đối đều đặn hơn. 3.3. Khảo sát hoạt tính xúc tác của Cr2O3/diatomite 3.3.1. Khảo sát khả năng hấp phụ và hoạt tính xúc tác của diatomite Để kiểm tra khả năng hấp phụ và hoạt tính xúc tác của diatomite ban đầu đối với phản ứng oxi hóa congo đỏ, chúng tôi khảo sát mẫu diatomite được nung ở 500oC trong 60 phút, với khối lượng của diatomite là 3.00g. Kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.11 và phụ lục Pl.7 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 76 - Bảng 3.11. Độ chuyển hóa và khả năng hấp phụ congo đỏ của diatomite t(phút) % chuyển hóa % hấp phụ % xúc tác 180 0.89 0.59 0.30 Nhận xét -Diatomite ban đầu cho kết quả thay đổi nồng độ của congo đỏ không đáng kể. -Hoạt tính xúc tác của diatomite với phản ứng oxy hóa congo đỏ gần như bằng 0. 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Cr2O3 Chúng tôi tiến hành khảo sát độ chuyển hóa congo đỏ H(%) sau 240 phút của các mẫu Cr2O3/diatomite theo sự thay đổi hàm lượng Cr2O3. Các yếu tố tạo mẫu là: • Yếu tố cố định - Tỉ lệ thể tích etanol : dung dịch khảo sát là 1:10 - Nhiệt độ nung mẫu : 5000C - Thời gian nung mẫu : 60 phút • Yếu tố thay đổi - Hàm lượng Cr2O3 trên diatomite từ 10% đến 30% Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.12 và hình 3.15 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 77 - Bảng 3.12. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có hàm lượng Cr2O3/diatomite khác nhau t, phút Mẫu Diatomite OCr m m 32 ,% 30 60 90 120 150 180 210 240 CD1 10 11.65 22.11 30.78 38.56 43.64 50.22 52.61 53.21 CD2 20 5.78 24.60 31.88 41.29 46.14 52.82 57.37 57.97 CD3 30 2.96 13.30 23.93 31.32 37.52 46.68 49.93 49.93 Hình 3.15. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có hàm lượng Cr2O3/diatomite khác nhau Nhận xét Kết quả khảo sát cho thấy mẫu CD2 có hiệu suất chuyển hóa cao nhất đạt 57.97%, mẫu CD3 có hiệu suất chuyển hóa thấp nhất đạt 49.93%. Ở hàm lượng thấp hơn, lượng Cr2O3 chưa bao phủ hết bề mặt diatomite, hiệu suất chuyển hóa 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0 50 100 150 200 250 300 t (phút) H (% ) CD1 CD2 CD3 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 78 - không cao. Ở hàm lượng quá cao sẽ tạo thành sự kết khối trên bề mặt làm giảm hiệu suất chuyển hóa. Từ kết quả đã khảo sát, chúng tôi chọn hàm lượng Cr2O3/Diatomite 20% là hàm lượng tốt nhất để khảo sát tiếp ảnh hưởng của các yếu tố về thể tích etanol và thời gian nung đến hoạt tính xúc tác của mẫu. 3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng ethanol Chúng tôi tiến hành khảo sát độ chuyển hóa congo đỏ H(%) sau 240 phút của các mẫu Cr2O3/diatomite theo sự thay đổi thể tích ethanol cho vào dung dịch. Các yếu tố tạo mẫu là: • Yếu tố cố định - Hàm lượng Cr2O3 / diatomite : 20% - Nhiệt độ nung mẫu : 5000C - Thời gian nung mẫu là 60 phút. • Yếu tố thay đổi - Không dùng ethanol - Tỉ lệ thể tích ethanol : thể tích dung dịch khảo sát là 1:10, 1:5, 2:5. Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.13 và hình 3.16. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 79 - Bảng 3.13. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có thể tích ethanol khác nhau t, phút Mẫu dd OHHC V V 52 30 60 90 120 150 180 210 240 CD4 0 6.04 14.48 19.31 25.95 31.68 37.41 39.52 40.12 CD10 1:20 7.60 19.74 25.81 32.79 36.73 41.89 44.62 44.93 CD2 1:10 5.78 24.60 31.88 41.29 46.14 52.82 57.37 57.97 CD5 1:5 15.74 23.31 28.75 32.08 36.92 40.55 42.06 42.37 CD6 2:5 19.47 26.17 29.82 32.86 35.30 37.43 39.87 40.17 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0 50 100 150 200 250 300 t (phút) H (% ) CD4 CD10 CD2 CD5 CD6 Hình 3.16. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có thể tích ethanol khác nhau Nhận xét 1. Mẫu CD2 có mặt ethanol có hoạt tính xúc tác cao nhất đạt 57.97% cao hơn so với mẫu CD4 không có mặt ethanol chỉ đạt 40.12%. 2. Khi tăng hàm lượng etanol thì hiệu quả xúc tác vẫn không cao hơn. Có thể với tỉ lệ thể tích ethanol : thể tích dung dịch khảo sát là 1:10 là điều kiện tốt đủ để Cr2O3 phân tán đều đặn trên bề mặt Datomite. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 80 - Từ kết quả trên, chúng tôi chọn mẫu tối ưu CD2 (hàm lượng Cr2O3/diatomite là 20%, tỉ lệ thể tích ethanol : thể tích dung dịch khảo sát là 1:10) để khảo sát tiếp ảnh hưởng của thời gian nung đến hoạt tính xúc tác của mẫu. 3.3.4. Ảnh hưởng của thời gian nung mẫu Chúng tôi tiến hành khảo sát độ chuyển hóa congo đỏ H(%) sau 240 phút của các mẫu Cr2O3/diatomite theo sự thay đổi thời gian nung mẫu. Các yếu tố tạo mẫu là: • Yếu tố cố định - Hàm lượng Cr2O3 / diatomite : 20% - Nhiệt độ nung mẫu : 5000C - Tỉ lệ thể tích ethanol : thể tích dung dịch khảo sát là 1:10 • Yếu tố thay đổi - Thời gian nung mẫu là 45, 60, 75, 90 phút Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.14 và hình 3.17. Bảng 3.14. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có thời gian nung khác nhau t, phút Mẫu Thời gian nung mẫu 30 60 90 120 150 180 210 240 CD7 45 phút 17.87 28.30 37.25 42.91 47.98 51.85 53.94 54.54 CD2 60 phút 5.78 24.60 31.88 41.29 46.14 52.82 57.37 57.97 CD8 75 phút 6.23 17.49 24.31 31.42 37.04 43.27 47.41 48.30 CD9 90 phút 5.44 14.48 22.03 28.36 34.69 37.11 38.31 38.62 Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 81 - 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0 50 100 150 200 250 300 t (phút) H (% ) CD7 CD2 CD8 CD9 Hình 3.17. Độ chuyển hóa congo đỏ của các mẫu có thời gian nung khác nhau Nhận xét 1. Kết quả khảo sát cho thấy hiệu suất chuyển hóa của mẫu CD2 nung trong 60 phút cao hơn so với các mẫu còn lại. Có thể thời gian nung 60 phút là đủ để các tinh thể Cr2O3 tạo ra hoàn toàn trên bề mặt diatomite. 2. Hiệu suất chuyển hóa của mẫu CD7 nung trong 45 phút thấp hơn mẫu CD2. Điều này có thể do thời gian nung 45 phút là chưa đủ để các tinh thể Cr2O3 tạo ra hoàn toàn trên bề mặt diatomite. 3. Khi tăng thời gian nung thì hoạt tính xúc tác thấp hơn. Điều này có thể do thời gian nung càng lâu thì các tinh thể Cr2O3 càng có hiện tượng kết khối dẫn đến hiệu suất chuyển hóa kém. Chúng tôi chọn mẫu Cr2O3/diatomite tối ưu (CD2) để so sánh với mẫu Cr2O3 tối ưu (C-500-0.25-1) Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 82 - 3.4. So sánh hoạt tính xúc tác của Cr2O3/diatomite với Cr2O3 riêng lẻ 3.4.1. Độ hấp phụ congo đỏ của mẫu CD2 sau 240 phút Kết quả khảo sát độ hấp thu quang A0, nồng độ ban đầu C0 và độ hấp thu quang A, nồng độ của congo đỏ C và % hấp phụ cực đại sau 240 phút khảo sát được trình bày trong bảng 3.15. Bảng 3.15. Độ hấp phụ congo đỏ cực đại trên mẫu CD2 sau 240 phút Mẫu A0 C0, mg/l A C, mg/l %hấp phụ CD2 0.342 23.04 0.303 20.25 12.09 3.4.2. So sánh hoạt tính xúc tác của mẫu Cr2O3/diatomite với Cr2O3 riêng lẻ Chúng tôi so sánh một cách tương đối khả năng xúc tác của mẫu Cr2O3/diatomite (CD2) với mẫu Cr2O3 riêng lẻ (C-500-0.25-1) sau 240 phút. Kết quả so sánh được trình bày trong bảng 3.16. Bảng 3.16. Khả năng xúc tác của mẫu Cr2O3/diatomite và Cr2O3 riêng lẻ Mẫu % chuyển hóa % hấp phụ % xúc tác CD2 58.0 12.1 45.9 C-500-0.25-1 29.6 11.9 17.7 Nhận xét - Mẫu xúc tác phủ diatomite có hiệu suất chuyển hóa phản ứng oxy hóa Congo đỏ cao hơn so với mẫu chỉ có xúc tác Cr2O3. - Điều này có thể giải thích như sau: sự có mặt của diatomite làm tăng sự phân tán của Cr2O3 trên bề mặt, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa xúc tác với tác chất, do đó làm tăng khả năng xúc tác và tăng hiệu suất phản ứng. Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 83 - - Ngoài ra, cũng có thể sự có mặt diatomite làm xuất hiện một số tương tác nhất định giữa pha hoạt tính và chất mang. Những tương tác này ưu đãi cho phản ứng oxi hóa, làm tăng hiệu suất phản ứng. 3.5. So sánh hoạt tính xúc tác của Cr2O3/diatomite điều chế bằng phương pháp sol gel với phương pháp nung phân hủy Chúng tôi tiến hành so sánh hoạt tính xúc tác sau 240 phút của mẫu Cr2O3/diatomite tối ưu (CD2) điều chế bằng phương pháp sol-gel với phương pháp nung phân hủy. Kết quả khảo sát của phương pháp nung phân hủy dựa trên tài liệu [1]. Trong phương pháp nung phân hủy : mẫu Cr2O3/diatomite được điều chế từ sự nung phân hủy Crom (III) acetat sau khi tẩm lên diatomite nung ở 5000C trong thời gian 3 giờ. Đây là mẫu cho kết quả tối ưu của tài liệu [1]. Kết quả so sánh được trình bày trong bảng 3.17. Bảng 3.17. Khả năng xúc tác của mẫu sol gel và nung phân hủy Mẫu % chuyển hóa % hấp phụ % xúc tác Sol gel 58.0 12.1 45.9 Nung phân hủy 86.8 52.4 34.4 Nhận xét 1. Tuy đạt độ chuyển hóa tổng congo đỏ cao hơn nhưng mẫu nung phân hủy có % hấp phụ cao hơn nên hiệu quả xúc tác cuối cùng thấp hơn. 2. Đây chỉ là so sánh tương đối. Về hiệu quả của cả hai phương pháp này còn phải khảo sát kỹ hơn, ví dụ khả năng bám dính Cr2O3 lên bề mặt diatomite, Nghiên cứu điều chế Crom oxid Cr2O3 sử dụng trong xúc tác Gvhd: Ts. Huỳnh Thị Kiều Xuân Chv: Trương Thị Tuyết Nhung - 84 - khả năng phân tán đều đặn Cr2O3 lên bề mặt diatomite…để chọn lựa phương pháp tốt nhất.