Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxy hóa hoàn toàn m-xylen trên các xúc tác perovskit La0,7Sr0,3BO3 (B = Mn, Fe, Ni)

Trong nghiên cứu này, nghiên cứu tiếp để xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen trên các xúc tác này. Kết quả cho thấy, năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen trên các xúc tác La0.7Sr0.3BO3 (B = Mn, Fe, Ni) khoảng 11,5-13,4 kcal/mol. Sự thay thế Mn bằng Fe và Ni trong xúc tác perovskit La0,7Sr0,3MnO3 đã làm giảm tính chất xúc tác của La0,7Sr0,3MnO3 và vì thế làm tăng năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxy hóa hoàn toàn m-xylen trên các xúc tác perovskit La0,7Sr0,3BO3 (B = Mn, Fe, Ni)Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 33, Số 4 (2017) 79-84Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứngoxy hóa hoàn toàn m-xylen trên các xúc tác perovskitLa0,7Sr0,3BO3 (B = Mn, Fe, Ni)Trần Thị Thu Huyền*, Trần Thị Luyến, Nguyễn Thị Tuyết MaiĐại học Bách Khoa Hà Nội, 1 Đại Cồ Việt, Hà Nội, Việt NamNhận ngày 16 tháng 8 năm 2017Chỉnh sửa ngày 20 tháng 9 năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 10 năm 2017Tóm tắt: Các oxit phức hợp có cấu trúc perovskit chứa các nguyên tố đất hiếm và các kim loạichuyển tiếp có hoạt tính xúc tác cao trong các phản ứng oxi hóa hydrocacbon và khử NOx nênchúng được đặc biệt quan tâm nghiên cứu trong lĩnh vực xúc tác oxi hóa - khử để xử lý khí thải.Hệ xúc tác perovskit La0.7Sr0.3BO3 (B = Mn, Fe, Ni) là một trong các hệ xúc tác đã được nhómnghiên cứu của chúng tôi tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxi hóa hoàntoàn m-xylen. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng có hoạt tính xúc tác tốt trong phản ứngoxi hóa hoàn toàn m-xylen ở nhiệt độ phản ứng thấp. Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứutiếp để xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen trên các xúc tácnày. Kết quả cho thấy, năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen trên các xúctác La0.7Sr0.3BO3 (B = Mn, Fe, Ni) khoảng 11,5-13,4 kcal/mol. Sự thay thế Mn bằng Fe và Nitrong xúc tác perovskit La0,7Sr0,3MnO3 đã làm giảm tính chất xúc tác của La0,7Sr0,3MnO3 và vì thếlàm tăng năng lượng hoạt hóa của phản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen.Từ khóa: Xúc tác, perovskit, oxi hóa, m-xylen.là (A1-xA’x)(B1-yB’y)O3 làm thay đổi mạnh cáctính chất của vật liệu. Điều này cũng giải thíchđược vì sao các perovskit có nhiều tính chất lýhóa đặc biệt và được ứng dụng rộng rãi trongnhiều lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực xúc tác[2-4]. Trong lĩnh vực xúc tác, các perovskitđược quan tâm đặc biệt cho phản ứng oxy hoáhydrocacbon.Theo nghiên cứu của các tác giả[5-7], khi A được thay thế bằng La và B đượcthay thế bằng Mn trong cấu trúc perovskitABO3 sẽ cho hoạt tính oxy hoá cao trong phảnứng oxy hóa các hydrocacbon. Hơn nữa, khithay thế một phần La bằng Sr vào vị trí A vàthay thế một phần Mn, Co vào vị trí B sẽ chohoạt tính xúc tác tốt nhất [8-11].1. Mở đầuCác vật liệu perovskit có công thức chung làABO3, trong đó A là cation kim loại đất hiếmhoặc kiềm thổ và B là cation kim loại chuyểntiếp [1]. Hơn 60 năm qua, các vật liệu perovskitđã được quan tâm nghiên cứu rộng rãi trên thếgiới. Mối quan tâm này càng trở nên sâu sắchơn khi người ta nhận thấy rằng khi thay thếmột phần các cation đất hiếm A và kim loạichuyển tiếp B bằng các cation khác tương ứnglà A’ và B’ tạo thành các dẫn xuất có công thức_______Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-917908895.Email: tthuyendhbk@yahoo.comhttps://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.449379T.T.T. Huyền và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 33, Số 4 (2017) 79-8480Trong nghiên cứu trước đây [12], chúng tôi đãtiến hành tổng hợp các xúc tác perovskitLa0,7Sr0,3BO3 (B = Mn, Fe, Ni) và khảo sát tínhchất xúc tác của chúng trong phản ứng oxy hóahoàn toàn m-xylen. Kết quả nghiên cứu chothấy, các xúc tác đều có những đặc trưng xúctác tốt (bề mặt riêng cũng như lượng α-oxy hấpphụ trên xúc tác đều lớn), vì thế chúng có hoạttính cao trong phản ứng oxi hóa hoàn toàn mxylen ở nhiệt độ thấp. Trong báo cáo này,chúng tôi nghiên cứu tiếp để xác định nănglượng hoạt hóa của phản ứng oxi hóa hoàn toànm-xylen trên các xúc tác này. Các kết quả vềnghiên cứu xác định năng lượng hoạt hóa củaphản ứng oxi hóa hoàn toàn m-xylen trên xúctác perovskit La0,7Sr0,3BO3 (B = Mn, Fe, Ni) chođến nay chưa thấy có công trình nào công bố.Các tác giả [8, 13, 14] đã nghiên cứu phản ứngoxy hoá một số hydrocacbon, CO và H2 trênmột số xúc tác perovskit cho giá trị năng lượnghoạt hóa khoảng 12 - 27 kcal/mol.2.1.1. Độ chuyển hóa (α):(1)So và S1 là diện tích pic nguyên liệu ban đầu vàsau phản ứng.2.1.2. Tốc độ phản ứng thực nghiệm (v)Tốc độ phản ứng thực nghiệm của phản ứngđược tính theo công thức sau:v D 273 Pm xylen ... .10 3 , (mmol/g.h)22,4 TPkq md ln v  Ea.dTRT 2 ln v   Ea . 1  ln A(3)R TTừ (3), vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnvtheo 1/T và xác định hệ số góc của đồ thị sẽtính được năng lượng hoạt hóa của phản ứngtheo công thức: tg=-Ea/R.2.2. Điều kiện thực nghiệmHoạt tính xúc tác (độ chuyển hóa α) được đotrên thiết bị hệ phản ứng vi dòng trong điềukiện phản ứng: nguyên liệu sử dụng là m-xylen,lưu lượng dòng nguyên liệu và dòng khí phảnứng là 4 lít/giờ; áp suất tổng cộng của dòng khíphản ứng và dòng khí mang là 760 mmHg; khốilượng xúc tác là 0,1g; áp suất của m-xylentrong dòng khí tổng là 1,654 mmHg (2165 ppmtheo thể tích); nhiệt độ phản ứng: 200 - 300oC.3.1. Khảo ...