Luận văn
Nghiên cứu xử lý PAH trong khí
thải bằng phương pháp ôxi hóa
trên hệ xúc tác ôxit kim loại
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
1
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG I. Ô NHIỄM PAH VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 4
1.1. Khái niệm PAH. 4
1.2. Nguồn phát thải PAH vào không khí 8
1.3. Nồng độ của PAH trong không khí 10
1.4. Dạng tồn tại của PAH trong không khí 11
1.5. Tác hại của PAH. 12
1.6. Một số PAH được chọn để nghiên cứu 14
1.6.1. Naphtalen 14
1.6.2. Antraxen 15
/γ -Al
2
O
3
43
3.2.4. Điều chế xúc tác CuO-CeO
2
-Cr
2
O
3
/γ -Al
2
O 44
3.3. Xác định một số đặc trưng quan trọng của xúc tác 44
3.4. Tính hiệu suất xử lý 44
3.4.1. Hệ thống thực nghiệm khảo sát hoạt độ xúc tác 45
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
2
3.4.2.
Dựng đường
chuẩn
Luận văn
Nghiên cứu xử lý PAH trong khí
thải bằng phương pháp ôxi hóa
trên hệ xúc tác ôxit kim loại
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
3
LỜI MỞ ĐẦU
Hydrôcácbon thơm đa vòng giáp cạnh (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – PAH) là
một nhóm hợp chất ô nhiễm nguy hiểm do chúng có độc tính cao và có mặt nhiều trong
môi trường không khí. PAH có thể được phát thải vào môi trường khí từ những quá
trình tự nhiên như núi lửa, cháy rừng… tuy nhiên phần chủ yếu của PAH trong môi
trường là do hoạt động sống của con người gây ra [1]. Chúng là sản phẩm của quá trình
cháy không hoàn toàn hoặc nhiệt phân các hợp chất hữu cơ như dầu mỏ, than đá, gỗ,
ch
ất thải rắn… và một số quá trình công nghiệp như sản xuất nhôm, thép, quá trình
đúc
PAH là nhóm hợp chất hữu cơ độc hại đối với sức khỏe con người. Rất nhiều PAH là
những chất gây ung thư và gây đột biến gen. Con người có thể bị nhiễm PAH qua thức
ăn, nước uống, khí thở hoặc trực tiếp tiếp xúc với vật liệu có chứa PAH. Thêm vào đó,
nhiều sản phẩm ph
Có hàng trăm PAH riêng rẽ có thể được phát thải vào môi trường không khí. Các PAH
này thường tồn tại trong không khí ở dạng hỗn hợp phức tạp. Người ta đã nghiên cứu và
đã xác định được hơn 100 PAH có trên bụi trong không khí và khoảng 200 PAH có
trong khói thuốc lá [1]. Trong số các PAH có 18 PAH được quan tâm nhiều nhất và
được trình bày trên Bảng 1.1. Những PAH này được quan tâm vì chúng có độ độc cao
hơn các PAH khác và chúng có mặt nhiều trong không khí [21].
Hầu hết các PAH là sản phẩm không mong muốn từ quá trình cháy không hoàn toàn
ho
ặc nhiệt phân các hợp chất hữu cơ. Chỉ một lượng nhỏ các PAH được phát thải từ quá
trình sản xuất và sử dụng các PAH.
Tính chất vật lý và hoá học của PAH.
Tính chất vật lý:
PAH nguyên chất thường tồn tại ở dạng không màu, màu trắng, hoặc vàng nhạt. Tất cả
PAH đều tồn tại ở dạng rắn ở nhiệt độ phòng và có mùi [21]. Chúng có áp suất hơi thấp
và có xu h
ướng giảm dần theo chiều tăng của khối lượng phân tử. Đặc tính này ảnh
hưởng tới sự hấp phụ của PAH trên pha bụi trong không khí. Áp suất hơi tăng lên một
cách rõ rệt theo nhiệt độ không khí và điều này cũng ảnh hưởng tới hệ số phân bố PAH
giữa pha bụi và pha khí. Ngoài ra PAH còn có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao.
Ngoại trừ naphtalen, các PAH rất ít tan trong nước và độ hòa tan giảm theo chiề
u tăng
khối lượng phân tử. Tuy nhiên, chúng tan tốt trong các dung môi hữu cơ và ưa chất béo.
Hệ số cân bằng octan – nước tương đối cao (K
ow
). Thông thường PAH hấp thụ yếu tia
hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 7 – 14 μm [2]. Một số tính chất vật lý của
các PAH được cho trong Bảng 1.1. Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48
Naphtalen C
10
H
8
128 Trắng 81 217,9 3,17.10
4
Acenaphthylene C
12
H
8
152 92-93
Acenaphthene C
12
H
10
154 Trắng 95 279 3,93.10
3
Fluorene C
13
H
10
166 Trắng 115 295 1,98.10
3
Phenanthrene C
14
H
10
178 Không
màu
100,5 340 1,29.10
18
H
12
228 Không
màu
253,8 448 2,0
Benzo(e)pyrene C
20
H
12
252 Vàng nhạt 178,7 493 5,07
(23
o
C)
Benzo[b]fluoranthene C
20
H
12
252 Không
màu
168,3 481 1,2
Benzo[k]fluoranthene C
20
H
12
252 Vàng nhạt 215,7 480 0,76
Benzo(a)pyrene C
20
H
12
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
6
Tính chất hoá học:
PAH là hợp chất tương đối trơ về mặt hoá học. Do được cấu tạo từ những vòng benzen
nên PAH có tính chất của hydrocacbon thơm: chúng có thể tham gia phản ứng thế và
phản ứng cộng. PAH còn tham gia phản ứng quang hóa trong không khí. Sau sự quang
phân của PAH trong không khí, nhiều sản phẩm ôxi hóa đã được hình thành, bao gồm
quinon và endoperoxit. PAH có thể phản ứng với oxit nitơ, axit nitric để hình thành các
dẫn xuất nitơ của PAH và phản ứ
ng với oxit lưu huỳnh, axit sulfuric trong dung dịch để
hình thành sulfinic và axit sulfonic. PAH cũng có thể tham gia phản ứng với ozon và
gốc hydroxyl trong không khí. Việc tạo thành hợp chất nitro – PAH rất quan trọng vì
các hợp chất này có thể có hoạt tính sinh học và gây đột biến gen [1]. Hình 1.1 trình bày
công thức cấu tạo của 18 PAH đã nêu.
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
7
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của 18 PAH
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
8
1.2. Nguồn phát thải PAH vào không khí
PAH có thể được phát thải vào không khí từ 2 nguồn: nguồn tự nhiên và nguồn do hoạt
động của con người.
Nguồn tự nhiên:
PAH có thể được phát thải từ các quá trình tự nhiên như núi lửa phun, quá trình hình
thành đá, tạo trầm tích, cháy rừng…[2]. Trong nhiều khu vực, cháy rừng và núi lửa
phun là hai nguồn tự nhiên chính phát thải PAH vào môi trường. Tại Canada, mỗi năm
cháy rừng phát thải khoảng 200 tấn PAH và núi lửa phun phát thải khoảng 1,2 – 1,4 t
ấn
benzo[a]pyrene [1].
Nguồn do hoạt động của con người:
Đây là nguồn chủ yếu phát thải PAH vào không khí. Nguồn thải này có thể gồm các
dạng chính sau:
• Quá trình sản xuất và sử dụng PAH:
Phát thải PAH từ quá trình này là không đáng kể. Chỉ một số ít PAH được sản xuất vì
mục đích thương mại bao gồm: naphtalen, axenaphten, floren, antraxen, phenantren,
floranthen, và pyren. Các PAH này được dùng để sản xuất thuốc nhuộm, chất mầu, sản
xu
ất các chất hoạt động bề mặt, chất phân tán, chất thuộc da, thốc trừ sâu, một số dung
môi, nhựa, chất dẻo…Trong đó, sản phẩm công nghiệp quan trọng nhất là naphtalen.
góp chính vào nồng độ
PAH ở đây [5]. Còn ở Mexico kết quả thu được cho thấy khói
thải từ giao thông và từ lò đốt gỗ, đốt rác là các nguồn quan trọng phát sinh PAH [23].
Kết quả nghiên cứu về hệ số phát thải PAH của một số chất đốt thường được sử dụng
tại Việt Nam được trình bày trong Bảng 1.2. Từ bảng này cho thấy hệ số phát thải PAH
của mùn cưa > gỗ > than tổ ong > than đá > than hoa [3].
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
10
1.3. Nồng độ của PAH trong không khí
PAH tồn tại rất phổ biến trong môi trường không khí. Nồng độ của từng PAH đơn lẻ
biến đổi khác nhau nhưng thông thường nằm trong dải từ 0,1 – 100 ng/m
3
[1]. Nồng độ
PAH trong không khí tại một khu vực phụ thuộc vào các điều kiện môi trường khí như
nhiệt độ, lượng mưa, lượng tuyết rơi, ánh sáng… Nồng độ PAH ở những vùng xa xôi
hẻo lánh thường thấp hơn so với những vùng đô thị. Tại các vùng đô thị nồng độ
thường rất cao, đặc biệt là ở các khu vực gần với nguồn giao thông và các khu công
nghiệp. Nồng độ
PAH trong không khí trong mùa đông thường cao hơn các mùa khác
do [6]:
+ Tăng mức phát thải PAH từ việc đốt nhiên liệu để sưởi ấm trong hộ gia đình.
+ Tăng phát thải từ nguồn giao thông.
+ Do điều kiện khí tượng trong mùa đông làm giảm khả năng phân tán chất ô
tuyến hoặc mưa rơi giảm đáng kể so với những ngày khác trong cùng một tháng [5].
Kết quả nghiên cứu ở thủ đô Delhi (thộc Ấn Độ) cũng cho thấy nồng độ PAH trên pha
bụi trong mùa đông cao hơn rõ rệt so với mùa hè. Kết quả này được thể hiện trên Bảng
1.3 [26
].
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
11
Bản 1.3. Tổng nồng độ PAH trên pha bụi trong không khí ở Delhi, ng / m
3
Nguồn: [26]
1.4. Dạng tồn tại của PAH trong không khí
Trong không khí PAH tồn tại ở hai dạng: hấp phụ trên các hạt bụi lơ lửng và ở dạng
khí. Sự phân bố PAH giữa 2 pha này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
+ Nhiệt độ không khí.
+ Áp suất hơi của PAH
+ Nồng độ bụi
+ Yếu tố khác: kích thước, diện tích bề mặt, bả
n chất của hạt bụi…
Năm
Tháng
thường khi nhiệt độ không khí khoảng 25
o
C thì lượng PAH trên pha bụi có thể chiếm
đến 90%. PAH có phân tử lượng thấp dễ bay hơi hơn, chủ yếu tồn tại ở pha khí, các
PAH có phân tử lượng lớn hơn, kém bay hơi hơn lại chủ yếu tồn tại trên pha bụi [7].
Hình 1.2. Sự phân bố PAH giữa hai pha theo nhiệt độ. Nguồn: [8].
1.5. Tác hại của PAH.
PAH có khả năng lan truyền đi rất xa trong môi tr
ường. Nhiều sản phẩm phản ứng của
chúng trong không khí có độc tính cao hơn bản thân PAH. Con người có thể bị nhiễm
PAH thông qua thức ăn, nước uống, khí thở, hoặc trực tiếp tiếp xúc với các vật liệu có
chứa PAH. Trong không khí, gần 90% PAH nằm trên bụi PM10 nên chúng dễ đi vào và
lắng đọng ở trong phổi [7].
Các PAH thường gây hại khi tiếp xúc với liều lượng nhỏ trong một thời gian dài
[29]. Rất nhiề
u PAH là những chất gây ung thư và gây đột biến gen. Ngoài ra PAH
còn có thể gây tổn thương cho da, dịch cơ thể, sức đề kháng…Khả năng ung thư của
một PAH có thể được biểu thị qua hệ số độc tương đương của nó (Toxic Equivalent
Factor - TEF). Trong đó hệ số độc tương đương biểu thị khả năng gây ung thư tương
b
Naphtalen
-
? 0,001
Acenaphthylene ? KNC 0.001
Acenaphthene ? ? 0,001
Fluorene - - 0,001
Phenanthrene ? ? 0,001
Antraxen - - 0,01
Fluoranthene + + 0,001
Pyrene ? ? 0,001
Benzo[a]antraxen + + 0,1
Chrysene
+ + 0,01
Benzo(e)pyrene + ? -
Benzo[b]fluoranthene + + 0,1
Benzo[k]fluoranthene + + 0,1
Benzo(a)pyrene + + 1
Dibenzo(a,h)anthracen + + 1
Benzo[g,h,i]perylene + - 0,01
Indeno[1,2,3-c,d]pyrene + + 0,1
Coronene + ? -
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
14
Naphtalen là PAH có mặt phổ biến nhất trong không khí và tồn tại chủ yếu trong pha
khí dưới điều kiện thường. Những đo đạc gần đây cho thấy lượng naphtalen phát thải
trung bình hàng năm cao hơn khoả
ng 1000 lần so với các PAH khác [32].
Từ năm 1990, naphtalen được xem là chất ô nhiễm không khí nguy hiểm, và được phân
loại là chất ô nhiễm độc vào năm 1993. Tiếp xúc với số lượng lớn naphtalen có thể
khiến phá hủy các tế bào hồng cầu gây ra bệnh thiếu máu. Một số triệu chứng của bệnh
này là mệt mỏi, kém ăn, mất ngủ, da xanh. Ngoài ra nó có thể gây buồn nôn, nôn mửa,
tiêu chảy, đi tiểu ra máu và vàng da. Không có bằng chứng trực tiế
p ở người là
naphtalen gây ra bệnh ung thư, nhưng điều này đã được tìm thấy ở động vật thí nghiệm.
Pháp lệnh về vệ sinh và an toàn nghề nghiệp Mỹ đặt ra giới hạn 10 ppm naphtalen trong
không khí nơi làm việc trong suốt 8 giờ trong ngày, 40 giờ trong tuần. Viện quốc gia về
an toàn và sức khỏe nghề nghiệp Mỹ cho biết nồng độ naphtalen trên 500 ppm trong
không khí sẽ ngay lập tức gây nguy hiểm cho sức khỏe con người [
32].
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
15
1.6.2. Antraxen
Antaraxen là PAH được chọn để làm chất so sánh hiệu quả xử lý trên xúc tác với
naphtalen.
Tên gọi khác: paranaphtalen, dầu xanh.
ứng chậm chạp, mệt mỏi [10].
1.7. Phương pháp x
ử lý PAH trong khí thải
Hiện tại các phương pháp xử lý PAH trong khí thải còn rất hạn chế, biện pháp chủ yếu
vẫn là kiểm soát tại nguồn để giảm phát thải. Hướng nghiên cứu xử lý PAH bằng
phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác đang là hướng mới và rất được qua tâm. Về
nguyên tắc, PAH có thể được xử lý bằng phương pháp thiêu đốt thông thường (trong
điều kiện không có xúc tác) nhưng phương pháp này đòi hỏi nhiệt
độ lò đốt rất cao
(1000 - 1200
o
C). Hơn nữa, phương pháp này còn sinh ra một lượng khí thải thứ cấp lớn
như NO
x
,
các sản phẩm cháy không hoàn toàn và các sản phẩm tái kết hợp của khí thải
từ các lò thiêu đốt… Phương pháp ôxi hóa có sử dụng xúc tác sẽ cho phép ta giảm nhiệt
độ lò đốt, do đó giúp giảm chi phí nhiên liệu đồng thời giúp định hướng các sản phẩm
cháy khiến giảm phát sinh các khí ô nhiễm thứ cấp độc hại.
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
16
Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
17
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Lý thuyết chung về xúc tác
2.1.1. Khái niệm [20].
Chất xúc tác là chất làm biến đổi vận tốc của phản ứng nhưng nó không có trong thành
phần của sản phẩm cuối cùng của phản ứng.
Chất xúc tác làm tăng tốc độ của phản ứng gọi là chất xúc tác thuận hay chất xúc tác
dương. Chất xúc tác làm giảm tốc độ phản ứng gọi là chất xúc tác nghịch hay chất xúc
tác âm.
Hiện tượ
ng làm biến đổi vận tốc của phản ứng dưới tác dụng của chất xúc tác gọi là sự
xúc tác. Nếu chất xúc tác và các chất tham gia phản ứng ở cùng một pha thì gọi là sự
xúc tác đồng thể. Còn nếu chất xúc tác và các chất tham gia phản ứng ở các pha khác
nhau thì gọi là sự xúc tác dị thể. Hệ xúc tác được sử dụng trong đồ án là hệ xúc tác dị
thể.
Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng mà chỉ làm cho phả
n ứng chóng đạt tới
cân bằng. Trong đa số trường hợp tác dụng của chất xúc tác là do nó làm giảm năng
lượng hoạt hóa của phản ứng.
2.1.2. Xúc tác dị thể
Xúc tác dị thể có những ưu điểm nỗi bật hơn so với xúc tác đồng thể [11]:
+ Công nghệ xúc tác dị thể có thể tiến hành liên tục, nên năng suất thiết bị
cao hơn so với công nghệ xúc tác
đồng thể.
+ Có thể tự động hóa được công nghệ
Bảng 2.1. Chức năng của các thành phần xúc tác.
Thành
phần
Chức năng Ví dụ
Nhóm
hoạt động
- Tăng vận tốc phản ứng
- Tăng độ chọn lọc của phản ứng.
Các kim loại: Pt,
Pd, Au, kim loại
chuyển tiếp…
Các oxit kim loại
hay sunfua kim
loại.
Nhóm
chất mang
- Phân tán pha hoạt động nhờ bề mặt riêng
lớn, mao quản và lỗ xốp.
- Tính bền cơ học cao.
- Biến dạng pha hoạt động
zeolit, than hoạt
tính, SiO
2
, Al
2
O
3
…
Nhóm
phụ trợ
Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
19
cao, mặc dù không bằng các kim loại quí khi ở vùng nhiệt độ thấp nhưng ở vùng nhiệt
độ cao hoạt tính xúc tác là tương đương nhau. Mặt khác chúng có giá thành rẻ hơn. Ngày
nay xúc tác ôxit kim loại đang được nghiên cứu và đưa vào sử dụng nhiều để dần thay
thế cho các xúc tác kim loại quý. Trong các xúc tác oxit kim loại, xúc tác đồng oxit rất
được quan tâm do hoạt tính xúc tác cao, bền, ít bị ngộ độc bởi các chất độc như H
2
S, hơi
nước, ôxit nitơ…
Với mục đích tìm ra được những chất xúc tác có hiệu quả cao trong việc xử lý khí thải
chứa các hợp chất gây ô nhiễm có giá thành thấp, ngoài việc dùng các xúc tác đơn oxyt
kim loại để thay thế các kim loại quí người ta còn kết hợp nhiều oxyt kim loại khác nhau
để có thể hạn chế tối đa các khiếm khuyết của từng hợp phần. Trong đồ án này ngoài
nghiên cứu xúc tác CuO, đã điều chế
kết hợp các xúc tác oxit kim loại: CuO-CeO
2
, CuO-
CeO
2
/γ-Al
2
O
3
Hoạt tính xúc tác là thông số quan trọng nhất của pha hoạt động. Các tâm hoạt động của
pha hoạt động quyết định hoạt tính xúc tác. Hoạt tính xúc tác có thể được biểu diễn dưới
dạng hoạt tính động học và hoạt tính thực nghiệm. Ở
đây ta chỉ xét hoạt tính động học,
còn hoạt tính thực nghiệm phụ thuộc vào chế độ thiết bị phản ứng. Hoạt tính động học là
các diễn tả động học về các tính chất biến đổi cần thiết để thiết lập cho một thiết bị phản
ứng. Các phương trình biểu diễn tốc độ phản ứng và các thông số khác nhau để làm sáng
tỏ cơ chế
của phản ứng, tìm ra các điều kiện tối ưu đều xuất phát từ việc xác định
chính xác độ hoạt tính của xúc tác.
Hoạt tính xúc tác được xác định dựa vào phương trình tốc độ phản ứng :
)(
1
Av
A
Cfk
dt
dC
V
=−
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
20
s
.S
K
s
- Độ hoạt động đối với đơn vị bề mặt
S - Bề mặt riêng của chất xúc tác
Độ hoạt tính xúc tác thường phụ thuộc vào các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất xúc
tác. Trước đây, các nhà khoa học cho rằng mỗi một mắt xích trong mạng lưới tinh thể
trên bề mặt là một trung tâm hoạt động. Trên thực tế bề mặt xúc tác không bao giờ bằng
phẳng, có chỗ lồi, lõm và tạo nên nh
ững điểm có năng lượng tự do khác nhau. Do vậy
tâm hoạt động chỉ chiếm một phần nhỏ của bề mặt xúc tác. Hiện nay có rất nhiều
phương pháp hóa lý được sử dụng để xác định số tâm hoạt động của chất xúc tác, thông
thường người ta sử dụng phương pháp đơn giản để xác định tương đối số tâm hoạt động
là phương pháp ngộ độc xúc tác.
Trong quá trình làm vi
ệc hoạt tính xúc tác giảm dần, vì vậy khi nghiên cứu cần chú ý
đến giai đoạn hoạt động của xúc tác. Các giai đoạn hoạt động thường được chia như sau:
+ Giai đoạn hoạt hóa xúc tác
+ Giai đoạn làm việc của xúc tác
+ Giai đoạn hoạt tính xúc tác giảm
Đối với các chất xúc tác khác nhau các giai đoạn phân chia như trên rất khác nhau đặc
biệt ở giai đoạn 2.
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
21
những hợp chất nằm ở vị trí hóa trị thấp nhất là những chất ngộ độc xúc tác mạnh, ví
dụ : H
2
S, H
3
P, SO
3
2-
, NH
3
…
b. Xúc tác bị mất hoạt tính do ngưng tụ cốc và muội cacbon.
Sự ngưng tụ là sự sa lắng cơ học của các chất độc từ pha phản ứng lên bề mặt chất xúc
tác dẫn đến làm mất hoạt tính xúc tác. Các hợp chất cốc và cacbon sẽ lấp kín các tâm
hoạt động hoặc bịt kín các lỗ mao quản, làm cho bề mặt bị giảm xuống, các tâm hoạt
động cách ly với chất ph
ản ứng. Sự ngưng tụ cacbon và cốc trên các oxyt kim loại hay
sunfua chủ yếu trên các tâm axit. Có thể giảm lượng tâm axit mạnh bằng cách cho thêm
các chất phụ gia như MgO; K
2
O hoặc V
3
O
8
…
c. Sự giảm hoạt tính do hiện tượng thiêu kết
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
kim loại tạo thành oxit hoặc clorua. Chúng tách khỏi bề mặt chất mang làm cho xúc tác
bị hao mòn dần.
e. Mất hoạt tính do sự mài mòn của chất xúc tác
Sự mài mòn làm mất hoạt tính xúc tác, đặc biệt là khi xúc tác làm việc ở chế độ tầng
sôi.
2.1.2.4. Cơ chế của phản ứng xúc tác dị thể [11].
Phản ứng xúc tác dị thể được tiến hành trên bề mặt ti
ếp xúc giữa các pha nên khá phức
tạp và được chia thành nhiều giai đoạn khác nhau, hoặc các vùng khác nhau. Tùy thuộc
vào các quan điểm, có thể chia các phản ứng thành 3 giai đoạn, 5 giai đoạn hoặc 7 giai
đoạn, hoặc 3 vùng.
Phân chia thành 3 giai đoạn.
+ Giai đoạn I: Khuếch tán chất phản ứng A đến bề mặt xúc tác;
+ Giai đoạn II: Phản ứng trên bề mặt xúc tác (A→B);
+ Giai đoạn III: Khuếch tán sả
n phẩm B ra môi trường phản ứng.
Hình 2.1. Phân chia thành ba giai đoạn.
Cách phân chia này đơn giản nhưng chưa phân phân biệt được giữa hiện tượng vật lý và
Xử lý PAH trong khí thải bằng phương pháp ôxi hóa trên hệ xúc tác ôxit kim loại –Nguyễn Thị Thủy – CNMTK48 Viện khoa học và công nghệ môi trường (INEST) ĐHBK
- Tel: (84.4) 8681686 – Fax: (84.4) 8693551
23
+ Giai đoạn VII: Khuếch tán sản phẩm ra ngoài môi truờng Hình 2.3. Phân chia thành 7 giai đoạn
Copyright: Tài liệu đại học ©