1

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG KHỬ NO
X

BẰNG C
3
H
6
TRÊN XÚC TÁC Cu/ZSM-5 KHI CÓ MẶT OXI
Lê Thanh Sơn, Đại học Huế
Trần Văn Nhân, ĐH QG Hà nội

I. MỞ ĐẦU
Các chất ô nhiễm chính có trong khí thải công nghiệp và khí thải động cơ
bao gồm CO, hidrocacbon và NO
x
(gồm khoảng 90% NO và NO
2
), trong đó NOx
là một trong những “thủ phạm” chính huỷ hoại môi trường sinh thái và sức khỏe
con người. Vì vậy, nghiên cứu loại bỏ NO
x
nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường
là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong vài thập kỷ qua.
Trong điều kiện khí thải giầu oxi, phương pháp khử chọn lọc xúc tác bằng
hidrocacbon (Hydrocarbon Selective Catalytic Reduction HC-SCR) tỏ ra có
nhiều triển vọng. Những kết quả nghiên cứu trên nhiều hệ xúc tác khác nhau đã
được công bố [6]. Hệ xúc tác Zeolite ZSM-5 trao đổi với ion đồng lần đầu tiên đã
được Iwamoto và cộng sự [2], Held và cộng sự [7] nghiên cứu. Ưu điểm của xúc

II.2. Phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ:
Hỗn hợp NO
x
(NO, NO
2
)/N
2
và hỗn hợp phản ứng (NO, NO
2
, C
3
H
6
, O
2
/N
2
)
được hấp phụ trên xúc tác ở nhiệt độ phòng, sau đó giải hấp phụ trong dòng N
2

theo chương trình nhiệt độ (Temperature Programed Desorption-TPD) với tốc độ
nâng nhiệt độ 10
0
C/phút.
II.3. Phương pháp đo hoạt tính xúc tác:
Phản ứng được tiến hành trong điều kiện TPSR, tốc độ nâng nhiệt độ
10
0
C/phút từ nhiệt độ phòng đến 600

H
6
, NO, NO
2
,
N
2
O,CO và CO
2
sau từng thời gian 3 giây.
Độ chuyển hóa của các chất được tính theo công thức:
100.(%)
0
0
C
CC
X
t


với
0
C và
t
C là nồng độ ban đầu và nông độ tại thời điểm t.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Chúng tôi đã điều chế và thực hiện phản ứng trên 5 mẫu xúc tác Cu/ZSM-
5 với hàm lượng đồng trên mỗi gam H-ZSM-5 lần lượt là 1.10
-4
, 2.10


được trình bày lần lượt trên các hình 1 và 2.
Trong khi sự giải hấp của NO và NO
2
diễn ra gần như đồng thời ở vùng
nhiệt độ khoảng 400
0
C sau khi hấp phụ hỗn hợp NO
x
, thì quá trình giải hấp của
hỗn hợp phản ứng (ngoài NO và NO
2
còn có O
2
và C
3
H
6
) có 2 điểm khác biệt:
thứ nhất là không phát hiện thấy NO
2
trong pha khí và thứ hai là sự giải hấp của
NO xẩy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với trường hợp hấp phụ NO
x
(2 pic giải hấp ở

4

khoảng 200
0

N O
2
N O x
N O

N h iÖ t ® é (
O
C )
Nång ®é (ppm)

Hình 1: Giải hấp trong Nitơ theo chế độ TPD sau khi hấp phụ hỗn hợp phản
ứng/N
2

0 100 200 300 400 500 600
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
NO
2
NO
NOx

2 500
N h iÖt ®é
C u
1
/ZS M -5
T h ê i g ia n (g :p h )
Nång ®é (ppm)
0
2 00
4 00
6 00
8 00
N
2
O
N O
2
C O
C
3
H
6
N O
N O x
C O
2
NhiÖt ®é (
O
C)
Nång ®é NO,NO

x
ở các nhiệt độ phản ứng trên các xúc tác
Cu/ZSM-5

X
NOx
(%)
T(
0
C)
Cu
1
Cu
2
Cu
3
Cu
4
Cu
5

200 5,12 3 0,58 0,78 0,62
250 5,4 3,13 2,65 3,65 16,86
300 7,16 10,12 8,2 9,9 52,95
350 13,24 14,59 29,3 45,23 96,96
363 15,76 22,56 39,33 54,23
99,15
379 22,74 41,31 55,14 72,66 92,55
386 25,19 49,87 62,01 84,02 82,27


50
60
70
80
90
100
110
C u
1
C u
2
C u
3
C u
4
C u
5
X
NOx
(%)
NhiÖt ®é (
0
C )

Hình 4: Sự phụ thuộc của độ chuyển hóa NO
x
vào nhiệt độ trên
các xúc tác Cu/ZSM-5 có hàm lượng đồng khác nhau
0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005
360

) cũng chính là nhiệt độ mà tại đó sự oxi hóa C
3
H
6

đạt cực đại (X=100%). Kết quả này được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2: Độ chuyển hoá của NO
x
và của C
3
H
6
ở nhiệt độ T
max
trên xúc tác
Cu/ZSM-5
Độ chuyển hóa X (%)
Xúc tác T
max
(
0
C)
NO
x
C
3
H
6

Cu


biến giữa hàm lượng đồng, lượng NO
x
hấp phụ hóa học và độ chuyển hoá của
NO
x
.Kết quả này cho thấy khả năng hấp phụ hóa học của NO
x
là một yếu tố làm
tăng độ chuyển hóa của NO
x
.

4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
C u 5
C u 4
C u 3
C u 2
C u 1
X
NOx max
(%)
q
h h
N O x ( p p m )

3
H
6
và O
2
, đồng thời không phát hiện thấy
NO
2
giải hấp trong pha khí.

11

2. Khi tăng hàm lượng đồng từ 10
-4
đến 5.10
-4
mol/g ZSM-5, độ chuyển hoá
của NO
x
tăng. Trong khoảng nhiệt độ từ 300
0
C đến 400
0
C, ứng với mỗi độ
chuyển hoá nhất định thì nhiệt độ chuyển hoá càng thấp nếu hàm lượng đồng trên
xúc tác càng cao.
3. Đã xác định được lượng NOx hấp phụ hoá học và nhận thấy giữa độ
chuyển hoá của NO
x
và lượng NO

x
bởi
hidrocacbon trong khí quyển oxi (HC-SCR). Các kết quả thực hiện phản ứng trên
xúc tác Cu-ZSM5 đã được công bố lần đầu tiên vào năm 1990 [1]. Các tác giả
[2,3] cũng đã tổng kết các kết quả nghiên cứu thu được về phản ứng HC-SCR.
Trong bài này chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu phản ứng khử NO
x
bằng
C
3
H
6
trên xúc tác Cu/ZSM-5 với sự có mặt của oxi.

A STUDY OF THE REDUCTION OF NO
X
BY C
3
H
6
ON THE CATALYST
CU/ZSM-5 IN THE PRESENCE OF OXYGEN
Le Thanh Son, Hue University
Nguyen Viet Nhan, Hanoi National University
SUMMARY
The reduction of NO
x
can be accomplished by using hydrocarbons as
reducing agents, which preferentially react with NO
x