I. Giới thiệu về hệ xúc tác lanthanum nickelate
Hệ xúc tác lanthanum nickelate (LaNiO3) đã thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực xúc tác hóa học nhờ vào khả năng hoạt động cao trong nhiều phản ứng hóa học. Việc chế tạo và tối ưu hóa hệ xúc tác này trên nền tảng silica đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới. Silica là một chất mang phổ biến trong ngành công nghiệp hóa học vì tính ổn định và khả năng phân tán tốt. Qua các nghiên cứu, việc kết hợp lanthanum nickelate với silica cho thấy sự cải thiện đáng kể về hoạt tính xúc tác, đặc biệt trong phản ứng bireforming methane. Sự kết hợp này không chỉ giúp tăng cường tính chất xúc tác mà còn cải thiện độ bền và khả năng chịu nhiệt của xúc tác. Theo nghiên cứu, các xúc tác này có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao, từ 550 đến 750 độ C, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp.
1.1. Tính chất và ứng dụng của lanthanum nickelate
Xúc tác lanthanum nickelate có cấu trúc perovskite, cho phép nó có khả năng hấp thụ và chuyển hóa các khí như methane và carbon dioxide. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh hàm lượng cerium trong cấu trúc La(1-x)CexNiO3 có thể cải thiện đáng kể hoạt tính xúc tác. Cụ thể, xúc tác với tỷ lệ cerium tối ưu (x = 0,4) cho thấy khả năng chuyển hóa CH4 và CO2 đạt lần lượt 97,0% và 96,6% ở 750 độ C. Điều này chứng tỏ rằng việc tối ưu hóa các thành phần trong xúc tác là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao trong phản ứng hóa học.
II. Phương pháp chế tạo và đặc tính của xúc tác
Quá trình chế tạo xúc tác lanthanum nickelate mang trên silica được thực hiện thông qua phương pháp đồng kết tủa. Các mẫu xúc tác được tổng hợp với các tỷ lệ khác nhau của La(1-x)CexNiO3 và silica. Sự ảnh hưởng của hàm lượng cerium và chất mang silica đến tính chất và hoạt tính của xúc tác đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Kết quả phân tích bằng các phương pháp hiện đại như XRD, BET, SEM và TEM cho thấy các xúc tác này có cấu trúc nano với kích thước từ 13 đến 24 nm. Việc thay thế một phần La bằng Ce không chỉ cải thiện hoạt tính mà còn giúp tăng cường khả năng kích hoạt CH4 và CO2 trong phản ứng bireforming.
2.1. Phân tích đặc tính lý hóa của xúc tác
Các phương pháp phân tích như XRD và BET cho thấy rằng xúc tác La0,4Ce0,6NiO3 mang trên silica không làm phá hủy cấu trúc lỗ xốp của silica, mà còn cải thiện sự phân tán của xúc tác. Điều này giúp tạo ra các lỗ mao quản lớn hơn, từ đó tăng cường hoạt tính và độ bền của xúc tác. Kết quả khảo sát cho thấy xúc tác với tỷ lệ 1:1 giữa La0,4Ce0,6NiO3 và silica có hoạt tính cao nhất, với độ chuyển hóa CH4 và CO2 lần lượt đạt 91,0% và 99,2% ở nhiệt độ 750 độ C. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa tỷ lệ giữa xúc tác và chất mang là yếu tố quyết định đến hiệu suất của hệ xúc tác trong các phản ứng hóa học.
III. Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng bireforming methane
Nghiên cứu hoạt tính của các xúc tác đã được thực hiện trong phản ứng bireforming methane với tỷ lệ dòng nhập liệu CH4/CO2/H2O là 3/1,2/2,4. Các kết quả cho thấy xúc tác La0,4Ce0,6NiO3/SiO2 có khả năng chuyển hóa cao, đạt được độ chuyển hóa tối ưu ở nhiệt độ 750 độ C. Phản ứng này không chỉ tạo ra khí tổng hợp có giá trị mà còn giúp giảm thiểu khí thải nhà kính. Sự kết hợp giữa CH4 và CO2 trong phản ứng này cho phép tối ưu hóa tỷ lệ sản phẩm, từ đó tạo ra các sản phẩm có giá trị cao như metanol và amoniac. Điều này cho thấy rằng nghiên cứu về hệ xúc tác này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ sản xuất năng lượng sạch.
3.1. Đánh giá độ bền hoạt tính của xúc tác
Khảo sát độ bền hoạt tính của xúc tác tối ưu cho thấy rằng silica không chỉ giúp tăng cường độ ổn định mà còn giảm thiểu đáng kể lượng cốc hình thành trong quá trình phản ứng. Các kết quả phân tích cho thấy xúc tác vẫn duy trì được cấu trúc và hoạt tính sau thời gian dài hoạt động. Điều này chứng tỏ rằng hệ xúc tác lanthanum nickelate mang trên silica không chỉ có hiệu suất cao mà còn bền vững trong điều kiện hoạt động thực tế. Việc nghiên cứu và phát triển các hệ xúc tác như vậy có thể mở ra hướng đi mới cho các công nghệ sản xuất năng lượng sạch và hiệu quả hơn trong tương lai.
