I. Giới thiệu
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, việc gia tăng khí thải carbon dioxide (CO2) đang trở thành một vấn đề cấp thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo xúc tác nickel/hydroxyapatite biến tính zirconia và ruthenium cho phản ứng methane hóa CO2. Mục tiêu chính là tìm ra phương pháp hiệu quả để chuyển hóa CO2 thành khí nhiên liệu, cụ thể là CH4, thông qua quá trình methanation. Việc sử dụng nickelhydroxyapatite làm chất mang cho xúc tác không chỉ giúp tăng cường khả năng hấp phụ mà còn cải thiện hoạt tính của xúc tác. Nghiên cứu này được thực hiện với sự kết hợp của nhiều phương pháp phân tích hiện đại nhằm đánh giá các tính chất lý hóa của xúc tác.
II. Phương pháp chế tạo xúc tác
Quá trình chế tạo xúc tác nickel/hydroxyapatite biến tính được thực hiện qua phương pháp tẩm đồng thời với hàm lượng nickel cố định là 10% khối lượng. Các thành phần biến tính như zirconia (ZrO2) và ruthenium (Ru) được thêm vào với tỷ lệ khác nhau, từ đó tạo ra các mẫu xúc tác khác nhau. Các mẫu xúc tác này sẽ được phân tích bằng các phương pháp như XRD, SEM, HRTEM, và EDS để xác định cấu trúc, hình thái và thành phần hóa học. Việc nghiên cứu này nhằm mục đích tìm ra tỷ lệ tối ưu cho các chất biến tính để nâng cao hiệu suất hoạt động của xúc tác trong phản ứng methane hóa.
III. Đánh giá hoạt tính xúc tác
Hoạt tính của các mẫu xúc tác được khảo sát trong điều kiện nhiệt độ từ 250 đến 400 °C và áp suất khí quyển. Kết quả cho thấy, xúc tác 10Ni4ZrHA với hàm lượng ZrO2 4% có diện tích bề mặt riêng là 19,7 m2/g, thể tích lỗ xốp 0,032 cm3/g, và đạt độ chuyển hóa CO2 cao nhất là 92,9% tại 400 °C. Đối với xúc tác biến tính Ru, xúc tác 10Ni0,1RuHA đạt độ chuyển hóa CO2 cao nhất là 98,2% tại 375 °C. Những phát hiện này cho thấy rằng việc bổ sung zirconia và ruthenium có tác động tích cực đến hoạt tính xúc tác, đặc biệt là trong việc cải thiện khả năng chuyển hóa CO2 thành CH4.
IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc chế tạo xúc tác nickel/hydroxyapatite biến tính với zirconia và ruthenium có thể cải thiện đáng kể hoạt tính xúc tác trong quá trình methane hóa CO2. Sự kết hợp giữa các thành phần này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất xúc tác mà còn mở ra hướng đi mới trong việc xử lý khí thải CO2, góp phần vào việc phát triển các công nghệ năng lượng tái tạo. Các kết quả đạt được có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý khí thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và góp phần vào việc phát triển bền vững.
