Nghiên Cứu Hệ Xúc Tác Lanthanum Nickelate Trên Silica Biến Tính Cho Phản Ứng Bi-Reforming Methane

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: Khí nhà kính

1.1. Khí carbon dioxide (CO2)

1.2. Vật liệu silica xốp

1.3. Tổng quan về phản ứng bi-reforming methane

1.4. Cơ chế phản ứng bi-reforming methane

1.5. Nhiệt động lực học của phản ứng bi-reforming methane

1.6. Nguồn nguyên liệu cho phản ứng bi-reforming methane

1.7. Sản phẩm phản ứng bi-reforming methane – khí tổng hợp

1.8. Xúc tác cho quá trình bi-reforming methane

3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

3.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

3.1.1. Hóa chất sử dụng

3.1.2. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm

3.1.3. Ký hiệu và thành phần xúc tác

3.2. Quy trình điều chế xúc tác

3.2.1. Điều chế chất mang silica

3.2.2. Điều chế xúc tác LaNiO3 biến tính Ce

3.2.3. Điều chế xúc tác LaNiO3 biến tính Ce mang trên chất mang silica bằng phương pháp đồng kết tủa

3.3. Nghiên cứu các tính chất lý-hóa của xúc tác

3.3.1. Xác định diện tích bề mặt riêng của xúc tác bằng phương pháp hấp phụ BET

3.3.2. Phương pháp đo nhiễu xạ tia X (XRD)

3.3.3. Nghiên cứu bề mặt xúc tác bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM), tán xạ tia X (EDS mapping)

3.3.4. Phương pháp khử chương trình nhiệt độ H2-TPR

3.3.5. Giải hấp CO2 theo chương trình nhiệt độ CO2-TPD

3.3.6. Quang phổ Raman

3.3.7. Phân tích nhiệt trọng lượng riêng (TGA)

3.4. Khảo sát hoạt tính và độ bền của xúc tác

3.4.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất sử dụng

3.4.2. Sơ đồ hệ thống phản ứng

3.4.3. Điều kiện tiến hành phản ứng

3.4.4. Khảo sát hoạt tính xúc tác

3.4.5. Khảo sát độ bền của xúc tác

3.4.6. Phân tích hỗn hợp các chất phản ứng và công thức tính toán

4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1. Các đặc trưng lý-hóa của xúc tác

4.2. Thành phần pha của xúc tác

4.3. Tính khử của xúc tác

4.4. Tính base của xúc tác

4.5. Hình thái bề mặt của xúc tác

4.6. Kết quả phân tích phổ tán xạ tia X (EDS mapping)

4.7. Diện tích bề mặt riêng của xúc tác

4.8. Ảnh hưởng của hàm lượng Ce đến xúc tác La1-xCexNiO3

4.9. Hoạt tính của xúc tác La0,4Ce0,6NiO3 trên chất mang silica

5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu hệ xúc tác lanthanum nickelate

Nghiên cứu về hệ xúc tác lanthanum nickelate mang trên silica biến tính cho phản ứng bi-reforming methane đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Hệ xúc tác này không chỉ giúp chuyển hóa hiệu quả khí methane và carbon dioxide thành khí tổng hợp mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc phát triển các xúc tác hiệu quả là rất cần thiết để tối ưu hóa quá trình này.

1.1. Định nghĩa và vai trò của xúc tác lanthanum nickelate

Xúc tác lanthanum nickelate là một loại xúc tác perovskite có khả năng hoạt động cao trong các phản ứng chuyển hóa khí. Chúng có khả năng cải thiện hiệu suất phản ứng và giảm thiểu các phản ứng phụ không mong muốn.

1.2. Tại sao chọn silica biến tính làm chất mang

Silica biến tính được chọn làm chất mang do tính chất xốp và khả năng phân tán tốt. Chúng giúp tăng cường hoạt tính xúc tác và ổn định cấu trúc của hệ xúc tác trong quá trình phản ứng.

II. Thách thức trong nghiên cứu phản ứng bi reforming methane

Mặc dù phản ứng bi-reforming methane có nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức lớn. Việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng và cải thiện hoạt tính xúc tác là những vấn đề cần được giải quyết. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ các khí đầu vào đều ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng.

2.1. Vấn đề về hoạt tính xúc tác

Hoạt tính của xúc tác có thể bị ảnh hưởng bởi sự hình thành cốc và sự phân tán không đồng đều của các hạt xúc tác. Điều này dẫn đến việc giảm hiệu suất chuyển hóa khí.

2.2. Khó khăn trong việc kiểm soát nhiệt độ phản ứng

Nhiệt độ phản ứng quá cao có thể dẫn đến sự phân hủy của xúc tác, trong khi nhiệt độ quá thấp lại không đủ để duy trì hoạt tính xúc tác. Việc tìm ra nhiệt độ tối ưu là rất quan trọng.

III. Phương pháp chế tạo hệ xúc tác lanthanum nickelate

Phương pháp chế tạo hệ xúc tác lanthanum nickelate mang trên silica biến tính bao gồm nhiều bước quan trọng. Các phương pháp như đồng kết tủa và sol-gel được sử dụng để tạo ra xúc tác với các đặc tính lý hóa mong muốn.

3.1. Quy trình đồng kết tủa để tạo xúc tác

Quy trình đồng kết tủa cho phép điều chế xúc tác với hàm lượng Ce thay đổi, từ đó tối ưu hóa hoạt tính xúc tác trong phản ứng bi-reforming.

3.2. Ứng dụng phương pháp sol gel trong chế tạo silica

Phương pháp sol-gel giúp tạo ra silica xốp với cấu trúc lỗ xốp lớn, từ đó cải thiện khả năng phân tán của xúc tác lanthanum nickelate.

IV. Đặc tính lý hóa của hệ xúc tác lanthanum nickelate

Đặc tính lý hóa của hệ xúc tác lanthanum nickelate được xác định thông qua nhiều phương pháp phân tích hiện đại như XRD, BET và SEM. Những đặc tính này ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính xúc tác trong phản ứng bi-reforming methane.

4.1. Phân tích cấu trúc tinh thể bằng XRD

Phân tích XRD cho thấy cấu trúc tinh thể của xúc tác lanthanum nickelate và sự ảnh hưởng của hàm lượng Ce đến kích thước tinh thể.

4.2. Đánh giá diện tích bề mặt bằng phương pháp BET

Diện tích bề mặt của xúc tác được xác định bằng phương pháp BET, cho thấy khả năng hấp phụ khí và ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy xúc tác lanthanum nickelate mang trên silica biến tính có hoạt tính cao trong phản ứng bi-reforming methane. Các thông số như tỷ lệ H2/CO và độ chuyển hóa CH4, CO2 đều đạt giá trị tối ưu, mở ra hướng đi mới cho ứng dụng trong sản xuất khí tổng hợp.

5.1. Hiệu suất chuyển hóa khí trong phản ứng

Xúc tác với hàm lượng Ce tối ưu cho thấy độ chuyển hóa CH4 và CO2 lần lượt đạt 97,0% và 96,6% ở nhiệt độ 750 oC.

5.2. Ứng dụng trong sản xuất khí tổng hợp

Hệ xúc tác này có thể được ứng dụng trong sản xuất khí tổng hợp, góp phần vào việc phát triển các công nghệ năng lượng sạch và bền vững.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về hệ xúc tác lanthanum nickelate mang trên silica biến tính cho phản ứng bi-reforming methane đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại những giải pháp hiệu quả hơn cho việc chuyển hóa khí thải thành năng lượng.

6.1. Tương lai của công nghệ xúc tác

Công nghệ xúc tác sẽ tiếp tục phát triển với các nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc và hoạt tính của xúc tác, nhằm tối ưu hóa hiệu suất trong các phản ứng chuyển hóa khí.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện độ bền của xúc tác và giảm thiểu các phản ứng phụ, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và môi trường.

Nghiên Cứu Chế Tạo Hệ Xúc Tác Lanthanum Nickelate Mang Trên Silica Biến Tính Cho Phản Ứng Bi-Reforming Methane