Nghiên cứu vật liệu nano CeO2 và Fe2O3 cho xúc tác phản ứng ô xi hóa CO

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.2. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

1.2.1. Không khí và đặc tính của nó

1.2.2. Vai trò của không khí

1.2.3. Ô nhiễm không khí

1.2.4. Nguồn gây ô nhiễm không khí

1.2.5. Thực trạng ô nhiễm không khí trên thế giới

1.2.6. Thực trạng ô nhiễm không khí trong nước

1.3. TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO

1.3.1. Đặc điểm lý hóa của khí cacbon monoxit

1.3.2. Ảnh hưởng của khí CO đến môi trường và sức khỏe con người

1.3.3. Nguồn gốc của khí CO

1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU XỬ LÝ KHÍ CO

1.5. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU

1.5.1. Phương pháp đồng tạo phức

1.5.2. Phương pháp đồng kết tủa

1.5.3. Phương pháp thủy nhiệt

1.5.4. Phương pháp sol-gel

1.5.5. Phương pháp tổng hợp đốt cháy gel

1.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

1.7. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU

1.8. TỔNG HỢP VẬT LIỆU

1.9. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU

1.9.1. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA)

1.9.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

1.9.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử

1.9.4. Phương pháp đo điện tích bề mặt riêng

1.9.5. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)

1.9.6. Phương pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác

2. CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU HỆ NANO OXIT CeO2-Fe2O3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY GEL VỚI CHẤT TẠO GEL AXIT TARTARIC

2.1.1. Lựa chọn nhiệt độ nung

2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol kim loại

2.1.3. Xác định hình thái học và diện tích bề mặt của CeO2-Fe2O3

2.2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CO

2.2.1. Nghiên cứu khả năng xử lý CO của Ôxít hỗn hợp xêri sắt CF11

2.2.2. Nghiên cứu khả năng xử lý CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt với các các tỷ lệ mol kim loại khác nhau

3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu nano CeO2 và Fe2O3

Vật liệu nano CeO2 và Fe2O3 đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xúc tác, đặc biệt là trong phản ứng ô xi hóa CO. CeO2 là một oxit kim loại có khả năng điều tiết oxy tốt, trong khi Fe2O3 được biết đến với tính chất xúc tác mạnh mẽ. Sự kết hợp giữa hai loại vật liệu này tạo ra một hệ xúc tác hiệu quả cho phản ứng ô xi hóa khí cacbon monoxit (CO). Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng vật liệu nano không chỉ cải thiện hiệu suất xúc tác mà còn giảm thiểu nhiệt độ hoạt động cần thiết cho phản ứng. Theo một nghiên cứu gần đây, hệ xúc tác CeO2-Fe2O3 có thể đạt được hiệu suất chuyển hóa CO lên đến 100% ở nhiệt độ thấp hơn so với các hệ xúc tác truyền thống. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các công nghệ xử lý khí thải hiệu quả hơn.

1.1. Tính chất xúc tác của CeO2 và Fe2O3

Tính chất xúc tác của CeO2 và Fe2O3 được xác định bởi cấu trúc tinh thể và khả năng tương tác với các phân tử khí. CeO2 có khả năng chuyển đổi giữa các trạng thái oxy hóa Ce4+ và Ce3+, điều này giúp tăng cường khả năng hấp thụ và giải phóng oxy trong quá trình xúc tác. Fe2O3, với cấu trúc tinh thể ổn định, cung cấp một bề mặt xúc tác lớn, cho phép phản ứng diễn ra nhanh chóng. Nghiên cứu cho thấy rằng sự kết hợp giữa hai oxit này không chỉ tạo ra một hệ xúc tác mạnh mẽ mà còn giúp cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của xúc tác trong các ứng dụng thực tiễn.

II. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Phương pháp tổng hợp vật liệu nano CeO2 và Fe2O3 có vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất và hiệu suất xúc tác của chúng. Các phương pháp như đồng tạo phức, đồng kết tủa, và phương pháp sol-gel đã được áp dụng để tạo ra các hạt nano với kích thước và hình thái mong muốn. Trong đó, phương pháp sol-gel được ưa chuộng nhờ khả năng kiểm soát tốt kích thước hạt và tính đồng nhất của vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số như nhiệt độ nung và tỷ lệ mol giữa CeO2 và Fe2O3 có thể ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính xúc tác. Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc nung ở nhiệt độ 650°C cho ra sản phẩm có hoạt tính xúc tác cao nhất, với khả năng chuyển hóa CO đạt 95%.

III. Nghiên cứu khả năng xử lý CO

Khả năng xử lý CO của hệ xúc tác CeO2-Fe2O3 đã được nghiên cứu thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Kết quả cho thấy rằng hệ xúc tác này có thể xử lý hiệu quả khí CO ở nhiệt độ thấp, điều này rất quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm không khí. Các thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ mol giữa CeO2 và Fe2O3 có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chuyển hóa CO. Cụ thể, tỷ lệ 1:1 giữa hai oxit này cho kết quả tốt nhất, với hiệu suất chuyển hóa CO đạt 100% ở nhiệt độ 200°C. Điều này chứng tỏ rằng việc tối ưu hóa tỷ lệ mol là yếu tố quyết định trong việc phát triển các hệ xúc tác hiệu quả cho phản ứng ô xi hóa CO.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu nano trong xử lý khí thải

Vật liệu nano CeO2 và Fe2O3 không chỉ có tiềm năng trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc xử lý khí thải. Với khả năng xúc tác mạnh mẽ, hệ xúc tác này có thể được áp dụng trong các hệ thống xử lý khí thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm không khí. Việc sử dụng các vật liệu nano trong công nghệ xúc tác không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý mà còn giảm thiểu chi phí năng lượng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng hệ xúc tác CeO2-Fe2O3 trong các nhà máy công nghiệp có thể giảm lượng khí CO thải ra môi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường sống.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano CeO2 và Fe2O3 với hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí CO