I. Quy trình phủ xúc tác phân tán đều
Quy trình phủ xúc tác phân tán đều là một phương pháp quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của các thiết bị chuyển hóa năng lượng, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất hydro. Trong nghiên cứu này, Cu/ZnO catalyst được sử dụng để phủ lên bề mặt thép không gỉ thông qua phương pháp wash-coating. Quy trình này bao gồm việc chuẩn bị slurry từ bột xúc tác, chất phân tán và chất kết dính, sau đó phủ lên bề mặt hoặc các kênh vi mô của bộ vi cải tạo. Phân tán đều của xúc tác là yếu tố then chốt để đảm bảo độ bám dính và hiệu quả của lớp phủ.
1.1. Chuẩn bị slurry
Slurry được chuẩn bị bằng cách trộn bột Cu/ZnO catalyst với chất phân tán và chất kết dính. Polyvinyl alcohol (PVA) được sử dụng như một chất phân tán và chất kết dính hữu cơ để ngăn chặn sự kết tụ của các hạt xúc tác. Quá trình này đảm bảo phân tán đều của xúc tác trong dung dịch, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phủ lên bề mặt thép không gỉ.
1.2. Phương pháp phủ
Phương pháp wash-coating được áp dụng để phủ slurry lên bề mặt thép không gỉ. Quá trình này bao gồm việc nhúng tấm thép vào dung dịch slurry và rút ra với tốc độ kiểm soát. Sau đó, lớp phủ được sấy khô và nung ở nhiệt độ cao để tăng độ bám dính. Phân tán đều của xúc tác trong quá trình phủ là yếu tố quyết định đến chất lượng của lớp phủ.
II. Cải tạo vật liệu và ứng dụng công nghiệp
Cải tạo vật liệu là một bước quan trọng trong quy trình phủ xúc tác, đặc biệt là với thép không gỉ. Việc xử lý bề mặt thép trước khi phủ giúp tăng độ bám dính của lớp xúc tác. Các phương pháp xử lý bao gồm làm sạch bằng acetone, xử lý axit và kiềm. Ứng dụng trong công nghiệp của quy trình này bao gồm sản xuất hydro thông qua micro-channel reactor (MCR), một thiết bị quan trọng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.
2.1. Xử lý bề mặt thép không gỉ
Bề mặt thép không gỉ được xử lý bằng các phương pháp khác nhau để tăng độ bám dính của lớp xúc tác. Các phương pháp bao gồm làm sạch bằng acetone, xử lý axit nitric và hydrogen peroxide, và xử lý kiềm. Kết quả cho thấy, việc xử lý bề mặt giúp giảm tỷ lệ mất trọng lượng (FL) của lớp phủ sau khi thử nghiệm rung siêu âm.
2.2. Ứng dụng trong sản xuất hydro
Micro-channel reactor (MCR) được sử dụng để sản xuất hydro thông qua phản ứng partial oxidation reforming (PO) của butane. Cu/ZnO catalyst được phủ lên các kênh vi mô của bộ vi cải tạo để tăng hiệu suất của phản ứng. Quy trình này có tiềm năng lớn trong việc sản xuất năng lượng sạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
III. Tối ưu hóa quy trình và cải thiện độ bền
Tối ưu hóa quy trình là một bước quan trọng để đảm bảo hiệu quả và độ bền của lớp phủ xúc tác. Các yếu tố như tỷ lệ chất kết dính, nồng độ xúc tác và phương pháp phủ được nghiên cứu để tìm ra điều kiện tối ưu. Cải thiện độ bền của lớp phủ giúp tăng tuổi thọ của thiết bị và giảm chi phí bảo trì.
3.1. Tỷ lệ chất kết dính và xúc tác
Nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ PVA và Cu/ZnO catalyst ảnh hưởng lớn đến độ bám dính của lớp phủ. Tỷ lệ tối ưu được xác định là 5% PVA và 2% Cu/ZnO catalyst, giúp giảm tỷ lệ mất trọng lượng (FL) xuống mức thấp nhất.
3.2. Phương pháp phủ và điều kiện sấy
Phương pháp phủ và điều kiện sấy cũng ảnh hưởng đến chất lượng của lớp phủ. Phương pháp brushing cho kết quả tốt hơn so với phương pháp open-channel injection. Điều kiện sấy ở nhiệt độ 100°C và nung ở 500°C giúp tăng độ bám dính và giảm sự hình thành vết nứt trên lớp phủ.
