Tổng hợp oxit CuO, CeO2 và oxit hỗn hợp CuO-CeO2 bằng phương pháp tẩm và khảo sát khả năng xúc tác của chúng cho phản ứng oxi hóa phenol

153

TỔNG HỢP OXIT CuO, CeO2 VÀ OXIT HỖN HỢP CuO-CeO2 BẰNG

PHƯƠNG PHÁP TẨM VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XÚC TÁC CỦA

CHÚNG CHO PHẢN ỨNG OXI HÓA PHENOL

Hoàng Thị Hương Huế

*

, Nguyễn Đình Bảng

Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Đến Tòa soạn 29-7-2011

Abstract

CuO, CeO2 oxide were prepared by combustion method and CuO-CeO2 mixed oxide was prepared by

impregnation method. The characteristics of CuO-CeO2 mixed oxide were examined by means of X-ray diffraction

(XRD), H2- temperature- programmed reduction (H2-TPR). H2-TPR results indicated that there are two CuO species

in the mixed oxide: the Cu2+ is mostly exist in the finely dispersed CuO species on the surface of CeO2 and the left in

CuxCe1-xO2-δ solid solution. The calculating results from Powder Cell 2.4 software showed that, when CuO-CeO2

mixed oxide was formed, the cell parameter values of CeO2 was smaller than that of pure CeO2, indicating that some

CuO entered the CeO2 lattice. The catalytic activity of CuO, CeO2 and CuO-CeO2 mixed oxide for the phenol

oxidation at low temperature (70-80oC) have been investigated. The results show that the activities of the surface￾dispersed copper species are greatly enhanced due to the presence of ceria, whether it was used as s support. The

activities decrease in the order CuO-CeO2 > CuO > CeO2.

Keywords: CuO-CeO2, phenol, impregnation, catalyst.

1. MỞ ĐẦU

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) được

sinh ra từ nhiều quá trình sản xuất khác nhau là một

trong các chất chính gây ô nhiễm không khí và có

hại cho sức khỏe con người. Để làm giảm hàm

lượng của các chất này, người ta đã sử dụng một số

phương pháp như hấp phụ, oxi hóa nhiệt và oxi hóa

có xúc tác. Trong đó, sự oxi hóa có xúc tác được coi

là phương pháp đầy triển vọng để làm giảm đáng kể

hàm lượng của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

trong môi trường. Hơn nữa, phương pháp này oxi

hóa khá triệt để tránh được sự hình thành các sản

phẩm phụ không mong muốn như NOx và đòi hỏi

nhiệt độ tiến hành phản ứng thấp hơn nhiều so với

phương pháp oxi hóa nhiệt nên nó tiết kiệm được

năng lượng. Sự oxi hóa có xúc tác thường sử dụng

các hệ xúc tác trên cơ sở các kim loại quí, tuy nhiên

giá thành của các chất xúc tác này tương đối cao và

kém bền khi có mặt của các hợp chất chứa clo. Vì

vậy, việc tìm ra các chất xúc tác trên cơ sở các kim

loại có giá thành thấp nhưng có hoạt tính xúc tác cao

đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa

học [1]. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các oxit

của kim loại (Fe, Cr, Cu, Mn, Co) rẻ tiền hơn và có

thể dùng làm xúc tác thay thế các kim loại quí trong

phản ứng oxi hóa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

[2].

Khi nghiên cứu về CeO2 và CeO2 được pha tạp,

nhiều công trình đã chỉ ra rằng sự kết tụ của CeO2 và

các xúc tác có chứa CeO2 sau một thời gian làm việc

(đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao) giảm đáng

kể khi CeO2 được pha tạp. Các tác giả đều cho rằng,

sự kết tụ giảm là do độ bền nhiệt của CeO2 tăng lên

khi nó được pha tạp. Hơn nữa, việc đưa thêm các

cation kim loại khác vào CeO2 làm tăng số lượng lỗ

trống oxi của CeO2, do đó làm tăng khả năng tích

lũy oxi của nó, dẫn đến làm tăng hoạt tính xúc tác

của CeO2 và các vật liệu chứa CeO2 [3, 4].

Trong những năm gần đây, oxit hỗn hợp CuO￾CeO2 được coi là chất xúc tác rất hiệu quả cho các

phản ứng oxi hóa, hoạt tính của nó có thể so sánh

với các chất xúc tác trên cơ sở các kim loại quí. Nó

có khả năng xúc tác cho một số phản ứng oxi hóa

ngay nhiệt độ thấp và hoạt tính xúc tác của oxit hỗn

hợp này cao hơn nhiều so với CuO hoặc CeO2 riêng

rẽ. Nếu thay CuO trong oxit hỗn hợp bằng các oxit

khác như coban oxit, mangan oxit… thì hoạt tính

xúc tác giảm đi nhiều. Trong oxit hỗn hợp này, các

tiểu phân CuO phân tán đều trên bề mặt CeO2 và

đóng vai trò là chất xúc tác chính, còn CeO2 là chất

mang và là chất điều tiết oxi [5, 6].

Oxit hỗn hợp CuO–CeO2 được tổng hợp bằng rất

nhiều phương pháp như: sol-gel, đồng kết tủa, cháy

ure, tẩm, vi nhũ tương.... Trong bài báo này chúng

tôi tổng hợp oxit hỗn hợp này bằng phương pháp

tẩm.

TẠP CHÍ HÓA HỌC T. 50(2) 153-156 THÁNG 4 NĂM 2012