Tổng Hợp Hệ Xúc Tác Kết Hợp CeO2-Ag để Xử Lý Bồ Hóng Trong Khí ...

• Giới thiệu
  • Chức năng - Nhiệm vụ
• Tin KHCN
• Chính sách
• Hoạt động của tổ chức KHCN
• Công nghiệp 4.0
• Đo lường - NSCL
  • Năng suất chất lượng
  • Đo lường chất lượng
• An toàn thực phẩm
• Công nghệ sinh học
• Văn bản
  • Văn bản, thông báo
  • Công nghiệp Công nghệ cao
  • An toàn thực phẩm
  • Nhiên liệu sinh học
  • Chương trình Năng suất chất lượng
  • Công nghệ sinh học
  • Đo lường chất lượng
  • Văn bản khác
• Bản tin KHCN
• Video

Thứ ba, 26/11/2024 | 12:57

Liên kết Bộ Công Thương Bộ Khoa học và Công nghệ Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng Cục Sở hữu trí tuệ Tập đoàn Điện lực Việt Nam Thứ ba, 26/11/2024 | 12:57

Tin xem nhiều

Nghiên cứu công nghệ và thiết bị chế biến sâu dầu vỏ hạt điều

• Nghiên cứu công nghệ chế biến một số sản phẩm từ quả thanh long ruột đỏ (siro, mứt nhuyễn) phục vụ sản xuất kem, sữa chua
• Thực trạng canh tác dừa tại tỉnh Bến Tre
• Nghiên cứu thành công quy trình công nghệ sản xuất cao chiết và nước giải khát từ Sâm Bố Chính
• Áp dụng các hệ thống, công cụ cải tiến năng suất chất lượng trong doanh nghiệp vừa và nhỏ
• Nghiên cứu chọn tạo giống dừa cho các tỉnh phía Nam
• Nghiên cứu công nghệ sản xuất một số sản phẩm thực phẩm từ hạt sen
• Nghiên cứu công nghệ sản xuất thức ăn công nghiệp cho ốc hương từ nguồn nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 10:25 ngày 16/11/2021

Tổng hợp hệ xúc tác kết hợp CeO2-Ag để xử lý bồ hóng trong khí thải động cơ ô tô

• Anh công bố Chiến lược trung hòa khí thải trước thềm COP26
• Ôtô điện hút khí thải khi chạy
• Doanh nghiệp có thể giảm lượng khí thải cacbon nhờ chuyển lên đám mây AWS

Bồ hóng, sinh ra từ phản ứng đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn trong động cơ, đang dần trở thành một trong những nguồn ô nhiễm lớn ở đô thị khi mật độ ô tô ngày càng gia tăng. Nhiều công trình đã được triển khai nhằm oxy hóa hoàn toàn bồ hóng, trong đó có các nghiên cứu thực hiện trên xúc tác CeO2. Tuy nhiên hoạt tính xúc tác của vật liệu này vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt nhiệt độ oxy hóa bồ hóng vẫn còn cao, chưa thể ứng dụng vào thực tế. Chính vì vậy, gần đây, nhóm nghiên cứu của GS Kwan-Young Lee (Khoa Công nghệ hóa học và Sinh học, Đại học Hàn Quốc) đã đề nghị tổng hợp hệ xúc tác kết hợp CeO2-Ag với lỗ xốp macro nhằm ứng dụng vào phản ứng oxy hóa bồ hóng ở nhiệt độ thấp. Trong nghiên cứu này, GS Lee và các cộng sự không chỉ thành công trong việc giảm nhiệt độ đốt cháy bồ hóng mà còn tìm ra hàm lượng Ag tối ưu cho việc nâng cao hoạt tính xúc tác CeO2.Ô nhiễm bồ hóng và tác hạiTrong suốt một thời gian dài, các quy định về khí thải ô tô trên thế giới liên tục được điều chỉnh theo hướng trở nên nghiêm ngặt hơn nhằm giảm thiểu các tác hại xấu đến môi trường. Theo các nhà khoa học, những loại phương tiện giao thông chạy bằng động cơ diesel luôn cần được kiểm soát chặt chẽ để có thể khống chế các chất ô nhiễm như NOx, CO và muội than trong khí thải [1, 2]. Trong số các chất thải này, bồ hóng (các hạt cacbon với kích thước nhỏ), từ lâu đã được các nhà khoa học nhận định là nguồn ô nhiễm độc hại khó xử lý (hình 1). Loại vật chất này chủ yếu được tạo ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn và cùng với các loại sản phẩm khí đốt khác được thổi đến bộ lọc hạt động cơ diesel (DPF) trong hệ thống thanh lọc. Vì bồ hóng có thể bị xếp chồng lên nhau trong DPF, nó có khả năng gây tắc bộ lọc, từ đó ngăn cản quá trình xử lý các khí độc khác trong hệ thống thanh lọc của động cơ [3].Hình 1. Bồ hóng, sản phẩm từ quá trình đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn.Bên cạnh đó, khi thoát ra môi trường ngoài, bồ hóng có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, đường uống hoặc qua da và mắt. Những hạt độc hại này có thể gây ra các vấn đề về hô hấp, bao gồm hen suyễn, viêm phế quản, bệnh tim mạch và thậm chí là ung thư. Trẻ sơ sinh, người già và những người có vấn đề về hô hấp là những đối tượng bị ảnh hưởng nhiều nhất. Thống kê cho thấy, hàng năm tại Hoa Kỳ có khoảng 20.000 ca tử vong do các bệnh hô hấp mà bồ hóng là thủ phạm của rất nhiều bệnh trong số đó. Hơn nữa, việc tiếp xúc với bồ hóng còn gây ra 300.000 cơn hen suyễn và hai triệu ngày công bị mất hàng năm do các vấn đề về hô hấp.Xử lý bồ hóng bằng xúc tác CeO2Để xử lý, bồ hóng cần được oxy hóa liên tục trong DPF nhằm đảm bảo quá trình xử lý khí thải trong động cơ trở nên an toàn và hiệu quả hơn. Một phương pháp đơn giản để giải quyết vấn đề này là nâng nhiệt độ trong bộ lọc DPF lên đến hơn 600°C, cho phép đốt cháy hoàn toàn bồ hóng. Tuy nhiên, giải pháp này dễ dẫn đến quá trình cháy không kiểm soát của bồ hóng, có thể gây thiệt hại cho lõi lọc DPF. Nhiều nghiên cứu đã được triển khai nhằm tìm ra các loại xúc tác có thể phủ lên bề mặt lõi lọc, giúp thúc đẩy quá trình oxy hóa ở nhiệt độ thấp hơn. Theo đó, các loại xúc tác dựa trên CeO2 (hình 2) được nhận thấy có triển vọng lớn nhờ vào khả năng lưu trữ oxy cao thông qua quá trình chuyển đổi linh hoạt giữa các trạng thái Ce3+ và Ce4+ [4]. Cụ thể, trong quá trình oxy hóa bồ hóng với chất xúc tác CeO2, nhờ sự tồn tại của các lỗ khuyết oxy trên bề mặt xúc tác, phân tử O2 trong môi trường oxy hóa có thể đi vào trong cấu trúc CeO2, được hoạt hóa thành các tiểu phân oxy hóa hoạt tính cao như ion peroxide O- hoặc superoxide O2-. Những tiểu phân này sẽ thoát ra khỏi CeO2 để tương tác trực tiếp với bồ hóng, cho phép oxy hóa bồ hóng ở nhiệt độ thấp, đồng thời, để lại các lỗ khuyết oxy trên bề mặt xúc tác, vốn sẽ tiếp tục được lấp đầy bởi oxy từ khí quyển oxy hóa thông qua quá trình hấp phụ [5].Hình 2. Bột xúc tác CeO2.Thông thường, để có thể nâng cao hoạt tính của một xúc tác dị thể, diện tích tiếp xúc giữa hạt CeO2 và bồ hóng là một trong những yếu tố được quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu trước đây, khi CeO2 được tổng hợp ở kích thước nano, dù đạt diện tích bề mặt riêng lớn, hoạt tính xúc tác của các mẫu này vẫn không được cải thiện. Điều này có thể được giải thích thông qua đường kính hạt bồ hóng, thường lớn hơn 10 nm, vốn không phù hợp với kích thước lỗ xốp micro trên bề mặt CeO2 [6]. Chính vì vậy, thay vì tập trung tăng cường diện tích bề mặt xúc tác, các nghiên cứu cải thiện hoạt tính của CeO2 gần đây hướng đến việc nâng cao khả năng chuyển đổi O2 hấp phụ thành O2- hoặc O-. Với nhận định Ag có khả năng kích hoạt quá trình phân ly O2 ở thể khí và tăng cường sự tiếp nhận oxy vào trong khối xúc tác CeO2, nhóm nghiên cứu của GS Kwan-Young Lee (Khoa Công nghệ Hóa học và Sinh học, Đại học Hàn Quốc) đã đề nghị tổng hợp hệ xúc tác kết hợp CeO2-Ag với lỗ xốp macro nhằm ứng dụng vào phản ứng oxy hóa bồ hóng [7].Tổng hợp xúc tác kết hợp CeO2-AgQuá trình tổng hợp xúc tác CeO2- Ag được Giáo sư Lee và cộng sự tiến hành thông qua phương pháp sol-gel đơn giản. Đầu tiên, 15 ml ethylene glycol và 10 ml methanol được trộn với 21,7 g tiền chất Ce(NO3)3.6H2O rồi được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ. Tiếp theo, một lượng AgNO3 được bổ sung vào hỗn hợp với khối lượng tính toán trước để có thể cố định 0, 2, 5, 10 và 20% khối lượng Ag lên trên CeO2. Sau đó, polymethyl methacrylate (PMMA) được rót vào dung dịch và được khuấy đều trong 4 giờ để thu được một lớp gel nhầy. Cuối cùng, lớp gel này được sấy khô rồi nung ở 550°C trong không khí suốt 5 giờ để loại bỏ chất nền PMMA và thu được bột xúc tác kết hợp CeO2-Ag với cấu trúc lỗ xốp macro. Các mẫu xúc tác này lần lượt được ký hiệu M-CeO2, Ag(X)_M- CeO2, trong đó M đại diện cho đặc tính lỗ xốp macro và X được dùng để chỉ hàm lượng Ag được nạp vào xúc tác.Hình 3. (A) Ảnh kính hiển vi điện tử của mẫu M-CeO2; (B) mẫu Ag(5)_M-CeO2; (C) Ảnh tán sắc năng lượng tia X của mẫu Ag(5)_M- CeO2.Hình 3 trình bày ảnh kính hiển vi điện tử của các mẫu xúc tác M-CeO2 và Ag(5)_M-CeO2. Có thể nhận thấy mẫu M-CeO2 sở hữu nhiều lỗ xốp với kích thước dao động trong khoảng 250-300 nm (hình 3A), phù hợp với đường kính của các hạt polymer PMMA (350-370 nm) khi bị co rút nhẹ. Những lỗ xốp này được cho là có kích thước macro, thích hợp để các hạt bồ hóng có thể đi vào và nhờ vậy, tương tác dễ dàng hơn với CeO2. Khi được nạp Ag vào, hình thái và kích thước lỗ xốp đều không cho thấy có sự thay đổi (hình 3B). Sự hiện diện của Ag được chứng minh thông qua phổ tán sắc năng lượng tia X (hình 3C), thể hiện Ag được phân bố đều trên khắp bề mặt của CeO2.Hình 4 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu xúc tác. Đối với mẫu M-CeO2, tất cả các mũi tín hiệu nhiễu xạ đều tương ứng với pha tinh thể fluorite, đặc trưng cho cấu trúc của CeO2. Khi hàm lượng Ag nạp vào đủ lớn (từ 5% trở lên), bên cạnh tín hiệu của pha CeO2, nhóm nghiên cứu còn quan sát thấy mũi nhiễu xạ đặc trưng của kim loại Ag, chứng tỏ các mẫu xúc tác kết hợp đều chứa đồng thời hai pha tinh thể, CeO2 và kim loại Ag. Hơn nữa, cường độ của mũi tín hiệu này tăng rõ ràng khi đi từ mẫu Ag(5)_M-CeO2 đến mẫu Ag(20)_M- CeO2, cho thấy hàm lượng pha tinh thể của kim loại Ag tăng đồng biến với lượng Ag nạp vào mẫu xúc tác.Hình 4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu xúc tác M-CeO2 và Ag(X)_M-CeO2. Ở giai đoạn nghiên cứu tiếp theo, nhóm nghiên cứu của GS Lee thực hiện thí nghiệm đánh giá hoạt tính xúc tác của các mẫu M-CeO2 và Ag(X)_M-CeO2 thông qua phản ứng oxy hóa bồ hóng trong thiết bị oxy hóa có kiểm soát nhiệt độ. Quá trình oxy hóa được thực hiện lần lượt trong 3 dòng khí quyển He với hàm lượng thể tích O2 khác nhau (20%, 10% và 5%). Dòng khí này được truyền dẫn với tốc độ 100 ml/phút vào hệ phản ứng chứa hỗn hợp 2 mg bồ hóng trộn với 20 mg bột xúc tác. Nhiệt độ phản ứng, được kiểm soát thông qua cặp dò nhiệt đặt gần hỗn hợp bồ hóng và xúc tác, được nâng dần từ nhiệt độ phòng đến 800°C với tốc độ nâng nhiệt 5°C/phút. Hàm lượng CO2 sinh ra trong quá trình phản ứng được đo bằng phổ kế hồng ngoại Nicolet is50. Kết quả ở hình 5 cho thấy, khi sử dụng xúc tác M-CeO2, để có thể đốt cháy hoàn toàn lượng bồ hóng, nhiệt độ lò phải đạt từ 568°C đến 605°C. Nhiệt độ này có khuynh hướng tăng khi lượng O2 trong khí quyển giảm từ 20-5% thể tích. Ngược lại, tất cả các mẫu xúc tác Ag(X)_M-CeO2 đều cho thấy khả năng xử lý hoàn toàn bồ hóng ở nhiệt độ nung thấp hơn đáng kể. Trong đó mẫu Ag(5)_M-CeO2 thể hiện hoạt tính cao nhất khi chỉ cần nhiệt độ khoảng 483-490°C để có thể oxy hóa hoàn toàn bồ hóng trong cả 3 dòng khí quyển O2-He.Rõ ràng, sự hiện diện của Ag đã làm tăng hoạt tính xúc tác của CeO2. Tuy nhiên, lượng Ag càng nhiều không đồng nghĩa với hoạt tính xúc tác càng cao. Để tìm hiểu vấn đề này, GS Lee và các cộng sự đã tiến hành phân tích bề mặt của xúc tác thông qua phổ Raman (hình 6). Mẫu M-CeO2 thể hiện nhiều vùng hấp thu, trong đó những vùng định vị ở 1500 cm-1 và 1135-1126 cm-1 được cho là thuộc về dao động của tiểu phân O2-, còn vùng hấp thu ở 964 cm-1 và 883¬825 cm-1 thuộc về tiểu phân O-. Khi Ag hiện diện trong xúc tác, cường độ các vùng hấp thu này đều có sự tăng cường rõ rệt, chứng tỏ Ag trên bề mặt xúc tác đã thúc đẩy quá trình chuyển hóa O2 hấp phụ thành các tiểu phân oxy hoạt hóa. Đặc biệt, mẫu Ag(5)_M-CeO2 cho thấy những vùng hấp thu tương ứng với tiểu phân O2- có cường độ lớn nhất trong khi đối với mẫu Ag(20)_M-CeO2, những vùng hấp thu với cường độ lớn nhất thuộc về tiểu phân O-. Theo một số nghiên cứu trước đây, O2- được báo cáo có khả năng oxy hóa bồ hóng tốt hơn O- [8]. Điều này cho phép giải thích vì sao mẫu Ag(5)_M-CeO2 cho hoạt tính xúc tác cao nhất, đồng thời cho thấy hàm lượng Ag trong xúc tác có ảnh hưởng hai chiều đến hoạt tính. Lượng Ag quá thấp hoặc quá cao đều không có lợi trong việc tăng cường khả năng oxy hóa bồ hóng của xúc tác CeO2.Hình 6. Phổ Raman của các mẫu xúc tác M-CeO2 và Ag(X)_M-CeO2.Như vậy, những kết quả nghiên cứu của GS Lee và cộng sự không chỉ ý nghĩa trong việc tìm ra giải pháp giúp oxy hóa bồ hóng hiệu quả ở nhiệt độ thấp mà còn góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng của hàm lượng Ag đến hoạt tính của xúc tác CeO2?TÀI LIỆU THAM KHẢO[1]Y.-K. Hong, D.-W. Lee, Y.-C. Ko, L. Yinghua, H.-S. Han, K.-Y. Lee (2010), “Passive NOx reduction with CO using Pd/TiO2/Al2O3 + WGSR catalysts under simulated post-Euro IV diesel exhaust conditions”, Catal. Lett., 136, pp.106-115.[2]J.-H. Park, H. Noh, T.-S. Chang, C.-H. Shin (2018), “Low-temperature CO oxidation of Pt/Al0.1Ce0.9Ox catalysts: effects of supports prepared with different precipitants”, Korean J. Chem. Eng., 35, pp. 645653.[3]B.M.V. Twigg, P.R. Phillips (2009), “Cleaning the air we breathe - controlling diesel particulate emissions from passenger cars”, Platinum Metals Rev., 53, pp.27-34.[4]M. Machida, Y. Murata, K. Kishikawa, D. Zhang, K. Ikeue (2008), “On the reasons for high activity of CeO2 catalyst for soot oxidation”, Chem. Mater., 20, pp.4489-4494.[5]A. Bueno-López, K. Krishna, M. Makkee, J.A. Moulijn (2005), “Active oxygen from CeO2 and its role in catalyzed soot oxidation”, Catal. Lett., 99, pp.203-205.[6]S. Liu, X. Wu, D. Weng, M. Li, R. Ran (2015), “Roles of acid sites on Pt/H-ZSM5 catalyst in catalytic oxidation of diesel soot”, ACS Catal., 5, pp.909-919.[7]J.H. Lee, S.H. Lee, J.W. Choung, C.H. Kim, K.-Y. Lee (2019), “Ag-incorporated macroporous CeO2 catalysts for soot oxidation: Effects of Ag amount on the generation of active oxygen species”, Appl. Catal. B., 246, pp.356¬366.[8]H. Wang, S. Liu, Z. Zhao, X. Zou, M. Liu, W. Liu, X. Wu, D. Weng (2017), “Activation and deactivation of Ag/CeO2 during soot oxidation: inflences of interfacial ceria reduction”, Catal. Sci. Technol., 7, pp.2129-2139.Theo https://vjst.vn/ Tag:

• khí thải động cơ ô tô

• 
• 

CÁC TIN KHÁC

• Làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị đo xa sử dụng laser bơm bằng laser bán dẫn
• Đánh giá hiện trạng và đề xuất cơ chế, chính sách phát triển điện mặt trời mái nhà nối lưới ở Việt Nam
• Vật liệu polyme nanocompozit sử dụng hạt oxit nhôm ứng dụng sản xuất vỏ cáp điện lực cao cấp
• Nghiên cứu công nghệ sản xuất Siro và Mứt nhuyễn từ quả Thanh Long ruột đỏ: Tiềm năng và hứa hẹn
• Nghiên cứu sản xuất sản phẩm trà tan từ lá vối và nụ vối

• 
• 

Tin mới

• 1 UNETI - FOXCONN: Phối hợp đào tạo, triển khai thực hành thực tập cho sinh viên
• 2 UNETI ký kết hợp tác đào tạo cùng Học viện Tài chính
• 3 Hội thảo khoa học cấp quốc gia về đổi mới sáng tạo
• 4 Trường Đại học Sao Đỏ mở rộng hợp tác trong đào tạo, hướng nghiệp
• 5 Bốn nhiệm vụ trọng tâm cho khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo
• 6 Khu Công nghệ cao Hòa Lạc ưu tiên các dự án công nghệ mới

VĂN BẢN ĐIỀU HÀNH

• Góp ý đối với dự thảo quy hoạch phát triển, ứng dụng năng lượng nguyên tử thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050
• Đề nghị góp ý hồ sơ Đề nghị xây dựng Luật Khoa học và Công nghệ (sửa đổi)
• Góp ý Dự thảo Nghị định sửa đổi, bổ sung Nghị định số 95/2014/NĐ-CP quy định về đầu tư và cơ chế tài chính đối với hoạt động Khoa học và công nghệ.

• 
• 

TÀI LIỆU HỖ TRỢ

• Tài liệu truyền thông
• Tài liệu đào tạo
• Tài liệu khác

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

• • Tin KHCN
  • Chính sách
• • Công nghiệp 4.0
  • Năng suất chất lượng
• • Đo lường - NSCL
  • An toàn thực phẩm
• • Văn bản
  • Bản tin KHCN
• • Video
  • Liên hệ
• • Tài liệu

• Trang chủ
• Sơ đồ
• Quy chế
• Liên hệ

Tổng số lượt truy cập :

• 3
• 4
• 4
• 4
• 1
• 8
• 0
• 5

Bản quyền thuộc Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ Công ThươngĐịa chỉ: 54 Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm, Hà Nội, Việt NamĐiện thoại: 84-24-2.2202.438Cơ quan chủ quản: Bộ Công ThươngChịu trách nhiệm nội dung: Vụ Khoa học và Công nghệGiấy phép hoạt động số 178/GP-TTĐT của Bộ Thông tin và Truyền thông cấp ngày 27 tháng 12 năm 2022Ghi rõ nguồn: https://khcncongthuong.vn/ khi sử dụng thông tin từ website này.