การศึกษาผลกระทบโลหะออกไซด์ชนิดต่าง ๆ ในตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงต่อการเร่งปฏิกิริยาการ กําจัดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ปริมาณต่ําที่ปะปนในเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

Abstract

โลหะออกไซด์ทองแดงได้รับความนิยมในการใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ การใช้ควบคู่กับโลหะออกไซด์อื่นในรูปโลหะออกไซด์ผสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงเป็นการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงออกไซด์ด้วยการใช้ควบคู่กับออกไซด์อื่น ๆ ได้แก่ ซีเรียมออกไซด์ เซอร์โคเนียมออกไซด์ เงินออกไซด์ โคบอลต์ออกไซด์ เหล็กออกไซด์และไททาเนียมไดออกไซดื ใช้วิธีตกตะกอนในการเตรียมโลหะออกไซด์เดี่ยว และใช้วิธีตกตะกอนร่วมในการเตรียมโลหะออกไซด์ผสม ยกเว้นไททาเนียมไดออกไซด์ที่ซื้อจากบริษัท และการเติมคอปเปอร์ออกไซด์ลงบนไททาเนียมไดออกไซด็จะใช้วิธี incipient wetness impregnation กําหนดอัตราส่วนโดยน้ำหนักทองแดงต่อโลหะอื่นเป็น 20 ต่อ 80 โลหะออกไซด์และโลหะออกไซด์ผสมถูกวิเคราะห์คุณสมบัติเฉพาะ ได้แก่ พื้นที่ผิวจําเพาะและขนาดรูพรุนเฉลี่ยด้วย เครื่อง Autosorption 1C โครงสร้างและขนาดผลึกด้วยเครื่อง XRD และการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักด้วยความร้อนด้วยวิธี thermogravimetric analysis (TGA/DTG) ผลการวิเคราะห์ด้วย TGA พบว่าโลหะออกไซด์น้ำหนักคงที่เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 400 องศาเซลเซียส และอยู่ในรูปออกไซด์ ยกเว้นเงินออกไซด์เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 400 องศาเซลเซียส จะเกิดการเปลี่ยนจากออกไซด์เป็นโลหะเงิน ในการทดสอบการดูดซับทางกายภาพ พบว่าไอโซเทอร์มของสารตัวอย่างทั้งหมดอยูในรูปแบบที่ 4 แสดงว่าเป็นวัสดุที่มีรูพรุนขนาดเมโซ ผลการวิเคราะห์ด้วยสมการ BET และ ผล XRD ระบุว่า โลหะออกไซด์ผสมทองแดง ซีเรียม ให้ค่าพื้นที่ผิวจําเพาะสูงที่สุด โดยมีค่าเท่ากับ 114.1 ตารางเมตรต่อกรัม และขนาดผลึกซีเรียมออกไซด์ 6.9 นาโนเมตร โลหะออกไซด์ผสมทุกตัวจะไม่พีคของทองแดงออกไซด์ อาจจะเป็นเพราะทองแดงออกไซด์มีการกระจายตัวอย่างดี การทดสอบการเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนมอนอกไซดืออกซิเดชันพบว่าโคบอลต์ออกไซด์ เงินออกไซด์ และทองแดง ออกไซด์ เร่งปฏิกิริยาได้ดี ส่วนโลหะออกไซด์อื่นเฉื่อยต่อปฏิกิริยา ในส่วนโลหะออกไซด์ผสมพบว่าทองแดง-โคบอลต์, ทองแดง-ซีเรียม และทองแดง-เงิน ให้ค่า T50 อยู่ที่ 98, 100 และ 112 องศาเซลเซียส นั่นคือโลหะออกไซด์ผสมทองแดง-โคบอลต์เร่งปฏิกิริยาได้ดีที่สุด เมื่อก๊าซในสายป้อนมีไฮโดรเจนในปริมาณมากพบว่าโลหะออกไซด์ผสมทองแดง-โคบอลต์ และทองแดง-ซีเรียมให์ผลการทดลองที่ดีที่สุด ในการใช้โลหะออกไซด์ผสมทองแดง-โคบอลตื-ซีเรียมในการเร่งปฏิกิริยาการเลือกเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ออกซิเดชัน พบว่าให้ผลการเร่งปฏิกิริยาที่ดีกว่าการใช้โลหะสองชนิด โดยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เกิดปฏิกิริยาโดยสมบูรณ์ที่อุณหภูมิ 150-170 องศาเซลเซียส ให้ค่าการเลือกเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ออกซิเดชันสูงถึงร้อยละ 84 ที่ 150 องศาเซลเซียสค่าลดลงไปที่ร้อยละ 60 ที่ 170 องศาเซลเซียส การลดลงของค่าการการเลือกเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ออกซิ-เดชันเกิดจากการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรเจนออกซิเดชัน