การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาประเภท Pt/Ceo2/AI2O3 และศึกษากลไกการเกิดปฎิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาคาร์บอนมอนอกไซด์ออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิต่ำ

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทแพลทินัมบนตัวรองรับอลูมินาต่อปฏิกิริยาคาร์บอนมอนนอกไซด์ออกซิเดชัน โดยการเติมสารโปรโมทที่มีคุณสมบัติในการกักเก็บออกซิเจน เมื่อใช้วิธีการโซล เจล ตัวรองรับประเภทอลูมินา ซีเรียมออกไซด์อลูมินา และเหล็ก ออกไซด์อลูมินา ที่เตรียมได้ถูกนำไปวิเคราะห์หาพื้นที่ผิวจำเพาะ และเปรียบเทียบผลการทดลองที่ได้กับอลูมินาที่ได้รับจากบริษัท พบว่าวิธีการโซล เจลให้พื้นที่ผิวจำเจเพาะสูงกว่าวิธีอื่นประมาณร้อยละ 50 และ เมื่อมีการเติมสารโปรโมทร้อยละ 5 ลงไปนอนบนอลูมินา ทำให้พื้นที่ผิวจำเพาะลดลง ประมาณร้อยละ 7 จากนั้นตัวรองรับทุกตัวถูกเติมด้วยแพลทินัมร้อยละ 5 โดยน้ำหนัก และนำไปทดสอบความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาการเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ตัวรองรับทุกตัวที่ไม่มีการเติมแพลทินัมเป็นสารที่เฉื่อยต่อปฏิกิริยา แต่เมื่อมีการเติมแพลทินัมลงไปส่งผลให้สารตัวอย่างมีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยา โดยในกรณีที่ไม่มีสารโปรโมท ตัวเร่งปฏิกิริยาคือ 5%Pt/AI2O3 อลูมินาที่ได้จากบริษัท และที่เตรียมเองโดยวิธีโซล เจล ให้ผลการเร่งปฏิกิริยาใกล้เคียงกัน เมื่อมีการเติมซีเรียออกไซด์ร้อยละ 5 ลงบนอลูมินา โดยวิธีโซล เจล ตัวเร่งปฏิกิริยา คือ 5%Pt/5%Ceo2/AI2O3 ประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นมากดังนี้ อุณหภูมิที่ทำให้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีปริมาณลดลงในปริมาณร้อยละ 50 ของปริมาณเริ่มต้น (T1/2) มีค่าประมาณ 145 องศาเซลเซียส ในขณะที่อุณหภูมิที่ทำให้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีปริมาณลดลงในปริมาณร้อยละ 50 ของปริมาณเริ่มต้น (T1/2) มีค่าประมาณ 170 องศาเซลเซียสสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยา 5%Pt/AI2O3 เมื่อใช้วิธีอิมเพรคเนชันในการเตรียมตัวเร่งปฏิกริยา 5%Pt/5%Ceo2/AI2O3 พบว่าความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาใกล้เคียงกับของ 5%Pt/AI2O3 จากนั้นได้ทดสอบความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาดารเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการเติมเหล็กออกไซด์ คือ %Pt/5%Ceo2/AI2O3 โดยที่เหล็กออกไซด์มีคุณสมบัติเดียวกับซีเรียมออกไซด์ พบว่าอุณหภูมิที่ทำให้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีปริมาณลดลงในปริมาณร้อยละ 50 ของปริมาณเริ่มต้น (T1/2) มีค่าประมาณ 160 องศาเซลเซียส กลไกการเกิดปฏิกิริยาเมื่อมีการเติมสารโปรโมท น่าจะมาจากออกซิเจนอะตอมภายในโครงร่างซีเรียมออกไซด์เกิดปฏิกิริยากับโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ที่ดูดซับบนแพลทินัมในตำแหน่งที่ติดกับซีเรียมออกไซด์ ส่งผลให้เลขออกซิเดชันของซีเรียมเปลี่ยนแปลง In this research, platinum over promoted alumina was investigated its activity to CO oxidation. The supports were prepared by sol gel method and platinum was impregnated into the supports by incipient wetness impregnation method. All supports were characterized their specific surface area by Auto sorption -1 Instrument and catalysts were measured platinum crystalline size by XRD instrument. The results were showed that the sol gel method offers high specific surface area of metal oxide. The addition of cerium oxide in the alumina decreased the specific surface area of final oxide approximately 5% and the additional of iron oxide into alumina support decreased the specific surface area approximately 8%. Pt was well dispersed in the supports for all catalysts. Then, the obtained catalysts were tested their activity to CO oxidation. The result showed that the activities of 5%Pt/Al2O3 catalysts were the same for the one with commercial alumina support and the one with sol gel alumina support. This meant that specific surface area is not dominant parameter to increase the activity of this catalyst to CO oxidation reaction. Then, 5%CeO2/Al2O3 was used as a support. The result showed that T1/2 of the 5%Pt/5%Ceo2/AI2O3 was 145 ̊C and T1/2 of the 5%Pt/5%Fe2O3/Al2O3 was 160 ̊C while T1/2 of the 5%Pt/Al2O3 was 170 ̊C. Interestingly, the addition of small amount of promoters such as cerium oxide and iron oxide enhanced the performance of Pt/Al2O3. The oxygen concentration affect to the rate of reaction for platinum over alumina catalysts. The higher the oxygen concentration, the higher the rate of reaction is. However for promoted catalyst, the oxygen concentration does not affect to the rate of reaction when the oxygen is excess. The mechanism of the improvement of catalyst when it is promoted with oxygen storage compound was that the changing of oxidation state of the compounds due to the transferring of oxygen in the lattice.