การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อใช้กับเซลเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในเชิงพาณิชย์

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาตัวเร่งปฏิกริริยาประเภทโลหะโนเบลบนตัวรองรับอลูมินาที่ถูก โปรโมทด้วยซีเรียมออกไซด์และเซอร์โคมีเนียมออกไซด์เพื่อนำไปใช้กับปฏิกิริยาการเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทำการศึกษาคุณสมบัติของตัวรองรับที่ได้ ซึ่งปัจจัยที่ต้องการศึกษาคือปริมาณสัดส่วนของซีเรียมออกไซด์ต่อเซอร์โคมีเนียมออกไซด์บนอลูมินาออกไซด์ วิธีการเตรียมตัวรองรับ และชนิดของโลหะที่อมเพรคลงบนตัวรองรับ ตัวเร่งปฏิกิริยาตามสภาวะดังกล่าวจะถูกนำไปทดสอบความว่องไวในการเกิดปฎิกิริยาการเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ จากการทดลองพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการใช้ตัวรองรับเป็นโลหะ-ออกไซด์ผสมที่สัดส่วนอลูมินาร้อยละ60 ซีเรียมออกไซด์ร้อยละ32 เซอร์ดคเนียมออกไซด์ร้อยละ8 สามารถกำจัดก๊า.คาร์บอนมอนอกไซด์ได้สมบูรณ์ที่อุณหภูมิต่ำสุด 170 องศาเซลเซียส สัดส่วนดังกล่าวที่ถูกใช้เป็นสัดส่วนของตัวรองรับ เพื่อใช้ทดสอบวิธีการเตรียมตัวรองรับที่ส่งผลต่อความว่องไวในการเร่งปฏิกิริยา ที่ประกอบด้วย วิธีโซลเจล วิธีโซลเจลขั้นตอนเดียว วิธีตกตะกอนร่วม วิธีอิมเพรคเนชันและวิธีผสมโลหะออกไซด์โดยตรง จากการวิเคราะห์พบว่าวิธีการเตรียมตัวรองรับที่ต่างกันจะให้พื้นที่ผิวจำเพาะที่แตกต่างกัน โดยวิธีโซลเจลขั้นตอนเดียวจะให้พื้นที่ผิวจำเพาะสูงสุด ซึ่งมีค่าประมาณ 195ตารางเมตรต่อกรัม นอกจากนี้สารตัวอย่างจะถูกนำไปวิเคราะห์โครงสร้างและขนาดผลึกด้วยเครื่องเอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรคชัน ในการวิเคราะห์นี้พบว่าวิธีการเตรียมจะส่งผลต่อโครงสร้างของตัวเร่งปฏิกิริยา การเตรียมโดยวิธีโซลเจล โซลเจล-ขั้นตอนเดียวและวิธีตกตะกอนร่วมให้โครงสร้างสารประกอบซีเรียมเซอร์โคเนียมออกไซด์ ส่วนวิธีอืมเพรคเนชันและวิธีผสมสารประกอบออกไซด์ให้โครงสร้างสารประกอบซีเรียมออกไซด์กับเซอร์ดคมีเนียมออกไซด์ โดยวิธีโซลเจลขั้นตอนเดียวให้ขนาดผลึกเล็กสุด ซึ่งมีขนาดเท่ากับ6.3 นาโนเมตร จากนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้ทั้งหมดถูกนำมาทดสอบความว่องไวในการเร่งปฏิกิริยา พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมด้วยวิธีโซลเจล วิธีตกตะกอนร่วม และวิธีอิมเพรคเนชัน ให้ค่าร้อยละการเปลี่ยนแปลงก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ใกล้เคียงกัน โดยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างสมบูรณืที่อุณหภูมิประมาณ 170องศาเซลเซียส ในส่วนการศึกษาชนิดโลหะที่ส่งผลต่อความว่องไวในการเร่งปฏิกิริยากำจัดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งทำการศึกษาโลหะ 3ชนิด ประกอบด้วย รูทิเทียม แพลทินัมและแพลเลเดียม จาการทดลองพบว่า โลหะรูทิเนียม สามารถกำจัดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ได้สมบูรณ์ที่อุณหภูมิต่ำที่สุด คือ 150 องศาเซลเซียส ขณะที่โลหะแพลทินัมและโลหะแพลเลเดียม สามารถกำจัดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ได้สมบูรณืที่อุณหภูมิ 170 องศาเซลเซียส และ 190 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้ถูกนำไปทดสอบความว่องไวในปฎิกิริยาการเลือกเกิดก๊าซก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ออกซิเดชัน พบว่า ตัวเร่งปฎิกิริยาประเภทแพลทินัมบนตัวรองรับซีเรียมออกไซด์และเซอร์โคมีเนียมออกไซด์ เร่งปฎิกิริยาไฮโดรเจนออกซิเดชัน ได้ดีกว่าปฎิกิริยาการเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ จึงทำให้ไม่สามารถกำจัดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ได้หมด และออกซิเจนถูกใช้ไปกับปฏิกิริยาไฮโดรเจนออกซิเดชันจึงทำให้ค่าการเลือกปฎิกิริยาการเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีค่าน้อย