ตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทออกไซด์โลหะผสมสำหรับปฏิกิริยาการกำจัดก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทโลหะผสมออกไซด์ระหว่างซีเรียมกับคอปเปอร์ เพื่อนำไปใช้กับปฏิกิริยาการเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนมอนนอกไซด์ออกซิเดชัน เมื่อตัวเร่งปฏิกิริยาเตรียมด้วยวิธีการตกตะกอนร่วมพารามิเตอร์ที่ศึกษาคือ ปริมาณคอปเปอร์ และซีเรียม ในโลหะผสมออกไซด์ และอัตราการไหลรวมเชิงปริมาตร จากการทดลองพบว่าปริมาณคอปเปอร์ออกไซด์และซีเรียมออกไซด์ในโลหะผสมมีกระทบโดยตรงต่อพื้นที่ผิวจำเพาะ โดยพื้นที่ผิวจำเพาะของสารตัวอย่างที่มีสัดส่วนเชิงโมเลกุลของคอปเปอร์ต่อซีเรียมเป็น 7, 5, 3 และ 1 มีค่าประมาณ 48.16 ตารางเมตรต่อกรัม, 85.92 ตารางเมตรต่อกรัม, 87.15 ตารางเมตรต่อกรัม และ 88.20 ตารางเมตรต่อกรัมตามลำดับ และสารตัวอย่างที่มีสัดส่วนเชิงโมลของซีเรียมคอปเปอร์เป็น 3, 5 และ 7 มีค่าประมาณ 94.28 ตารางเมตรต่อกรัม, 92.49 ตารางเมตรต่อกรัม และ 92.37 ตารางเมตรต่อกรัมตามลำดับ จากนั้นสารตัวอย่างทั้งหมดถูกนำไปวิเคราะห์ขนาดผลึกโลหะออกไซด์ จากการวิเคราะห์พบว่าสารตัวอย่างที่ให้พื้นที่ผิวจำเพาะสูงที่สุด มีขนาดผลึกของซีเรียมออกไซด์ประมาณ 7 นาโนเมตรและขนาดผลึกของคอปเปอร์ออไไซด์ประมาณ 3 นาโนเมตร ในขณะที่สารตัวอย่างทั้งหมดที่ได้ถูกนำไปทดสอบความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ พบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีสัดส่วนเชิงโมลคอปเปอร์ต่อซีเรียมเป้น 1 ต่อ 1 และ 1 ต่อ 3 สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ดีที่สุด จากนั้นนำตัวเร่งปฏิกิริยามาทดสอบที่อัตราการไหลเชิงปริมาตรของก๊าซผสมที่ปริมาณต่างกัน พบว่าที่อัตราการไหลเชิงปริมาตรรวม 60 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อนาที ตัวเร่งปกิกิริยามีความว่องไวในการเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนมอนนอกไซด์ออกซิเดชันได้ดี โดยมีค่าร้อยละการเปลี่ยนแปลงก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์เป็น 100 ที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียส และที่อัตราการไหลเชิงปริมาตรรวมสูงความว่องไวในการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาจะลดลง In this work,we studied the catalytic CO oxidation of mixed oxide of copper and cerium. The objective of this work was to study the activity of this catalyst to CO oxidation reaction. We varied three parameters such as amount of copper and cerium containing in the mixed oxide, the effect of cerium oxide and copper oxide and total gas flow rate. All catalysts were prepared by coprecipitation method. Each catalyst was measured its specific surface area by gas sorption analyzer. The specific surface areas of catalysts depended on amount of copper and cerium containing in the mixed oxides. From the experiments, we found that the mixed oxides of copper oxide and cerium oxide with the molar ration of copper to cerium of 7, 5, 3 and 1 gave the specific surface areas of 48.16 m2/g. 85.92 m2/g, 87.15m2/g, and 88.20 m2/g, respectively while the catalysts containing the molar ratio of cerium to copper of 3, 5 and 7 gave the specific surface areas of 94.28 m2/g, 92.49 m2/g and 92.37 m2g, respectively. We also found that the crystalline size of copper oxide and cerium oxides affected the specific surface area of the catalysts. For a mixed oxide with the molar ratio of cerium to copper of 1 to 7, crystalling size of copper oxide was 21 nm and crystalline size of cerium oxide was smaller than 3 nmand in turn specific surface area of 48.16 m2/g while crystalline size of copper oxide was 3 nm and crystalline size of cerium oxide was 7 nm for the mixed oxide with the molar ratio of cerium to copper of 3 having the highest specific durface area. Then, each catalyst was tested its activity to CO oxidation. We found that the mixed oxides of copper oxide and cerium oxide with molar ration of copper to cerium of 1 to 1 and 1 to 3 showed the best activity to CO oxidation. CO completely converted to CO2 at temperature of 120'C. The activity of each pure oxide was conducted and the results were compared with that of the mixed oxides. The results showed that each pure oxide was not active to CO oxidation. Finally, the effect of total gas flow rate was investigated. The lower the total volumertric gas flow rate, the better the activity of catalysts to the reaction.