Thu hồi Ni trong xúc tác thải để tổng hợp xúc tác xử lý môi trường: Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện tiền xử lý và ảnh hưởng của hàm lượng Ni trong xúc tác Ni/γ-Al2O3 đến khả năng xử lý CO
Tóm tắt
Xúc tác thải từ các nhà máy đạm có chứa nhiều kim loại như Ni, Co, Cr… nên được xếp vào nhóm chất thải nguy hại. Việc nghiên cứu thu hồi Ni để tổng hợp các vật liệu xúc tác xử lý môi trường như xử lý khí thải có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và môi trường. Trong bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu hoạt tính của hệ xúc tác Ni/γ-Al2O3 ứng dụng trong xử lý CO. Ảnh hưởng của các thông số về điều kiện tổng hợp cũng như hàm lượng Ni trong xúc tác đến tính chất và hoạt tính xúc tác đã được nghiên cứu.
Phản ứng xử lý CO theo phương pháp oxy hóa hoàn toànđược tiến hành ở áp suất thường với lưu lượng thể tích là 110.000 giờ-1 và hàm lượng CO 1%. Các mẫu xúc tác được đánh giá qua phản ứng chuyển hóa CO thành CO2 sử dụng mô hình khảo sát light-off CO (theo dõi độ chuyển hóa CO theo chương trình nhiệt độ). Kết quả phân tích EDX và hấp phụ N2 cho thấy phương pháp tổng hợp cho hiệu quả tốt trong việc kết tủa định hướng pha hoạt tính trên chất mang.
Việc tiền xử lý nhiệt xúc tác trong môi trường khử giúp xúc tác có hoạt tính cao hơn so với khi được tiền xử lý trong điều kiện oxy hóa hoặc oxy hóa rồi khử. Pha Ni có hoạt tính chuyển hóa CO tốt nhất là Ni°. Các xúc tác được tiền xử lý khử đều cho độ bền hoạt tính tốt; không có sự khác biệt vềhoạt tính xử lý CO sau 4 lần khảo sát light-off CO liên tiếp. Khi tăng hàm lượng Ni từ 5 - 20% sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý CO. Tuy nhiên, khi hàm lượng Ni quá cao lại làm giảm mạnh diện tích bề mặt của xúc tác và không có lợi cho phản ứng. Trong điều kiện lưu lượng thể tích rất cao (110.000 giờ-1) thì việc oxy hóa hoàn toàn CO trong hỗn hợp 1%CO/20%O2/N2 có thể thực hiện được ở nhiệt độ dưới 270°C trên xúc tác 20%Ni/γ-Al2O3.
Xúc tác thải từ các nhà máy đạm có chứa nhiều kim loại như Ni, Co, Cr… nên được xếp vào nhóm chất thải nguy hại. Việc nghiên cứu thu hồi Ni để tổng hợp các vật liệu xúc tác xử lý môi trường như xử lý khí thải có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và môi trường. Trong bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu hoạt tính của hệ xúc tác Ni/γ-Al2O3 ứng dụng trong xử lý CO. Ảnh hưởng của các thông số về điều kiện tổng hợp cũng như hàm lượng Ni trong xúc tác đến tính chất và hoạt tính xúc tác đã được nghiên cứu.
Phản ứng xử lý CO theo phương pháp oxy hóa hoàn toànđược tiến hành ở áp suất thường với lưu lượng thể tích là 110.000 giờ-1 và hàm lượng CO 1%. Các mẫu xúc tác được đánh giá qua phản ứng chuyển hóa CO thành CO2 sử dụng mô hình khảo sát light-off CO (theo dõi độ chuyển hóa CO theo chương trình nhiệt độ). Kết quả phân tích EDX và hấp phụ N2 cho thấy phương pháp tổng hợp cho hiệu quả tốt trong việc kết tủa định hướng pha hoạt tính trên chất mang.
Việc tiền xử lý nhiệt xúc tác trong môi trường khử giúp xúc tác có hoạt tính cao hơn so với khi được tiền xử lý trong điều kiện oxy hóa hoặc oxy hóa rồi khử. Pha Ni có hoạt tính chuyển hóa CO tốt nhất là Ni°. Các xúc tác được tiền xử lý khử đều cho độ bền hoạt tính tốt; không có sự khác biệt vềhoạt tính xử lý CO sau 4 lần khảo sát light-off CO liên tiếp. Khi tăng hàm lượng Ni từ 5 - 20% sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý CO. Tuy nhiên, khi hàm lượng Ni quá cao lại làm giảm mạnh diện tích bề mặt của xúc tác và không có lợi cho phản ứng. Trong điều kiện lưu lượng thể tích rất cao (110.000 giờ-1) thì việc oxy hóa hoàn toàn CO trong hỗn hợp 1%CO/20%O2/N2 có thể thực hiện được ở nhiệt độ dưới 270°C trên xúc tác 20%Ni/γ-Al2O3.
Các tài liệu tham khảo
B.Singh. Treatment of spent catalyst from the nitrogenous fertilizer industry - A review of the available methods of regeneration, recovery and disposal. Journal of Hazardous Materials. 2009; 167: p. 24 - 37.
N.M.Al-Mansi, N.M.Abdel Monem. Recovery of nickel oxide from spent catalyst. Waste Management. 2002; 22: p. 85 - 90.
K.Dzulkefly, M.J.Haron, W.H.Lim, C.C.Woon. Recovery of nickel from spent hydrogenation catalyst using chelating resin. Journal of Oleo Science. 2002; 51: p. 749 - 751.
M.Marafi, A.Stanislaus, M.Absi-Halabi. Heavy oil hydrotreating catalyst rejuvenation by leaching of foulant metals with ferric nitrate-organic acid mixed reagents. Applied Catalysis B: Environmental. 1994; 4: p. 19 - 27.
H.Hulpke. Handbook of pollution control processes. Chemie Ingenieur Technik. 1993; 65(2): p. 189.
R.Jose. Environmental catalysis. CRC Press. 2005: p. 211 - 232.
Q.Z.Yang, G.J.Qi, H.C.Low , B.Song. Sustainable recovery of nickel from spent hydrogenation catalyst: economics, emissions and wastes assessment. Journal of Cleaner Production. 2011; 19: p. 365 - 375.
J.Y.Lee, S.V.Rao, B.N.Kumar, D.J.K ang, B.R.Reddy. Nickel recovery from spent raneynickel catalyst through dilute sulfuric acid leaching and soda ash preci pitation. Journal of Hazardous Materials. 2010; 176: p. 1122 - 1125.
M.Marafi, A.Stanislaus. Spent hydroprocessing catalyst management: A review: Part II. Advances in metal recovery and safe disposal methods. Resources, Conservation and Recycling. 2008; 53: p. 1 - 26.
W.Liu, M.Flytzanistephanopoulos. Total oxidation of carbon monoxide and methane over transition metal fluorite oxide composite catalysts: I. Catalyst composition and activity. Journal of Catalysis. 1995; 153: p. 304 – 316.
W.Y.Hernández, M.A.Centeno, S.Ivanova, P. Eloy, E.M.Gaigneaux , J.A.Odriozola, Cu-modified cryptomelane oxide as active catalyst for CO oxidation reactions. Applied Catalysis B: Environmental. 2012; 123 - 124: p. 27 - 35.
Sébastien Royer, Daniel Duprez. Catalytic oxidation of carbon monoxide over transition metal oxides. ChemCatChem. 2011; 3(1): p. 24 - 65.
S.A.Hosseini, A.Niaei, D.Salari, S.R.Nabavi. Nanocrystalline AMn2O4 (A = Co, Ni, Cu) spinels for remediation of volatile org anic compounds - synthesis, characterization and catalytic performance. Ceramics International. 2012; 38: p. 1655 - 1661.
P.H.Bolt, F.H.P.M.Habraken, J.W.Geus. Formation of nickel, cobalt, copper, an d iron aluminates fromα- andγ-alumina-supported oxides: A comparative study. Journal of Solid State Chemistry. 1998; 135: p. 59 - 69.
N.R.E.Radwan. Effects of La2O3-doping on physicochemical surface and catalytic properties of nickel and manganese oxides supported on alumina. Applied Catalysis A: General. 2004; 257: p. 177 - 191.
M.A.Keane, D.Y.Murzin. A kinetic treatment of the gas phase hydrodechlorination of chlorobenzene over nickel/silica: beyond conventional kinetics. Chemical Engineering Science. 2001; 56: p. 3185 - 3195.
A.Jodaei, D.Salari, A.Niaei, M.Khatamian, S.A.Ho sseini. Oxidation of ethyl acetate by a high performance nanostructure (Ni, Mn)-Ag/ZSM-5 bimetallic catalysts and development of an artificial neural networks predictive modeling. Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2010; 46: p. 50 - 62.
H.G.El-Shobaky. Surface and catalytic properties of Co, Ni and Cu binary oxide systems. Applied Catalysis A: General. 2004; 278: p. 1 - 9.
S.J.Schmieg, D.N.Belton. Effect of hydrothermal aging on oxygen s torage/release and activity in a commercial automotive catalyst.Applied Catalysis B: Environmental. 1995; 6: p. 127 - 144.
G.Li, Q.Wang, B.Zhao, R.Zhou, Dynamic oxygen mobility and a new insight in to the role of Ni doping in Pd/CeO2- ZrO2 three-way catalysts. Catalysis Today. 2011;175: p. 40 - 47.
A.Martínez-Arias, M.Fernández-García, A.B.Hungría, A.Iglesias-Juez, J.A.Anderson. DRIFTS-XANES study of Pd-Ni/(Ce,Zr)Ox/Al2O3 model automotive catalysts. Catalysis Today. 2007; 126: p. 90 - 95.
A.Iglesias-Juez, A.B.Hungría, A.Martínez-Arias, J.A.Anderson, M.Fernández-García. Pd-based (Ce, Zr) Ox supported catalysts: Promoting effect of base metals (Cr, Cu, Ni) in CO and NO elimination. Catalysis Toda y. 2009; 143: p. 195 - 202.
M.V.Twigg. Catalytic control of emissions from cars. Catalysis Today. 2011; 163: p. 33 - 41.
C.J.Heyes, J.G .Irwin, H.A.Johnson, R.L.Moss. The catalytic oxidation of organic air pollutants. 1. Single metal oxide catalysts.Journal of Chemical Technology and Biotechnology. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 1982; 32: p. 8.
J.J.Spivey. Complete catalytic oxidation of volatile organics. Industrial & Engineering Chemistry Research. 1987; 26: p. 2165 - 2180.
G.C.Bond. Heterogeneous catalysis: Principles and applications. Clarendon Press. 1974.
N.Le Phuc, E.Corbos, X.Courtois, F.Can, S.Royer, P.Marecot, D.Duprez. Infl uence of Mn and Fe addition on the NOx storage-reduction properties and SO2 poisoning of a Pt/Ba/Al2O3 model catalyst. Topics in Catalysis. 2009; 52: p. 1771 - 1775.
N.Le Phuc, X.Courtois, F.Can, S.Royer, P.Marecot, D.Duprez. NOx removal efficiency and ammonia selectivity during the NOx storage-reduction process over Pt/BaO(Fe, Mn, Ce)/Al2O3 model catalysts. Part I: Influence of Fe and Mn addition. Applied Catalysis B: Environmental. 2011; 102: p. 353 - 361.
P.J.Berlowitz, C.H.F.Peden, D.W.Goodman. Kinetics of CO oxidation on Single-Crystal Pd, Pt, and Ir. The Journal of Physical Chemistry. 1988; 92: p. 5213 - 5221.
E.C.Corbos, X.Courtois, F.Can, P.Marécot, D.Duprez. NOx storage properties of Pt/Ba/Al model catalysts prepared by different method s: Benefi cial effects of a N2 pretreatment before hydrothermal aging.Applied Catalysis B: Environmental. 2008; 84: p. 514 - 523.
U.Lassi, R.Polvinen, S.Suhonen, K.Kallinen, A.Savimaki, M.Harkonen, M.Valden, R.L.Keiski. Effect of ageing atmosphere on the deactivation of Pd/Rh automotive exhaust gas catalysts: catalytic activity and XPS studies. Applied Catalysis A: General. 2004; 263: p. 241 - 248.
P.A.Cox. Inorganic chemistry (2nd edition). Taylor & Franchis. 2004: p. 235 - 242.
1. Tác giả giao bản quyền bài viết (tác phẩm) cho Tạp chí Dầu khí, bao gồm quyền xuất bản, tái bản, bán và phân phối toàn bộ hoặc một phần tác phẩm trong các ấn bản điện tử và in của Tạp chí Dầu khí.
2. Bằng cách chuyển nhượng bản quyền này cho Tạp chí Dầu khí, việc sao chép, đăng hoặc sử dụng một phần hay toàn bộ tác phẩm nào của Tạp chí Dầu khí trên bất kỳ phương tiện nào phải trích dẫn đầy đủ, phù hợp về hình thức và nội dung như sau: tiêu đề của bài viết, tên tác giả, tên tạp chí, tập, số, năm, chủ sở hữu bản quyền theo quy định, số DOI. Liên kết đến bài viết cuối cùng được công bố trên trang web của Tạp chí Dầu khí được khuyến khích.
