การประเมินค่าพารามิเตอร์ทางจลนศาสตร์สำหรับการออกซิไดซ์โทลูอีนบนตัวเร่งปฏิกิริยา MoO3/TiO2 ที่ได้รับการปรับสภาพด้วยกรดซัลฟิวริกและออกแบบมาเพื่อใช้ในปฏิกิริยา SCR ในการรีดิวซ์ NOx ด้วย NH3

Abstract

งานวิจัยนี้ทำการศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยา MoO3/TiO2 บนตัวรองรับ TiO2 ที่ได้รับการปรับสภาพด้วยสารละลาย H2SO4 เข้มข้น 0, 0.2 และ 0.5 M ในการทำปฏิกิริยาโทลูอีนออกซิเดชัน เตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยวิธีการเคลือบฝังแบบเปียก ทำการการวิเคราะห์คุณลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยเทคนิค Nitrogen Physisorption, XRD, NH3-TPD และ SEM-EDX การทดสอบความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาทำในช่วงอุณหภูมิ 120 ถึง 400oC โดยใช้แก๊สผสมที่ประกอบด้วยโทลูอีนเข้มข้น 300 ถึง 400 ppm, O2 เข้มข้น 3, 12 และ 21 %vol ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่งอุณหภูมิคงที่ จากการศึกษาพบว่าเมื่อพิจารณาผลของ O2 พบว่าเมื่อเพิ่มความเข้มข้นจาก 3 ถึง 12 % ค่า %Toluene conversion เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แต่เมื่อเพิ่ม O2 ความเข้มข้น 12 ถึง 21 % กลับไม่ได้เพิ่มขึ้นมากเมื่อเทียบกับช่วงแรกที่ความเข้มข้นของ O2 ต่ำ พฤติกรรมนี้อาจบ่งชี้ได้ว่า เกิดปฏิกิริยาผ่านกลไกของแบบจำลอง REDOX และแม้ว่า %Toluene conversion จะสูง แต่กลับพบ CO2 ในปริมาณที่ต่ำจนไม่สามารถคำนวณหาปริมาณพื้นที่ที่แน่นอนได้ แสดงว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการออกซิไดซ์โทลูอีนนั้น อาจกลายเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีจุดเดือดสูง เมื่อพิจารณาผลของค่าทางจลศาสตร์ ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ได้รับการปรับสภาพด้วยกรด H2SO4 ในทุกความเข้มข้นของ O2 ปฏิกิริยาเกิดขึ้นด้วยกัน 2 ปฏิกิริยา คือปฏิกิริยาแรกมีค่า Ea ต่ำที่อยู่ในช่วง 21 ถึง 27 kJ/mol ซึ่งตรวจพบได้ในช่วงอุณหภูมิ 150 ถึง 275oC และปฏิกิริยาที่ 2 มีค่า Ea ที่สูงที่อยู่ในช่วง 56 ถึง 68 kJ/mol ซึ่งเห็นได้ในช่วงอุณหภูมิ 275 ถึง 400oC สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้รับการปรับสภาพด้วยกรด H2SO4 พบว่าที่ความเข้มข้น O2 ต่ำคือ 3 % นั้น ยังคงพบการเกิดปฏิกิริยา 2 ปฏิกิริยา แต่เมื่อความเข้มข้นของ O2 สูงขึ้น กลับพบว่าปฏิกิริยาที่มีค่า Ea สูง จะเกิดปฏิกิริยาเพียงปฏิกิริยาเดียว