การประเมินค่าตัวแปรทางจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาการออกซิไดซ์โทลูอีนบนตัวเร่งปฏิกิริยา V2O5/TiO2

Abstract

งานวิจัยนี้ทำการประมาณค่าพารามิเตอร์ทางจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาการออกซิไดซ์โทลูอีนบนตัวเร่งปฏิกิริยา V2O5/TiO2 โดยตัวเร่งปฏิกิริยาเตรียมด้วยวิธีการเคลือบฝังแบบเปียกและวิเคราะห์คุณลักษณะด้วยเทคนิค SEM-EDX, nitrogen physisorption, XRD และ NH3-TPD สำหรับการทดสอบความสามารถในการเร่งปฏิกิริยา ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา V2O5/TiO2 ปริมาณ 0.1 g กระทำในช่วงอุณหภูมิ 150oC – 300 oC ความดันบรรยากาศ อัตราการไหลรวมของแก๊สอยู่ในช่วง 180 – 200 ml/min ส่วนประกอบของแก๊สขาเข้าเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วย โทลูอีน 800-1000 ppm และอากาศที่มีความเข้มข้นออกซิเจน 3, 12 และ 21 % นอกจากนี้ยังมีการเติม SO2 0, 25 และ 50 ppm และ NO 100 ppm ร่วมด้วยเพื่อดูผลต่อปฏิกิริยา ผลการทดลองพบว่า SO2 สามารถช่วยลดค่าพลังงานกระตุ้น Ea ของปฏิกิริยาได้เล็กน้อยทำให้ค่าการออกซิไดซ์โทลูอีนเพิ่มขึ้นแต่ผลที่ได้มีค่าไม่เด่นชัดเมื่อเทียบกับผลของการเพิ่มความเข้มข้น O2 โดยค่าพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาที่คำนวณได้มีค่าอยู่ในช่วง 53-59 kJ/mol ณ 3 % O2, 44-46 kJ/mol ณ 12 % O2 and 40-42 kJ/mol ณ 21 % O2 นอกจากนี้ยังพบว่าเมื่อมี NO ในระบบค่าการออกซิไดซ์โทลูอีนจะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดและยังพบว่าเกิดปฏิกิริยาอื่นเกิดร่วมด้วยในช่วงอุณหภูมิต่ำ (150-250 oC) โดยปฏิกิริยาข้างเคียงที่เกิดขึ้นนี้ช่วยในการออกซิไดซ์โทลูอีนเหมือนกันและมีค่าพลังงานกระตุ้นต่ำกว่าปฏิกิริยาหลัก นอกจากนี้ยังตรวจไม่พบ CO2 ในระบบแสดงว่าปฏิกิริยาเกิดที่หมู่เมทิลเป็นหลัก นอกจากการทดลองแล้วยังได้ทำการใช้โปรแกรม GNU-Octave เพื่อคำนวณผลของค่า WHSV ต่อค่าการออกซิไดซ์โทลูอีนในระบบโดยใช้แบบจำลอง pseudo-homogeneous แบบหนึ่งมิติซึ่งได้ผลว่าเมื่อเพิ่มค่า WHSV จะส่งผลให้ค่าการออกซิไดซ์โทลูอีนลดลง