การกำจัดก๊าซไนโตรเจนมอนอกไซด์ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา Ce-Cu/Core-shell Al-MCM-41: ผลของการเคลือบไซเลน (NOx REMOVAL BY CE-CU/CORE-SHELL AL-MCM-41 CATALYST: EFFECT OF SILANE COATING)

Abstract

ปัญหามลพิษทางอากาศและสภาวะโลกร้อนได้ส่งผลต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ รวมทั้งก่อให้เกิดโรคร้ายแรงตามมามากมาย งานวิจัยนี้จึงมีเป้าหมายในการลดปริมาณก๊าซไนโตรเจนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นหนึ่งในก๊าซที่ทำให้เกิดฝนกรดและสภาวะเรือนกระจก โดยทำการเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนมอนอกไซด์ให้เป็นก๊าซไนโตรเจนและน้ำผ่านการเกิดปฏิกิริยารีดักชันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียมและทองแดงเคลือบบนตัวรองรับคอมพอสิตซิลิกาเมโซพอร์-อะลูมิโนซิลิเคตชนิดคอร์เชลล์ที่ผ่านการเคลือบไซเลนชนิดคลอโรไดเมทิลไซเลน ได้ศึกษาผลของไซเลนในการชะลอการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาอันเนื่องมาจากน้ำ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ได้ถูกทดสอบสมบัติเชิงกายภาพและเคมีด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ การส่องกราดด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน การส่องผ่านด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และการรีดักชันด้วยไฮโดรเจนภายใต้โปรแกรมการให้ความร้อน จากผลการทดลองพบว่า การเกิดปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเจนมอนอกไซด์ในสภาวะที่ไม่มีน้ำเมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เคลือบด้วยไซเลน ได้ร้อยละการแปลงผันเฉลี่ยของไนโตรเจนมอนอกไซด์ลดลงตามปริมาณความเข้มข้นของไซเลนที่เพิ่มขึ้น การใช้ตัวเร่ง 1.5%-Ce-SEI-Cu/Al-MCM-41 ที่ไม่ผ่านการเคลือบไซเลนให้ค่าร้อยละการแปลงผันเฉลี่ยสูงสุดเท่ากับ 53 ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผ่านการเคลือบไซเลนด้วยความเข้มข้น 0.1, 0.25, 0.5 และ 0.75 มิลลิโมลให้ค่าร้อยละการแปลงผันเฉลี่ยเท่ากับ 52, 48, 45 และ 44 ตามลำดับ แต่เมื่อทำปฏิกิริยาในสภาวะที่มีน้ำ พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผ่านการเคลือบด้วยไซเลน 0.5 มิลลิโมลให้ค่าร้อยละการแปลงผันเฉลี่ยสูงสุดเท่ากับ 53% ซึ่งมีค่ามากกว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ผ่านการเคลือบไซเลนที่ให้ค่าการแปลงผันเฉลี่ยเท่ากับ 30% ทั้งนี้เนื่องจากไซเลนได้ช่วยป้องกันน้ำไม่ให้มาเกาะที่ตัวเร่งปฏิกิริยา จึงลดการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาได้คำสำคัญ: ไซเลน  เมโซพอร์ซิลิกา  อะลูมิโนซิลิเคต  ปฏิกิริยารีดักชัน  ไนโตรเจนมอนอกไซด์Air pollution and global warming have affected to human living and created many fatal diseases. This work, thus, aims to decrease nitrogen monoxide, which is one of greenhouse gases and can cause acid rain, by converting it to N2 and H2O through a reduction pathway. In order to prolong the activity of the catalyst used, silane (i.e., chlorodimethylsilane, CDMS) was used to modify the surface of the catalyst—Ce and Cu loaded on a core-shell mesoporous silica-aluminosilicate composite (1.5%-Ce-SEI-Cu/Al-MCM-41). The physico-chemical properties of the synthesized catalysts were characterized by using an X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmitting electron microscope (TEM), and H2 temperature-programmed reduction (H2-TPR). It was found that when higher concentration of silane was used to modify the catalysts, the lower NO conversion was obtained from the NO reduction conducted under dry condition using catalysts modified with different silane concentration. The pristine 1.5%-Ce-SEI-Cu/Al-MCM-41 catalyst gave the average NO conversion of 53%, while the 1.5%-Ce-SEI-Cu/Al-MCM-41 coated with 0.1, 0.25, 0.5, and 0.75 mmol of silane gave average NO conversions of 52, 48, 45, and 44%, respectively. However, under wet condition using the 1.5%-Ce-SEI-Cu/Al-MCM-41 modified with 0.5 mmol silane yielded the highest NO conversion of 53%, which is much higher than that of pristine 1.5%-Ce-SEI-Cu/Al-MCM-41 catalyst. It can be concluded that the hydrophobicity of silane helps the catalyst to prolong its activity under wet condition by retarding the deactivation of catalyst caused by water.Keywords: Silane, Mesoporous Silica, Alumino-Silicate, Reduction, Nitrogen Monoxide