Đặc trưng cấu trúc và ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Ag/A-RHA đến hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxi hóa co

3 
1,55 % Ag/A-RHA 41,19 60 Nanocluster 0,60.10-3 
2 % Ag/SiO2 [4] 98 220 (Không xác định) 0,98.10-3 
8 % Ag/SiO2 [4] 98 65 4,5 - 5,5 0,25.10-3 
5 % Ag/SiO2 [5] 98 200 2 – 3 0,65.10-3 
5 % Ag/SiO2 [5] 98 57 2 – 3 0,65.10-3 
Hình 7. Đồ thị so sánh tốc độ chuyển hóa riêng của 
các mẫu xúc tác ở nhiệt độ thấp khoảng 60 oC 
(8 % Ag/SiO2 [4]; 5 % Ag/SiO2 [5]). 
Hình 8. Đồ thị so sánh tốc độ chuyển hóa 
riêng của các mẫu xúc tác ở nhiệt độ khoảng 200 oC 
(2 % Ag/SiO2 [4]; 5 % Ag/SiO2 [5]). 
4. Thảo luận 
Diện tích bề mặt riêng của tro trấu trước 
và sau khi hoạt hóa có sự thay đổi rất lớn 
(Bảng 1). Tro trấu tươi có diện tích bề mặt 
riêng 16 m2/g tăng lên 80,9 m2/g đối với tro 
trấu hoạt hóa A-RHA, tăng xấp xỉ 5 lần. Mẫu 
xúc tác 0,32 % Ag/A-RHA có diện tích là 
11,84 m2/g và 1,55 % Ag/A-RHA có diện 
tích là 5,56 m2/g. Thực nghiệm thấy rằng 
lượng Ag tẩm trên bề mặt của tro trấu càng 
nhiều thì diện tích bề mặt của xúc tác càng 
giảm. Kết quả này rất phù hợp với một số 
công trình đã nghiên cứu về xúc tác tẩm nano 
bạc trên chất mang SiO2 [5, 6]. 
Phổ FTIR của các mẫu xúc tác được thể 
hiện trong hình 1. Vị trí các peak thay đổi 
không đáng kể, các peak ở vị trí số sóng 720 
cm-1 và 730 cm-1 ứng với dao động của Si-H 
(520-800 cm-1). Ở các vị trí số sóng 1090 cm-
1 ứng với dao động của Si-O-Si (1080 cm-1); 
2850, 2915, 2960 cm-1 ứng với dao động của 
C-H (2930 cm-1), 3417, 3475, 3550 cm-1 ứng 
với dao động của -OH (3400 cm-1) [6]. 
Các peak của Si-O-Ag có vị trí số sóng ở 
1074 cm-1 đến 1226 cm-1 [7] và 1169 cm-1 
đến 1637 cm-1 [8], tuy nhiên kết quả phân 
tích phổ FTIR như hình 1 không nhận thấy 
đỉnh peak tại vị trí đó, điều này có thể giải 
thích do hàm lượng Ag có trong mẫu quá ít 
nên không thể xác định được các đỉnh peak. 
Các mẫu xúc tác được xác định phổ nhiễu xạ 
tia X, kết quả thu được như hình 2 cho thấy 
bề mặt của tro trấu sau hoạt hóa (A-RHA) bị 
thay đổi rất nhiều so với tro trấu chưa hoạt 
hóa (F-RHA). 
Phổ nhiễu xạ tia X có thể xác định được 
cường độ peak của Ag2O có trong mẫu ở góc 
chiếu xạ 33o (8% Ag/SiO2) [4] và cường độ 
peak của Ag ở các góc chiếu xạ 38o (5% 
Ag/SiO2) [5], 38,2o, 44,2o, 64,4o và 77,1o 
(8% Ag/SiO2) [4]. Mẫu tro trấu chứa lượng 
Ag nhiều hơn có cường độ peak cao hơn. 
Tuy nhiên lượng Ag có trong các mẫu mà 
thực nghiệm đang nghiên cứu (0,32 % Ag/A-
140 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 27+28, May 2018 
RHA và 1,55 % Ag/A-RHA) quá nhỏ nên 
không xuất hiện peak đặc trưng của Ag và 
Ag2O, kết quả này rất phù hợp với việc phân 
tích phổ FTIR đã khảo sát. 
Vì lượng Ag có trong mẫu rất nhỏ nên 
các kích thước nanocluster bạc khó có thể 
xác định được một cách chính xác, kết quả 
ảnh TEM của hai mẫu xúc tác 0,32 % Ag/A-
RHA (Hình 3) và mẫu xúc tác 1,55 % Ag/A-
RHA (Hình 4) cho thấy Ag phân tán trên bề 
mặt chất mang với kích thước nanocluster. 
Các hình dạng của nanocluster Ag thu 
được là hình tròn (có dạng tấm). Hai mẫu xúc 
tác với tỉ lệ phần trăm theo khối lượng Ag 
khác nhau cho kích thước hạt và mật độ phân 
bố khác nhau. 
Các mẫu xúc tác được xác định nhiệt 
trọng lượng TGA, nhiệt độ khảo sát lên đến 
1000 oC. Từ kết quả hình 5 cho thấy sự giảm 
trọng lượng các mẫu A-RHA tính theo phần 
trăm khối lượng tương ứng khoảng 0,76 %, 
0,56 % và 0,90 %. Xét trong khoảng nhiệt độ 
dưới 450 oC, sự giảm trọng lượng của các 
mẫu gần giống như nhau, do sự mất đi một 
phần nhỏ silanol (Si-O-H) và H2O trên bề 
mặt của SiO2 trong mẫu xúc tác [7]. 
Trong khoảng nhiệt độ từ 450 - 650 oC, 
Mẫu xúc tác 1,55 % Ag/A-RHA có sự giảm 
trọng lượng nhanh nhất, mẫu A-RHA không 
tẩm Ag và 0,32 % Ag/A-RHA có sự giảm 
trọng lượng tương tự nhau. Sự giảm trọng 
lượng của các mẫu ở nhiệt độ này do sự mất 
đi các silanol và các phân tử H2O phân bố 
bên trong của lớp SiO2 có trong tro trấu [7]. 
Ở nhiệt độ từ 650 oC - 1000 oC cả 3 mẫu có 
sự giảm trọng lượng rất ít và gần giống nhau, 
do ở nhiệt độ này các mẫu đã mất hết các 
silanol và các phân tử nước. Như vậy từ kết 
quả phân tích TGA có thể kết luận các mẫu 
xúc tác bền với nhiệt ở khoảng dưới 200 oC, 
đây là khoảng nhiệt độ mà nghiên cứu đang 
khảo sát. Nếu tính ở khoảng nhiệt độ từ 60-
650 oC thì mẫu xúc tác 0,32 % Ag/A-RHA ít 
giảm trọng lượng nhất, phù hợp để nghiên 
cứu khảo sát hoạt tính xúc tác cho phản ứng 
oxi hóa CO ở nhiệt độ thấp từ 60-200 oC. 
Giữa các tỷ lệ phần trăm theo khối lượng 
của Ag trên chất mang tro trấu hoạt hóa khác 
nhau: Sự gắn kết của các nguyên tử Ag thúc 
đẩy việc truyền và khuếch tán oxi trên bề 
mặt, đóng vai trò quan trọng đối với quá trình 
oxi hóa CO, tăng hoạt tính của xúc tác. Đối 
với xúc tác 1,55 % Ag/A-RHA, qua kết quả 
khảo sát cho thấy: Ban đầu khả năng chuyển 
hóa CO của xúc tác này có bước nhảy cao 
hơn xúc tác 0,32 % Ag/A-RHA, ở 60 oC khả 
năng chuyển hóa CO tăng lên gấp 2 lần, ở 80 
oC tăng lên gấp 2,3 lần và ở 100 oC tăng lên 
1,6 lần. Tuy nhiên, khi nhiệt độ phản ứng 
tăng lên 150 oC và 200 oC thì khả năng 
chuyển hóa có thay đổi ít. 
Theo các nghiên cứu trước đây cho thấy 
kích thước nanocluster nguyên tử Ag càng 
nhỏ sẽ cho hoạt tính xúc tác càng cao [9], 
thậm chí với đơn nguyên tử kim loại thì hoạt 
tính xúc tác là cao nhất. Tuy nhiên, các đơn 
nguyên tử kim loại trên chất mang oxit dễ bị 
thiêu kết trong các phản ứng oxi hóa nên 
giảm hiệu suất của xúc tác. 
Từ kết quả so sánh bảng 3, đồ thị hình 6, 
hình 7 và hình 8 cho thấy kích thước hạt xúc 
tác nhỏ hơn, độ chuyển hóa thấp hơn và tốc 
độ chuyển hóa riêng của sự chuyển hóa CO 
đối với xúc tác 0,32 % Ag/A-RHA cao hơn 
rất nhiều so với các mẫu xúc tác của các công 
trình nghiên cứu khác cả ở nhiệt độ thấp 60 
oC hay ở nhiệt độ cao khoảng 200 oC. Các 
mẫu xúc tác thu được ở kích thước 
nanocluster, nhỏ hơn so với một số công 
trình đã nghiên cứu [5, 6], khi kích thước 
càng nhỏ thì hoạt tính xúc tác càng cao do đó 
tốc độ chuyển hóa riêng cũng cao. Bên cạnh 
đó, lượng Ag sử dụng cho quá trình xúc tác 
cũng thấp hơn và nghiên cứu còn thực hiện 
trên chất mang tro trấu – một nguồn chất 
thải, ít tốn chi phí so với chất mang SiO2 tinh 
khiết. Từ hai mẫu xúc tác đã tổng hợp được 
có thể kết luận mẫu xúc tác 0,32 % Ag/A-
RHA có hiệu suất chuyển hóa không cao hơn 
mẫu xúc tác 1,55 % Ag/A-RHA ở cùng 
khoảng nhiệt độ khảo sát, tuy nhiên tốc độ 
chuyển hóa riêng cao hơn nhiều, điều này 
giúp tiết kiệm lượng Ag, giảm chi phí cho 
quá trình nghiên cứu. 
5. Kết luận 
Hoạt hóa tro trấu bằng phương pháp ăn 
mòn hóa học bởi dung dịch HF 10 % là 
phương pháp đơn giản, nhưng mang lại hiệu 
quả cao. Nghiên cứu đã tổng hợp thành công 
nanocluster nguyên tử Ag trên chất mang tro 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
141 
trấu đã hoạt hóa, với kích thước của các mẫu 
xúc tác là nanocluster và có hình tròn (có 
dạng tấm). 
Khảo sát được hoạt tính xúc tác Ag/A-
RHA cho phản ứng oxi hóa CO trong khoảng 
nhiệt độ 60-200 oC. Quá trình nghiên cứu cho 
thấy với xúc tác 0,32 % Ag/A-RHA thì cho 
hiệu suất chuyển hóa CO đạt 86,63 % ở 200 
oC với tốc độ chuyển hóa riêng đạt 6,88.10-3 
(molCO.mAg-1.giây-1). 
Quá trình khảo sát khả năng chuyển hóa 
CO của xúc tác Ag/A-RHA đã tìm ra được 
những điều kiện thích hợp cho phản ứng oxi 
hóa CO như: (1) tốc độ dòng khí giả thải là 
30 mL/phút; (2) nhiệt độ phản ứng là 200 oC; 
(3) Tỷ lệ khối lượng Ag tẩm trên bề mặt chất 
mang A-RHA là 0,32 %. 
Xúc tác 0,32 % Ag/A-RHA đã tổng hợp 
có hiệu quả và độ bền cao, có khả năng xử lý 
CO ở nhiệt độ thấp. Đây có thể được xem là 
loại xúc tác mới, với kim loại Ag có chi phí 
thấp hơn các kim loại quý khác và được tổng 
hợp trên chất mang rẻ tiền đó là tro trấu. 
Nghiên cứu sẽ mở ra hướng tận dụng tro trấu 
có hiệu quả với chi phí vận hành và đầu tư 
thấp 
Tài liệu tham khảo 
[1] B. Qiao, A. Wang, X. Yang, L. F. Allard, Z. 
Jiang, Y. Cui, et al. (2011), "Single-atom 
catalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx", Nat. 
Chem, 3, pp. 634-641. 
[2] Tarun Kumar Naiya, Ashim Kumar Bhattacharya, 
Sailendranath Mandal, and Sudip Kumar Das 
(2009), "The sorption of lead(II) ions on rice 
husk", Journal of Colloid and Interface Science, 
163, pp. 1254-1264. 
[3] Nguyễn Trung Thành (2015), "Tổng hợp vật liệu 
FexMnyOz/tro trấu và vai trò của chất mang trong 
hấp phụ asen từ nước ngầm", Tạp chí Khoa học 
Đại học Cần Thơ, 37, pp. 16-24. 
[4] Xiaodong Zhang, Zhenping Qu, Xinyong Li, Meng 
Wen, Xie Quan, Ding Ma, et al. (2010), "Studies 
of silver species for low-temperature CO oxidation 
on Ag/SiO2 catalysts", Separation and 
Purification Technology, 72, pp. 395-400. 
[5] V.V. Dutov, G.V. Mamontov, V.I. Zaikovskii, and 
O.V. Vodyankina (2016), "The effect of support 
pretreatment on activity of Ag/SiO2 catalysts in 
low-temperature CO oxidation", Catalysis Today, 
278, pp. 150-156. 
[6] Ibrahim, D.M., S.A. El-Hemaly, and F.M. Abdel-
Kerim (1980), "Study of rice-husk ash silica by 
infrared spectroscopy", Thermochimica Acta, 37, 
pp. 307-314. 
[7] Sathya Ramalingam, Loganathan Bhavani Devi, 
Jonnalagadda Raghava Rao, and Balachandran 
Unni Nair (2014), "Rapid hydrogenation: perfect 
quasi architecture (Ag@SiO2NPs) as a substrate 
for nitrophenol reduction", Cite this: RSC Adv, 4, 
pp. 56041-56051. 
[8] Dhaneswar Das, Parag Choudhury, Lakhyajyoti 
Bortahkur, Bhaskarjyoti Gogoi, Alak Kumar, 
Buragohain, et al. (2015), "Synthesis and 
characterization of SiO2/polyaniline/Ag core-shell 
particles and studies of their electrical and 
hemolytic properties: Multifunctional core-shell 
particles", RSC Adv, 5, pp. 2360-2367. 
[9] Y. Lei, F. Mehmood, S. Lee, J. Greeley, B. Lee, S. 
Seifert, et al. (2010), "Increased silver activity for 
direct propylene epoxidation via subnanometer 
size effects", Science, 328, pp. 224-228. 
 Ngày nhận bài: 5/3/2018 
 Ngày chuyển phản biện: 8/3/2018 
 Ngày hoàn thành sửa bài: 30/3/2018 
 Ngày chấp nhận đăng: 4/4/2018