Điều chế xúc tác bằng phương pháp vi nhũ và
những ứng dụng
Tóm tắt:
Phương pháp vi nhũ có nhiều ứng dụng rộng rãi từ thu hồi
dầu (oil recovery) tới tổng hợp vật liệu hạt có kích thước
nano (nanoparticles). Việc thực hành đầy đủ đầu tiên của
hệ vi nhũ nước trong dầu (w/o) để tổng hợp vật liệu nano
được giới thiệu năm 1982 và tập trung vào vật liệu nano
của kim loại quý cho những ứng dụng xúc tác. Từ đó,
phương pháp này có một ứng dụng được mở rất rộng trong
lĩnh vực xúc tác, từ các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng
như isome hóa butan tới các phản ứng nhiệt độ cao như
phản ứng cháy có xúc tác metan.
Bài báo này sẽ chỉ ra giới hạn thuật ngữ vi nhũ bằng việc
nhấn mạnh vào những tính chất thiết yếu của việc điều chế
xúc tác dị thể theo một sự mô tả tổng quát của cách điều
chế vật liệu xúc tác từ vi nhũ. Một số mẫu có tính chất đặc
biệt đối với kích thước, phân bố kích thước và cấu trúc bề
mặt. Do đó, những vật liệu này trong một số trường hợp tốt
hơn xúc tác hoạt động và/hoặc chọn lọc.
I. Giới thiệu:
Thuật ngữ vi nhũ được đề cập đến bởi Schulman và Friend
trong thập niên 40. Từ thời gian này, vi nhũ có một lĩnh
vực ứng dụng rộng lớn, từ hoàn nguyên dầu tới tổng hợp
vật liệu nano, chẳng hạn những thông báo của Chhabra
trong những bài báo từ 1997.
Ý tưởng sử dụng vi nhũ trong điều chế xúc tác được Gault
đề cập đầu tiên khi cộng tác với Friberg. Khi đó Gault đang
nghiên cứu sự liên hệ giữa kích thước của xúc tác kim loại
chuyển tiếp và sự chọn lọc trong phản ứng hydrogenolysis
và isome hóa hexan. Phương pháp thường được ứng dụng
thời đó và tận tới ngày nay để điều chế xúc tác kim loại là
kĩ thuật tẩm. Với phương pháp này, có thể tạo được những
hạt kim loại nhỏ mặc dù rất khó để phân bố vào trong
những hạt có kích thước nhỏ. Dùng phương pháp tẩm, dạng
của chất mang xúc tác có ảnh hưởng tới cấu trúc và kích
thước hạt kim loại. Thêm vào đó, việc tổng hợp vật liệu
lưỡng kim loại lại càng khó hơn. Do cấu trúc đặc biệt của
vi nhũ, người ta hy vọng nó hình thành môi trường thích
hợp cho việc tạo ra những hạt nano kim loại trên chất hệ
phân bố kích thước hẹp cũng tốt như hạt nhiều kim loại.
Tổng hợp hạt nano kim loại được Boutonnet thông báo đầu
những năm 1980.
Bài báo này đưa ra những chỉ dẫn về hệ vi nhũ và giải thích
tại sao những hệ này thích hợp cho việc tạo hạt nano, đặc
biệt là cho những ứng dụng xúc tác. Với những dạng ứng
dụng khác của hệ vi nhũ, người đọc có thể tham khảo
những bài báo đã được Kon-no, Schomacker và Klier xuất
bản. Trong những báo cáo đầu tiên về sử dụng hệ vi nhũ
trong việc tạo ra xúc tác kim loại quý, thường là Pt, hoặc
dạng hợp phần hoạt động khác chẳng hạn Cu, hệ hai kim
loại (Au-Pt) và vật liệu oxit (perovskites – CaTiO3) đã tạo
được thành công bằng phương pháp này. Những ví dụ khác
đã được nêu ra trong bài báo này cho thấy lĩnh vực rộng rãi
của việc ứng dụng phương pháp này trong xúc tác. Cần
nhấn mạnh rằng bài báo này chỉ có ý định thảo luận xác
định với những hệ xúc tác được điều chế bằng phương
pháp vi nhũ đã chứng minh được.