第四章 結果與討論
4.2 中孔洞雙金屬觸媒
4.2.3 Ce/Al-MSPs 之丙酮催化效率比較
圖 4.14 為 Ce/Al-MSPs 雙金屬觸媒在三種 Ce 金屬濃度(Si/Ce 莫 耳比為10, 25, 50)與四種 Al 金屬濃度(Si/Al 莫耳比為 10, 50, 200, 0) 混合形成Ce/Al-MSPs 雙金屬觸媒，在 150~250°C 對於丙酮催化效率 之比較。在較高溫度 250°C 時，金屬添加濃度大小與 BET 比表面積 對於丙酮催化效率之影響不大，但是在低溫的150°C 時，金屬添加濃 度與BET 比表面積的大小則明顯影響丙酮的催化效率。
在 150°C 低溫時，對於相同 Ce 金屬濃度的 Ce/Al-MSPs 雙金屬 觸媒而言，當 Al 金屬含量變小時，材料的比表面積增加但是丙酮的 催化效率減少；而對於相同Al 金屬濃度的 Ce/Al-MSPs 雙金屬觸媒而 言，當 Ce 金屬含量變小時，材料的比表面積與丙酮的催化效率均同 步增加；另外在BET 比表面積大約 1000m2/g 的 Ce-MSPs(25), (50)與 Ce/Al-MSPs(50/50), (50/200)四種金屬觸媒中，Ce/Al-MSPs(50/50)雙金 屬觸媒具有最高的 Al 金屬濃度，在 150℃低溫對於丙酮的催化效率 也最高；而Ce/Al-MSPs(50/10)雖然說具有更高的 Al 金屬添加量，但 是由於 BET 比表面積較低之故(677m2/g)，所以在 150°C 低溫的催化 效率僅次於Ce/Al-MSPs(50/50)。由此可知，對於 Ce/Al-MSPs 雙金屬 觸媒而言，Al 金屬添加濃度的多寡、CeO2金屬氧化物顆粒的尺寸與 BET 比表面積的大小等因素，對於低溫催化丙酮的效率影響十分顯著；
換言之，只要在 Al 金屬添加量提高的條件下，然後適當控制材料的 孔洞結構與比表面積，並調整Ce 的金屬含量藉以減小 CeO2金屬氧化 物的顆粒尺寸，則將會在低溫反應下得到良好的丙酮催化效率。
79
圖 4.14 反應溫度 150~250°C 下，Ce-MSPs 與 Ce/Al-MSPs 之 Ce 金 屬 含 量 、 比 表 面 積 與 丙 酮 催 化 效 率 之 關 係 ； 丙 酮 濃 度 1000ppmv、空間速度 GHSV=15000h-1、反應時間30 分鐘
Sample
Acetone removal (%)
0
Surface area (m2 /g)
0
80
圖 4.15 為 Ce-MSPs, Al-MSPs 單金屬觸媒與 Ce/Al-MSPs 雙金屬 觸媒在溫度150~350°C 下對於丙酮催化效率之比較。實驗結果顯示，
在低溫 150~200°C 時，Ce/Al-MSPs 雙金屬觸媒對於丙酮的催化效率 明顯高於Ce-MSPs, Al-MSPs 單金屬觸媒甚多，Ce/Al-MSPs(50/50)在 低溫 150°C 下之丙酮催化效率可達 80%；而在溫度大於 250°C 時，
雙金觸媒Ce/Al-MSPs 與單金屬觸媒 Ce-MSPs 對於丙酮的催化效率相 近，而對於另一個單金屬觸媒Al-MSPs 而言，即使提高溫度到 350°C，
也無法達到較高的丙酮催化效率。由此可知，對於 Ce/Al-MSPs 雙金 屬觸媒與丙酮催化反應的關係，Ce 金屬必須在高溫的反應條件下才 具有活性的反應，而 Al 金屬則在低溫反應時扮演著極重要的角色，
如此在Ce 金屬與 Al 金屬的共同存在下，對於丙酮的催化即有協合效 應(synergetic effect)。
Karthik 等人(2009)研究指出 Cu-Al-MCM-41 雙金屬觸媒比單金 屬觸媒Cu-MCM-41 對於 NOx的去除效果較佳的原因是因為Al3+能將 Cu2+穩定於 Cu-Al-MCM-41 的結構中，進而增加其 Cu-Al-MCM-41 雙金屬觸媒的活性；而Kadgaonkar 等人(2004)與 Kalita 等人(2007)選 用 Ce/Al-MCM-41 做為醯化反應(acylation)的觸媒，並提出 Ce 與 Al 金屬具有協合效應(synergetic effect)的原因在於當 Ce, Al 金屬同時存 在於MCM-41 的結構上，比 Ce-MCM-41 或 Al-MCM-41 具有更強的 路易斯酸(Lewis acid)與布朗斯特酸(Brønsted acid)。
81
圖4.15 反應溫度 150~350°C 下，Ce-MSPs, Al-MSPs 與 Ce/Al-MSPs 之丙酮催化效率比較；空間速度 GHSV=15000h-1、丙酮濃度 1000ppmv、反應時間 30 分鐘
Temperature (oC)
150 200 250 300 350 400
Acetone removal (%)
-20 0 20 40 60 80 100
Ce-MSPs(25) Ce-MSPs(50) Al-MSPs(25) Al-MSPs(50) Ce/Al-MSPs(25/25) Ce/Al-MSPs(50/50)
82