متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :شیمی

گرایش : شیمی کاربردی

عنوان : ساخت و مشخصه‌یابی فوتوکاتالیست‌های پایه نانوتیتانیا برای گوگردزدایی ترکیب مقاوم گوگردی دی‌بنزوتیوفن

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم دارویی

دانشکده شیمی دارویی،گروه شیمی

 

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ((M.Sc))

      گرایش : شیمی کاربردی

 

عنوان :

ساخت و مشخصه‌یابی فوتوکاتالیست‌های پایه نانوتیتانیا برای گوگردزدایی ترکیب مقاوم گوگردی دی‌بنزوتیوفن


استاد راهنما :

جناب آقای دکتر رضا فضایلی

استاد مشاور :

سرکار خانم دکتر انسیه قاسمی

 

سال تحصیلی 93-1392

 

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                 صفحه

خلاصه فارسی…………………………………………………………………………………………………………………………………………….1

   فصل اول: کلیات

1-1. نانو ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4

1-1-1. علم نانو………………………………………………………………………………………………………………………………………….4

1-1-2. فناوری نانو…………………………………………………………………………………………………………………………………….4

1-2. مواد نانو ساختار…………………………………………………………………………………………………………………………………5

1-3. کاتالیزور……………………………………………………………………………………………………………………………………………..5

1-3-1. نقش کاتالیست‌های نانو ساختار در حذف آلاینده‌های زیست محیطی………………………………………..6

1-4. فرآیند سل-ژل در سنتز نانو فوتوکاتالیست‌ها…………………………………………………………………………………….6

1-5. تجزیه فوتوکاتالیستی…………………………………………………………………………………………………………………………..7

1-6. نیمه هادی‌ها………………………………………………………………………………………………………………………………………..7

1-7. فوتوکاتالیست………………………………………………………………………………………………………………………………………9

1-8. تیتانیوم دی اکسید……………………………………………………………………………………………………………………………10

1-9. فوتوکاتالیزور TiO2 در مقیاس نانو……………………………………………………………………………………………………10

1-10. مکانیسم تخریب فوتوکاتالیستی تیتانیوم دی اکسید…………………………………………………………………….11

1-11. بهبود کارایی و واکنش پذیری تیتانیوم دی اکسید………………………………………………………………………..14

1-12. فوتوکاتالیز………………………………………………………………………………………………………………………………………..17

1-13. انواع کاتالیزورهای نیمه رسانا (فوتوکاتالیزور)…………………………………………………………………………………17

1-14. روش‌های مشخصه‌یابی نانوذرات……………………………………………………………………………………………………..18

1-14-1. آنالیز میكروسكوپ الكترونی………………………………………………………………………………………………………18

1-14-2. آنالیز ساختاری…………………………………………………………………………………………………………………………..20

1-14-3. آنالیز مورفولوژی…………………………………………………………………………………………………………………………21

1-15. تاریخچه پیدایش زئولیت‌ها…………………………………………………………………………………………………………….22

1-16. ساختمان زئولیت‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………22

1-17. تخلخل زئولیت‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………….24

1-18. ویژگی و موارد استفاده از زئولیت‌ها……………………………………………………………………………………………….24

1-19. خواص زئولیت‌ها……………………………………………………………………………………………………………………………..25

1-20. انواع زئولیت‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………………25

1-20-1. زئولیت‌های طبیعی…………………………………………………………………………………………………………………….25

1-20-2. زئولیت‌های سنتزی…………………………………………………………………………………………………………………….26

1-21. پارامترهای مؤثر بر سنتز زئولیت……………………………………………………………………………………………………26

1-22. سنتز نانو بلورهای زئولیت……………………………………………………………………………………………………………….28

1-22-1. سنتز نانو بلورهای زئولیت با بهره گرفتن از ژل و محلول شفاف……………………………………………………..28

1-22-2. سنتز نانو بلورهای زئولیت در فضای بسته…………………………………………………………………………………29

1-23. راکتورهای شیمایی…………………………………………………………………………………………………………………………29

1-24. راکتورهای ناپیوسته (Batch)…………………………………………………………………………………………………………30

1-25. فوتوراکتور………………………………………………………………………………………………………………………………………..31

1-25-1. انواع راکتورهای فوتوکاتالیستی………………………………………………………………………………………………….31

1-25-2. راکتورهایTiO2 Slurry ……………………………………………………………………………………………………………32

1-25-3. راکتورهای فوتوکاتالیستی Immobilized با TiO2 تثبیت شده……………………………………………….33

1-26. مختصری در مورد گوگرد، خواص آن…………………………………………………………………………………………….33

1-27. مضرات گوگرد و دلایل حذف آن…………………………………………………………………………………………………..34

1-28. گوگرد در سوخت های گازوئیلی…………………………………………………………………………………………………….35

1-29. گوگرد در سوخت بنزین…………………………………………………………………………………………………………………35

1-30. اهمیت گوگردزدایی………………………………………………………………………………………………………………………..36

1-31. بررسی نقش واکنش‌های حرارتی و کاتالیستی در فرآیند گوگردزدایی…………………………………………38

1-32. دلایل مطرح شدن روش‌های فوتوکاتالیستی اکسیداسیونی گوگردزدایی……………………………………..39

1-33. هدف از اجرای این تحقیق……………………………………………………………………………………………………………..40

    فصل دوم: مروری بر متون گذشته

2-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………42

2-2. اثر میزان گوگرد موجود در سوخت‌های مصرفی بر تشکیل ترکیبات آلاینده………………………………….43

2-3. قوانین جهانی برای میزان گوگرد مجاز سوخت‌های تولیدی پالایشگاه‌ها………………………………………..45

2-4. استانداردها و میزان گوگرد سوخت‌های تولیدی پالایشگاه‌های ایران……………………………………………..46

2-5. توزیع ترکیبات گوگردی در سوخت‌های تولیدی پالایشگاه‌ها…………………………………………………………46

2-6. روش‌های مختلف گوگردزدایی………………………………………………………………………………………………………….47

2-7. گوگردزدایی با بهره گرفتن از هیدرژن (HDS)………………………………………………………………………………………48

2-7-1. واکنش‌پذیری ترکیبات گوگردی در HDS………………………………………………………………………………….49

2-8. گوگردزدایی بدون استفاده از هیدرژن………………………………………………………………………………………………50

2-9. گوگردزدایی فوتوکاتالیستی………………………………………………………………………………………………………………50

    فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1. دستگاه‌ها و وسایل مورد استفاده در آزمایشگاه…………………………………………………………………………………59

3-2. مواد شیمیایی مورد استفاده در آزمایشگاه…………………………………………………………………………………………60

3-3. روش انجام آزمایشات………………………………………………………………………………………………………………………….62

3-3-1. نانو فوتوکاتالیست‌های مورد استفاده……………………………………………………………………………………………..62

3-3-2. آماده‌سازی پایه : سنتز نانوزئولیت فوجاسیت NaX……………………………………………………………………..64

3-3-3. روش‌های سنتز و مشخصه‌یابی نانوفوتوکاتالیست‌ها………………………………………………………………………65

3-4. تعیین Band-gap………………………………………………………………………………………………………………………………..99

3-5. فرآیندهای فوتوکاتالیستی………………………………………………………………………………………………………………….100

3-6. خوراک مورد استفاده………………………………………………………………………………………………………………………….100

3-7. فوتوراکتور طراحی شده……………………………………………………………………………………………………………………..101

3-8. آنالیز خوراک و محصولات………………………………………………………………………………………………………………….103

3-9. کالیبراسیون دستگاه کروماتوگرافی گازی………………………………………………………………………………………….105

3-9-1. رسم منحنی کالیبراسیون……………………………………………………………………………………………………………..105

3-10. روش انجام تست‌های گوگردزدایی فوتوکاتالیستی………………………………………………………………………….108

3-11. مطالعه‌ی ایزوترمیک فرآیند…………………………………………………………………………………………………………….109

3-12. مطالعه‌ی سینتیک فرآیند……………………………………………………………………………………………………………….137

3-13. بررسی عملکرد فوتوکاتالیست Pcat(29) درگوگردزدایی نمونه‌ی واقعی……………………………………….140

   فصل چهارم: نتایج

4-1. سنتز و مشخصه‌یابی نانوزئولیت فوجاسیت NaX ……………………………………………………………………………..143

4-1-1. تأثیر پارامترهای مختلف در سنتز زئولیت NaX ………………………………………………………………………….143

4-1-2. تفسیر نتایج آنالیزهای مشخصه‌یابی نانوزئولیت فوجاسیت NaX…………………………………………………145

4-2. تفسیر و تجزیه، تحلیل نتایج آنالیزهای مشخصه‌یابی نانوفوتوکاتالیست‌ها……………………………………….148

4-2-1. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(1)……………………………………………………………..148

4-2-2. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(2)…………………………………………………………….149

4-2-3. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(3)…………………………………………………………….150

4-2-4. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(5)…………………………………………………………….152

4-2-5. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(12)………………………………………………………….153

4-2-6. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(14)………………………………………………………….154

4-2-7. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(16)………………………………………………………….155

4-2-8. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(19)………………………………………………………….157

4-2-9. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(23)………………………………………………………….159

4-2-10. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(24)……………………………………………………….161

4-2-11. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(25)………………………………………………………..162

4-2-12. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(26)………………………………………………………..163

4-2-13. تفسیر نتایج مشخصه‌یابی برای  فوتوکاتالیست Pcat(29)………………………………………………………..166

4-3. تفسیر نتایج حاصل از اندازه‌گیری Band-gap…………………………………………………………………………………172

4-4. درصد تبدیل…………………………………………………………………………………………………………………….173

4-5. بررسی تاثیر پارامترهای مؤثر در بازده فرآیند گوگردزدایی اکسایشی فوتوکاتالیستی……………………173

4-6. تفسیر نتایج سایرآزمایشات فوتوراکتوری گوگردزدایی…………………………………………………………………….188

4-6-1. نتایج حاصل از آزمایشات گوگردزدایی با فوتوکاتالیست‌های گروه (الف)……………………………………188

4-6-2. نتایج حاصل از آزمایشات گوگردزدایی با فوتوکاتالیست‌های گروه (ج)………………………………………191

4-6-3. مقایسه‌ی میان کل فوتوکاتالیست‌های Loading در گوگردزدایی……………………………………………..193

4-6-4. نتایج حاصل از آزمایشات گوگردزدایی با فوتوکاتالیست‌های گروه (د)……………………………………….193

4-6-5. نتایج حاصل از آزمایشات گوگردزدایی با فوتوکاتالیست‌های گروه (ه)……………………………………….195

4-6-6. نتایج حاصل از آزمایشات گوگردزدایی با فوتوکاتالیست‌های گروه (ت)……………………………………..199

4-7. تعیین نوع فرآیند به کار گرفته شده در این تحقیق جهت گوگردزدایی………………………………………..203

4-8. محاسبه‌ی ممان دوقطبی به روش تئوری شیمی کوانتومی……………………………………………………………204

4-9. آنالیز خوراک و محصولات……………………………………………………………………………………………………………….205

4-9-1. چگونگی تفسیر نتایج کمی به دست آمده از دستگاه GC-MS………………………………………………..205

4-9-2. چگونگی تفسیر نتایج کیفی حاصل از آنالیز GC-MS……………………………………………………………….206

4-10. مطالعات سینتیکی واکنش……………………………………………………………………………………………………………210

4-10-1. بررسی تطابق با مدل‌های سینتیکی………………………………………………………………………………………..214

4-11. تفسیر نتایج آزمایش‌های گوگردزدایی نمونه واقعی گازوئیل………………………………………………………214

   فصل پنجم: بحث و پیشنهادات

5-1. نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………….218

5-2. پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………………221

منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….222

خلاصه انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………………233

ضمایم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..235

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                 صفحه

جدول 1-1. انرژی فاصلۀ نواری مورد نیاز برای برانگیختگی نیمه هادی‌ها…………………………………………….9

جدول 2-1. ساختار مولکولی ترکیبات گوگردی و مکانیسم گوگردزدایی آن‌ها…………………………………….49

جدول 3-1. مشخصات اکسیدانت H2O2………………………………………………………………………………………………..60

جدول 3-2. مشخصات نانوفوتوکاتالیستTiO2 (P25)  مورد استفاده در آزمایش…………………………………61

جدول 3-3. لیست فوتوکاتالیست‌های سنتز شده جهت گوگردزدایی ترکیبات نفتی………………………………………63

جدول 3-4. نتایج آنالیز XRF برای فوتوکاتالیست‌های سنتز شده گروه (الف)……………………………………..68

جدول 3-5. نتایج آنالیز XRF برای فوتوکاتالیست‌های سنتز شده گروه (د)………………………………………..77

جدول 3-6. خواص فیزیکی- شیمیایی اجزای خوراک مورد استفاده……………………………………………………101

جدول 3-7. نتایج اندازه‌گیری گوگرد کل، با دستگاه Total Sulfur X-ray Analyzer………………………141

جدول 4-1. شرایط سنتز برای نمونه‌های مختلف نانوزئولیت NaX……………………………………………………..143

جدول 4-2. نتایج به دست آمده از آنالیز BET/BJH……………………………………………………………………………169

جدول 4-3. مقایسه‌ی نتایج حاصل از تغییر جرم كاتالیست در میزان راندمان……………………………………174

جدول 4-4. تاثیر درصدهای وزنی مختلف دوپه شده در میزان راندمان………………………………………………176

جدول 4-5. مقایسه نتایج حاصل از تغییر مقدار اكسیدانت كمكی در میزان راندمان…………………………178

جدول 4-6. مقایسه نتایج حاصل از تغییر مدت زمان تابش‌دهی در میزان راندمان…………………………….180

جدول 4-7. مقایسه نتایج حاصل از نوع تابش نور در میزان راندمان……………………………………………………182

جدول 4-8. مقایسه‌ی نتایج تغییر بازده با افزایش 10 برابری حجم خوراك اولیه………………………………184

جدول 4-9. مقایسه‌ی نتایج تغییر بازده با افزایش دو برابری حجم خوراك اولیه………………………………..185

جدول 4-10. لیست فوتوكاتالیست‌های سنتز شده با راندمان تخریب بالا……………………………………………187

جدول 4-11. مقایسه كارایی فوتوكاتالیست‌های گروه “الف” در گوگردزدایی……………………………………..189

جدول 4-12. ارتباط میان میزان TiO2(P25) بارگذاری شده با درصد كاهش DBT…………………………190

جدول 4-13. مقایسه كارایی فوتوكاتالیست‌های گروه “ج” در گوگردزدایی……………………………………….192

جدول 4-14. مقایسه كارایی فوتوكاتالیست‌های گروه “د” در گوگردزدایی………………………………………..194

جدول 4-15. ارتباط میان میزان TiO2(P25) دوپه شده با درصد كاهش DBT………………………………..195

جدول 4-16. مقایسه كارایی فوتوكاتالیست‌های بخش (ه- I) در گوگردزدایی……………………………………196

جدول 4-17. مقایسه كارایی فوتوكاتالیست‌های بخش (ه- II) در گوگردزدایی………………………………….198

جدول 4-18. مقایسه كارایی فوتوكاتالیست‌های گروه “ت” در گوگردزدایی……………………………………….199

جدول 4-19. راندمان گوگردزدایی در نتیجه‌ی فرآیند جذب سطحی در زئولیت……………………………….203

جدول 4-20. نتایج آزمایش‌های سینتیكی با كاتالیست (  Ni(%8)/TiO2/zeolite NaX)………………..210

جدول 4-21. نتایج نمودارهای مربوط به معادلات سینتیكی……………………………………………………………….213

جدول 4-22. ثابت‌های مدل سینتیكی لاگرگرن…………………………………………………………………………………..213

جدول 4-23. ثابت‌های ‌مدل سینتیكی الوویچ………………………………………………………………………………………213

جدول 4-24. ثابت‌های مدل سینتیكی بلانچارد…………………………………………………………………………………..214

جدول 4-25. نتایج راندمان گوگردزدایی روی نمونه واقعی گازوئیل……………………………………………………215

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                                                 صفحه

نمودار 4-1. حلقه هیسترسیس تجربی………………………………………………………………………………………………….170

نمودار 4-2. نمودار حجم حفره بر حسب قطر حفره……………………………………………………………………………..171

نمودار 4-3. منحنی روند تغییر بازده با تغییر مقدار جرم كاتالیست…………………………………………………….174

نمودار 4-4. روند تغییر بازده با تغییر میزان دوپانت……………………………………………………………………………..176

نمودار 4-5. مقایسه‌ی میزان راندمان در نتیجه‌ی مقادیر متفاوت دوپانت……………………………………………177

نمودار 4-6. منحنی روند تغییر بازده با تغییر مقدار اکسیدانت H2O2………………………………………………….178

نمودار 4-7. مقایسه‌ی میزان راندمان در نتیجه‌ی تغییر مقدار اکسیدانت H2O2…………………………………178

نمودار 4-8. مقایسه‌ی میزان راندمان در نتیجه تغییر مدت زمان تابش‌دهی……………………………………….180

نمودار 4-9. مقایسه‌ی میزان راندمان در نتیجه تغییر نوع تابش نور…………………………………………………….182

نمودار 4-10. مقایسه‌ی میزان راندمان در نتیجه افزایش حجم خوراك اولیه………………………………………184

نمودار 4-11. مقایسه‌ی‌ میزان راندمان بین فوتوكاتالیست‌های گروه (الف)………………………………………….189

نمودار 4-12. روند تغییر بازده با تغییر میزان TiO2(P25) در فوتوکاتالیست‌های (الف)……………………..191

نمودار 4-13. مقایسه میزان راندمان بین فوتوكاتالیست‌های گروه (ج)………………………………………………..192

نمودار 4-14. مقایسه میزان راندمان بین كل فوتوكاتالیست‌های Loading………………………………………..193

نمودار 4-15. مقایسه میزان راندمان بین فوتوكاتالیست‌های گروه (د)…………………………………………………194

نمودار 4-16. روند تغییر بازده با تغییر میزان TiO2(P25) در فوتوکاتالیست‌های (د)…………………………195

نمودار 4-17. مقایسه میزان راندمان بین فوتوكاتالیست‌های گروه “ه”………………………………………………..199

نمودار 4-18. مقایسه میزان راندمان بین فوتوكاتالیست‌های گروه (ت)………………………………………………200

نمودار 4-19. مقایسه میزان راندمان با کاتالیست‌های  Dopping دو و سه جزئی………………………………201

نمودار 4-20. مقایسه میزان راندمان گوگردزدایی اكسایشی، میان كل فوتوكاتالیست‌‌ها……………………..202

نمودار 4-21. نمودار نتایج qt بر حسب t……………………………………………………………………………………………….211

نمودار 4-22. نمودار نتایج مدل سینتیکی لاگرگرن (سینتیک شبه مرتبه‌ی اول)………………………………211

نمودار 4-23. نمودار نتایج مدل سینتیکی الوویچ (سینتیک شبه مرتبه‌ی اول)………………………………….212

نمودار 4-24. نمودار نتایج مدل سینتیکی بلانچارد (سینتیک شبه مرتبه‌ی‌ دوم)……………………………212

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                                 صفحه

شکل 1-1. مقایسه انرژی فعالسازی همراه/بدون كاتالیزور………………………………………………………………………6

شکل 1-2. ساختار نیمه رسانا………………………………………………………………………………………………………………….8
شکل 1-3. افزایش شکاف انرژی در راستای کاهش تعداد ذرات…………………………………………………………….11

شکل 1-4. شماتیک فرآیند فوتوکاتالیستی……………………………………………………………………………………………..13

شکل 1-5. تراز انرژی فلز………………………………………………………………………………………………………………………….16

شکل 1-6. توزیع اندازه حفره‌‌ها در جاذب‌های مختلف……………………………………………………………………………22

شکل 1-7. شماتیک دستگاه آزمایشگاهی برای واکنش‌های هیدروکراکینگ کاتالیستی……………………….39

شکل 2-1. اثر میزان گوگرد در سوخت دیزل روی ذرات معلق خروجی موتورهای دیزلی…………………….43

شکل 2-2. اثر میزان گوگرد بر تبدیل اکسیدهای نیتروژن……………………………………………………………………..44

شکل 2-3. توزیع ترکیبات گوگردی در سوخت‌های مورد استفاده در صنایع حمل و نقل…………………….47

شکل 2-4. فرآیندهای متفاوت گوگردزدایی……………………………………………………………………………………………47

شکل 2-5. شمایی از فرآیند HDS………………………………………………………………………………………………………….48

شکل 2-6. انواع ترکیبات گوگردی و سرعت واکنش HDS آن‌ها را برحسب نقطه جوش…………………….50

شکل 3-1. تصویر SEM نمونه TiO2 (P25)…………………………………………………………………………………………..61

شکل 3-2. تصویر TEM نمونه TiO2 (P25)…………………………………………………………………………………………..61

شکل 3-3. دیفراکتوگرام XRD نانوزئولیت فوجاسیت NaX با درجه کریستالیته‌ی بالا………………………..64

شکل 3-4. تصویر SEM نانوزئولیت NaX……………………………………………………………………………………………..65

شکل 3-5. تصویر TEM نانوزئولیت NaX……………………………………………………………………………………………..65

شکل 3-6. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(1)…………………………………………………………………69

شکل 3-7. آنالیز XRF برای فوتوکاتالیست Pcat(1)………………………………………………………………………………69

شکل 3-8. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(2)…………………………………………………………………70

شکل 3-9. آنالیز XRF برای فوتوکاتالیست Pcat(2)………………………………………………………………………………70

شکل 3-10. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(3)………………………………………………………………71

شکل 3-11. آنالیز XRF برای فوتوکاتالیست Pcat(3)……………………………………………………………………………71

شکل 3-12. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(5)………………………………………………………………72

شکل 3-13. تصاویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (3-3-3-الف)………………………………………………….73

شکل 3-14. تصاویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (3-3-3-ب)……………………………………………………74

شکل 3-15. تصاویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (3-3-3-ج)…………………………………………………….76

شکل 3-16. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(12)……………………………………………………………78

شکل 3-17. آنالیز XRF برای فوتوکاتالیست Pcat(12)…………………………………………………………………………78

شکل 3-18. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(14)……………………………………………………………79

شکل 3-19. تصاویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (3-3-3-د)…………………………………………………….80

شکل 3-20. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(16)……………………………………………………………82

شکل 3-21. تصویر SEM برای فوتوکاتالیست Pcat(16)……………………………………………………………………….82

شکل 3-22. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(19)……………………………………………………………84

شکل 3-23. تصویر SEM برای فوتوکاتالیست Pcat(19)………………………………………………………………………84

شکل 3-24. تصاویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (I) (3-3-3-ه)……………………………………………….86

شکل 3-25 . دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(23)…………………………………………………………..88

شکل 3-26. تصویر SEM برای فوتوکاتالیست Pcat(23)……………………………………………………………………….88

شکل 3-27. تصاویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (II) (3-3-3-ه)………………………………………………89

شکل 3-28. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(24)……………………………………………………………90

شکل 3-29. تصویر مربوط به فوتوکاتالیست بخش (III) (3-3-3-ه)……………………………………………………90

شکل 3-30. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(25)……………………………………………………………91

شکل 3-31. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(26)……………………………………………………………92

شکل 3-32. تصویر SEM برای فوتوکاتالیست Pcat(26)………………………………………………………………………93

شکل 3-33. تصویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (IV) (3-3-3-ه)…………………………………………….93

شکل 3-34. تصویر مربوط به فوتوکاتالیست‌های بخش (3-3-3-ت)…………………………………………………….96

شکل 3-35. دیفراکتوگرام XRD برای فوتوکاتالیست Pcat(29)……………………………………………………………97

شکل 3-36. نتایج FESEM برای فوتوکاتالیست Pcat(29) پس از کلسیناسیون………………………………….97

شکل 3-37. نتایج EDXA برای فوتوکاتالیست Pcat(29)……………………………………………………………………..98

شکل 3-38. نتایج BET/BJH  برای فوتوکاتالیست Pcat(29)………………………………………………………………98

شکل 3-39. طیف جذبی نانوذرات TiO2 و Pcat (29) دیسپرس شده در رزین اپوکسی………………………100

شکل 3-40. نماهایی از راکتور فوتوشیمیایی طراحی شده جهت فرآیند گوگردزدایی…………………………..101

شکل 3-41. شمایی از دستگاه GC-MS………………………………………………………………………………………………..105

شکل 3-42. کروماتوگرام GC-MS مربوط به نمونه استاندارد (ppm) 10……………………………………………106

شکل 3-43. کروماتوگرام GC-MS مربوط به نمونه استاندارد (ppm) 50……………………………………………106

شکل 3-44. کروماتوگرام GC-MS مربوط به نمونه استاندارد (ppm) 100…………………………………………107

شکل 3-45. کروماتوگرام GC-MS مربوط به نمونه استاندارد (ppm) 200…………………………………………107

شکل 3-46. منحنی کالیبراسیون دستگاه  GC-MS……………………………………………………………………………..108

شکل 3-47. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (4-الف)…………………………………………………………….110

شکل 3-48. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (11-ب)……………………………………………………………112

شکل 3-49. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (15-ج)…………………………………………………………….114

شکل 3-50. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (18-د)……………………………………………………………..115

شکل 3-51. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (23-د)……………………………………………………………..117

شکل 3-52. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (26-د)……………………………………………………………..118

شکل 3-53. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (38-د)……………………………………………………………..122

شکل 3-54. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (40-د)……………………………………………………………..123

شکل 3-55. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (42-د)……………………………………………………………..124

شکل 3-56. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (48-ه)………………………………………………………………126

شکل 3-57. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (51-ه)……………………………………………………………..127

شکل 3-58. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (53-ه)……………………………………………………………..128

شکل 3-59. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (54-ه)……………………………………………………………..129

شکل 3-60. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (55-ه)……………………………………………………………..130

شکل 3-61. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (57-ه)………………………………………………………………131

شکل 3-62. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (61-ه)………………………………………………………………132

شکل 3-63. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (62-ه)………………………………………………………………133

شکل 3-64. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (63-ه)………………………………………………………………134

شکل 3-65. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (66-ز)………………………………………………………………135

شکل 3-66. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (68-ز)، بخش (I)……………………………………………..136

شکل 3-67. کروماتوگرام GC-MS مربوط به آزمایش (68-ز)، بخش (II)……………………………………………137

شکل 4-1. تصاویر SEM برای نمونه‌های مختلف نانوزئولیت NaX……………………………………………………….144

شکل 4-2. دیفراکتوگرام XRD  نانوزئولیت NaX به همراه اندیس‌‌های میلر هر پیک…………………………145

شکل 4-3. تصویر SEM نانوذرات زئولیت فوجاسیت NaX  با بزرگ‌نمایی (nm) 500………………………..147

شکل 4-4. تصویر TEM نانوذرات زئولیت فوجاسیت NaX………………………………………………………………147

شکل 4-5. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(1) به همراه اندیس‌های میلر………………………………148

شکل 4-6. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(2) به همراه اندیس‌های میلر………………………………150

شکل 4-7. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(3) به همراه اندیس‌های میلر………………………………151

شکل 4-8. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(5) به همراه اندیس‌های میلر………………………………152

شکل 4-9. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(12) به همراه اندیس‌های میلر…………………………….153

شکل 4-10. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(14) به همراه اندیس‌های میلر………………………….154

شکل 4-11. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(16) به همراه اندیس‌های میلر………………………….155

شکل 4-12. تصویر SEM مربوط به فوتوکاتالیست Pcat(16)……………………………………………………………….156

شکل 4-13. طیف سنجی پاشندگی انرژی اشعه ایکس نانوذرات Pcat(16)………………………………………….157

شکل 4-14. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(19) به همراه اندیس‌های میلر………………………….158

شکل 4-15. تصویر SEM مربوط به فوتوکاتالیست Pcat(19)……………………………………………………………….159

شکل 4-16. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(23) به همراه اندیس‌های میلر………………………….160

شکل 4-17. تصویر SEM مربوط به فوتوکاتالیست Pcat(23)……………………………………………………………….161

شکل 4-18. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(24) به همراه اندیس‌های میلر………………………….162

شکل 4-19. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(25) به همراه اندیس‌های میلر………………………….163

شکل 4-20. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(26) به همراه اندیس‌های میلر………………………….164

شکل 4-21. تصویر SEM مربوط به فوتوکاتالیست Pcat(26)……………………………………………………………….165

شکل 4-22. طیف سنجی پاشندگی انرژی اشعه ایکس نانوذرات Pcat(26)………………………………………….166

شکل 4-23. دیفراکتوگرام XRD فوتوکاتالیست Pcat(29) به همراه اندیس‌های میلر………………………….167

شکل 4-24. تصویر FESEM مربوط به فوتوکاتالیست Pcat(29)………………………………………………………….168

شکل 4-25. طیف سنجی پاشندگی انرژی اشعه ایکس نانوذرات Pcat(29)………………………………………….169

شکل 4-26. شکل واقعی حلقه‌ی هیسترسیس نوع (D) و شکل شماتیک حفره‌ها……………………………….171

شکل 4-27. نتایج کمی آنالیز GC-MS، نمونه‌ی قبل از فرآیند گوگردزدایی………………………………………205

شکل 4-28. نتایج کمی آنالیز GC-MS، نمونه‌ی بعد از فرآیند گوگردزدایی……………………………………….206

شکل 4-29. کروماتوگرام حاصل از آنالیز GC-MS، مربوط به نمونه بعد از گوگردزدایی……………………..207

شکل 4-30. نتایج Mass حاصل از آنالیز نمونه‌ی مربوط به بعد از گوگردزدایی…………………………………..207

شکل 4-31. نتایج Mass حاصل از آنالیز نمونه‌ی مربوط به بعد از گوگردزدایی…………………………………..208

شکل 4-32. نتایج Mass حاصل از آنالیز نمونه‌ی مربوط به بعد از گوگردزدایی…………………………………..208

شکل 4-33. محصول تولید شده در نتیجه‌ی فرآیند تخریب فوتوکاتالیستی………………………………………..210

خلاصه فارسی

مطابق استانداردهای جهانی، گوگرد موجود در سوخت‌های مورد استفاده در صنعت حمل و نقل به عنوان یكی از مهمترین صنایع آلایندگی باید حدود ppmw10 كاهش یابد و این در حالی است كه بسیاری از پالایشگاه‌های دنیا، سوخت‌هایی با میزان گوگرد بیش از ppmw1000 تولید می‌كنند. یكی از روش‌های نوین و مقرون
به صرفه كاهش گوگرد از بین تمامی روش‌های موجود روش‌های اكسیداسیون فوتوكاتالیستی می‌باشد.

در تحقیق حاضر، ‌30 نانوفوتوكاتالیست متفاوت با نسبت‌های بارگذاری و دوپینگ و همچنین با مقادیر درصد وزنی متفاوت از فلزهای كروم، نقره، سریم‌، مس و نیكل دوپه شده، طراحی،‌ ساخته و با بهره گرفتن از تكنیك‌های مشخصه‌یابی XRD، XRF، FESEM، EDXA، TEM و BET/BJH مورد بررسی قرار گرفتند. پایه‌ی زئولیتی به كار رفته در ساخت اكثر فوتوكاتالیست‌ها، نانوزئولیت فوجاسیت NaX می‌باشد كه به روش هیدروترمال سنتز شده است.

از بین تمام نانوفوتوكاتالیست‌های مورد استفاده در این پروژه، فوتوكاتالیست با تركیب درصد 8% وزنی نیكل دوپه شده در تیتانیوم دی اكسید بر پایه‌ی نانوزئولیت NaX، تهیه شده به روش سل-ژل،‌ با ساختار كریستالی تتراگونال، به عنوان كاتالیست منتخب در فرآیند گوگردزدایی اكسایشی مدنظر در این تحقیق تعیین گردید. میزان راندمان در آزمایش بهینه توسط كاتالیست مذكور و تحت تابش نور مرئی، 99/99% به دست آمد.

میانگین سایز نانوذرات به دست آمده از روش دبای-شرر 95/50 نانومتر محاسبه گردید كه در توافق خوبی با نتایج میكروسكوپ الكترونی (36/50 نانومتر) می باشد. میزان كریستالیته‌ی این كاتالیست طبق روش WAXS بالای 95% و میزان توزیع ذرات نیكل در سطح كاتالیست به صورت میانگین 43/8% به دست آمد.

در آ‌زمایشات راكتوری گوگردزدایی فوتوكاتالیستی سوخت دیزل مدل كه شامل تركیب مقاوم دی بنزوتیوفن در حلال دكان (با میزان ppmw100گوگرد) می‌باشد،‌ در شرایط علمیاتی ملایم و بدون حضور هیدروژن انجام و تأثیر پارامترهای عملیاتی نظیر جرم كاتالیست، مقدار اكسیدانت، نوع و میزان تابش نور، میزان دوپانت و نوع كاتالیست بر بازده فرآیند، مورد بررسی قرار گرفت. اندازه‌گیری غلظت‌های اولیه و نهایی گوگرد و نیز تعیین محصولات حاصل از تخریب، ‌توسط دستگاه كروماتوگرافی گازی-طیف سنجی جرمی (GC-MS) انجام شده است.

مدل‌های سینتیكی شبه مرتبه‌ی اول لاگرگرن و الوویچ و مدل شبه مرتبه‌ی دوم بلانچارد برای واكنش تخریب فوتوكاتالیستی گوگرد در فوتوراكتور طراحی شده با سیستم ناپیوسته،‌ مورد مطالعه قرار گرفت و درجه واكنش و ثابت سرعت تعیین شد. با توجه به بالاترین ضریب هم‌بستگی مشخص گردید سینتیك واكنش از مدل شبه مرتبه‌ی اول پیروی و ثابت سرعت به دست آمده برابر با   048/0 می‌باشد.

یك نمونه گازوئیل نیز در شرایط بهینه مورد آزمایش قرار گرفت نتایج حاكی از كارایی تكنیك گوگردزدایی روی نمونه‌ی واقعی می‌باشد.

واژه‌های كلیدی: فوتوكاتالیست، تیتانیوم‌دی‌اكسید، نیكل، نانوزئولیت، گوگردزدایی،‌ دیزل،‌ دی‌بنزوتیوفن،

فصل اول

کلیات

1-1. نانو :

پسوند نانو به معنای یک میلیاردم (9-10) است. بنابراین فناوری‌ها و علوم نانو در حوزه‌هایی کار می‌کنند که ابعاد آنها در محدوده‌ی نانومتر می‌باشد.

1-1-1. علم نانو :

علم نانو مطالعه‌ی پدیده‌ها و دستکاری مواد در مقیاس اتمی و مولکولی می‌باشد که در این مقیاس کوچک، خصوصیات مواد با ویژگی‌هایشان در مقیاس بزرگ متفاوت است.

تعداد صفحه : 254

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.