بررسی عملکرد کاتالیستی نانو اکسید های مختلط با ساختار پروسکیتی و اسپینلی در حذف ترکیبات آلی فرار و مطالعات طراحی و بهینه سازی کاتالیست

کاراترین و عملی ترین تکنیک برای تبدیل ترکیبات آلی فرار حاصل از احتراق سوخت در وسایل نقلیه و صنایع و حلالهای شیمیایی اکسایش کاتالیستی می باشد که مهمترین چالش در این فرایند توسعه کاتالیستهایی با فعالیت کاتالیستی و پایداری بالا می باشد. در این کار پژوهشی هدف توسعه و بهینه سازی ترکیب و شرایط سنتز یکسری از نانواکسیدهای فلزی مختلط با ساختارهای پروسکیتی و اسپینلی در فرایند اکسایش ترکیبات آلی فرار می باشند. خصوصیات فیزیکوشیمیایی با استفاده از xrd، ftir، bet و xps بررسی شدند. مورفولوژی کاتالیستها با استفاده از sem بررسی شد و احیاپذیری کاتالیستها با استفاده از تکنیک tpr بررسی شدند. یکسری از نانوپروسکیتهای کبالتیت دارای نقص بلوری از طریق وارد کردن کاتیونهای منگنز، کروم و مس به ساختار لانتانیم کبالتیت تهیه شدند (lab0.5co0.5o3, b=cr, mn, cu). فعالیت کاتالیستی کاتالیستهای حاصل برای اکسایش تولوئن در فازگازی در دماهای واکنش مختلف بررسی شدند که از بین آنها lamn0.5co0.5o3 بیشترین فعالیت را نشان داد. مطالعات بیشتر بر روی نانوپروسکیتی دوپه شده با منگنزمتمرکز شدند. رفتار کاتالیستی کاتالیستهای سری lamnxco1-xo3 (x=0, 0.1, 0.25, 0.5) در اکسایش 2-پروپانول بررسی گردید و احیاپذیری آنها با استفاده از پروفایلهای احیایی با برنامه دمایی (tpr) بررسی گردیدند. مدلسازی و بهینه سازی شرایط فرایند با استفاده از طراحی مختلط (mixture design) صورت گرفت که در آن lamn0. 35co0.65o3 کلسینه شده در دمای 700 درجه سانتیگراد بعنوان کاتالیست بهینه تعیین شد که در دمای عملیاتی 280 درجه میزان تبدیل 98 درصدی را نشان داد. ارتباط بین فاکتورهای عملیاتی(دمای واکنش، دمای کلسیناسیون) و فاکتورهای ترکیب کاتالیست (کسر مولی منگنز و کبالت) با پاسخ مدل (درصد تبدیل 2-پروپانول) بصورت یک مدل 8 جمله ای بیان گردید که در آن 892/0=r2 می باشد. سپس بهینه سازی و مدلسازی شرایط سنتز کاتالیستهای مذکور با استفاده از روش پاسخ رویه سطح انجام شد. کسر مولی کبالت و منگنز و [سیترات/نیترات] از مهمترین فاکتورهای موثر روی فعالیت کاتالیستی تعیین شدند. کاتالیست بهینه lamn0.4co0.6o3 حاصل از مدلسازی با پاسخ رویه پایداری خوبی را در اکسایش تولوئن نشان داد. همچنین سری نانو اسپینلهای amn2o4 (a=cu, co, zn) ، acr2o4 (a=co, cu, zn, mn)، co3o4 و cuco2o4 تهیه شدند و فعالیت کاتالیستی آنها در اکسایش کاتالیستی تولوئن و 2-پروپانول مورد بررسی قرار گرفتند. کاتالیست ها با استفاده از پراش اشعه ایکس (xrd )، اسپکتروسکپی مادون قرمز، میکروسکوب الکترونی عبوری (sem ) و bet شناسایی شدند و ارتباط بین فعالیت کاتالیستی با خصوصیات فیزیکوشیمیایی سایتهای کاتالیستی با tpr و xps بررسی گردیدند. از بین نانو اسپینلها بررسی شده، کرومیتها فعالیت بالایی داشتند و از بین کرومیتها zncr2o4 فعالترین کاتالیست بود. همچنین کرومیتهای مطالعه شده انتخابگری صد درصد را به کربن دی اکسید نشان دادند. تاثیر روش سنتز بر روی خصوصیات فیزیکوشیمیایی و فعالیت کاتالیستی بررسی گردیدند. روشهای سل ژل خوداحتراقی، هم رسوبی و سل ژل نوع پچینی مورد مطالعه قرار گرفتند که نمونه های حاصل از روش سل ژل نوع پچینی دارای توزیع ذرات یکنواخت تر و از نظر کاتالیستی فعالتر بودند. پایداری این کاتالیست ها نیز مورد بررسی قرار گرفت که علی رغم فعالیت بالا پایداری خوبی را در مقابل غیرفعال شدن نشان دادند.