ساخت نانو کاتالیست های پروسکایتی، به منظور استفاده در فرایند تبدیل ترکیبی خشک و اکسایش جزیی متان

با آغاز هزاره سوم، بررسی فرایند تبدیل خشک متان در روند تولید گاز سنتز (هیدروژن و کربن مونوکسید) مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. مصرف گازهای گلخانه ای متان و کربن دی اکسید به عنوان خوراک واکنش و تولید گاز سنتز با نسبت مناسب به منظور تولید سوخت های مایع و مواد شیمیایی مورد نیاز صنعت از مهمترین مزیت های فرایند تبدیل خشک متان است. مصرف انرژی بالا و تولید کک، اصلی ترین مانع ها در مسیر صنعتی سازی این فرایند محسوب می شوند. انتخاب کاتالیست مناسب و افزودن اکسیژن در خوراک از جمله راه های موثر به منظور غلبه بر مشکلات یادشده هستند. در چند سال اخیر استفاده از نانو کاتالیست های پروسکایتی (abo3) در فرایند تبدیل متان به خاطر پایداری قابل توجه در برابر تشکیل کک، فعالیت کاتالیتیکی بالا،پایداری گرمایی در دماهای بالا،حضور کلیه اجزای ساختار کاتالیست در فرایند و نقش دو کاره کاتالیست های پروسکایتی هم در نقش پایه و هم فاز فعال از اهمیت قابل توجه ای برخوردار گردیده است. در این پژوهش سعی شده است از نانو کاتالیست های پروسکایتی جدید در فرایند ترکیبی تبدیل خشک و اکسایشی جزیی متان استفاده شود تا افزون بر تولید کک کمتر در راکتور, با تنظیم نسبت خوراک و شرایط عملیاتی نسبت دلخواه h2/co تولید شود. برای این منظور، در ابتدا کاتالیست های پروسکایتی جدید شامل عناصر laو sm در موقعیت a و عناصر انتقالی ni، co، fe و عنصر قلیایی خاکی mg در موقعیت b با روش بهبود یافته سل-ژل ساخته شد. در ادامه، سامانه میکرو راکتوری طراحی و ساخته شد و فعالیت کاتالیتیکی تمامی نمونه ها بر حسب درجه جانشانی، دما و زمان واکنش بررسی شدند و بهترین آن ها در شرایط متفاوت عملیاتی و نسبت های متفاوت خوراک انتخاب شدند. مشخصات فیزیکی و شیمیایی نمونه های ساخته شده پیش و پس از آزمون راکتوری با روش های تجزیه عنصری، پراش پرتو ایکس (xrd)، تجزیه گرماوزنی (tga)، کاهش برنامه ریزی شده گرمایی (tpr) تعیین شد. هم چنین مساحت سطح نمونه ها با روش bet اندازه گیری و ریخت شناسی آن ها با میکروسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری (sem و tem) بررسی شد. نتیجه های به دست آمده نشان می دهند که روش بهبود یافته سل-ژل ، روشی مناسب به منظور ساخت نمونه های یادشده در مقیاس نانومتر و البته با سطح فعال پایین است و تغییر در روش ساخت به منظور افزایش سطح فعال باعث تغییر محسوسی در فعالیت کاتالیتیکی نمونه ها نخواهد شد. بررسی الگوهای پراش نمونه های lani1-xcoxo3، lani1-xfexo3 نشان می دهند همه نمونه ها، دارای ساختار پروسکایتی بلوری بدون هر گونه فاز آلوده کننده هستند. درحالی که الگوهای پراش نمونه های la1-xsmxnio3-? و lani1-xmgxo3 نشان می دهند که عناصر sm و mg را حداکثر به میزان 1/0 می توان در ساختار پروسکایتی lanio3 جانشانی کرد. بررسی آزمون های tpr نمونه ها نشان می دهند جانشانی عناصر co، fe و mg با ni و عنصر sm با la در ساختار lanio3 ، موجب افزایش پایداری گرمایی نمونه های ساخته شده می شود. در نمونه های lani1-xcoxo3، با افزایش میزان کبالت فعالیت کاتالیتیکی کاهش پیدا می کند. در نمونه های lani1-xfexo3، میزان فعالیت کاتالیتیکی نمونه ها به ترتیب زیر است: lanio3 > lani0.4fe0.6o3 > lani0.6fe0.4o3 > lani0.8fe0.2o3> lani0.2fe0.8o3 > lafeo3 برای نمونه های lani1-xmgxo3، فعالیت کاتالیتیکی نمونه ها به ترتیب زیر است: lanio3 > lani0.4mg0.6o3 > lani0.6mg0.4o3 > lani0.9mg0.1o3 > lani0.8mg0.2o3 > lamgo3 نمونه های la1-xsmxnio3-? به ازای جانشانی های 1/0، 9/0 و 1، بهترین عملکرد را نسبت به سایر نمونه ها از خود نشان می دهند.