پایدارسازی کاتالیست اکسیداسیون- احیا در هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان

اولفین ها به دلیل واکنش پذیری زیاد، سنگ بنای تولید مواد بسیاری از جمله بسپارها هستند. پروپیلن یکی از محصولات پتروشیمیایی است که به عنوان خوراک برای تولید مواد گوناگون به کار می رود. فرایندهای معمول تولید پروپیلن شکست حرارتی، fcc و هیدروژن زدایی کاتالیستی همگی گرماگیر هستند، اما هیدروژن زدایی اکسایشی به دلیل گرمازا بودن حتی در دماهای پایین می تواند به تبدیل بالایی دست یابد. در این رساله برای تولید پروپیلن از پروپان از فرایند هیدروژن زدایی اکسایشی استفاده شده است که از اکسیژن به عنوان اکسنده استفاده شد. دو دسته کاتالیست تهیه شدند که برای اولین بار در فرایند مذکور به کار رفته اند. کاتالیست وانادیا با درصدهای وزنی 5، 10 و 15 از اکسید وانادیم بر پایه ی نانولوله های تیتانیت تهیه شدند. کاتالیست های وانادیا با درصد وزنی برابر 5 از اکسید وانادیم با یا بدون حضور پتاسیم بر روی نانوذرات اکسید تیتانیم تهیه شده به روش میکروامولسیون ساخته شدند. کاتالیست وانادیا بر پایه ی تیتانیای صنعتی نیز تهیه شد تا برای مقایسه به کار برده شود. از روش تلقیح برای ساخت کاتالیست ها استفاده شد. همه ی کاتالیست ها در دمای oc500 در هوا کلسینه شدند. نتایج نشان می دهد که روش آب گرمایی روشی ساده برای تولید نانولوله های تیتانیت از تیتانیای صنعتی با مساحتی در حدود m2 g-1 50 است که دارای مساحتی در حدود m2 g-1 400 است. بررسی های xrd حضور فاز h2ti2o5.h2o را تأیید می کند. در تحلیل رامان نانولوله های تهیه شده اثری از باند na-o-ti مشاهده نشد. همچنین مقادیر ناچیزی آناتاز مشاهده شد. پیوند ti-o-h توسط رامان مشخص شد که برای وجود این فاز مورد نیاز است. تحلیل sem رشته های نانولوله های تهیه شده و تحلیل hrtem ساختار لایه ای دیواره را نشان می دهند. تحلیل های ftir و xps وجود شاخصه های اصلی نانولوله های تیتانیت را به اثبات می رساند. کاتالیست های وانادیا بر نانولوله های تیتانیت پس از کلسینه شدن تغییر فاز داده و فاز آناتاز در همه ی آن ها مشاهده شد. اما در کاتالیست وانادیا بر پایه ی tio2 p25 فاز روتایل در کنار فاز آناتاز مشاهده می شود. کلسینه کردن باعث کاهش مساحت bet می شود. در درصدهای بالاتر از وانادیا، اکسید وانادیم نیز ظاهر می شود. افزایش مقدار بارگذاری وانادیا باعث جابجایی پیک بیشینه ی احیا در تحلیل h2-tpr می شود. فعالیت بالاتر به احیاپذیری بیشتر قابل ارتباط است. طیف های رامان نشان دهنده ی وجود فاز آناتاز به صورت غالب است. این طیف ها نشان می دهند که با افزایش مقدار وانادیا، احتمال حضور اکسید وانادیم بلوری بیشتر می شود. در درصدهای کم از وانادیا، مونووانادیت ها در کنار پلی وانادیت ها حضور دارند. درصد مشابهی از وانادیا بر پایه ی تیتانیای صنعتی و بر پایه ی نانولوله ی تیتانیت حاکی از برتری نانولوله ی تیتانیت هم از نظر کارایی کاتالیستی و هم طول عمر آن است. افزایش مقدار وانادیا بر پایه ی نانولوله ی تیتانیت سبب مشاهده ی افت فعالیت شد. در قسمت دیگر این رساله اثر افزودن پتاسیم به کاتالیست وانادیا بر پایه ی تیتانیا بررسی شد. حضور پتاسیم سبب کاهش افت مساحت پس از کلسینه شدن شد. از تحلیل xrd نتیجه شد که فاز آناتاز به صورت غالب حضور دارد. وجود پتاسیم سبب پخش بالاتر وانادیا بر سطح تیتانیا می شود. همچنین حضور پتاسیم سبب جابجایی پیک دمای احیای بیشینه تا oc520 می شود که با کاهش فعالیت کاتالیست همخوانی دارد. البته حضور پتاسیم سبب افزایش گزینش پذیری می شود. در مقایسه ی افت فعالیت دو کاتالیست با یا بدون حضور پتاسیم مشاهده شد که پتاسیم سبب حفظ فعالیت کاتالیستی می شود. پس از آزمون غیرفعال شدن مساحت کاتالیست حاوی پتاسیم افت کم تری دارد که از m2 g-1 52 به m2 g-1 49 رسید. قطر ذرات کاتالیستی پس از آزمون غیرفعال شدن برای کاتالیست بدون پتاسیم از nm 24 به nm 26 و کاتالیست حاوی پتاسیم از nm 5/22 به nm 5/23 رسید. همچنین پس از آزمون غیرفعال شدن از میزان مونووانادیت کاسته و بر میزان پلی وانادیت افزوده شد.