نانولوله های کربنی به عنوان جدیدترین ساختار کربنی شناخته شده، بدلیل دارا بودن خواص منحصر بفرد مکانیکی، گرمایی و الکتریکی در دهه اخیر مورد توجه بسیاری از محققان بوده اند. این ترکیبات می توانند در بسیاری از زمینه ها مانند مواد نانوکامپوزیت، دستگاه های نشر میدانی، باطری های الکتروشیمیایی، نانو حسگرها، دستگاه های نانوالکترونیک و نیز بعنوان پایه کاتالیست ها بکار روند. از آنجایی که نانولوله های کربنی ملکول های بزرگ حاوی هزاران اتم کربن هستند که در یک سیستم پلی آروماتیک آرایش یافته اند، لذا ساختارهایی غیر محلول می باشند و این عدم انحلال پذیری کاربردهای آنها را محدود نموده است. عامل دار کردن نانولوله های کربنی روشی است که انحلال پذیری نانولوله ها را بالا می برد زیرا گروه های عاملی موجود بر سطح نانولوله ها باعث کاهش نیروهای واندروالس بین نانولوله ها شده و از تراکم آنها در حلال جلوگیری می کنند. واکنش های شیمیایی مختلفی نظیر اکسیداسیون مستقیم، فلوئوردار کردن، آمیددار و تیول دار کردن، به منظور اصلاح سطوح نانولوله های کربنی بکار می روند. در تحقیق حاضر از واکنش های اوزون کافت (در فاز گازی و مایع و نیز در دماهای مختلف)، افزایشی الکتروفیلی و واکنش های رادیکالی به منظور عامل دار کردن نانولوله های کربنی استفاده شده است. گروه های عاملی ایجاد شده بر سطح نانولوله ها عبارتند از: گروه های کربوکسیل، آمین، آمید و کتون های آروماتیک. بازده واکنش های انجام شده قابل رقابت با مقادیر گزارش شده می باشد. همچنین محصولات آمینی و آمیدی و کتونی تهیه شده، انحلال پذیری بالایی در حلال های آلی دارند.

در این تحقیق ، سنتز نانوساختارهای اکسید و سولفید عناصر واسطه مولیبدن و تنگستن انجام شد و پس از آن ، برخی از کاربردهای نانوساختارهای تهیه شده مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش سل – ژل و پیرولیز پاششی ، نانوذرات کروی شکل مولیبدن اکسید و تنگستن اکسید و با استفاده از روش هیدروترمال ، نانو میله های تنگستن اکسید تهیه شد. از نانوساختارهای حاصله به عنوان ماده اولیه برای تهیه نانوساختارهای مولیبدن سولفید و تنگستن سولفید استفاده شد. در این روش نانوساختارهای مولیبدن اکسید و تنگستن اکسید در مجاورت مخلوط گازهای ئیدروژن و نیتروژن ( به عنوان گاز احیاء کننده ) و گاز ئیدروژن سولفید ( به عنوان گاز سولفیدکننده ) در دمای بالا به نانوساختارهای سولفید فلز مربوطه تبدیل می شود. به همین روش می توان از پودر گوگرد به جای گاز ئیدروژن سولفید ( به عنوان منبع سولفید کننده ) و از گاز ئیدروژن به تنهائی ( به عنوان گاز احیاکننده ) استفاده نمود. روش هیدروترمال نیز برای تهیه نانوساختارهای مولیبدن سولفید مناسب است. سه کاربرد مهم صنعتی نانوساختارهای مولیبدن سولفید و تنگستن سولفید در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. با تبدیل نانوذرات مولیبدن سولفید تهیه شده به صورت محلول در روغن ، می توان از آن به عنوان نانوکاتالیست فرایند هیدروکراکینگ نفت خام سنگین استفاده نمود که این مسئله منجر به انجام واکنش در دمای پائین تر و بدست آمدن فرآورده های نفتی سبک تر می گردد. همچنین با تهیه نانوکاتالیستws2/sba-15 واستفاده از آن در فرایند گوگرد زدائی با ئیدروژن ، مقدار گوگرد موجود در برش نفتا ، از ppm 3200 به ppm 70 تقلیل یافت. در ضمن ، به کاربردن نانوذرات تنگستن سولفید به عنوان ماده افزودنی ضد سایش در فرمولاسیون روغن های صنعتی روانکار ، موجب کاهش میزان سائیدگی سطوح در مقایسه با سایر مواد افزودنی مشابه خواهد شد. در این تحقیق مشخص شده است که نانوساختارهای تنگستن اکسید می توانند به عنوان فتوکاتالیست در واکنش های تجزیه نوری آلاینده های آلی محیط زیست ( مانند رنگ های آلی ) استفاده شده و عملکرد خوبی داشته باشند.

هدایت حرارتی سیالات انتقال حرارت معمول پایین است. اولین بار چوی در سال 1995 اصطلاح نانو سیال را برای گروه جدیدی از سوسپانسیونهای جامد/مایع که در آنها مقادیر بسیار کمی از نانوذرات به صورت یکنواخت و پایدار در مایع معلق شده اند، پیشنهاد کرد. هدف از تحقیق حاضر، بررسی آزمایشگاهی عملکرد نانوسیالات و ارائه مدل مناسب به منظور پیش بینی ضرائب انتقال حرارت در آنها است. نتایج به دست آمده نشان می دهد ضرائب انتقال حرارت نانوسیالات نسبت به سیالات پایه (در همه کسرهای حجمی و دماها) عموماً بالاتر است. با این حال، هدایت حرارتی نانوسیالات در دماهای بالاتر، بهبود بیشتری نشان می دهد ولی ضریب انتقال حرارت جابه جایی در دماهای پایین تر افزایش بیشتری را نشان می دهد. با استفاده از طراحی آزمایشها، اثر عوامل متعددی روی هدایت حرارتی و پایداری نانوسیالات آب/نانولوله کربنی بررسی شده و شرایط بهینه تولید و استفاده از این نانوسیالات پیشنهاد شده است. نقش حرکت و ارتعاش نانوذرات در هدایت حرارتی با استفاده از یک مبنای تئوری قابل قبول برآورد شده و نشان داده شده که در مقایسه با هدایت حرارتی سیال پایه قابل صرف نظر هستند. یک مدل تئوری با استفاده از ایده مقاومتها برای برآورد هدایت حرارتی سوسپانسیونها (اعم از نانوسیالات یا سوسپانسیونهای حاوی میکروذرات) پیشنهاد شده که مقایسه نتایج مدل برای سوسپانسیونهای حاوی میکروذرات با نتایج مدل ماکسول که برای این نوع سوسپانسیونها پیش بینی قابل قبولی دارد، درستی مدل را تأیید می کند. پارامتر تعیین کننده در مدل پیشنهاد شده، فاصله بین ذرات است که در مورد سوسپانسیونهای حاوی میکرو ذرات با استفاده از قطر موثر و در مورد نانوسیالات با استفاده از تئوری حرکت براونی تخمین زده می شود. مقایسه با داده های آزمایشگاهی به دست آمده در این کار و نیز داده-های منتشر شده در مراجع دیگر نشان می دهد مدل پیشنهاد شده با استفاده از قطر موثر و مسیر پویش آزاد براونی، در اکثر موارد می تواند به ترتیب حدود پایین و بالای هدایت حرارتی نانوسیالات را به دست دهد. یک مدل ساده با ضرب کردن یک پارامتر قابل تنظیم در مقدار به دست آمده فاصله بین ذرات از تئوری حرکت براونی، پیشنهاد شده و مقایسه با داده های آزمایشگاهی درستی مدل را تأیید می کند. پروفایل سرعت و دمای نانوسیال، در جریان متلاطم توسعه یافته کامل، با سیال پایه مقایسه شده است. طبق نتایج به دست آمده، عامل تعیین کننده تغییر انتقال حرارت جابه جایی نانوسیالات در مقایسه با سیالات پایه، شکل پروفایل دما می باشد. در عین حال، شکل پروفایل سرعت نانوسیالات در شرایط متلاطم توسعه یافته مانند سیالات پایه است و به همین دلیل افزایش افت فشار آنها صرفاً به تغییر خواص نانوسیالات در مقایسه با سیالات پایه مربوط می شود.

موضوعی که در دنیای امروز از اهمیت زیادی برخوردار است، استفاده و بهره برداری از مواد به ظاهر کم اهمیت و تبدیل آنها به تجهیزات و موادی است که برای بشر و علم بسار سودمند باشد. در علوم امروز، علم نانو و شاخه های مرتبط با آن از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند چرا که بسیاری از کارهایی که تا به حال انجام آن برای بشر سخت و یا غیر ممکن بود به وسیله این مواد آسان و قابل دسترس شده است. نانولوله های کربنی نمونه ای از مواد نانویی هستند که به دلایل خواص ویژه اعم از الکتریکی، مغناطیسی، اپتیکی و حرارتی توجهات زیادی را به خود جلب کرده اند. نانولوله های کربنی به روشهای متفاوتی رشد داده می شوند که می توان به روش رسوبدهی شیمیایی بخار، قوس الکتریکی و تبخیر لیزری اشاره کرد. نکته ای که در تولید نانولوله های کربنی حائز اهمیت است، تولید همزمان نانولوله های کربنی فلزی و نیمه هادی در پایان فرایند تولید می باشد. در صنعت هر کدام از انواع نانولوله های کربنی ( فلزی و نیمه هادی ) کاربردهای مخصوص خود را دارند. پس جداسازی این نانولوله ها از یکدیگر باعث افزایش کارایی و بهره برداری از این نانولوله ها می شود. روشهای متعددی توسط محققان جهت جداسازی نانولوله های کربنی فلزی از نیمه هادی پیشنهاد شده است که می توان به جداسازی به روش دی الکتروفورسیس، جداسازی توسط ژل آگاروز و یا توسط یون برم اشاره کرد. با استفاده از هر کدام از روشهای مربوط به جداسازی می توان به مقادیری از نانولوله های فلزی و نیمه هادی دست یافت. هدف محققان از ارائه روشهای جدید، دست یافتن به مقادیر بهینه از میزان جداسازی است بطوریکه میزان ناخالصی در میان هر کدام از انواع نانولوله کمتر شود. مقدار بهینه گزارش شده از میزان جداسازی در مقالات، به میزان 30 درصد فلزی و 70 درصد نیمه هادی می باشد که با استفاده از روش دی الکتروفورسیس بدست آمده است. در این تحقیق، جداسازی نانولوله های کربنی فلزی از نیمه هادی توسط میدان مغناطیسی و با استفاده از حدسهای اولیه تئوری انجام پذیرفته است. این جداسازی به دو روش خشک و با استفاده از محلول حاوی آب، نانولوله های کربنی و سدیم دودسیل سولفات انجام شد که در پایان هر کدام از آنها حدود 50 درصد نانولوله فلزی و 50 درصد نانولوله نیمه هادی تولید گردید. جهت اطمینان از نانولوله های جداسازی شده آزمایشات متفاوتی اعم از تصاویر sem، طیف سنجی رامان و هدایت الکتریکی از آنها به عمل آورده شد که همگی تایید کننده عمل جداسازی می باشند.

مسئله با اهمیت در مورد حسگرها میزان حساسیت ، گزینش پذیری و پایداری آنهاست که نانولوله های کربنی به خاطر ویژگی های منحصربه فردشان مانند اندازه بسیارکوچک، سطح جداره صاف با قدرت تفکیک بالا ،چگالی سطحی بسیار بالا، سطح ویژه بسیار زیاد ، استحکام و مقاومت کششی بالا و هدایت الکتریکی خوب می توانند به عنوان مواد حساس در حسگرهای شیمیایی در گستره وسیعی از گازها بکارروند. در این پژوهش از نانولوله های کربنی چند دیواره برای ساخت حسگرهای گازی استفاده شده است. از آنجا که عامل دار کردن نانولوله ها خواص آنها را به طرز شگفت آوری ارتقاء می دهد، برای ساخت حسگر گازی از نانولوله های کربنی چند دیواره (1) ساده ، (2) اسیدهای کربوکسیلیک، (3) آمیدی و (4)sno2 به عنوان ماده حساس استفاده شده است. طراحی حسگرها برحسب تغییرمقاومت الکتریکی بوده است. گاز هدف در این پژوهش، گاز co می باشد. در بررسی حساسیت حسگرهای گاز co، متغیرهای مختلفی از جمله نوع حسگر و دما، غلظت، زمان، فشار و دبی گاز co مورد توجه است که در اینجا با ثابت نگه-داشتن سایر پارامترها، اثر تغییر دمای گاز co و تغییر نوع حسگر بر روی شیوه رفتار و قدرت پاسخگویی آن، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از قراردادن انواع مختلف حسگرها در معرض گاز هدف در دماهای مختلف، حاکی از آن است که در دماهای پایین، sno2 با وجود نوسانات حساسیت، دارای بالاترین درصد پاسخگویی نسبت به حضور گازco نسبت به سایر حسگرها می باشند و در دماهای بالاتر به غیر از نانولوله های کربنی چند دیواره ی ساده ، سایر نانولوله ها حساسیت های نسبتا خوبی از خود نشان می دهند و نانولوله های کربنی ساده نسبت به گاز co خاصیت حسگری چشمگیری ندارند.

فلزات سنگین موجود در پساب واحدهای صنعتی یکی از مهمترین و خطرناک ترین آلاینده های زیست محیطی، به شمار می روند. در بین فلزات سنگین، جیوه ناشی از تخلیه فاضلاب صنایع کلرآلکالی، خمیر و کاغذ، پالایشگاه، رنگ، داروسازی و باتری سازی به علت سمیت، تجمع زیستی و تأثیرات زیست محیطی بر موجودات از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تاکنون روش های مختلف فیزیکی و شیمیایی از جمله انعقاد و ته نشینی، اسمز معکوس، احیاء شیمیایی و تبادل یون برای حذف جیوه از پساب ها و آب های آلوده مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال های اخیر، فرایند جذب سطحی به علت بازدهی بالا و هزینه نسبتاً کم توجه زیادی را به خود معطوف داشته است. لزوم کاهش مقدار یون های جیوه در جریان فاضلاب های صنعتی، نوع جاذب انتخابی را مورد توجه قرار می دهد. جاذب های مختلفی برای جذب جیوه از فاضلاب های صنعتی به کار رفته اند. اما امروزه کاربرد نانوجاذب ها از جمله نانوذرات و نانوساختارها به علت سطح ویژه و نسبت سطح به حجم زیاد و کارایی بالا در حذف آلاینده های فلزی از فاضلاب های صنعتی به عنوان یک موضوع در خور توجه محسوب می شود. در این مطالعه، از دو نانوساختار کربنی mwnt-cooh و cnfs برای جذب جیوه از پساب های صنعتی به دو روش ناپیوسته و ستونی استفاده شد و پارامترهای موثر بر میزان جذب از جمله زمان تعادل، ph، غلظت اولیه جیوه، میزان جاذب، اثر یون مزاحم و قدرت یونی مورد بررسی قرار گرفت. برخی خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مورفولوژی جاذب ها به کمک روش های bet، پراش پرتو(xrd) x، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (ft-ir)، میکروسکوپ الکترون روبشی (sem) و میکروسکوپ الکترون عبوری (tem) تعیین شدند. مطالعات سینتیک جذب نشان داد که جذب جیوه بر mwnt-cooh و cnfs سریع می باشد. سرعت جذب جیوه بر روی cnfs از معادلات شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم تبعیت کرد. بررسی اثر ph اولیه، نشان داد ph بهینه برای جذب جیوه توسط mwnt-cooh بین0/7-0/3 و برای cnfs بین0/7-0/4 می-باشد. قابلیت برازش داده های تعادلی سیستم جذب جیوه با مدل های لانگمویر، فروندلیچ و ردلیچ-پترسون مورد بررسی قرار گرفت. جذب جیوه روی mwnt-cooh با مدل ردلیچ-پترسون و بر روی cnfs با مدل های فروندلیچ و ردلیچ- پترسون برازش بهتری داشت. حداکثر میزان جیوه جذب شده بر روی هردو جاذب mg/g 500 به دست آمد. افزایش میزان جاذب ها بر میزان جذب جیوه تأثیر قابل ملاحظه ای نداشت. حضور فلزات مس، سرب، روی، کروم، کادمیوم و نیکل با دو غلظت50 و100 میلی گرم بر لیتر تأثیر قابل ملاحظه ای بر جذب جیوه نشان نداد. با افزایش غلظت نمک های سدیم کلراید، سدیم سولفات و پتاسیم کلراید، درصد جذب جیوه کاهش یافت و تأثیر رقابتی الکترولیت های مذکور بر جذب جیوه بر روی mwnt-cooh به صورت nacl>>kcl >na2so4 و بر روی cnfs به صورت na2so4>> nacl > kcl بود. واجذب جیوه توسط کلریدریک اسید نسبت به نیتریک اسید بیشتر بوده و حداکثر واجذب توسط کلریدریک اسید برای mwnt-cooh، 100% و برای cnfs،3/83% به دست آمد.کارایی جذب جیوه از فاضلاب های صنعتی توسط جاذب های مورد استفاده در فاضلاب نسبت به جذب آن در شرایط آزمایشگاه کمتر بود. همچنین نتایج نشان داد که جذب جیوه توسط mwnt-cooh نسبت به cnfs سریعتر و بیشتر بوده که احتمالاً به علت وجودگروه عاملی –cooh بر روی سطح این نانوساختار کربنی است.

جداسازی گازها عموماً با استفاده از 3 روش psa (بر مبنای جذب)، غشا و یا سردسازی صورت می-پذیرد که بنا بر ویژگی های هر یک، کاربردهای متفاوتی برای آن ها می توان متصور بود. جداسازی هیدروژن از متان در صنعت پالایشگاهی به خصوص برای کاربردهای هیدروژناسیون امری مهم و شایسته توجه است که عموماً طبق روش psa صورت می پذیرد. در تحقیق پیش رو، ابتدا کربن فعال با استفاده از بهینه سازی هر یک از پارامترهای موثر بر ظرفیت جذب جاذب تهیه شد و بدین ترتیب شرایط بهینه ساخت از نظر دمای فعال سازی، نسبت وزنی عامل فعال ساز به ماده اولیه، اندازه ذرات و شدت جریان نیتروژن بدست آمد. نتایج آزمایشات حاکی از آن است که دمای 700 درجه سانتی گراد و نسبت وزنی 1.7 بهترین شرایط بوده و اندازه ذرات اولیه اثر بسیار اندکی بر ظرفیت جذب نمونه دارد و شدت جریان نیتروژن در طول فعال سازی نیز عامل مهمی در این بین به شمار نمی رود. پس از تعیین بهترین روش ساخت کربن فعال، فرآیند رسوبدهی سه نوع نانوساختار کربنی (نانولوله تک دیواره، چند دیواره و نانوفیبر) بر روی آن صورت گرفته و عملکرد نمونه هیبریدی با نمونه ساده مقایسه شد. نتایج حاکی از آن است که هیبریداسیون کربن فعال با استفاده از نانوفیبرهای کربنی، ظرفیت جذب متان آن را تا 20% ارتقا می دهد. بعلاوه در حالی که در فرآیند جداسازی، کربن فعال مخلوط هیدروژن و متان با نسبت های برابر را به مخلوطی با ترکیب 88-12 تبدیل می کند، نمونه هیبریدی در شرایط برابر توان تولید هیدروژن با خلوص بیش از 99.999% را از همان جریان دارد.

نانولوله ها به علت دارا بودن ساختار ویژه و خواص منحصر به فرد همچنین مقاومت و استحکام کششی بالا، هدایت بالا و ...کاربردهای متعددی پیدا کرده اند. تحقیقات گسترده ای در زمینه سنتز نانولوله های کربنی انجام شده و یکی از مهمترین اهداف، یافتن روشی برای تولید آن ها بوده که علاوه بر ایجاد محصولی با کیفیت بالا، قابلیت تولید در مقیاس انبوه را داشته و از لحاظ اقتصادی به صرفه باشد. در این پایان نامه از روش شناورسازی بخار کاتالیست که از روش های رسوب دهی بخارشیمیایی است و قابلیت تولید انبوه را دارد، استفاده شد. زایلن به عنوان خوراک کربنی، فروسن به عنوان کاتالیست و هیدروژن گاز حامل و ایجاد کننده محیطی کاهنده انتخاب گردید. به منظور هدفمند کردن آزمایشات و بهینه سازی شرایط عملیاتی از نرم افزار آماری طراحی آزمایش7design expert و روش رویه پاسخ مرکب مرکزی استفاده شد. با توجه به ثابت بودن قطر لوله راکتور مورد استفاده در طول آزمایشات، غلظت کاتالیست در محدوده 6- 1 درصد جرمی ، دما c? 1200-800 و جریان گاز حامل cc/min280-160انتخاب شدند. طراحی آزمایش در پنج سطح و با توجه به محدوده های تعریف شده برای هر یک از پارامترها صورت گرفت. نتایج بدست آمده از آنالیز رامان نمونه های سنتز شده، نشان دادند که تاثیر افزایش دما، غلظت و دبی هیدروژن بر کیفیت نانولوله های سنتز شده بصورت افزایشی-کاهشی بوده و بنابراین شرایط عملیات بهینه در ناحیه ای مابین محدوده های تعریف شده است. مدل ریاضی کیفیت نانولوله های کربنی به صورت رابطه درجه دومی از 3 فاکتور اشاره شده، بدست آمد. نتایج حاصل از مقایسه مدل و داده های تجربی حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می کند و تنها ترم های برهمکنش بین پارامترها اثر مهمی بر کیفیت نانولوله های ستز شده ندارند. با استفاده از مدل تعریف شده و نرم افزار آماری نقطه بهینه بصورت غلظت کاتالیست wt%79/3، دما c?976 و جریان هیدروژن cc/min 184 بدست آمد که با مشاهدات تجربی تطابق کامل را داشت. به منظور کاستن احتمال توده ای شدن هسته های رشد، در مرحله سنتز نانولوله در شرایط بهینه ای که مدل تعیین کرد از تیوفن استفاده شد که به سبب ایجاد ممانعت فضایی مابین هسته های رشد احتمال چسبیدن آن ها تا حد زیادی کاهش یافت. اما از آنجا که استفاده از غلظت های بالای گوگرد باعث مسمومیت کاتالیست می گردد، در شرایط بهینه دما،غلظت و جریان، چندین آزمایش با غلظت های متفاوت از تیوفن انجام شده و از طریق آنالیز جرمی حرارتی درصد جرمی 5/2به عنوان غلظت مناسب تیوفن گزارش شد. در بخش دوم این پایان نامه به بررسی میزان حساسیت نانولوله های تک دیواره خالص سازی نشده در برابر نور متمرکز پرداخته شد. در این قسمت نیز برای بررسی دقیق تر رفتار نانولوله ها، از نرم افزار 7design expert و روش رویه پاسخ مرکب مرکزی استفاده شد. پارامترهای مستقل این آزمایش درصد ناخالصی آهن موجود در نانولوله کربنی در محدوده wt%50-10 و فرکانس نور ساطع شده hz 5-1 انتخاب و آزمایشات در سه سطح طراحی شدند. با توجه به نتایج بدست آمده مشاهده شد که نانولوله ها در حالتی که مقدار ناخالصی آهن بیشتری داشته و همچنین در معرض نور با فرکانس پایین تری قرار می گیرد به میزان بیشتر از خود واکنش نشان داده و اکسید یا محترق می شوند. مدل ریاضی غلظت دی اکسید کربن تولید شده در اثر احتراق نانولوله ها به صورت رابطه درجه دومی حاصل شد. نتایج حاصل از مقایسه مدل و داده های تجربی حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می کند و بهترین شرایط احتراق را برای نانولوله ها با درصد ناخالصی 50 و در برابر فرکانس نزدیک به 2 بدست آورد که منطبق بر داده تجربی حاصل از آزمایش بود.

آرسنیک یکی از سمی ترین آلاینده های زیست محیطی است. این عنصر از طرق مختلف مانند هوازدگی سنگ ها و یا تخلیه مستقیم پساب حاصل از صنایع از جمله معدنکاری، ذوب فلزات، شیشه سازی و سرامیک، ساخت رنگ و آفت کش، پالایشگاه های نفت و صنایع شیمیایی و آلی وارد منابع آب می شود و تهدیدی جدی برای سلامتی انسان در سراسر جهان به ویژه در کشورهای درحال توسعه که درصد بالایی از جمعیت برای آشامیدن به آب های زیرزمینی وابسته اند، محسوب می گردد. روش های مختلفی مانند ترسیب، تبادل یون، اکسیداسیون شیمیایی، جذب و ... برای حذف آرسنیک از محلول های آبی مورد استفاده قرار گرفته است. به نظر می رسد که جذب توسط مواد معدنی و بیولوژیکی فرایندی موثر برای حذف آرسنیک از محلول های آبی به ویژه در غلظت های پایین باشد. طراحی ساده، عدم تولید لجن و هزینه نسبتا کم، از مزایای پروسه جذب نسبت به سایر روش هاست. انتخاب جاذب مناسب یکی از مهمترین اصول فرآیند جذب است. در این مطالعه، از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم – آناتاز (anatase- 2tio) و نانو ذرات هیبرید آناتاز با نانولوله های کربنی تک دیواره (swnt) برای جذب آرسنیک سه ظرفیتی (آرسنیت) و پنج ظرفیتی (آرسنات) از آب و پساب های صنعتی به دو روش تعادلی و ستونی استفاده شد. برخی از ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و مورفولوژیکی جاذب ها به کمک پراش پرتو ایکس(xrd)، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (ftir) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) تعیین شدند. پارامترهای مختلف موثر بر میزان جذب مانند زمان تعادل، ph، غلظت اولیه آرسنیک، میزان جاذب و اثر یون مزاحم مورد بررسی قرار گرفت. ایزوترم های جذب توسط مدل های لانگمویر و فروندلیچ توضیح داده شد. سنتیک جذب نشان داد جذب آرسنیت و آرسنات روی هر دو نانو جاذب سریع می باشد. جذب آرسنیک به ph اولیه محلول وابسته بود به طوری که ph بهینه برای جذب آرسنیت توسط هر دو نانو جاذب در محدوده 5/9-0/7 و برای آرسنات 0/8-0/3 بود. جذب آرسنات توسط نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و هیبرید همچنین جذب آرسنیت توسط نانو دی اکسید تیتانیوم از مدل لانگمویر تبعیت کرد (r2=0/95) در حالی که جذب آرسنیت بر روی نانو جاذب هیبرید با هیچ کدام از دو مدل همخوانی نداشت. حداکثر میزان جذب آرسنیت روی آناتاز و هیبرید 6/79 و 8/75 و حداکثر میزان آرسنات جذب شده بر روی این دو نانو جاذب به ترتیب 0/113 و 4/92 میلی گرم بر گرم جاذب بود. افزایش میزان جاذب نیز بر میزان جذب آرسنیت و آرسنات تأثیر قابل ملاحظه ایی نداشت. حضور کاتیون های مس، سرب، روی، کروم، کادمیوم و نیکل (در غلظت صد برابر آرسنیک) تأثیر قابل ملاحظه ایی بر جذب آرسنیت و آرسنات نداشت. واجذب آرسنات توسط سود با غلظت 1/0، 2/0 و 4/0 مولار نسبت به اسید کلریدریک بیشتر بوده و حداکثر واجذب (4/0 مولار سود) برای نانو جاذب آناتاز و هیبرید به ترتیب 5/69% و 9/87% به دست آمد که نشان می دهد آرسنات جذب شده بر روی نانو جاذب ها به طور کامل برگشت پذیر نبود. واجذب آرسنیت بر روی هر دو نانو جاذب توسط اسید و باز تقریباً مشابه (نزدیک به 100%) بود. حذف آرسنیک از دو پساب صنعتی(کارخانه باطری سازی و آبکاری) نشان داد که این نانو مواد کارایی بالایی داشته و می توانند برای تصفیه پساب به کار روند.

نانولوله کربنی یکی از آلوتروپ ها ی کربن است. این ماده در واقع یک نانوساختار تک بعدی می باشد که به علت دارا بودن خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی منحصر به فرد، کاربردهای متنوعی در فناوری نانو دارد. می توان گفت نانولوله کربنی ماده استراتژیک فناوری نانو بوده و حتی در بسیاری از موارد، فناوری نانو با این ماده شناخته می شود. نانولوله کربنی، ورقه گرافیت پیچانده شده ای است که قطر آن چند نانومتر و طول آن چند میکرومتر می باشد. ورقه های گرافیت تک لایه، نانولوله های کربنی تک دیواره را ایجاد می کنند و ورقه های گرافیت چند لایه منتهی به تشکیل نانولوله های کربنی چند دیواره می شوند. روش های مختلفی برای رشد نانولوله های کربنی وجود دارد که هر کدام مزایا و معایبی دارند. نانولوله ها وابسته به زاویه پیچش ورقه گرافیتی به سه نوع زیگزاگ، آرمچیر و کایرال تقسیم بندی می شوند. مشخصه ای از نانولوله های کربنی که در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است، خاصیت رسانایی الکتریکی آن ها می باشد. نانولوله های کربنی از لحاظ الکتریکی دارای دو نوع فلزی و نیمرسانا می باشند. این خاصیت از نوع پیچش نانولوله های کربنی و قطر آن ها که منجر به تفاوت گاف نواری آن ها می شود، حاصل می شود. اما نانولوله های کربنی در هنگام رشد با رسانایی های مختلف سنتز می شوند. یعنی نانولوله کربنی بعد از فرایند رشد هر دو نوع فلزی و نیمه هادی را به صورت مخلوط دارد. لزوم جداسازی این دو نوع نانولوله کربنی زمانی آشکار می شود که کاربرد هریک از این انواع در فناوری و صنعت به طور کاملا جداگانه مطرح شود. در نتیجه خلوص بیشتر در هر کدام منجر به افزایش بازدهی محصول تولید شده از آن ها می شود. روش های فیزیکی و شیمیایی متفاوتی برای جداسازی نانولوله های کربنی فلزی و نیمرسانا بعد از رشد ارائه شده است. این روش ها از خواصی همچون خواص الکتریکی، مغناطیسی و اندازه ذرات نانولوله های کربنی بهره گرفته اند. روشی که در این پایان نامه به طور مبسوط به آن پرداخته شده و نتایج آن مورد بررسی قرار گرفته است، بر پایه خواص الکتریکی نانولوله های کربنی تحت تاثیر میدان الکتریکی غیر یکنواخت می باشد. روش دی الکتروفورسیس، روشی است که در علوم و فناوری های مختلف از جمله علوم زیستی و فناوری نانو مورد استفاده قرار می گیرد. در این کار به کمک این روش توانسته ایم نانولوله های کربنی فلزی را از نیمرسانا جدا نماییم. مبانی این روش، ابزار لازم و دستورالعمل به کار گرفته در این پایان نامه به تفصیل تشریح شده است. طیف نگاری رامان، طیف نگاری جذبی (uv-vis-nir) و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مشخصه یابی محصولات این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته اند.

در بین روش های تصفیه آب و فاضلاب وکاهش آلاینده های آن، تجزیه فتوکاتالیستی با نیم رساناها روشی جدید، موثر، سریع و تخریبی برای این هدف می باشد و دی اکسیدتیتانیوم به عنوان یکی از بهترین فتوکاتالیست ها محسوب می شود. از طرف دیگر، مواد هیبریدی نانولوله کربنی- غیرآلی دسته جدیدی از مواد هستند که توجه زیادی را طی سال های اخیر به خاطر خواص نوری، مکانیکی،الکتریکی و حرارتی استثناییشان به خود جلب کرده اند. لذا هدف این تحقیق، سنتز هیبرید دی اکسید تیتانیوم- نانولوله کربنی و بررسی امکان پوشش دهی نانولوله کربنی ساده با نانودی اکسیدتیتانیوم، کاربرد فتوکاتالیستی این هیبرید و اثرات نانولوله کربنی بر سنتز و عملکرد فتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم می باشد. دو هیبرید دی اکسیدتیتانیوم-نانولوله کربنی با استفاده از نانولوله کربنی چند جداره ساده و نانولوله کربنی چند جداره عامل دار به عنوان بستر، تیتانیوم ایزوپروپکساید به عنوان پیش ماده آلی تیتانیوم، بنزیل الکل به عنوان سرفکتانت وعامل متصل کننده و با روش سل ژل سنتز شد. همچنین دی اکسید تیتانیوم (بدون نانولوله کربنی و بنزیل الکل) با این روش سنتز شد. تریتمنت حرارتی به منظور تبدیل تیتانیای آمورف به کریستالی و بدست آوردن فاز موردنظر صورت گرفت. مواد سنتز شده به روش های fesem، xrd،ftir و uv-visible مشخصه یابی شدند. تصاویر fesem تشکیل لایه ای از ذرات پوشش دهی شده دی اکسیدتیتانیوم با ضخامت 45-3 نانومتر بر روی نانولوله های کربنی با قطر 30-10 نانومتر را نشان داد که به خوبی بر سطح پراکنده شده بودند. xrd مشخص کرد که ساختار کریستالی دی اکسید تیتانیوم در همه مواد سنتز شده بعد از تریتمنت حرارتی، آناتاس بود. اندازه کریستال های دی اکسید تیتانیوم از این روش برای پیک مشخصه در دی اکسیدتیتانیوم خالص، هیبرید دی اکسیدتیتانیوم- نانولوله کربنی ساده و هیبرید دی اکسیدتیتانیوم-نانولوله کربنی عامل دار به ترتیب 7/20، 3/10 و 3/8 نانومتر بدست آمد. ftir وجود پیوند ti-o را تأیید کرد که نشانه تشکیل دی اکسیدتیتانیوم بود. طیف سنجی uv-visible نشان داد که طیف جذبی هیبریدها در تمام محدوده طیف گسترش یافته و در ناحیه مرئی جذب بیشتری از دی اکسیدتیتانیوم داشتند. به منظور بررسی فعالیت فتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم و هیبرید و اثرات نانولوله کربنی، آزمایش هایی با دی اکسید تیتانیوم و هیبرید دی اکسیدتیتانیوم- نانولوله کربنی عامل دار و با استفاده از رنگ آزوی اسید بلو 92 در غلظت های پایین در فازآبی به عنوان مدل برای آلاینده آلی در پساب انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که وقتی فتوکاتالیست ها به تنهایی به کار روند، بدون نور اثر کمی بر حذف رنگ دارند و میزان جذب پایین است. در 7=ph، غلظت رنگ ppm20 و غلظت فتوکاتالیست ppm80، رنگ زدایی برای دی اکسیدتیتانیوم و برای هیبرید دی اکسید تیتانیوم-نانولوله کربنی ، به ترتیب 35 درصد و 3/48 درصد بدست آمد. تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل غلظت رنگ، میزان فتوکاتالیست مصرفی و ph اولیه بر رنگ زدایی محلول بررسی شد. با تغییر غلظت رنگ در محدوده ppm25-10، میزان فتوکاتالیست در محدوده ppm120-40 و ph در محدوده 12-2، بهترین عملکرد در رنگ زدایی با غلظت رنگ ppm15، میزان فتوکاتالیست ppm80 و در2 =ph و برابر با 5/93 درصد در مدت 120 دقیقه حاصل گردید. همچنین جذب سطحی رنگ در ph اسیدی بالاتر بود و با افزایش ph به محدوده بازی کاهش یافت. در حالت های مختلف، ترسیم نیمه لگاریتمی غلظت رنگ در مقابل زمان خطی بود که واکنش درجه اول را پیشنهاد می کند و ثابت سرعت از این ترسیم ها در بهترین عملکرد ذکر شده1-دقیقه 022/0 (959/0=r2) بدست آمد.

چکیده یکی از مهم ترین کاربردهای نانولوله های کربنی استفاده از آنها در ذخیره انرژی در پیلهای سوختی هیدروژنی و باتریهاست .نانولولههای کربنی به دو روش فیزیکی و شیمیایی میتوانند هیدروژن را در خود ذخیره کنند .در این پروژه ذخیره هیدروژن در نانولوله های کربنی تک دیواره به روش شیمیایی بررسی شده و عوامل موثر در میزان جذب، نظیر جریان و خلوص نانولوله ها مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده کرده ایم . auto lab برای اندازهگیری میزان جذب هیدروژن و ظرفیت دشارژ از دستگاه الکتروشیمی رشد داده شد و به عنوان الکترود کار در epd نانولوله ها بر روی نوعی فوم نقره که خلل و فرج زیادی داردبه روش سل الکتروشیمی مربوطه استفاده شده است .الکترولیت، محلول هیدروکسید پتاسیم 6 مولار بوده و الکترودهای وکمکی پلاتین بودهاند .با اعمال جریانهای مختلف از 1 تا 3 میلیآمپر، مشاهده شد که به ازای ag/agcl مرجع جریان 3 میلی آمپر ظرفیت ماکزیمم 80.08 میلی آمپر ساعت بر گرم بدست آمد.که معادل 0.28 % وزنی می باشد. کلمات کلیدی:جذب شیمیایی،نانولولههای کربنی،هیدروژن،انباشت الکتروفورتیک

در این کار تحقیقاتی نانوذرات پلاتین نشانده شده بر روی نانولوله های کربنی به منظور بررسی هیدروژن دارکردن نیتروبنزن و سایر ترکیبات نیتروآروماتیک، سنتز شدند. در این تحقیق نانولوله های کربنی در پژوهشگاه صنعت نفت، تهیه شدند. در ابتدا نانولوله های کربنی خالص سازی شدند. نانولوله های کربنی به سختی در آب یا حلال های آلی دیسپرس می-شوند. عامل دار کردن نانولوله های کربنی یک روش مهم برای بهبود حلالیت آنها می باشد. این روش گروه های عاملی زیادی را ایجاد می کند که در بهبود حلالیت تاتولوله ها نقش دارند. سه روش عامل دار کردن شامل1) سولفوریک اسید و نیتریک اسید غلیظ با نسبت سه به یک،2) استفاده از پتاسیم و بنزوفنون و 3) استفاده از پتاسیم پرسولفات طراحی گردید. در طی این روش ها گروه های کربوکسیلیک اسید بر روی سطح نانولوله های کربنی تشکیل می شوتد. نانولوله های کربنی عامل دار شده به وسیله ی رامان و طیف سنجی ir و نیز حفظ مورفولوژی لوله ای شکل آنها با sem و tem مورد تائید قرار گرفت. سپس نانوذرات پلاتین نشانده شده بر روی نانولوله های کربنی عامل دار شده سنتز شدند. این کار با بررسی استفاده از نمک های ساده ی سدیم استات و سدیم سیترات به عنوان پخش کننده ی ذرات پلاتین و استفاده از اتانول و 2- پروپانول به عنوان عامل کاهنده انجام شد. کاتالیست های ساخته شده به وسیله ی xps،xrd ، temو sem شناسایی شدند. خواص کاتالیستی کاتالیست های ساخته شده در واکنش هیدروژن دارکردن نیتروبنزن و سایرترکیبات نیتروآروماتیک شامل پارا نیتروآنیسول، دی نیتروبنزن، نیتروبنزالدوکسیم، نیتروآنتراسن و ... مورد بررسی قرار گرفت. کاتالیست های پلاتین نشانده شده برروی نانولوله های کربنی، فعالیت و انتخاب پذیری بسیار خوبی در واکنش های هیدروژن دارکردن ترکیبات نیتروآروماتیک نشان دادند. در پایان یک روش مفید برای هدایت حرارتی نانولوله های عامل دار شده و همچنین خواص حسگری گاز h2s نانوذرات پلاتین نشانده شده بر روی نانولوله های کربنی ارائه شد که نتایج بسیار خوبی به دست آمد.

گاز فاضلاب، از دیرباز، قاتل خاموش انسان، و قناریِ در قفس اولین ناجی او بوده است. چرا که این موجود زیبا به کمبود اکسیژن و حضور گازهای متان، مونوکسید کربن، و سولفید هیدروژن بسیار حساس تر از انسان است. با گذشت زمان و پیشرفت علم، روش های تشخیص حضور گاز نیز پیشرفته تر شد. در سال 1815 هامفری حسگری را به ثبت رساند که در آن از یک چراغ نفتی کالیبره شده در مجاورت هوا برای پی بردن به وجود گاز متان و کمبود اکسیژن استفاده شده بود. روش کار این حسگر بدین گونه بود که در مجاورت گاز متان شعله آن بلندتر، و در صورت کمبود اکسیژن شعله چراغ کم تر می شد. در سال 1938، واگنر و هاف کشف کردند که خواص الکتریکی (مقاومت، رسانش) برخی از نیمه هادی های اکسید فلزی در معرض گازهای احیا کننده (مخصوصاً با افزایش دما) تغییر می کند[6] . این کشف آغاز تحولی شگرف در دنیای حسگرهای گازی بود. در آن زمان مزایای بسیار بالای حسگرهایی که بر پایه اکسید فلزی ساخته می شدند در مقایسه با دیگر حسگرها ی قدیمی(مانند حسگرهای اپتیکی و حسگرهای اسپکتروسکوپی که از لحاظ سنگینی، گرانی، هزینه نگهداری و همچنین نیاز همیشگی به یک کاربر کارآزموده بسیار پر دردسر بودند)، توجه بسیاری را به سمت خود معطوف کردند. از جمله مزایای حسگرهای مذکور می توان به کارکرد آسان، قیمت پایین، حساسیت بالا، و تکرارپذیری شان اشاره کرد. امروزه، اکسید روی (zno) در ساخت حسگرهای گاز کاربرد فراوانی دارد. نانو ساختارهای zno نسبت سطح به حجم بالایی در مقایسه با حسگرهای zno در نمونه-های توده ای دارند و این نسبت با روش های مختلف ساخت و بکارگیری کاتالیست و آلایش zno رو به بهبود است. اهمیت و نحوه توزیع فضایی نانوساختارهای متفاوت از قبیل: لایه نازک، نانوذرات، نانومیله ها، نانو لوله ها و ...، و تأثیر آن در سد پتانسیل و مقاومت-های سطحی ایجاد شده از هر یک و نسبت سطح به حجم هر توزیع، و همچنین، نقش عوامل عنوان شده در آشکارسازی گاز h2s موارد مورد بررسی در این پایان نامه اند. پایان نامه پیش رو در شش فصل تهیه و تنظیم شده است. در فصل اول به معرفی خواص اکسیدرویپرداخته خواهد شد؛ فصل دوم روش های مختلف لایه نشانی و آنالیز نانوساختارها را بررسی می کند؛ مکانیزم و تئوری کار نانوحسگرهای گازی در فصل سوم مورد بحث قرار خواهد گرفت؛ در فصل چهارم تاثیر ریخت شناسی در میزان حسگری مورد بررسی قرار می گیرد؛ در فصل پنجم نتایج مراحل آزمایشگاهی به نمایش گذاشته می شود و نهایتا در فصل ششم نتایج حاصل شده مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

فصل اول : خواصzno وsno2 مقدمه................................................................................................................................1 1-1 ساختارکریستالی.......................................................................................................2 1-1-1 ساختارکریستالی و پارامترهای شبکهzno...........................................................2 1-1-2 ساختارکریستالی و پارامترهای شبکهsno2.........................................................3 1-2 دیاگرام فازی............................................................................................................4 1-2-1 دیاگرام فازی sn-o............................................................................................4 1-2-2 دیاگرام فازی zn-o............................................................................................4 1-3 ساختارنواری............................................................................................................6 1-3-1 ساختار نواری sno2...........................................................................................6 1-3-2 ساختار نواری zno............................................................................................6 1-4 مروری برخواص کلی..............................................................................................7 1-4-1 خواص کلیzno................................................................................................7 1-4-2 خواص کلیsno2...............................................................................................8 1-5 کاربردها....................................................................................................................8 1-5-1 کاربردهای zno..................................................................................................8 1-5-2 کاربردهای sno2...............................................................................................8 1-6 نانوتکنولوژی............................................................................................................9 1-6-1 اصول لایه نشانی لایه نازک...............................................................................11 1-6-2 روش های ساخت نانومواد................................................................................12 فصل دوم : حسگرهای گازی نیمه هادی مقدمه..............................................................................................................................24 2-1 تعریف حسگر........................................................................................................24 2-2 مشخصه های حسگر..............................................................................................25 2-2-1 مشخصه های استاتیک.......................................................................................26 2-2-2 مشخصه های دینامیک.......................................................................................29 2-3 انواع حسگر............................................................................................................30 2-3-1تقسیم بندی بر اساس محرک ورودی.................................................................30 2-3-2 تقسیم بندی بر اساس مکانیسم تبدیل................................................................30 2-3-3 تقسیم بندی بر اساس مواد مورد استفاده...........................................................30 2-3-4 تقسیم بندی بر اساس تکنیکهای تولید..............................................................31 2-3-5 تقسیم بندی بر اساس زمینه کاری.....................................................................31 2-4 حسگرهای شیمیایی...............................................................................................31 2-4-1 حسگرهای شیمیایی مستقیم..............................................................................31 2-4-2 حسگرهای شیمیایی مرکب................................................................................32 2-5 انواع نیمه هادی......................................................................................................33 2-5-1 اکسیدهای فلزی.................................................................................................33 2-5-2 اکسید های ترکیب شده.....................................................................................33 2-5-3 حسگرهای آلی..................................................................................................33 2-6 پایه های تئوری .....................................................................................................34 2-6-1تئوری نواری.......................................................................................................34 2-6-2نواحی تهی، تجمعی و وارون.............................................................................35 2-6-3تئوری نواری مورد کاربرد در حسگرها..............................................................36 2-7انواع جذب سطحی.................................................................................................36 2-8 توصیف برهمکنش گازبااکسید نیمه هادی در نمایش نواری ومرزهای دانه ای.....39 2-9 اثرساختار واندازه دانه بر عملکرد حسگرهای گازی..............................................43 2-9-1 بررسی مورفولوژی............................................................................................45 2-10 بهبود انتخابگری...................................................................................................46 2-10-1 افزاینده ها.................. ....................................................................................46 2-10-2 آرایه ای از حسگرهای گازی..........................................................................48 2-11 غلظت..................................................................................................................49 2-12 عوامل موثر بر حساسیت......................................................................................50 2-12-1 حساسیت و دما...............................................................................................50 2-12-2 حساسیت و فشار............................................................................................51 2-12-3 حساسیت و غلظت گاز کاهنده........................................................................51 2-12-4 حساسیت و آلایش..........................................................................................52 2-13 اندازه گیری حساسیت.........................................................................................53 2-14 مزایای حسگرهای نیمه هادی..............................................................................54 2-15 عیوب حسگرهای نیمه هادی...............................................................................54 2-16 مروری بر خواص h2s.......................................................................................55 مقدمه..............................................................................................................................55 2-16-1 خواص فیزیکیh2s........................................................................................55 2-16-2 مقایسه گاز h2sبا گازهای سمی دیگر............................................................56 2-16-3 ارگان های مورد هدف گاز h2s.....................................................................56 2-16-4 اثرات ناشی از در معرض قرار گیریh2s.......................................................56 2-16-5 مکانهای تولیدh2s..........................................................................................57 فصل سوم : معرفی سیستم آزمایشگاهی مقدمه..............................................................................................................................59 3-1 وسائل مورد نیاز برای ساخت نمونه.......................................................................59 1-3-1 دستگاه اسپری....................................................................................................59 3-1-2 کمپرسور............................................................................................................59 3-1-3 هیتر....................................................................................................................60 3-2 ساخت نمونه ها.....................................................................................................60 3-3 نحوه الکترود گذاری..............................................................................................61 3-4 سیستم آزمایشگاهی برای سنجش پاسخ گازی.......................................................62 3-5 تکنیک های مورد استفاده برای بررسیمورفولوژیوساختارنمونه ها.........................63 فصل چهارم : بررسی نتایج آزمایشگاهی مقدمه..............................................................................................................................66 4-1 بخش اول...............................................................................................................66 4-1-1 زیرلایه...............................................................................................................66 4-1-2 شستشوی زیرلایه ها..........................................................................................66 4-1-3 نمونه های آلایش یافته با sn............................................................................67 4-1-3-1 تهیه محلول پیش ماده...................................................................................67 4-1-3-2 ساخت نمونه های آلایشی............................................................................67 4-1-4 نمونه های ترکیبی..............................................................................................67 4-1-4-1 مواد مورد استفاده .........................................................................................68 4-1-4-2 دمای زیرلایه ................................................................................................71 4-1-4-3 حجم.............................................................................................................72 4-1-4-4 ساخت نمونه های ترکیبی.............................................................................72 4-2 بخش دوم .............................................................................................................74 4-2-1 بررسی تصاویر sem.......................................................................................74 4-2-2 بررسی طیف های xrd و edx...................................................................79 4-3 بخش سوم..............................................................................................................86 4-3-1 پاسخ گازی نمونه های تهیه شده بر زیرلایه سیلیسیم........................................86 4-3-2 پاسخ گازی نمونه تهیه شده بر زیرلایه آلومینا...................................................88 4-3-3 پاسخ گازی نمونه های تهیه شده بر زیرلایه کوارتز...........................................90 4-3-4 پاسخ گازی نمونه های ترکیبی..........................................................................95 4-3-5 نتیجه گیری و پیشنهادات...................................................................................99 فصل اول خواص zno وsno2 مقدمه گستره وسیع خواص شیمیایی و الکترونیکی اکسیدهای فلزی، آنها را به کاندیدهای مناسبی برای تحقیقات پایه ای و کاربردهای تکنولوژیکی تبدیل کرده است. درسالهای اخیر، اکسیدروی بخاطرخواص بی همتا (مانندگاف انرژی عریض و مستقیم(ev 3/3 در دمای اتاق انرژی اکسایتونی بالا(mev60)، تنوع مورفولوژیها (نانوسیم،نانومیله،نانولوله،نانوتسمه) و فرآیند سنتز آسان و ارزان مورد توجه زیادی واقع شده است. zno دارای کاربردهای گوناگونی در وسائل پیزوالکتریسیته، گسیلنده های نوری فرابنفش(uv)، حسگرهای شیمیایی و سلولهای خورشیدی است]2[.از سوی دیگر، اکسید فلزی sno2نیزناشی از خواصی مانند گاف انرژی عریض و مستقیم (ev60/3 در دمای اتاق)، شفافیت بالای الکتریکی، رسانندگی خوب، غیر سمی بودن، پایداری گرمایی و مکانیکی، رفتار پیزوالکتریکی و قیمت ارزان در زمینه های متنوعی مانند بازتاب کننده های گرمایی در سلولهای خورشیدی، نمایشگرهای کریستال مایع،led ها و حسگرهای گازی کاربرد فراوان دارد. با روشهای سنتز مختلف می توان به مورفولوژیهای مختلفی (نانودیسکت،نانوتسمه)از این اکسیددست یافت] 4[. بر اساس مقایسه ای که بین 10 اکسید فلزی نانو ساختار 1 بعدی برای کاربرد در حسگرهای گازی انجام شده است، sno2 و znoبیشترین سهم را به خود اختصاص داده اند. نموداری از این تقسیم بندی در شکل 1-1 نشان داده شده است]26[. لذا به دلیل اهمیت این دو نیمه هادی،دراین فصل خواص و روشهای مختلف لایه نشانیشان بررسی خواهد شد. شکل1-1 : میزان استفاده از اکسیدهای فلزی نانو ساختار یک بعدی در حسگرهای گازی. 1-1ساختارکریستالی 1-1-1 ساختارکریستالی و پارامترهای شبکهzno در دما و فشار محیط، کریستالیتهای zno در ساختار ورتسایت هستند، که شبکه ای هگزاگونال و متعلق به گروه فضایی p63mc است و از دو زیرشبکه بهم پیوسته ازzn+2 وo2-تشکیل شده است، هر یون zn با 4 یون oاحاطه می شود و برعکس. علاوه برفاز ورتسایت،zno در ساختارهای زینک بلند وسنگ نمک نیز کریستالی می شود و ساختارشان در شکل 1-2 نشان داده شده است]1[. شکل1-2: (a)ساختارورتسایت شش گوشی،(b)فاز سنگ نمکی و(c) فاز زینک بلندzno. اتمهای اکسیژن باکره های سفیدرنگ بزرگ واتمهای روی با کره های کوچکترومشکی مشخص شده اند]1[. 1-1-2 ساختارکریستالی وپارامترهای شبکهsno2 sno2 به عنوان یک ماده معدنی، بانام کستریت شناخته می شود. مانند اکسیدهای فلزی tio2 ,ruo2 ,geo2 ,mno2 ,vo2 ,iro2 وcro2 دارای ساختارروتایل است. ساختار روتایل دارای سلول واحد 4 گوشی باتقارن گروه فضاییp42/mnmاست .در سلول واحد sno2 اتم sn با 6 اتم اکسیژن و اکسیژن با3 اتم قلع احاطه شده است. ثابتهای شبکه برای سلول واحد sno2،nm474/0a=b= و nm318/0c= است که در شکل 1-3 نشان داده شده است]5[. شکل 1-3: (a)نمایی از سلول واحد sno2،(b) سلول واحدبه همراه پارامترهای شبکه. دو نوع اکسید مهم از قلع وجود دارد:sno وsno2. وجود این دو اکسید ناشی از ظرفیت دوتایی قلع، با حالتهای اکسایش 2+و4+است. ویژگیهای snoنسبت به sno2،کمتر مورد بررسی قرارگرفته است.به عنوان مثال گاف نواری الکترونیکی اش دقیقا مشخص نیست اما در محدودهev3-5/2 قراردارد.و بنابراین نسبت به sno2 با گاف نواریev6/3، گاف نواری کوچکتری دارد. و در حال حاضر هیچ تک کریستال در دسترسی که مطالعه مفصل تری را از sno فراهم کند،وجودندارد. sno2دارای ساختارروتایل وsno دارای ساختار کمتر معمول لیتارگ است. و sno2 فراوان ترین شکل اکسیدقلع است و علاوه بر ساختار روتایل (4گوشی)، یک فاز فشار بالای چگالتر "راست گوشه"دارد] 4[. شکل1-4:ساختارلیتراگsno. 1-2 دیاگرام فازی 1-2-1دیاگرام فازی سیستمzn-o شکل (a)1-5 نشاندهنده دیاگرام فازی سیستم دوتاییzn-o است.فاز جامد تعادلی از سیستم چگالیده zn-o که در فشارهیدرواستاتیک 1/ 0مگاپاسکال، ساختار تنگ پکیده شش گوشی zn را دارد، با ترکیب شش گوشی در ناحیه ترکیبی بسیار باریک اما قابل توجه، بصورت zno(o %50-%9/49)قرارگرفته است. و ترکیب دیگرzno2(o %7/66~) با ناحیه ترکیبی نامشخص است. گرچه وجودzno2 گزارش شده است اما ذات و دمای انتقالش ناشناخته است. در فشارهای هیدرواستاتیک بالا،یک تبدیل مکعبی مرکز سطحی ازzno شبکه ای پایداراست. همچنین گزارش شده است که zno می تواند با پایداری کم در دمای اتاق بصورت دو تبدیل مکعبی با ساختاراسفلریت zns و نوع سنگ نمکی وجودداشته باشد]6[. 1-2-2دیاگرام فازی sn-o شکل(b)1-5 دیاگرام فازی sn-o را در فشار اتمسفر نشان می دهد. این دیاگرام به حضور فاز اکسید قلع میانی بینsno و sno2 در دمای بالا اشاره می کند. در این اکسیدهای میانی،sn به عنوان ترکیبی ازsn(ii) و sn(iv) حضور دارد. همچنین فازsno2 می تواند با مقدار قابل توجهی از تهیجاهای اکسیژن همراه شود. لی-زی و همکاران، تغییرغلظت تهیجا اکسیژن بالکی را به عنوان تابعی از فشارجزئی اکسیژن بوسیله معیار کالومتریک اندازه گیری کردند و دریافتندکه بین غلظت x از تهیجا اکسیژن و فشار جزئی اکسیژن رابطه x?p_(o_2)^(-1?n) برقرار است و برای دماهای بین k990 و k720، مقدارn بین 7/5 و3/8 تغییر می کند. در این مطالعه، نقص اکسیژنی ماکزیممی از 034/0x= در sno2-xدر k990 قبل از تشکیل sn فلزی مشاهده می شود. در دماهای پایین تر، تهیجاهای اکسیژنی کمتری وجود دارد. گرمای تشکیل sno و sno2 درk 298 به صورت ?h=-68 cal/mol و ?h=-138 cal/mol بیان شده است. و این منجر به ?h=-70 cal/mol برای واکنش sno(c)+1/2 o_2 (g)?sno_2 (c) می شود. همچنین گزارش شده است که واکنش نامتناسب sno(c)?sn_x o_y (c)+sn?sno_2 (c)+sn در دماهای بالا شکل می گیرد. و این امرنشان می دهد که sno_2 از نظر ترمودینامیکی، پایدارترین شکل اکسیدقلع است. شکل 5.1 : دیاگرام فازی(a)zn-o، (b) سیستم sn-o درفشار0.1mpa. 1-3ساختار نواری 1-3-1 ساختار نواری zno ساختار نواری zno در شکل (a)1-6 نشان داده شده است.و چنانکه مشاهده می شود بیشینه نوار ظرفیت و کمینه نواررسانش هر دو در نقطه ?، k=0 اتفاق می افتد که بیان کننده این امراست که zno یک نیم رسانا با گاف نواری مستقیم است.ده نوار پایینی(با انرژیهایی در حدود ev9-) متناظر با ترازهای d3 اتم روی هستند و 6 نوار بعدی ازev0تاev5- متناظر با نوارهای p2 اکسیژن است، و دو نواررسانش بالایی متناظر با ترازهای s3 اتم روی است. گاف نواری محاسبه شده از این تقریبev77/3 است. گاف انرژی بصورت تجربی حدودev 37/3 مطابق با یک طول موج nm 376 تعیین شده است]1[. 1-3-2 ساختار نواری sno2 در sno2، پیوندهای شیمیایی بطور عمده بوسیله ترکیب خطی اوربیتالهای s2 وp2 اکسیژن با اوربیتالهای s5 وp5 قلع تولید می شوند. کل محاسبات برای هر نقطه از منطقه بریلیون در شکل(b)1-6 نشان داده شده است .چنانکه دیده می شود نوارظرفیت بالایی شامل یک مجموعه ازسه نوار(?_2^+,?_3^+,?_5^+)است. بالای نوارظرفیت یک حالت تقارنی ?_3^+ وجود دارد، از آنجاییکه کف نواررسانش در?_1^+ قرار دارد مقدار گاف انرژیev 6/3 =e(?_3^+-?_1^+) بدست می آید]7 [. شکل 1-6: ساختارنواری(a)zno، (b)sno2. 1-4 مروری برخواص کلی 1-4-1خواص کلی zno]14[ جدول 1-1 : خواص فیزیکی znoورتسایت. مقادیر خواص nm 32469/0 a0 ثابتهای شبکه (k 300t=) nm52069/0 b0 g/cm3606/5 چگالی k 2248 نقطه ذوب 66/8 ثابت نسبی دی الکتریک ev4/3 ومستقیم گاف انرژی cm-3106> غلظت حاملهای ذاتی mev 60 انرژی بستگی اکسایتون 24/0 جرم موثرالکترون cm2/vs200 تحرک الکترون (k 300t=) 59/0 جرم موثرحفره cm2/vs 50-5 تحرک حفره(k 300t=) 2-4-2 خواص کلی sno2 جدول 1-2: خلاصه ای از خواص فیزیکی وشیمیایی sno2 . خواص مقدار 1 فرمول sno2 2 وزن مولکولی g/mol709/150 3 حجم اتمی cm3/mol3/16 4 چگالی kg/m3850/6 5 نقطه ذوب ?c1630 6 نقطه جوش ?c2527 7 ثابتهای ترمودینامیکی آنتالپی تشکیل انرژی گیبس تشکیل آنتروپی تشکیل گرماویژه درفشارثابت kcal/mol138- kcal/mol3/123- cal/mol7/11 cal/mol6/12 1-5 کاربردها 1-5-1 کاربردهای zno ,zno بطور گسترده در زندگی روزمره مان مورد استفاده قرار می گیرد. و عنصری کلیدی در بسیاری از فرآیندهای ساخت صنعتی مانند رنگهای نقاشی، وسائل آرایشی، داروسازی، پلاستیکها، باتریها،تجهیزات الکتریکی، لاستیک سازی، صابون سازی، منسوجات و..... به شمار می رود]1[. 1-5-2کاربردهای sno2 sno2 دارای سه کاربرد عمده در زمینه های(1) اکسید رسانای شفاف (tco)، (2)کاتالیست اکسایشی و(3) حسگرهای گازی حالت جامد می باشد. برای دو کاربرد آخری سطح ماده در واکنش شرکت می کند. امادر زمینهtco ، به خواص بالکی دی اکسیدقلع توجه می شود.,sno2 متعلق به گروه مهمی از مواد اکسیدی است که دارای مقاومت الکتریکی کم و شفافیت اپتیکی بالا در محدوده مرئی طیف الکترومغناطیسی است. که این خواص می تواند منجر به کاربرد در زمینه هایی مانند مواد الکترود در سلولهای خورشیدی، دیودهای گسیلنده نوری، نمایشگرهایی با صفحه تخت و وسائل اپتوالکترونیکی دیگر شود. خاصیت دیگری از sno2 وtco ها اینست که گرچه در ناحیه مرئی شفاف هستند، اما برای نور فروسرخ بسیار بازتابنده هستند. از این رو، این خاصیت باعث می شود تا ازsno2 به عنوان یک نگهدارنده انرژی استفاده شود. برای مثال،پنجره های لایه نشانی شده باsno2 نور را عبور می دهد اما گرما را نگه می دارد و وابسته به شرایط آب و هوایی مناطق ،می تواند در ساختمانها به کار رود. پنجره هایی با قابلیت بیشتر که با نام پنجره های هوشمند شناخته می شوند، برمبنای tco ها عمل می کنندکه با به کاربردن ولتاژ، رنگ و شفافیتشان تغییر می کند]4 [. 1-6 نانو تکنولوژی نانوتکتولوژی به عنوان مهندسی مواد و وسائل ازطریق کنترل ماده در ابعاد nm100-1 تعریف می شود. طراحی ومهندسی مواد در ابعاد نانو از طریق دو روش متضاد می تواند بدست آید (الف) کاهش ابعاد ماده بالکی به مقیاسهای نانومتری که روش "بالا به پایین " نامیده می شود (ب)اجتماع مولکولها و اتمها در ساختارهایی تا حد نانومتری که روش "پایین به بالا" نامیده می شود. روش ساخت پایین به بالا،این امکان را فراهم می آورد تا مواد جدیدی با خواص مناسب برای فرآیندهای حسگری ساخته شود که نمی توانند از تقریب بالا به پایین یا روشهای معمول میکرویی بدست آیند. کاهش در اندازه می تواند به کاهش در سطح یک قطعه یا حتی در طول آن نیز اطلاق شود که معمولا کاهش در دو بعد(2d) را به پوسته و کاهش به یک بعد (1d) را به سیم و در صفر بعد (0d) را به نقطه می شناسند که به عنوان مثال کربن می تواند به الماس(3d)، گرافیت(2d)، گرافین(2d) و فولرین (0d)تقسیم بندی شود. به منظور دستیابی به فهم و تصور بهتری از ابعاد مختلف نانومواد، شماتیکی از آنها به همراه نمودار انرژیشان در شکل 1-7 نشان داده شده است. بطور کلی می توان نانو مواد را به صورت زیر تقسیم بندی کرد : شکل1-7: شماتیکی از موادصفر، یک، دو وسه بعدی به همراه چگالی حالتهایشان. در اندازه های نانویی، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد بطور اساسی متفاوت از مواد حجمی است و این خواص بطورشدیدی وابسته به ابعادشان است. محدودکردن کوانتومی الکترونها بوسیله چاه پتانسیلی با اندازه نانو می تواند یکی از موثرترین روشها را برای اصلاح خواص مغناطیسی ،ترموالکتریکی،اپتیکی و الکتریکی مواد فراهم کند. در چنین مرتبه طولی کوچکی،اکثراتمها،اتم های سطحی هستند. درنتیجه بطورقابل توجهی تعداد موثر مکانهای در دسترس برای واکنش افزایش می یابد. افزایش در نسبت مساحت سطحی به حجم با کاهش در اندازه دانه، در زمینه حسگری بسیار مهم است. بنابراین کاهش در اندازه دانه یک نقش مهمی را در کاربردهایی ایفا می کند که در بردارنده واکنشهای سطحی مانند کاتالیستها و حسگرهای گازی شیمیایی و غیره هستند. بامهندسی وکارکردن روی ابعاد، شکلها و طبیعت این مواد که در بردارنده مواد فلزی، اکسیدهای فلزی، نیمه هادیها یا موادمغناطیسی هستند، می توان به خواص دلخواه در هر مورد دست یافت]9[. 1-6-1 اصول لایه نشانی لایه نازک در اکثر شرایط لایه نشانی لایه نازک، در ابتدا چند لایه اتمی از مواد لایه نشانی مانند جزیره ها رشد می کنند که اطراف مکانهای هسته بندی تجمع می کنند.این مکانهای هسته بندی می توانند بصورت جدا از هم در طول لایه نشانی باقی بمانند که به عنوان رشد ولمر-وبر معروف است.یا آنها می توانند ازطریق لایه های نازک در یک فرآیند رشد استرانسکی-کرستانف بهم متصل شوند. این جزیره ها می توانند رشد یابند تا زمانیکه آنها بهم متصل می شوند و این موضوع به عنوان آستانه نفوذ شناخته می شود. وابسته به مواد، آستانه نفوذ می تواند بین چند نانومتر تا چند میکرون باشد. اگر لایه نشانی لایه به لایه اتفاق بیفتد، رشد فرانک وندرمرو نامیده می شود. و این یک رشد برآراستی ایده ال است و بیان کننده رشد کریستالی منظم دری ک جهت است.3 نوع متفاوت از رشد لایه نازک که در بالا به آن اشاره شد، در شکل 1-8 به تصویر کشیده شده است. شکل1-8: انواع رشد لایه نازک رشد لایه نازک می تواند طی مراحل زیر انجام گیرد : 1 .جذب سطحی 2.پخش سطحی 3.اتصال گونه های رشد روی ساختارسطحی(وبرهم کنش سطحی)4.واجذب فرآورده های فرعی(شکل1-9). شکل1-9:مکانیسم رشد لایه نازک. 1-6-2 روشهای ساخت نانومواد 1-6-2-1 لایه نشانی تبخیر فیزیکی (pvd) فرآیندpvd در خلا یا فشار کم انجام می شود، ماده مورد نظر برای لایه نشانی باید در یک محیط پر انرژی قرار بگیرد و این محیط پر انرژی، ماده منبع را به شکل ذراتی مانند یونها و مولکولها تبخیر می کند و ذرات رها شده از منبع به سمت سطح زیرلایه جهتگیری می کنند. و سطح زیرلایه انرژی ذرات فرودی را می گیرد و به آنها اجازه می دهد تا بر روی زیرلایه هسته بندی کنند و تشکیل لایه نازک دهند. کل سیستم در یک محفظه خلا نگه داشته می شود. که به ذرات اجازه می دهد تابه آسانی حرکت کنند و با انرژی بالایی به سطح برسند و وجود خلا، تشکیل لایه نازک عاری ازآلودگی را فراهم می کند. 1-6-2-1-1تبخیر تبخیر یکی از معمولترین روشها برای رشد لایه های نازک است و اگرچه یکی از قدیمی ترین تکنیکهای فیزیکی است، هنوز به طور گسترده در آزمایشگاه و صنعت به کار می رود. در این فرآیند بخار تولید شده بوسیله تبخیر یا تصعید ماده منبع، بر روی زیرلایه به عنوان لایه جامد چگالیده می شود. گستره وسیعی از مواد با واکنش پذیری و فشارهای بخار متفاوت،می توانند در این روش مورد استفاده قرار گیرند و همچنین روشهای متفاوتی برای تبخیر ماده منبع مانند گرما، تابش باریکه الکترونی، تابش، لیزر و غیره، می توانند به کار گرفته شوند که در زیر به آنها اشاره شده است. 1-6-2-1-1-1تبخیر گرمایی در تبخیر گرمایی، با استفاده از یک هیتر، ماده هدف ذوب، تبخیر و یا تصعید می شود. در این فرآیند ،فشار بخار در محفظه از یک مقدار اولیه بسیار کم تا حد تشکیل مواد بر روی زیرلایه افزایش می یابد. به منظور رسیدن بخار به زیرلایه بدون واکنش یا پراکندگی از اتمهای دیگر، وجود خلا اولیه بالا ضروری است. ضمن اینکه با این خلا، احتمال تشکیل ناخالصی بر روی لایه کاهش می یابد. معمولا فلزاتی چون تنتالیوم (ta)،مولیبدیوم (mo)وتنگستن (w) به عنوان المان گرم کننده به کار می روند .این تکنیک برای لایه نشانی فلزات و ترکیباتی چون آلومینیوم، نقره، طلا و کلرید نقره مناسب است که دارای دمای ذوب پایین هستند. شکل 1-10: تبخیر گرمایی 1-6-2-1-1-2تبخیر باریکه الکترونی 1-6-2-1-1-3 برآراستی باریکه الکترونی (mbe) در این فرآیند، تفنگ الکترونی یک باریکه پرانرژی را تولید می کند تا نقطه ای کوچک از ماده هدف را تبخیر کند. تبخیر در یک خلا بسیار بالا اتفاق می افتد (کمتراز4-10 تور) و در فیلمان تنگستنی ولتاژی ازمرتبه 1تا 100کیلو ولت به کار می رود. که آن را تا حدی گرم می کند که به گسیل گرمایونی الکترونها منجر شود.(گسیل گرمایونی،شارش الکترونها از یک سطح فلزی بارداراست.) در این فرآیند، یک باریکه مولکولی از ماده هدف بوجود می آید. و این باریکه به سمت زیرلایه جهتگیری می شود تا اتم به اتم لایه نشانی شود. نرخ لایه نشانی کند، رشدلایه های همبافته رافراهم می کند(لایه نشانی ایده آل فرانک وندرمرو)،عموما نرخ رشد از مرتبهs/? است. برای اینکه اتمهای بخارشده (باریکه) تا زمانیکه به زیرلایه برسند با یکدیگر یا هر گاز دیگر محفظه خلا برهمکنش نکنند، لایه نشانی در خلا بسیار بالا(11-10تور یا کمتر). اتفاق می افتد 1-6-2-1-2کندوپاش 1-6-2-1-3آبکاری یونی 1-6-2-1-4 سایش لیزری (pld) 1-6-2-2 لایه نشانی تبخیرشیمیایی (cvd) تکنیکی شیمیایی برای لایه نشانی لایه نازک در فازبخار است. و بطور گسترده در صنعت نیمه هادیها برای لایه نشانی موادی چون اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون، پلی کریستالیتها، آمورفها و شکلهای همبافته از سیلیکون، آرسنید گالیوم و حتی نانولوله های کربنی به کار می رود. در فرآیندهای cvd، زیرلایه در معرض یک یا چند ماده قابل تبخیر قرار می گیرد. ابتد اماده تبخیر می شود و سپس توسط گازهای حامل به زیرلایه انتقال داده می شود و بر روی سطح زیرلایه برای تولید محصولات موردنظر، تجزیه می شود. بعد از هسته بندی ،رشد لایه نازک آغاز می شود و گروههای شیمیایی ناخواسته بوسیله شار گاز حامل از روی سطح رانده می شوند. 1-6-2-2-1 لایه نشانی تبخیرشیمیایی کم فشار (lpcvd) 1-6-2-2-2 لایه نشانی تبخیرشیمیایی پلاسما ی پیشرفته(pecvd) 1-6-2-2-3 لایه نشانی تبخیر شمیایی لایه اتمی (alcvd) 1-6-2-2-4 لایه نشانی تبخیر شیمیایی پلاسما درفشاراتمسفر (ap-pcvd) 1-6-2-3 لایه نشاتی فاز محلول تکنیکهای زیادی برای لایه نشانی لایه های نازک در فاز محلول مورد استفاده قرار می گیردکه در زیر به آنها اشاره شده است. در این روشها : (1) لایه نشانی می تواند روی یک زیرلایه غیرمسطح انجام شود (2) تکنیکها ساده و ارزان هستند (3) نیاز به مواد اولیه گران و ترکیبات آلی فلزی مانند mocvd ندارد و دارای فرآورده های فرعی خطرناک نیست(4) لایه های نازکی از تک کریستالها (برای سرامیکها) یا لایه های نازک تک لایه همگن (برای مواد آلی) می تواند بدست آید. 1-6-2-3-1 تکنیکهای محلول آبی (ast) این تکنیک عموما برای ساخت لایه های نازک سرامیکی در دماهای کم (?c 100-20)

میزان برداشت نفت ایران از مخازن نفتی، 15تا 25درصد است که این میزان، 10درصد از متوسط برداشت نفت در دنیا کمتر می باشد. از این رو لازم است با اعمال روش های کارآمد در جهت ازدیاد برداشت از مخازن نفت تلاش شود. به این منظور در این پژوهش، قابلیت امولسیون پایدار تهیه شده از هیبرید نانوساختارهای سیلیسیوم اکسید و نانولوله های کربنی چند دیواره برای تغییر خاصیت ترشوندگی سنگ مخزن از حا لت نفت-تر به آب-تر و کاهش کشش سطحی بین نفت(کروسین) و آب مقطر، به منظور استفاده در ازدیاد برداشت مخازن نفت مورد بررسی قرارگرفته ‏است. در این تحقیق، شش نوع هیبرید نانوساختارهای سیلیسیوم اکسید و نانولوله های کربنی چند دیواره ساخته شد و پایداری امولسیون روغن در آب آنها بررسی گردید. سیال های دو نمونه از پایداری بسیار خوبی برخوردار بود. بنابراین با استفاده ازسیال های پایدار تهیه شده، تغییرات ترشوندگی با انجام آزمون های کشش بین سطحی و زاویه تماس روی سنگ کربناته و سنگ ماسه ای ارزیابی شد. با مقایسه نتایج زاویه تماس سیال های تهیه شده و با عنایت به اشباع نمودن سنگ های مورد آزمایش با نفت مدل(کروسین) قبل از انجام آزمایش، ملاحظه می شود که با افزایش غلظت نانوذرات(2/0-0درصد وزنی)، زاویه تماس افزایش یافته است که این امر به معنای افزایش آب دوستی و به موجب آن افزایش خاصیت ترشوندگی سنگ می باشد. در ضمن نمونه هیبرید سنتز شده با روش امواج فراصوت نسبت به نمونه هیبرید سل-ژل عملکرد بسیار بهتری در کاهش کشش بین سطحی و تغییر ترشوندگی به حالت آب دوست داشته است.

پس از تولید اولیه و ثانویه نفت، بیش از 50 درصد نفت موجود در مخزن باقی می ماند لذا برای برداشت بیشتر از این مخازن باید روش های ازدیاد برداشت اعمال شوند. در این پژوهش اثر هیبرید گاما آلومینا- نانولوله های کربنی چند دیواره روی ترشوندگی مخازن نفتی مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از این نانو هیبرید می توان ترشوندگی سطوح سنگ ها ی مخازن نفت را تغییر داد و از حالت نفت-تر به آب-تر تبدیل کرد. بدین منظور هیبرید آلومینا-نانولوله های کربنی چند دیواره با روشهای مختلف سنتز شد و بعد از بررسی الگوی پراش پرتو x، fe-sem، bet، بهترین نمونه ها برای امولسیون سازی انتخاب گردیدند نانوسیال مورد استفاده با کاهش کشش بین سطحی و افزایش تر شوندگی، باعث افزایش برداشت مخازن نفتی می گردد. تغییرات آب دوستی با استفاده از روشهای زاویه تماس و کشش بین سطحی روی سنگ های ماسه ای و کربناته ارزیابی شده است. با مقایسه نتایج زاویه تماس و کشش بین سطحی دیده می شود که با افزایش غلظت نانوذرات(2/0-0 درصد وزنی)، زاویه تماس افزایش یافته که این امر به معنای افزایش آب دوستی و به موجب آن افزایش خاصیت ترشوندگی سنگ می باشد. در ضمن نمونه هیبرید سنتز شده با سدیم هیدروکسید با روش هیدروترمال عملکرد بسیار بهتری روی کاهش کشش بین سطحی و تغییر تر شوندگی داشته است.

روش مطلوب در این پروژه تهیه هیبریدی از اکسیدهای نانو ساختار و نانولوله های کربنی از طریق فرایند سل-ژل به منظور جذب آلاینده های زیست محیطی از هوای نمونه می باشد. پس از ساخت جاذب و انجام آماده سازی های لازم جهت انجام تست، از نمونه هوای آلوده شده با بنزن، تولوئن و زایلن (btx) توسط سیستمی که برای جذب گاز طراحی شده ارزیابی به عمل می آید. در نهایت ظرفیت جاذب بدست آمده و با کارهای مشابه مقایسه می-گردد. مشاهده شد که گرافن با سطح اختصاصی بالا بیشترین میزان جذب را دارد. خواص سطحی و ساختار جاذب های ساخته شده، مورد بررسی قرار گرفت. جاذب های مورد استفاده در این کار نانولوله تک دیواره، نانولوله چنددیواره، نانوفیبرکربنی، گاما آلومینای نانو ساختار، سیلیکا ایروژل، گرافن و اکسید گرافن می باشند. سپس هیبرید ساخته و افزایش ظرفیت جذب مشاهده شد و ایزوترم های جذب با مدل های فرندلیش و لانگمویر بررسی گردید.

هدف اصلی این تحقیق، ساخت نانوکاتالیست مونولیتی به منظور افزایش گزینش پذیری محصولات سنگین بوده است. در راستای دستیابی به نانوکاتالیست مونولیتی، ابتدا گاما آلومینای نانوساختار، نانولوله کربنی و هیبرید نانولوله کربنی روی گاما آلومینا به عنوان پایه ساخته شده و مورد ارزیابی قرار گرفتند. بر اساس نتایج به دست آمده، نانولوله کربنی انتخاب شده و به صورت مونولیتی تولید شده، مورد ارزیابی قرار گرفت. سنتز فیشر تروپش در محدوده c?240-180، bar35-15، سرعت فضایی h-11400-900 و برای کاتالیست های دارای 35-15% وزنی فلز فعال کبالت مورد بررسی قرار گرفت. استفاده از نانولوله کربنی به عنوان پایه در مقایسه با گاما آلومینا، در c?240، bar 25 و h-11400، درصد تبدیل مونوکسید کربن و گزینش پذیری هیدروکربن های سنگین را به ترتیب 2/2% و 9/13% افزایش داده است. بر اساس نتایج بررسی پایه هیبریدی در این سنتز، فعالیت کاتالیست به نسبت نانولوله کربنی به گاما آلومینا بستگی دارد، به طوری که با افزایش این نسبت از 4/0 به 49/0 و سپس از 49/0 به 55/0، درصد تبدیل مونوکسید کربن نیز 6% و 2/2% افزایش یافت. همچنین در این پژوهش دو نوع پایه مونولیتی: نانولوله کربنی سنتز شده روی مونولیت سرامیکی و مونولیت ساخته شده از نانولوله کربنی، بررسی شدند. مونولیت ساخته شده از جنس نانولوله کربنی در مقایسه با نانولوله کربنی (پودری)، درصد تبدیل مونوکسید کربن و c5+ را به ترتیب 3% و 15% افزایش داده است. در بخش مدل سازی، مدل سینتیکی بر مبنای ایزوترم جذب فروندلیچ توسعه داده شده و در مدل راکتور بستر ثابت، مورد ارزیابی قرار گرفت. مدل ارائه شده با مدل سینتیکی لانگمویر هینشلوود مقایسه شد. مدل لانگمویر هینشلوود در برازش داده های تجربی حاصل از بررسی کاتالیست کبالت بر پایه گاما آلومینا 04/15% انحراف نشان داد در حالی که با استفاده از مدل فروندلیچ، انحراف مدل در برازش داده های تجربی به 3/5% کاهش داده شد.

با توجه به اهمیت فرآیند شیرین سازی گاز طبیعی، در این رساله سنتز و بررسی عملکرد غشاهای نانولوله کربنی هم راستا به منظور جداسازی سولفیدهیدروژن از مخلوط های دو جزئی سولفیدهیدروژن/متان مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ساخت غشا با نانولوله های کربنی هم راستا، ابتدا پایه اکسیدآلومینیم آندی ساخته شد و اثر پارامترهای کلیدی ولتاژ و غلظت محلول الکترولیت بر ساختار پایه، مورد بررسی قرار گرفت. نانولوله های کربنی در داخل حفرات پایه با استفاده از روش نشست بخار شیمیایی، رشد داده شد و اثر پارامترهای دما، نسبت مقدار منبع کربنی (گاز استیلن) به گاز حامل (آرگون) بر ساختار غشا مورد بررسی قرار گرفت. سپس غشاهایی از نانولوله های کربنی با قطر داخلی 23، 15 و 8 نانومتر ساخته شد و اثر دو عامل فشار و غلظت سولفیدهیدروژن در خوراک، بر میزان تراوایی اجزای خوراک و همچنین گزینش پذیری غشاها بررسی گردید. نتایج نشان داد در غشایی که قطر داخلی نانولوله های کربنی، 8 نانومتر است، میزان تراوایی و گزینش پذیری در مقایسه با دو غشا دیگر به ترتیب کمتر و بیشتر است. بررسی اثرات فشار و غلظت سولفیدهیدروژن در خوراک نشان داد که با افزایش فشار، تراوایی دو گاز متان و سولفیدهیدروژن افزایش یافته در حالی که با افزایش غلظت، تراوایی سولفیدهیدروژن و متان به ترتیب افزایش و کاهش یافته است. همچنین افزایش دو عامل مذکور منجر به افزایش گزینش پذیری غشاها گردیده است. بیشترین مقدار گزینش پذیری، متعلق به غشا با قطر داخلی نانولوله های کربنی 8 نانومتر و حدودا 1/2-34/1 برابر غشاهایی است که قطر داخلی نانولوله های کربنی آنها 15 و 23 نانومتر است. به منظور افزایش جداسازی سولفید هیدروژن، غشا فوق با استفاده از گروه های آمینی بوتیل آمین نوع اول، دوم و سوم، دودسیل آمین، اکتا دسیل آمین، آمونیاک، مونواتانول آمین و دی اتانول آمین عامل دار شد. نتایج نشان داد که اثر فشار و غلظت سولفیدهیدروژن خوراک ورودی بر رفتار تراوایی و گزینش پذیری غشاهای عامل دار، همانند غشا بدون عامل است. علاوه بر این، گزینش پذیری و تراوایی سولفیدهیدروژن در غشاهای عامل دار شده با آمین نوع اول در مقایسه با غشاهای عامل دارشده با آمین های نوع دوم و سوم، بیشتر است. نتایج نشان داد که غشا عامل دارشده با آمونیاک دارای بیشترین مقدار گزینش پذیری و تراوایی سولفیدهیدروژن است. این مقادیر برای غشا عامل دارشده با آمونیاک، به ترتیب 6/3 و 9/2 برابر غشا بدون عامل است. در ادامه ضرایب جذب برای گازهای متان و سولفیدهیدروژن در غشا با قطر داخلی نانولوهای کربنی 8 نانومتر، قبل و بعد از عامل دار شدن با آمونیاک، در فشارها و غلظت های خوراک مختلف محاسبه و ارائه شد.

چکیده: هیدروژن سولفید گازی آتش زا، بی رنگ و بسیار سمی است که می توان آن را توسط استشمام بوی تخم مرغ فاسد در محیط پخش گاز شناسایی کرد. در این پژوهش حذف گاز هیدروژن سولفید از جریان گاز طبیعی، توسط نانو جاذب های اکسید گرافن احیاء شده و نانولوله کربنی شامل گروه های عاملی آمیدی و کربوکسیل مطالعه شده است. اکسید گرافن و نانولوله کربنی توسط نرمال پروپیل آمین و آلیل آمین، آمیدی شدند و به عنوان جاذب در فرآیند جذب گاز هیدروژن سولفید مورد استفاده قرار گرفتند. مواد سنتز شده توسط دستگاه های تیتراسیون پتانسیومتری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، طیف سنجی مادون قرمز، طیف سنجی رامان و پراش اشعه ایکس مورد شناسایی قرار گرفتند. شرایط عملیاتی جذب گاز، شامل 6% مولی از گاز هیدروژن سولفید و سرعت حجمی 3000 ساعت/1 می باشد. غلظت گاز هیدروژن سولفید جذب شده در یک ساعت اولیه از فرآیند جذب گاز، توسط اکسید گرافن احیاء شده شامل گروه عاملی آمیدی(آلیل آمین)، اکسید گرافن احیاء شده شامل گروه عاملی آمیدی (نرمال پروپیل آمین)، اکسید گرافن، نانولوله کربنی چند دیواره شامل گروه عاملی کربوکسیل و نانو لوله کربنی چند دیواره شامل گروه عاملی آمیدی(نرمال پروپیل آمین) به ترتیب 59710، 59650، 59600، 59500، 59590 میلی گرم بر لیتر بوده است. کلید واژه: گاز هیدروژن سولفید، اکسید گرافن، نانولوله کربنی چند دیواره، جذب سطحی

در این تحقیق نانوکاتالیست آهن بر پایه نانولوله کربنی ساخته شده و سپس عملکرد آن در واکنش هیدروژناسیون گزینشی استیلن مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور کنترل اندازه کلاسترها، ابتدا نانولوله های کربنی با استفاده از اسیدنیتریک و اسید سولفوریک در حمام آلتراسونیک عامل دار شده و در نهایت با روش تلقیح خشک نانوذرات آهن بر روی آن نشانده شده است. سپس کاتالیست های ساخته شده با استفاده از آنالیزهای مختلف icp، ft-ir، bet، xrd و tem مشخصه یابی شده اند. مشاهدات مورفولوژی با استفاده از تصاویر tem، نشان می دهد که اندازه کلاستر ها برای کاتالیست با بارگذاری بیشتر، بزرگتر می باشد. در مرحله دوم عملکرد کاتالیست های ساخته شده بعد از تکلیس در محیط خنثی در دمای 500 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه و سپس احیای کاتالیست به مدت 30 دقیقه در شرایط عملیاتی مختلف ارزیابی شدند. مطالعات اثر نسبت هیدروژن به اتین، نوع پایه کاتالیست و تغییر بارگذاری منجر به نتایج جالب توجهی شده است؛ با افزایش دما و افزایش تبدیل، گزینش پذیری بهبود می یابد. همچنین گزینش پذیری این کاتالیست به نسبت هیدروژن به اتین در خوراک ورودی بستگی ندارد. در نهایت می توان اظهار داشت که بازدهی بالای (بیش از90%) این کاتالیست نشان دهنده عملکرد استثنایی نانولوله های کربنی می باشد.

اکسیدهای نیتروژن حاصل از احتراق سوخت های فسیلی ،یکی از مهم ترین فاکتورهای آلوده کننده محیط زیست محسوب می شوند.حدود 46% از کل انتشارات ترکیبات nox مربوط به منابع ساکن(نیروگاه ها ، بویلرها ، توربین ها خاکستر سازها و واحدهای تولید مواد شیمیایی نظیر اسیدنیتریک....) و حدود 44% مربوط به منابع متحرک (خودروها و وسایل نقلیه) است تاکنون روش های زیادی جهت کنترل تولید و کاهش انتشارات nox صورت گرفته است. در بین روش های مختلف،کارآمد ترین و تجاری ترین روش، استفاده از فرایند احیای کاتالیتیکی انتخابی می باشد.کاتالیست تجاری مورد استفاده در این فرایند، v2o5/tio2 بوده که از گاز آمونیاک به عنوان عامل احیا استفاده می شود. محدوده دمایی کارکرد این کاتالیست و سایرکاتالیست های مشابه در این فرایند عمدتا بالاتر از c ْْ300است.لذا جهت جلوگیری از صرف انرژی برای گرم کردن گازهای خروجی ، واحد scr می بایست در جریان بالادست دستگاه های دی سولفورایزر و کنترل کننده الکترواستاتیک ذرات قرار گیرد. با توجه به آنکه در این محیط گازهای خروجی ،حاوی غلظت بالایی از انواع ناخالصیهای سولفوری و ذرات گردو غبار هستند،این امر باعث تسریع در غیر فعال شدن کاتالیست های مصرفی میگردد.از سویی دیگر دمای بسیاری از گازهای خروجی حاصل از احتراق در نیروگاه های برق ، کوره های شفت و خاکستر سازها به طور طبیعی کمتر از c ْْ250 است.لذا در سال های اخیر توجه زیادی به سنتز کاتالیست هایی گردیده که قادر باشند در دماهای کمتر از c ْْ 300 فعالیت و گزینش پذیری بالایی نسبت به تبدیل ترکیبات nox به مواد بی خطر نیتروژن و آب داشته باشند با توجه به مشکلات کاتالیستهای سنتز شده ی فعال در واحد های scr دما پایین(c ْْ250 (t< مانند: راندمان وگزینش پذیری اندک،تمایل به تشکیل کک و محدوده دمایی باریک عملکرد آنها و از سوی دیگر با توجه به خواص شناخته شده منحصر به فرد ساختاری و شیمیایی حفرات ، مقاومت مکانیکی ، مقاومت سولفوری، خواص الکترونیکی، هدایت حرارتی و مساحت سطح بالای نانو لوله های کربنی(cnt): هدف این پروژه، سنتز و بهینه سازی کاتالیست نانو ساختار مناسب با پایه cnt جهت حذف آلاینده های nox حاصل از منابع ساکن بااستفاده از فرایند احیای کاتالیتیکی انتخابی دما پایین(ltscr) در محیط غنی از اکسیژن می باشد که از گاز آمونیاک به عنوان عامل احیا کننده استفاده می گردد.در این راستا با استفاده از یک برنامه طراحی آزمایش مانند (central composite design(ccd فلز فعال مناسب ( وانادیم ، منگنز، نقره.........) جهت انجام واکنش ltscr با استفاده از یک روش مناسب مانند sol-gel hydrothermal , impregnation ............در ابعاد نانو بر روی انواع پایه های cnt تک دیواره و چند دیواره به میزان متفاوت بارگذاری شده ، فعالیت و گزینش پذیری آنها در تبدیل ترکیبات nox به مواد بی خطر نیتروژن و آب ، دریک سیستم آزمایشگاهی به صورت on-line با استفاده از دستگاه کروماتوگراف گازیshimadzu-4c و دستگاه آنالیزر mru-vario plus)-nox) ارزیابی راکتوری گردیده تا کاتالیست نانو ساختار مناسب جهت انجام فرایند فوق تعیین واز نظر پارامتر های موثر در سنتز بهینه گردد. همچنین تاثیر پارامترهای عملیاتی دما و فشار در فرایند فوق بررسی و میزان بهینه آنها تعیین می شود.سپس تاثیر افزودن پروموتری مناسب در بالا بردن قدرت اکسید کنندگی کاتالیست در تبدیل گازno به no2 بررسی خواهد شد.

شباهت شیمیایی نانوالیاف کربنی با نانولوله های کربنی و ساختار بی نظیر آن ها و پتانسیل نانوالیاف برای کاربردهای ویژه، تمایل روزافزونی نسبت به تحقیق بر سنتز آن ها از طریق تجزیه کاتالیستی منابع هیدروکربنی گوناگون را به وجود آورده است. تحقیقات گسترده ای در زمینه سنتز نانوالیاف کربنی انجام شده و یکی از مهم ترین اهداف، یافتن روشی برای تولید آن ها بوده که علاوه بر ایجاد محصولی با کیفیت بالا، قابلیت تولید در مقیاس انبوه را داشته و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد. هدف این پروژه سنتز نانوالیاف کربن و یافتن شرایط بهینه سنتز آنها می باشد. در این پایان نامه از روش شناورسازی بخار کاتالیست که از روش های رسوب دهی بخارشیمیایی است و قابلیت تولید انبوه را دارد، استفاده شد. زایلن به عنوان خوراک کربنی، فروسن به عنوان کاتالیست و هیدروژن در نقش گاز حامل و ایجاد کننده محیطی کاهنده انتخاب گردید. تیوفن نیز در این فرایند مورد استفاده قرار گرفت که به دلیل داشتن گوگرد، نقش موثری در تشکیل نانوالیاف دارد. گوگرد نقطه ذوب را به بالای نقطه اتکتیک شیفت می دهد که این، بطور قابل ملاحظه ای تولید لیف را بهبود می دهد. آزمایشات با تغییر قطر راکتور، دبی هیدروژن، درصد جرمی فروسن و تیوفن، و دما انجام شدند. به منظور هدفمند کردن آزمایشات و بهینه سازی شرایط عملیاتی از نرم افزار آماری طراحی آزمایشminitab 16 استفاده شد. پس از انجام یک سری آزمایش، دبی هیدروژن نیز از طراحی آزمایش حذف شد، و طراحی آزمایش بر اساس سه پارامتر دیگر صورت پذیرفت . در سری آزمایشات جدید، دبی هیدروژن به مقدار ثابت 320 میلی لیتر بر دقیقه در نظر گرفته شد. نرم افزار minitab داده های کمی حاصل از آزمایشات انجام گرفته (میانگین قطر نانوالیاف) را دریافت کرده، و مدلی درجه دو از پارامترهای مذکور را برای سنتز نانوالیاف ارائه نمود. با استفاده از مدل حاصل، شرایط بهینه تعیین شد که عبارت بود از: دمای 1042 درجه سانتیگراد، غلظت تیوفن g/ml2، و غلظت فروسن g/ml 164/0. فرایند سنتز براساس شرایط بهینه پیشنهادی مدل انجام گرفت. نتایج تست های آنالیز بر نمونه سنتز شده در شرایط بهینه، حاکی از مطابقت مدل با نتایج تجربی داشت. با انجام این پروژه ، این نتایج حاصل شد که افزایش دبی هیدروژن منجر به سنتز نانوالیافی با قطر بیشتر می شود. افزایش دما نیز تأثیر مشابهی را داشت. اما افزایش بیش از حد دما، نانوالیاف با قطر کمتر را نتیجه داد. یک نتیجه قابل ذکر دیگر اینکه افزایش غلظت کاتالیست نیز منجر به تولید نانوالیاف کربنی قطورتر می شود. مهم ترین نتیجه ای که می توان به آن اشاره کرد قابلیت کنترل شرایط عملیاتی با استفاده از مدل ارائه شده برای دستیابی به نانوالیاف کربنی است.

در این پژوهش نانو هیبرید نانو لوله کربن- آهن به روش اسپری پیرولیز پیوسته با استفاده از اتانول به عنوان یک منبع کربن و فروسن به عنوان یک کاتالیست، سنتز شده است. پارامتر های مختلفی نظیر نوع منبع کربن، غلظت کاتالیست و میزان جریان گاز، که بر روی کیفیت نانو هیبرید های سنتز شده تاثیر می گذارند مورد بررسی قرار گرفتند همچنین پارامتر های دما و زمان اقامت ثابت در نظر گرفته شده اند. آنالیز های انجام شده نشان می دهد شرایط بهینه برای رشد این نانو هیبرید به این بصورت است که: دمای راکتور c°1000 بوده و نیتروژن که به عنوان گاز حامل است با نرخcc/min 500 و جریان جرم که محلول 3/2 درصد وزنی اتانول و فروسن است با نرخ cc/min400 وارد راکتور می شود. بر روی نمونه های تولیدی آنالیز های sem، ramam و xrd انجام گرفته است. تصاویر sem شکل ظاهری نانو هیبرید نانو لوله کربن- آهن و همچنین یکنواختی پراکندگی نانو ذرات آهن در نانو لوله ها را نشان می دهد. در این تصاویر نانو لوله هایی با قطر 46 و54 نانومتر دیده می شود. همچنین طیف سنجی xrd نشان می دهد اندازه نانو ذرات آهن تشکیل شده بر روی نانو هیبرید تشکیل شده حدود 20 نانو متر است. طیف سنجی raman، 65/1 ig/id =را نشان می دهد که نسبت بالای تشکیل نانو هیبرید نانولوله کربن- آهن به کربن های فاقد ساختار بوده و تأییدی بر نتایج بدست آمده می باشد. نانو هیبرید های سنتز شده به منظور به کار گیری در حذف آلاینده های آلی در غلظت های ppm2، ppm5، ppm10، ppm25 و ppm50 مورد ارزیابی قرار گرفتند. در غلظت های بررسی شده نتایج به دست آمده از طیف سنجی اسپکتروفتومتری نشان می دهد نانو هیبرید های سنتز شده قابلیت بالایی(حدود %97) در حذف آلاینده های آلی از آب و پساب های صنعتی دارند.

چکیده آلودگی منابع آب، توسط آفت کش ها یکی از نگرانی های عمده زیست محیطی است. در حال حاضر، از سموم در کشاورزی بمظور حفاظت از محصولات بسیار گسترش یافته است که نکته ی بسیار مهمی ست. سموم ارگانوفسفره، توسط موجودات زنده و انسان جذب می شوند و باعث غیر فعال کردن استیل کولین استراز می گردد. مطالعات نشان داده اند که قرار گرفتن در معرض برخی از آفت کش های ارگانو فسفره می تواند در دراز مدت مشکلات عصبی از جمله نوروپاتی ناشی از سموم ارگانوفسفره را منجر شود. در این مطالعه حذف باقی مانده آفت کش های کلروپریفوس و دیازینون از آب بوسیله نانولوله کربنی تک دیواره، نانولوله کربنی چند دیواره، نانوفیبر کربنی و گرافن انجام شده است. نانو لوله کربنی تک دیواره به دلیل خصوصیات و ساختار منحصربفرد، بیشترین ظرفیت جذب را در تمام غلظت های هر دو آفت کش دیازینون و کلروپریفوس از خود نشان داد. محلول هایی از دیازینون با غلظت های مشخص ppm ?? ، ppm 60 و ppm 100 تهیه شد و سپس مقدار مشخصی از محلول ها، از روی نانو جاذب های مورد مطالعه عبور داده شد. محلول عبور داده شده پس از استخراج حلالی توسط دستگاه گاز کروماتوگرافی جرمی آنالیز شد. همچنین نانو ذره ni fe cu/graphene سنتز شد و به عنوان جاذب مورد آزمایش قرار گرفت. در نهایت و پس از بررسی طیف های کروماتوگرام حاصل از آنالیز نمونه ها توسط دستگاه گاز کروماتوگرافی جرمی، نانولوله کربنی تک دیواره بالاترین ظرفیت جذب را به دلیل مساحت سطح بالا از خود نشان داد.

در این رساله حذف سولفید هیدروژن از جریان گازی با استفاده از اکسید فلز بر پایه نانو ساختارهای کربنی مورد بررسی قرار گرفت تا نانو جاذبی ساخته شود که توانایی جذب و ذخیره سازی سولفید هیدروژن با ظرفیت بالا را داشته باشد این نانو جاذب نقش کاتالیستی نیز داشته و سولفید هیدروژن جذب کرده را با درصد تبدیل بالا به عنصر سولفور تبدیل نماید. به منظور تجزیه و تحلیل نانو ساختارهای کربنی و نانو جاذب های ساخته شده و بررسی عملکرد نانو جاذب ها، سیستمی جهت حذف h2s طراحی شد که شامل یک راکتور بستر ثابت با جریان پیوسته است و راکتور به گونه ای طراحی شد که در آن جریان پلاگ برقرار باشد تا محدودیت های انتقال جرم و حرارت به حداقل برسد. همچنین، خوراک ورودی به راکتور، گاز خروجی از واحد شیرین سازی آمین مجتمع گاز گچساران با غلظت ppm 250000 بوده است. نانو لوله های کربنی چند دیواره و تک دیواره با روش رسوب دهی بخار شیمیایی ساخته شدند. گرافن اکساید با روش هامر ساخته شد. به منظور ساخت گرافن با تعداد لایه های کم و کیفیت بالا از سه روش حرارتی، شیمیایی و روش جدید اسپری پیرولیز استفاده شد. در هر روش پارامترهای موثر بررسی شد. نتایج حاکی از این بود که گرافن 2 لایه با کیفیت بالا با روش اسپری پیرولیز در دمای 700 درجه سانتیگراد ساخته شد. سپس نانو جاذب اکسید آهن بر پایه چهار نانو ساختار ذکر شده، ساخته شد و عملکرد چهار نانو جاذب در حذف سولفید هیدروژن به منظور تشخیص مناسب ترین پایه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از این بود که پایه گرافن بهترین عملکرد را دارد. در مرحله بعد از چهار فلز نیکل،کبالت، مولیبدن و آهن برای ساخت نانو جاذب بر پایه گرافن استفاده شد و عملکرد چهار نانو جاذب در حذف سولفید هیدروژن، به منظور تشخیص مناسب ترین فلز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که فلز کبالت بالاترین درصد تبدیل و ظرفیت حذف را دارا ست. برای به دست آوردن شرایط بهینه در واکنش کاتالیستی اثر متغیرهای دما، میزان بارگذاری فلز و سرعت حجمی گاز ورودی با روش طراحی آزمایش ها مورد بررسی قرار گرفت. مقادیر بهینه دمای 150 درجه سانتیگراد و میزان بارگذاری فلز 10 درصد وزنی و سرعت حجمی گاز ورودی 2000h-1 محاسبه شد. نانو کاتالیست (نانو جاذب) اکسید کبالت 10 درصد وزنی بر پایه گرافن در شرایط بهینه دارای درصد تبدیل 99/99 % و ظرفیت حذف جاذب 4/74 gh2s/g بود. ایزوترم های لانگمیر، فروندلیچ و تمکین به منظور توان جذب نانو جاذب بررسی شد. نتایج این بررسی نشان دهنده این مطلب است که جذب شیمیایی مستقل از غلظت به صورت خودبه خودی اتفاق می افتد. در مرحله آخر نانو کاتالیست احیا شد و عملکرد آن در جذب و تبدیل سولفید هیدروژن به عنصر سولفور بعد از انجام فرآیند احیا مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج به دست آمده از عملکرد مطلوب نانوجاذب ساخته شده، سیستم نیمه صنعتی از set-up آزمایشگاهی با ظرفیت 100 لیتر کاتالیست ساخته شد. از آنالیزهای sem، tem، ftir،xrd ،raman ، edx، tpr وbet برای بررسی نانو جاذب ها قبل و بعد از فرآیند احیا استفاده شده است.

در این پروژه فرایند مرکاپتان زدایی از جریان گازی با استفاده از کاتالیست برپایه نانو ساختار کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور حذف مرکاپتان از مخلوط گازی با استفاده از نانوکاتالیست بر پایه نانولوله های کربنی چند دیواره و گرافن اکساید مورد بررسی قرار گرفت. برای ساخت این کاتالیست از نانو لوله های کربنی عامل دار و گرافن اکساید به عنوان پایه استفاده شد و سپس اورگانو متالهای کبالت فتالو سیانین، پورفیرین آهن، سدیم فسفات بر روی آن بار گذاری شد. و سپس برای تعیین مشخصات کاتالیست از آنالیزهای xrd, ftir,tem, sem استفاده شد و در نهایت متغییرهای عملیاتی شامل دما، بارگذاری فلز، نسبت سرعت حجمی گاز ورودی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که در بهترین شرایط با قرار دادن پارامتر دما در ?c 200 و میزان بارگذاری فلز در w20% و همچنین قرار دادن سرعت حجمی گاز ورودی در hr-12000 خود می توان به بیشترین میزان حذف مرکاپتان 99/99 % دست یافت .

این مطالعه، تحقیقی جامع در ارتباط با پیرولیز سریع و کند چوب اکالیپتوس برای تولید نفت زیستی و کربن فعال است. در فرآیند پیرولیز سریع چوب اکالیپتوس، آزمایشات به منظور دستیابی به بیشترین مقدار نفت زیستی طراحی شدند. آزمایشات پیرولیز سریع در راکتور بستر سیال پیوسته انجام شد. تاثیر پارامترهای دما (600- 450 درجه سانتیگراد)، شدت جریان گاز نیتروژن (3/14-4/10 لیتر بر ساعت)، نرخ تغذیه بیوماس به راکتور (110- 70 گرم بر ساعت) و اندازه ذرات بیوماس (5/1، 4/2، 4/3 میلی متر) بر کارایی محصولات پیرولیز (گاز، مایع و زغال) و ترکیبات شیمیایی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کارایی نفت زیستی با افزایش اندازه ذرات بیوماس و افزایش نرخ تغذیه بیوماس کاهش یافت. با افزایش شدت جریان گاز نیتروژن، کارایی نفت زیستی ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. ترکیبات فنولی موجود در نفت زیستی با استفاده از کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا شناسایی شدند و عمده ترین ترکیبات شیمیایی در آن، سیرینگول بود. همچنین مقدار آب موجود در نفت زیستی با روش کارل فیشر حجمی تعیین شد. بعلاوه گاز پیرولیزی هم با کروماتوگرافی گازی شناسایی شد، که عمدتا شامل دی اکسیدکربن و مونواکسیدکربن بود. همچنین ارزش حرارتی و مقدار خاکستر زغال حاصل از فرآیند پیرولیز سریع هم به ترتیب با بمب کالریمتری و روش tga بررسی شدند. در بخش دوم، پیرولیز کند چوب اکالیپتوس به منظور تولید کربن فعال، و کاربرد آن برای جذب دی‏اکسیدکربن از جریان گاز‏ مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور بالابردن ظرفیت جذب دی‏اکسیدکربن، کربن فعال با آمونیاک به روش تیمار حرارتی و با 3-آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان (aptms)، n1 (3-(تری متوکسی سیلیل)-پروپیل)دی اتیلن تری آمین (tmspdeta) به روش تیمار شیمیایی عامل دار شد. برای تولید کربن فعال با مساحت سطح بالا و درصد میکروپور بالا برای جذب بیشتر گاز دی‏اکسیدکربن، چوب اکالیپتوس با درصدهای مختلف از فعال سازهای شیمیایی از جملهh3po4 ، zncl2 و koh اشباع شد. ویژگی های تخلخل کربن های فعال سنتزشده با آنالیز asap بررسی شد. مساحت سطح و درصد میکروحفره های نمونه های کربن فعال بدست آمده در نرخ اشباع 75/0 تا 5/2 گرم بر گرم zncl2 به ترتیب از 1274 تا 2107 مترمربع بر گرم و 100-93 درصد بود. با افزایش نرخ اشباع h3po4 به چوب اکالیپتوس از 5/1 تا 5/2 گرم بر گرم سطح ویژه از 1875 تا 2117 مترمربع بر گرم و درصد میکروحفره ها 97-69 درصد تغییر یافت. کربن فعال بدست آمده با koh بیشترین مساحت سطح 2594 مترمربع بر گرم و درصد میکروحفره بالا 98 درصد داشت. بعلاوه آنالیز ftir و sem برای همه نمونه های کربن فعال انجام شد. آزمایشات جذب دی‏اکسیدکربن با نمونه های کربن فعال در فشار 16-0 بار و در دما 75-15 درجه سانتیگراد با استفاده از روش حجم سنجی بررسی شد. کربن فعال تهیه شده با koh ماکزیمم ظرفیت جذب 1/4 میلی مول بر گرم در فشار اتمسفر و دمای 30 درجه سانتیگراد برای دی‏اکسیدکربن داشت. نتایج آزمایشات عامل دار کردن کربن فعال با گروه آمین برای جذب دی‏اکسیدکربن نشان داد که روش اشباع شمیایی منجر به بسته شدن حفرات، کاهش مساحت سطح و کاهش ظرفیت جذب دی‏اکسیدکربن می شود در حالی که تیمار با آمونیاک باعث افزایش مساحت سطح و ظرفیت جذب دی‏اکسیدکربن می شود

هدف از انجام این پروژه بررسی مقاومت فشاری و مقاومت کششی بتن در سنین مختلف 7 روزه ، 28 روزه و 90 روزه بتن است، بطوری که بتن استفاده شده در این تحقیق حاوی مقادیر مختلف افزودنی کربن نانوتیوب و نانو سیلیس به طور همزمان میباشد. کربن نانو تیوب در سه مقدار 0.02 درصد ، 0.1 درصد و 0.5 درصد وزن سیمان به طرح اختلاط بتن افزوده گردیده، همچنین نانوسیلیس در چهار مقدار 0.5 درصد ، 1 درصد ، 1.5 درصد و 2 درصد وزن سیمان به طرح اختلاط بتن افزوده شده است، مقادیر افزودنی ذکر شده بصورت ترکیبی در نمونه های بتن استوانه ای استاندارد استفاده گردیده است بطوری که کل آزمایشات صورت گرفته در این پروژه 78 عدد می باشد. محلول پلی کربکسیلات بر پایه اِتِر به عنوان فوق روان کننده در تمام نمونه های بتن مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از آزمایشات نشان میدهد وجود نانوساختارهای کربنی و سیلیسی به عنوان افزودنی در بتن در بهترین حالت باعث افزایش مقاومت فشاری بتن تا 125 درصد و مقاومت کششی بتن را 110 درصد بهبود بخشیده است. پس از افزودن مقادیر مشخص از کربن نانوتیوب به همراه نانو سیلیس در بتن شاهد کاهش مقاومت بتن خواهیم بود به این معنی که بیشینه مقاومت بتن کسب شده، در طرح اختلاطی اتفاق نیافتاده که بیشترین مقادیر افزودنی در آن استفاده شده است. همچنین در این تحقیق فرمولی ارائه گردیده است که با استفاده از آن میتوان مقاومت کششی طرح اختلاط بتنی که مقاومت فشاری آن را در هر سنی در اختیار داریم را بدست آورد.

گوگرد یک عنصر بسیار مفید است. بیشترین کاربرد آن در تولید اسید سولفوریک و کودها است، اما از آن در صنایع لاستیک، آرایشی و دارویی نیز استفاده می شود. اگر مقدار ترکیبات گوگرد در هوا افزایش یابد، سبب آلودگی هوا و همچنین ایجاد باران اسیدی می شود که منجر به تخریب محیط زیست می شود. قوانین مربوط به لوله کشی و زیست محیطی، نیازمند جدا سازی مقدار بیشتر سولفید هیدروژن از گاز سوختی پالایشگاه است. واحد بازیافت گوگرد ، که در واحدهای فراورش گاز طبیعی و پالایشگاه های نفتی استفاده می شود، محصول جانبی h2s در جریان های گاز ترش را به گوگرد عنصری تبدیل می کند. معمولترین فرایند مورد استفاده برای بازیافت گوگرد عنصری از گاز اسیدی، فرایند کلاوس اصلاح شده می باشد. در این پروژه، ضمن ارائه ی شرح فرایند بازیافت گوگرد به روش کلاوس اصلاح شده، فرایند معمولی از این واحد توسط نرم افزار promax شبیه سازی شد. شبیه سازی با استفاده از داده های واحد بازیافت گوگرد فاز 9 و 10 پارس جنوبی که توسط شرکت لورگی ارائه شده است، انجام شد. در پایان، نتایج شبیه سازی، با داده های pfd مقایسه شد و سازگاری و همخوانی قابل قبولی میان نتایج به دست آمده از شبیه سازی و داده های موجود مشاهده شد. با شبیه سازی واحد، امکان شناسایی متغیرهای تأثیرگذار فراهم گردید. سپس تأثیر غلظت سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن در میزان بازیافت گوگرد بررسی شد. با افزایش غلظت h2s در گاز اسیدی، دمای کوره ی واکنشی و میزان بازیافت گوگرد به طور یکنواخت افزایش یافت، اما با افزایش غلظت co2 مقدار این دو پارامتر کاهش یافت.

راه ها و مسیرهای ارتباطی از زیر بخش های مهم و حیاتی شبکه های حمل و نقل محسوب می شوند. با افزایش ظرفیت و توان باربری راه ها می توان کارآمدی آنها را افزایش داد. بهبود عملکرد این زیرساخت مهم به عنوان پایه و اساس توسعه هر چه بهتر صنعت حمل و نقل، ضرورت می یابد. اخیراً ساخت روسازی های بتنی در کنار روسازی های آسفالتی اهمیت پیدا نموده است. خرابی روسازی های بتنی بیشتر از آنچه تحت تاثیر شرایط بارگذاری های ترافیکی باشد، متاثر از شرایط محیطی است. در همین راستا، بهبود دوام روسازی های بتنی در برابر شرایط نامطلوب محیطی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لذا در این تحقیق تاثیر نانو ساختارهای کربنی نظیر نانو لوله کربنی ، گرافن و اکسید گرافن بر بهبود خواص مکانیکی، دوام و پایداری کامپوزیت های سیمان با انجام آزمایش هایی چون مقاومت کششی، آزمایش تخلخل سنج جیوه ای، آنالیز tga ، آزمایش xrd و sem مورد ارزیابی قرار گرفته است. سپس بر اساس تحلیل های نهایی صورت گرفته نحوه تاثیر نانو لوله های کربنی در بهبود کیفیت ریزساختارهای خمیر سیمان و همچنین تاثیر آنها بر تخلخل و توزیع اندازه ای منافذ ماتریس سیمان با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی مدلسازی شده است؛ تا بتوان پارامترهای موثر را بهینه نمود. نتایج آزمایش کششی نشان داده است که تنها نانو لوله کربنی چند دیواره ساده و اکسید گرافن حاوی تنها 10 درصد گروه عاملی توانایی بهبود مقاومت کششی ملات سیمان را دارند. نانو لوله چند دیواره ساده در درصد بهینه 0/3 ، حدود 70 درصد و اکسید گرافن در درصد بهینه 1/5 درصد حدود 47 درصد مقاومت کششی ملات سیمان را افزایش داده است. مشاهدات fe-sem بر روی سطوح گسیختگی نمونه های حاوی0/3 درصد نانولوله چند دیواره و نمونه های حاوی 1/5 درصد اکسید گرافن حاکی از تامین پراکندگی مناسب نانو لوله ها و همچنین اکسید گرافن در ماتریس سیمان بوده است. در ضمن تصاویر fe-sem بدست آمده از نمونه های مذکور نشان داده اند که هم نانو لوله های کربنی و هم نانو ورقه های اکسیدگرافن دچار ترک و گسیختگی شده اند که این موضوع دلالت بر تحت کشش واقع شدن نانو مصالح مذکور و به تبع آن وجود مقاومت چسبندگی مناسب و به حد کفایت بین آنها و ماتریس سیمان می باشد. نتایج بدست آمده از آزمایش xrd حاکی از هسته سازی و رشد c-s-h ،فرآورده مطلوب هیدراتاسیون، در حضور نانو لوله چند دیواره کربنی و اکسید گرافن در ماتریس سیمان بوده است. افزایش میزان فراورده هیدراتاسیون هیدرات سیلیکات کلسیم (c-s-h) به معنای بهبود خصوصیات میکروسکوپی ماتریس سیمان و کاهش نفوذپذیری و در نتیجه بهبود دوام ماتریس سیمان می باشد. نتایج آزمایش mip نیز نشان داده است که نفوذ پذیری نمونه های حاوی 0/1 و 0/3 درصد نانولوله چند دیواره کربنی در مقایسه با سایر نمونه ها به خصوص نمونه شاهد و نمونه های حاوی درصدهای بالا، کمتر است. لذا می توان دید که نتایج آزمایش mip سازگاری کامل با نتایج آزمایش بدست آمده از xrd دارند. نتایج آزمایش tga نیز نشان داده است که میزان فرآورده¬های هیدراتاسیون سیمان c-s-h و ch در حضور نانو لوله های mwcnt بهیود یافته است. نتایج کارایی مدلسازی قطرهای بحرانی و آستانه وهمچنین نتایج کارایی مدلسازی phploss و ch loss با سنین 7، 14، 28 و 56 روز با استفاده از شبکه¬های عصبی مصنوعی، نشانگر دقت بالای آن در دو مرحله واسنجی و صحت سنجی می¬باشد.

استانداردهای جدید به تصویب رسیده برای حداکثر میزان گوگرد موجود در سوختهای حمل و نقل، محققین در حوزههای پالایش مواد نفتی را بر آن داشته است که جهت رسیدن به این استانداردها درصدد بهبود روشهای گوگردزدایی مرسوم و یافتن روشهای جایگزین، برآیند. از آن جا که ترکیبات تیوفنی مقاومترین ترکیبات گوگرددار در روش کنونی گوگردزدایی هیدروژنی ) hds ( هستند، در سالهای اخیر مطالعات زیادی روی چگونگی حذف این ترکیبات صورت گرفته است. در این پژوهش برای گوگردزدایی از نفتا به روش اکسیداسیون ) ods ( از هیدروژن پراکسید به عنوان اکسیدکننده استفاده شد. پس از بررسی حلالهای قطبی و نتایج بدست آمده از مطالعهی سایر محققین حلال استونیتریل برای استخراج سولفونهای حاصل از مرحله اکسیداسیون در حضور نانوکاتالیست انتخاب گردید. سنتز نانوکاتالیستها از طریق بهرهگیری از نانولولههای کربنی، با هدف تولید کاتالیستی با فعالیت بالا در فرآیند گوگردزدایی اکسایشی صورت گرفت. به این ترتیب که نانولولههای کربنی با محلول منگنز اکسید تلقیح شده و به عنوان کاتالیست در فرآیند گوگردزدایی اکسایشی از نفتا مورد آزمایش قرار گرفت. اثر پارامترهای مختلفی نظیر دما، زمان، مقدار نانوکاتالیست، میزان بارگذاری اکسید منگنز بر پایه نانولوله کربنی و غلظت اکسیدکننده بر میزان درصد تبدیل ترکیبات گوگردی در محصول نهایی گوگردزدایی مورد بررسی قرارگرفت.

بعد از کشف نانولوله های کربنی تحقیقات وسیعی درباره آن ها توسط فیزیک دانان، شیمی دانان و مهندسین مواد و الکترونیک و سایر محققین انجام شد و این دانشمندان روز به روز یافته ها و دانسته های خود را افزایش دادند. نانولوله های کربنی دارای ده ها پوسته متحدالمرکز و لانه زنبوری بوده و ساختمان لوله ای بی نظیری دارند و دارای نسبت طول به قطر زیادی می باشند. اندازه فیزیکی نانومتری، هدایت الکتریکی فوق العاده ، وزن مخصوص کم، خواص مکانیکی بی نظیر و غیره تمایل به استفاده از نانولوله های کربنی را در شاخه های مختلف علوم افزون می کند. کاربرد این مواد در نانوحسگرها، دیودهای یکسوساز، ترانزیتسورها، باطری های خورشیدی، اعضای بدن مانند رگ های اعصاب، بعنوان کاتالیزور در واکنش های شیمیایی بخصوص در صنایع نفت و گاز، ساخت کامپوزیت ها و غیره روز به روز گسترش می یابد . اما مهم ترین نکته در استفاده از این مواد حفظ خواص متنوع و استثنایی آن در شرایط کاربردی است. تحقیقات اخیر نشان داده است که شرایط سخت و تند فیزیکی، شیمیایی یا مکانیکی می تواند شکل ظاهری و خواص این مواد را تغییر دهد. از طرف دیگر نانولوله های کربنی بخاطر داشتن ساختمان مولکولی بسته و کامل خاصیت تر شوندگی و میل ترکیبی پایینی دارند به همین خاطر استفاده از آنها در صنایع مختلف محدودیت دارد. یکی از راههای رفع این نواقص لایه نشانی سطوح نانولوله های کربنی توسط مواد دیگر است که امکان استفاده از نانولوله ای کربنی را در شرایط کاربردی فراهم کرده، خواص ترشوندگی آن را ترمیم بخشیده و امکان پیوند میان این ملکول با سایر عناصر را در تولید کامپوزیت ها و غیره فراهم می کند. بخاطر شباهت خواص فیزیکی و مکانیکی فلزها با نانولوله های کربنی استفاده از مواد فلزی جهت لایه نشانی روی نانولوله ها متداول تر است. و در میان عناصر فلزی عنصر ti بعنوان موضوع پروژه بررسی شد. ابتدا نانولوله های کربنی تحت تاثیر محیط اسید قوی و التراسونیک و سوسپانسیون tio2 توسط همزن مخلوط شدند که پوشش از tio2 روی سطوح نانولوله های کربنی ایجاد شد و در انتها اکسید تیتانیم توسط راکتور احیا به ti تبدیل گردید. برای تشخیص ساختار و ترکیب نانولوله ها و تغییرات ایجاد شده در مراحل مختلف آزمایش از میکروسکوپ های الکترونی روبشی (sem) و عبوری (tem) طیف رامان و آزمایشهای tpr,ftir, xrd و edax استفاده شد.

در این پژوهش، نانو لوله های کربنی (cnts) با پوشش مولایتی به وسیله روش سل-ژل سنتز شد. جهت سنتز پوشش مولایتی، از پیش ماده های نیترات آلومینیم نه آبه (.9h2o al(no3)3 ) و تترا اتیل اورتو سیلیکات (teos) استفاده شد. برای پخش مناسب نانو لوله های کربنی، سورفکتانت آنیونی، سدیم دو دسیل سولفات (sds) در محیط آبی، تحت اولتراسونیک حمامی به کار گرفته شد. سل پیش ماده ای مولایتی به صورت قطره قطره به سوسپانسیون پایدار نانو لوله کربنی تحت اولتراسونیک افزوده شد. واکنش در 2ph? و با ترکیبات 50،20 و 80 درصد وزنی cnt نسبت به کل ترکیب انجام پذیرفت. در نهایت سوسپانسیون نانو لوله کربنی و پیش ماده های مولایتی بر روی صفحه داغ در دمای °c80 تحت تلاطم مغناطیسی به ژل تبدیل شد. پس از خشک شدن ژل در خشک کن، کلسیناسیون و سنتز مولایت تحت اتمسفر آرگون در دماهای°c 1000، °c 1200 و °c1400 در کوره تیوبی و مایکروویو، کلسیناسیون صورت گرفت. نتایج پراش اشعه ایکس (xrd) تشکیل فاز مولایتی و افزایش کریستالیراسیون با افزایش دما را نشان داد. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (fesem) پوشش یکنواخت و عدم حضور مولایت اضافه را در ph=2 تائید کرد. ضخامت پوشش مولایتی بر نانو لوله کربنی nm 5-1 متناسب با ترکیب هیبرید تخمین زده شد. وجود پوشش مولایتی در تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) به اثبات رسید. نمودار های حاصل از آنالیز حرارتی (sta) افزایش مقاومت به اکسیداسیون در حدود 245 درجه نسبت به cnt ساده را نشان داد.

هدف از انجام این تحقیق ، سنتز نانو ساختارهای منیزیم اکسید است. به این منظور با بررسی منابع علمی روش های مختلف سنتز مواد مذکور شناسایی و روش هایی که انجام آن امکان پذیر و اقتصادی هستند، انتخاب شدند. در این تحقیق نانو ذرات منیزیم اکسید به روش های همرسوبی ، سنتز احتراقی (مایکرویو) و آسیا کاری سنتز شده است. جهت کنترل کیفیت و بررسی مورفولوژی نمونه ها از آزمون های sem ، tem ، xrdو tga استفاده شد. بر اساس مورفولوژی محصول بدست آمده و میانگین اندازه ذرات آن با استفاده از نتایج آزمون های مذکور، بهترین نمونه ها انتخاب شدند. با استفاده از نمونه های انتخاب شده سنتز منیزیم اولئات انجام وجهت کنترل کیفیت و بررسی ساختاری نمونه های منیزیم اولئات سنتز شده از آزمون های tbnو ft-ir استفاده شد. سپس بهترین نمونه منیزیم اولئات سنتز شده انتخاب و عملکرد آن به عنوان دترژنت روغن های روانساز و بازدارنده های خوردگی محلول در روغن مخصوص چاه ها و خطوط لوله انتقال گاز بررسی گردید. شایان ذکر است، این مواد افزودنی برخلاف سایر مواد افزودنی مورد استفاده در صنعت، در طبیعت تجزیه پذیر بوده و دوستدار محیط زیست می باشند. بنابراین انجام این تحقیق گامی در جهت پیشبرد شیمی سبز است

هدف از انجام این تحقیق ساخت نانو ساختارهای جدید هیبریدی متشکل از نانو ساختار کربنی/ اکسید فلزی به عنوان عامل پایدار ساز امولسیون¬های آب و نفت بوده است. پس از بررسی¬ها، نانو ساختار نانو لوله کربنی عاملدار شده و اکسید گرافن به عنوان ماده کربنی و سیلیکا به دلیل خواص مطلوب خود انتخاب شدند. همچنین پس مطالعه روش¬های مختلف ساخت، نانو ساختارهای مختلف هیبرید کربنی/سیلیکا ساخته شد. ساختارهای هیبریدی عبارتند از sba15/ نانو لول کربنی، آئروژل/ نانو لوله کربنی، سیلیکای آمورف (بی شکل)/ نانو لوله کربنی عاملدار و اکسید گرافن/ سیلیکای بی شکل. در ادامه خواص هر یک از ساختارها مورد بررسی قرار گرفت و بهترین هیبریدی که بتواند به عنوان پایدار سازی امولسیون آب و نفت به کار گیرد انتخاب شد. بر اساس بررسی-ها هیبرید سیلیکای آمورف (بی شکل)/ نانو لوله کربنی به عنوان ساختار مطلوب انتخاب شد. در مرحله بعد سایر عوامل تاثیر گذار بر کارایی هیبرید در پایدار سازی امولسیون از جمله نوع کاتیون های موجود در آب، تاثیر نحوه اختلاط آب و هیبریدهای مورد بررسی قرار گرفت. تاثیر غلظت کاتیون¬های تک ظرفیتی سدیم از محدوده 0 تا 40000 میلی گرم در لیتر و دو ظرفیتی کلسیم و منیزیم به میزان 77 الی 11200 میلی گرم در لیتر بر روی تشکیل امولسیون بررسی شد و در ادامه، با استفاده از دو نمونه آب همراه نفت از مخازن جنوب کشور امکان تشکیل امولسیون پایدار از آب¬های مخازن و نفت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این هیبرید به خوبی قابلیت تشکیل امولسیون پایدار آب و نفت را در آبی با غلظت¬های بالای املاح دارد. همچنین اندازه قطرات نفت در آب در فاز امولسیون میانی کمتر از 50 میکرومتر بود. غلظت بالای کاتیون¬های موجود در آب که معمولا در آب های سازند یافت می¬شود، باعث تغییر در موازنه آبدوستی- آبگریزی در هیبریدها می¬شود به گونه¬ای که ساختار بدست آمده توانایی تشکیل امولسیون پیکرینگ را پیدا می¬کند. امولسیون پایدار شده به وسیله این ساختار بسیار پایدار است و به صورت خود به خودی و بدون نیاز به پایدار کننده امولسیون و اختلاط مکانیکی تشکیل می¬شود. در ادامه تحقیق تغییر ترشوندگی و کشش بین سطحی مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که رسوب این ساختار بر روی سنگ مخزن باعث افزایش میزان آبدوستی سنگ شده است به طوری که میزان زاویه تماس را 50 درجه کاهش داده است. دراین پژوهش برای بررسی ساختار، میزان پایداری پخش در سیال و سایر خواص آن از آزمایش¬های مختلف از جمله sem، tem، xrd، bet، asap و پتانسیل زتا، محاسبه زاویه تماس و... استفاده شد. همچنین از میکروسکوپ نوری جهت مشاهده اندازه قطرات استفاده شد.

به تجهیزاتی که انرژی تابشی خورشیدی را به صورت مستقیم به الکتریسیته تبدیل می‏کنند، سلول خورشیدی یا سلول فتوولتاییک گفته می‏شود. بازده تبدیل انرژی پایین اینگونه سلول‏ها باعث تولید انرژی حرارتی بیش از حد در این سلول‏ها و باعث بالا رفتن دمای آن‏ها خواهد شد. یکی از مشکلات اساسی این سلول‏ها، کاهش بازده الکتریکی با افزایش دما می‏باشد. بنابراین سیستم‏های فتوولتاییک-حرارتی با اضافه کردن تجهیزات حرارتی به سلول خورشیدی به عنوان یکی از راه حل‏های رفع مشکل افزایش دمای سلول‏های خورشیدی مطرح شده است. در این پژوهش برای بررسی عملکرد حرارتی و الکتریکی سیستم‏های فتوولتاییک-حرارتی، یک دستگاه فتوولتاییک-حرارتی طراحی و ساخته شده است. دستگاه ساخته شده شامل یک پنل خورشیدی و دومبدل حرارتی که یکی در زیر پنل خورشیدی و یکی درون مخزن ذخیره آب گرم قرار داده شده‏اند، می‏باشد. سیال عامل خنک‏کن به صورت اجباری بین دو مبدل حرارتی مذکور در یک سیکل حلقه بسته در جریان است. مخزن ذخیره آب گرم به صورت مستقیم به آب شهری متصل می‏باشد. در این پژوهش جهت بررسی عملکرد حرارتی و الکتریکی سیستم ساخته شده از آب نانوسیال sio2 استفاده شد. در این پژوهش نانوسیال‏های (dio water/sio2) با درصدهای جرمی نانوذرات % wt 1 و % wt 3 و با قطرهای متفاوت 11-14 نانومتر و 60-70 نانومتر به عنوان نانوسیال مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج آزمایش‏ها با سیال عامل نانوسیال (diowater/sio2) نشان می‏دهد با افزایش درصد جرمی نانوذرات از % wt 1 به % wt 3 درون سیال پایه، عملکرد کلی سیستم فتوولتاییک-حرارتی برای اندازه نانوذرات 11-14 و 60-70 نانومتر به ترتیب به میزان % 36/2 و %20/2 بهبود یافته است. همچنین با استفاده از نانوسیال با درصد جرمی 3 درصد و قطر نانوذرات 11-14 نانومتر نسبت به سیال پایه عملکرد کلی به میزان% 76/7 بهبود یافته است. نتایج ارائه شده نشان دادند که با افزایش قطر متوسط نانوذرات درون سیال پایه، عملکرد کلی سیستم کاهش یافته است.

چکیده: دراین پایاننامه نانو کاتالیست های نیکل، کبالت، پالادیم، پلاتین ، رودیم ، روتنیم ومخلوط آنها بر پایه نانولوله های کربنی و کربن فعال ساخته شد و در هیدروژناسیون ترکیبات آروماتیک (شامل بنزن، تولوئن وزایلن ها) ، گروه عاملی نیترو روی حلقه آروماتیک (نیتروبنزن و پارانیتروفنول) و در نهایت ترکیبات آروماتیک موجود در پلت فرمیت پالایشگاه نفت کرمانشاه بعنوان منبع بنزن موجود در بنزین استفاده شدند. توجه اصلی در این پایاننامه بر کاهش میزان بنزن موجود در بنزین بعنوان ماده خطرناک اصلی در آلودگی هوا می باشد. تهیه نانو کاتالیست ها نانوکاتالیست های نیکل اکسید بر پایه mwcnts و ac از روش ترسیب هموژن (hdp) با استفاده از اوره بعنوان معرف رسوب دهنده در حضور پلی وینیل الکل (pva) بعنوان معرف دیسپرس کننده انجام شد. کبالت اکسید بر روی بسترهای مورد نظراز طریق روش القای خیس از نمک نیترات مربوطه تهیه شدند. سایر کاتالیست های تک فلزی شامل پالادیم، پلاتین، رودیم و روتنیم از نمک مربوطه در محیط آبی وبا استفاده از سدیم بورهیدرید بعنوان معرف احیا کننده وpva بعنوان معرف توزیع کننده ساخته شدند. جهت تهیه کاتالیست های دو و سه فلزی بر روی بسترها،کاتالیست ها در دو مرحله ساخته شدند. در مرحله اول ابتدا فلزات پالادیم، پلاتین، رودیم و روتنیم بر روی بسترهای فوق قرارداده می شوند سپس در مرحله دوم فلزات نیکل و کبالت با روشهای ذکر شده فوق ترسیب می گردند. کاتالیست های ساخته شده توسط آنالیزهای tem, sem, xrd, tga, ft-ir, bet, asap and tpd شناسایی شدند. شکل دهی کاتالیست های nio وrnc با استفاده از بایندر پلیمری حاصل از پلیمریزاسیون فورفوریل الکل انجام می شود. کاتالیست اکسترود حاصل کربونیزه شده و در تست راکتوری جهت احیای بنزن موجود درخوراک پلت فرمیت بعنوان منبع اصلی بنزن در بنزین بکارگرفته شدند. هیدروژناسیون ترکیبات آروماتیک با استفاده از کاتالیست های ساخته شده ترکیبات آروماتیک اصلی شامل بنزن، تولوئن و زایلن (ارتو، متا و پارا) بصورت تنهایی هیدرو‍‍ژنه شدند. همچنین مخلوط btx( بنزن، تولوئن وزایلن) با استفاده از کاتالیست های ساخته شده با بارگیرهای مختلف بصورت تک فلزی، دو وسه فلزی برروی بستر ها هیدروژنه شدند. به دلیلمشکلات زیست محیطی btx بنزین در هواوقوانین محدود کننده در خصوص مقدار مجاز این مواد بالاخص ماده سرطانزای بنزین، تمرکزما بروی کاهش این ترکیبات معطوف گردید اگر چهکاهش btx ها عد اکتان بنزین را کاهش می دهد. در نهایت هیدروژناسیون خوراک پلت فرمیت پالایشگاه نفت کرمانشاه بعنوان منبع بنزن در بنزین در مقیاس بنچ و پایلوت با استفاده از راکتورتست کاتالیستی انجام شد. همچنین هیدروژناسیون گروه نیترو برروی حلقه آروماتیک با استفاده از کاتالیست های ساخته شده بررسی شد. آنیلین و پارانیترو فنول بعنوان دو ماده صنعتی مهم از ترکیبات نیترو مربوطه تهیه شدند. در این واکنش ها شرایط واکنش به گونه ای تنظیم شد که تنها گروه نیترو احیا شود و حلقه آروماتیک دست نخورده باقی بماند. طراحی و مدل کردن ریاضی آزمایشات کلیه آزمایشات توسط تکنیک طراحی آزمایش با سه پارامتر فشار، دماو زمان بعنوان فاکتورهای موثردر واکنش هیدروژناسیون طراحی شد. طراحی ترکیبی مرکزی central composite design (ccd) و روش پاسخ سطح response surface methodology (rsm) جهت بررسی اثرات متغیرها و اپتیم کردن شرایط بکار برده شد. راندمان محصولات بعنوان پاسخ فرآیند تعیین گردید. تعداد 20 آزمایش (2k + 2k + 6) که در آن k تعداد فاکتورها در طراحی فاکتوری جهت بدست آوردن یک تخمین خوب از خطای آزمایش است. آنالیز متغیرها analysis of variance (anova) برای آنالیز نمودارداده ها جهت بدست آوردن برهمکنش بین متغیرهای فرآیند و نتایج واکنش ها استفاده شد. تکنیک rsm جهت فهمیدن برهمکنش بین متغیرهای مختلف (دما، فشارو زمان) و پیداکردن شرایط بهینه متغیرهای اصلی که راندمان را تحت تاثیر قرار می دهند و همچنین بدست آوردن معادله جهت پیش بینی راندمان محصولات در شرایطی دیگر با اطمینان بالا بکارگرفته شد.

چکیده: در این پروژه سعی بر این بوده است که علاوه بر آشنایی با روش های مختلف جداسازی آب نمک ازنفت خام بر اساس آخرین تحقیقات انجام شده، روش جدیدی برای جداسازی آب نمک از نفت خام ارائه شود. نانو ساختار ها در علوم مختلف کاربردهای گسترده ایی دارند. یکی از ویژگی های این نانو ساختار ها قابلیت جذب بسیار بالای آنها می باشد.یکی از روش های معمول برای حذف ترکیبات حاوی نمک استفاده از جاذب ها می باشد. امروزه استفاده از نانو ساختار ها به عنوان جاذب در علوم مختلف توسعه یافته است. نانو مواد کربنی و نانو مواد سلیسی از معمول ترین نانو جاذب های به کار برده شده در زمینه جذب هستند. هدف از این پروژه به کاربردن جاذب های کربنی و جاذب های سیلیسی برای حذف نمک از نفت خام می باشد، که انتظار می رود برخلاف دیگر روش هایی جداسازی نمک از نفت خام که در حال حاضربه کار برده می شوند، یک روش ساده، ارزان، و با قابلیت خوب حذف نمک از نفت خام باشد. در این کار ابتدا تعدادی جاذب کربنی و تعدادی جاذب سیلیسی برای بررسی حذف نمک از نفت خام به روش پخش در محلول به کار برده شده است. سپس در هر گروه جاذبی که بهترین جذب را داشته است،به عنوان جاذب بهینه انتخاب می شود . به روش فیلتراسیون نیز اثر این نانو جاذب ها در جذب نمک از نفت خام بررسی شده است. درپایان از بین این نانو جاذب ها ، سه نانو جاذب انتخاب شده است. که در بین نانو جاذب های کربنی mwcnt و swcnt با داشتن قابلیت جذب بیش از 50% به عنوان جاذب بهینه شناخته شدند. دربین جاذب های سیلیسی سیلیکا ایروژل با داشتن قابلیت جذب در حدود 50% به عنوان جاذب بهینه انتخاب شد. مورفولوژی، اندازه حفره و ساختار این نانو جاذب ها با آنالیزهایtem,atr,hrtem sem,وraman بررسی شده است.

در این پژوهش روش های متفاوت ساخت منیزیم اکسید نانو ساختار بررسی شد و از آنجا که اندازه، توزیع، مورفولوژی، خلوص و درجه بلوری بودن نانو ذرات به روش تولید آن‎ها بستگی دارد، بنابراین روش تولید این مواد از اهمیت زیادی برخوردار است. از میان روش‎های متفاوت ساخت منیزیم اکسید نانو ساختار (سل- ژل، روش شیمیایی مرطوب، حلالی-حرارتی، آبی-حرارتی، سونوشیمی، الکتروشیمیایی، سنتز فیزیکی بخار، سنتز شیمیایی بخار و آسیاب کردن مکانیکی) روش شیمیایی مرطوب به خاطرسنتز در دمای پایین، خلوص بالا، همگنی مناسب، کنترل دقیق اندازه و توزیع ذرات، امکان ساخت مواد بلوری، انعطاف پذیری تولید و کنترل فرآورده انتخاب شد. تاثیر پارامترهایی مانند ph، دمای کلسینه، زمان، سورفکتانت و حلال فرآیند مورد بررسی قرار گرفت. منیزیم اکسید با مورفولوژی های متفاوت شامل کروی، گل مانند، برگ، میله ای، صفحه ای، هرمی، تارعنکبوتی و مکعبی در حلال‎ها و سورفکتانت های مختلف سنتز شدند. در این بررسی منیزیم هیدروکسید نانو ساختار در حلال‎های آبی و آلی با استفاده از منیزیم استات و محلول آمونیاک به عنوان آغاز کننده تهیه شد. خلوص فازی به وسیله آنالیز پراش پرتو ایکس تایید شد. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی با وضوح بالا و میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان می دهد که حلال‎ها، سورفکتانت ها و زمان روی مورفولوژی و اندازه منیزیم اکسید تولید شده موثرند. مشاهده شد که با تغییر حلال از دی متیل سولفوکسید به آب در حضور پلی وینیل الکل 72000 مورفولوژی از میله ای مانند به نانو برگ تغییر می یابد. همچنین مشخص گردید که با تغییر دمای کلسینه از 500 به 750 درجه سانتی گراد در حضور پلی اتیلن گلیکول 400 مورفولوژی از کروی به هرمی تغییر می یابد. منیزیم اکسید با اندازه کوچکتر از 15 نانومتر با استفاده از سورفکتانت پلی وینیل الکل 72000 در حضور لیگاندهای eda و 4-متیل مورفولین، 15 تا 40 نانومتر با سورفکتانت پلی وینیل الکل 72000 در حضور اولئیک اسید و بزرگتر از 40 نانومتر با سورفکتانت پلی اتیلن گلیکول 6000 سنتز شد. مشاهده شد که با تغییر سورفکتانت از peg به pva مساحت سطح ویژه افزایش و اندازه بلوری کاهش می یابد. کربوکسیلات منیزیم با افزودن سدیم هیدروکسید به کربوکسیلیک اسیدها درحضور منیزیم اکساید بعنوان افزودنی های آلی نفت تهیه شد. مورفولوژی منیزیم اکساید نیز روی مورفولوژی افزودنی های آلی موثر است.

این تحقیق با هدف ساخت نانو سیال هیبریدی اکسید آهن-نانولوله کربنی و بکارگیری آن به عنوان نانوسیال برای بهبود انتقال حرارت انجام گرفته است. نانوسیالات با درصدهای مختلف وزنی 0.10% ، 0.15% ، 0.20% و 0.30% در آب مقطر تهیه شدند. اندازه گیری ضریب هدایت حرارتی و مقایسه بین نانو سیال مغناطیسی و نانو سیالات مغناطیسی نشده ، نانو لوله های کربنی عاملدار شده با گروه عاملی کربوکسیل و همین طور نانو لوله های کربنی با ماده فعال سطحی با درصد های وزنی ساخته شد. نتایج نشان دادند که با افزایش دما و افزایش درصد وزنی نانوسیالات ضریب هدایت حرارتی هم افزایش می یابد.همچنین اندازه گیری ضریب انتقال حرارت جابه جایی نانوسیال مغناطیسی هم برای دو درصد وزنی 0.10% و 0.20% انجام شد و نتایج نشان داد که در جریان های آرام، گذرا و مغشوش تحت شرایط جریان اجباری با افزایش دما و درصد وزنی این ضریب افزایش می یابد

در این تحقیق فرایند تجزیه متان به منظور تولید نانوفیبرکربنی و هیدروژن عاری از co2 مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل فعالیت بالای فلز نیکل در تولید نانوساختارهای کربنی، کاتالیست نیکل بر پایه اکسید منیزیم برای انجام این فرایند انتخاب گردید. جهت بررسی کیفیت نانوفیبرهای کربنی آنالیزهای رامان، پراش پرتو ایکس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری انجام شد. نتایج حاصل از تست های رآکتوری و آنالیزها نشان داد که کاتالیست با مقدار 40% وزنی نیکل بر پایه mgo برای تولید نانوفیبرکربنی مناسب می باشد. همچنین اثر فلزات تقویت کننده چون مس و مولیبدن به مقدار 10% وزنی نسبت به پایه در بازده تولید نانوفیبرکربنی و پایداری کاتالیست فرایند بررسی گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که افزایش بازده تولید کربن و پایداری در کاتالیست حاوی مس بسیار بیشتر از کاتالیست حاوی مولیبدن می باشد و نانوفیبرکربنی از کیفیت بهتری برخوردار است. همچنین بررسی اثر روش تهیه در کاتالیست nimgo ساخت شده به روش تلقیح، همرسوبی و سل ژل نشان داد که بازده کربن و پایداری کاتالیست سل ژل در مقایسه با روشهای دیگر به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین کاتالیست مناسب در تولید نانوفیبرکربن کاتالیست ni-cu-mgo با مقادیر 40% وزنی نیکل و 10% وزنی مس به روش سل ژل تهیه گردید. مقدار هیدروژن تولید شده توسط این کاتالیزور در طی یک ساعت برابرl/gcat 48/19 حاصل شده است. همچنین سینتیک واکنش تجریه مستقیم متان به هیدروژن و نانوفیبرکربن بر روی این کاتالیست مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات در یک رآکتور بستر ثابت و در محدوده دمای 550 -650 درجه سانتی گراد و فشار اتمسفر انجام شده است. 14 مدل سینتیکی بر اساس مکانیزم های مختلف درنظرگرفته شد و مقادیر پارامترهای معادلات سینتیک توسط بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک محاسبه گردید. جهت ارزیابی نتایج مدلسازی، جدول آنالیز واریانس برای هر مدل تهیه گردید و با مقایسه مقادیر f با مقادیر توزیع فیشر در جداول آماری، برخی از مدل های سینتیکی رد شد. سپس از میان بقیه معادلات سینتیکی، یک مدل با کمترین مقدار متوسط مربعات خطا بعنوان بهترین مدل انتخاب شد. این مدل مربوط به مکانیزمی است که جدایش اولین هیدروژن از متان جذب شده روی سطح کاتالیزور را بعنوان مرحله تعیین کننده سرعت واکنش در نظر می گیرد. این مدل سینتیکی انرژی فعالسازی واکنش را درحدود kj/mol 57 پیش بینی می کند که سازگار با مقدار گزارش شده در مقالات است. غیرفعال شدن کاتالیزور در نتیجه نشست کربن بر سطح کاتالیزور صورت می گیرد. با بررسی روند غیرفعال شدن کاتالیزور مشخص شد که در این فرایند فاکتور فعالیت a تابعی از زمان، دما و فشارجزئی متان و هیدروژن بوده و رابطه کاهش کاتالیزور از مرتبه دو می باشد.

در این تحقیق اثرات افزودن بخار آب و دی اکسید کربن روی واکنش زوج شدن اکسایشی متان با عملکرد حالت پایدار در حضور کاتالیزورهای li/mgo و ce/li/mgo بررسی شده است . در ابتدا دو کاتالیزور li:mgo با نسبت 45:5 و ce:li:mgo با نسبت 45:5:50 تهیه گردید. هر دو کاتالیزور در دماهای 800 درجه سانتی گراد و 500 درجه سانتی گراد کلسینه شد. مقایسه این دو دما نشان داد که در 500 درجه سانتیگراد انتخاب پذیری با گذشت زمان افت می کند حال آنکه در 800 درجه سانتی گراد تقریبا بدون تغییر می ماند. آزمایشات حالت پایدار نشان می دهد که شرایط بهینه برای هر دو کاتالیزور بصورت ch4/o23 و 800 درجه سانتی گراد و واکنشگرهاˆرقیق کننده3/2 می باشد. نتایج آزمایش نشان می دهد که افزودن بخار آب به واکنشگرها در حضور کاتالیزور li/mgo باعث افزایش انتخاب پذیری c2، به میزان 14 درصد شد ولی میزان تبدیل تغییر قابل ملاحظه ای نکرد. برای کاتالیزور ce/li/mgo درصد تبدیل و انتخاب پذیری هر دو بدون تغییر ماند. افزودن بخار آب همچنین نسبت اتیلن به اتان در محصولات را برای هر دو کاتالیزور به میزان 60 درصد نسبت به بدون می دهد. اثر co2 روی واکنش ocm بررسی شد و نتایج نشان می دهد که غلظتهای مختلف co2 (0-9/6 درصد) اثر قابل ملاحظه ای بر روی درصد تبدیل و انتخاب پذیری ندارد. با تغییر دما از 775 درجه سانتیگراد تا 850 درجه سانتی گراد، وقتیکه غلظت 9/6 co2 درصد باشد انتخاب پذیری به میزان 17 درصد کاهش و میزان تبدیل 4 درصد افزایش می یابد. اثر co2 همچنین بر روی واکنش ode در حضور کاتالیزور ce/li/mgo بررسی شد و نتایج نشان می دهد غلظتهای کم (0-5)co2 درصد تغییری در درصد تبدیل و انتخاب پذیری ایجاد نمی کند ولی با افزایش (5-9/6)co2 درصد پارامتر انتخاب پذیری به میزان 13 درصد کاهش یافت و میزان تبدیل تغییر قابل ملاحظه ای نکرد.