سنتز نانوساختار mcm-41 ، نشاندن نانو ذرات فلزی نیکل و پالادیم بر روی آن و بررسی توانایی آن در حذف سولفور از گازوییل در حدود مقادیر جزئی.

mcm-41 یکی از مواد مزومتخلخل است که به دلیل داشتن ویژگی های منحصر به فردی همچون سطح ویژه بالا، سطح مناسب جهت عامل دار شدن با گروه های عاملی گوناگون و حفرات بزرگ، در بسیاری از زمینههای تحقیقاتی به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است. این پروژه در شش قسمت انجام شد. در قسمت اول،mcm-41 با نظم ساختاری بالا با استفاده از یک روش مناسب سنتز گردید. mcm-41 در مدت زمان 5/7 ساعت و دمای 70 درجه سانتیگراد سنتز شد.همدمای جذب فیزیکی نیتروژن این نمونه کاملاً برگشت پذیر بوده و نشان داد که سطح ویژه نمونه سنتز شدهm2/g 910 است.الگوی پراش اشعه ایکس و تصویر temنشان دادند کهmcm-41نظم ساختاری بالایی دارد. تصاویر sem نشان دادند که اندازه ذرات نمونه سنتز شده در محدوده نانومتر است. در قسمت دوم، اثر یک باز آلی یعنی 2-هیدروکسی اتیل تری متیل آمونیوم هیدروکسید (2-hetmaoh) بر ساختار mcm-41 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از آزمایش های xrd و tem مشخص نمودند که 2-hetmaohنظم ساختاری mcm-41را بهبود داده است. نتایج بدست آمده از آزمایش جذب فیزیکی نیتروژن نشان داد که سطح ویژه و کل حجم حفرات این نمونه به ترتیب تاm2/g1098و cm3/g 94/0 افزایش یافته است. طیف 29si mas nmr نشان داد کهتعداد اتم های سیلیسیم متصل شده به چهار پل سیلوکسانی در نمونه سنتز شده با 2-hetmaohبیشتر از سایر نمونههااست که بر ساختار مستحکم این نمونه دلالت می کند. در قسمت سوم، نانوذرات سیلیکای مزومتخلخل با ساختارmcm-41 با استفاده از آب شیشه و سدیم کربوکسی متیل سلولز سنتز شدند. نتایج جذب فیزیکی نیتروژن نشان داد که نمونه سنتز شده نظم ساختاری بالایی داشته و سطح ویژه و کل حجم حفرات آن به ترتیب cm2/g 639 وcm3/g 56/0 است. علی رغم غلظت بالای واکنشگرها در محیط سنتز، راندمان آن 96% وزنی بود. تصاویر sem مشخص کردند که اندازه ذرات نمونه در محدوده 30 تا 150 نانومتر قرار دارد. منحنی?sبیانگر آن بود که نمونه سنتز شده مزومتخلخل بوده و حفرات ریزتخلخل و درشت تخلخل در ساختار آن وجود ندارد. به دلیل در دسترس بودن خوب حفرات، نفوذ مولکول تری اتوکسی سیلیل پروپان تیول و کاتیون سرب به درون حفرات نانوذرات سیلیکای مزومتخلخل آسان تر از mcm-41 معمولی انجام می شد. در قسمت چهارم، حذف قالب دهنده از mcm-41 به روش استخراج با حلال و به وسیله بنزن سولفون آمید به عنوان عامل بهبود دهنده استخراج، انجام شد. محلولی از اسید سولفوریک mol/l 8/1 آبی، حاوی 8%حجمی اتانول و 25/0 گرم بنزن سولفون آمید، به عنوان حلال مورد استفاده قرار گرفت. در مدت زمانی کوتاه (حدود 2 ساعت) و دمای محیط، 94% وزنی قالب دهنده از mcm-41 حذف شد. در شرایط مشابه ولی در غیاب بنزن سولفون آمید، راندمان حذف قالب دهنده بسیار کمتر بود که نشان میداد بنزن سولفون آمید بطور موثری راندمان حذف قالب دهنده را بهبود داده است. نتایج بدست آمده از آزمایش پراش اشعه ایکس و جذب فیزیکی نیتروژن بیانگر آن بودند که نظم ساختاری mcm-41 بعد از استخراج تغییر نکرده است. در قسمت پنجم این پروژه، نانوذرات نیکل با استفاده از یک روش تک مرحلهای اصلاح شده، در داخل حفرات mcm-41 نشانده شدند. کمپلکس آب گریز نیکل استیل استونات به عنوان منبع نیکل انتخاب شده و به محیط سنتز اضافه گردید تا به درون هسته آب گریز مایسل-های ctab نفوذ کند. این روش اصلاح شده دو مزیت داشت. اولاً از رسوب کردن نیکل جلوگیری کرده و ثانیاً باعث قرار گرفتن کمپلکس نیکل در درون هسته مایسل های ctab شد.در طول کلسینه کردن نمونه mcm-41سنتز شده، قسمت آلی کمپلکس سوخته و نانوذرات نیکل در داخل حفرات شکل گرفتند. نتایج بدست آمده از طیف سنجی جذب اتمی نشان داد که mcm-41حاوی 6% وزنی نیکل (/mcm6ni) بوده در حالی که بر اساس نتایج پراش اشعه ایکس، نظم ساختاری آن تا حد زیادی دست نخورده باقی مانده است. تصاویر tem نشان دهنده آن بود که نانوذرات نیکل در درون حفرات mcm-41نشانده شده اند. نتایج جذب فیزیکی نیتروژن مشخص کرد که بعد از نشاندن نانوذرات نیکل در درون حفرات mcm-41، بسته شدن حفرات رخ نداده است. نتایج احیاء برنامه ریزی شده دمایی هیدروژن بیانگر آن بود که نانوذرات نیکل برای مولکولهای هیدروژن قابل دسترسی بوده و توانسته اند با آنها واکنش دهند. سپس، توانایی /mcm6ni در سولفورزدایی عمیق از گازوئیل آیزوماکس، حاویppm 300 سولفور به صورت 4-متیل دی بنزو تیوفن، مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین ظرفیت گذرشکست جذب سولفور و ظرفیت کل جذب سولفور در دمای 200 درجه سانتیگراد و سرعت جریان خوراک ml/min 3/0 بدست آمد که به ترتیب معادل 13/1 و mg sulfur/g adsorber 35/2 بود. نتایجبه دست آمده ازاندازه گیری سولفور،پراش اشعه ایکس و طیف سنجی جذب اتمیبعد ازچهار مرتبه بازیافت و استفاده مجدد /mcm6ni بیانگر آن بود که به ترتیب بین چهار ظرفیت گذرشکست جذب سولفور و اولین ظرفیت گذرشکست جذب سولفور تفاوت قابل توجهی وجود نداشته،ساختار منظم جاذب همچنان حفظ شده و جدا شدن نیکل از mcm-41رخ نداده است. این نتایج بیانگر آن بودند که روش تک مرحله ای اصلاح شده برای نشاندن نانوذرات نیکل در درون حفراتmcm-41بسیار مناسب است. در قسمت آخر این پروژه، با استفاده از یک روش تک مرحله ای اصلاح شده و مشابه روشی که در قسمت پنجم استفاده شده بود، نانوذرات پالادیم در درون حفرات mcm-41 نشانده شدند. بیشترین مقدار پالادیم نشانده شده معادل 4% وزنی (/mcm4pd) بود در حالی که بر اساس الگوی پراش اشعه ایکس، نظم ساختاری نمونه چندان تغییر نکرده بود. نتایج بدست آمده از طیف سنجی جذب اتمی نشان دادند که بیش از 99% درصد وزنی پالادیم اضافه شده به محیط سنتز درونmcm-41 نشانده شده و از هدر رفتن این فلز گرانبها جلوگیری به عمل آمده است. نتایج بدست آمده از همدمای جذب فیزیکی نیتروژن مشخص کردند که حفرات mcm-41، بعد از نشانده شدن نانوذرات پالادیم در داخل آنها، بسته نشده اند. بر طبق نتایج احیاء برنامه ریزی شده دمایی هیدروژن، نانوذرات پالادیم در دسترس مولکولهای هیدروژن بوده و توانسته اند با آنها واکنش دهند. تصاویر tem نشان دادند که نانوذرات پالادیم در داخل حفرات mcm-41 نشانده شده و نظم ساختاری آن از بین نرفته است. توانایی /mcm4pd در سولفورزدایی از گازوئیل آیزوماکس،حاوی ppm 300 سولفور به صورت 4-متیل دی بنزو تیوفن، مورد آزمایش قرار گرفت. بیشترین ظرفیت گذرشکست جذب سولفور و ظرفیت کل جذب سولفور که در دمای 200 درجه سانتیگراد و سرعت جریان خوراک ml/min 3/0 بدست آمد، به ترتیب معادل 69/0 وmg sulfur/g adsorber 67/1بود. نتایج اندازه گیری سولفور،پراش اشعه ایکس و طیف سنجی جذب اتمی به دست آمده بعد از چهار مرتبه بازیافت و استفاده مجدد /mcm4pd نشان دهنده آن بود که به ترتیب بین چهار ظرفیت گذرشکست جذب سولفور و اولین ظرفیت گذرشکست جذب سولفور تفاوت قابل توجهی وجود نداشته، ساختار منظم /mcm4pdدست نخورده باقی مانده و نانوذرات پالادیم به خوبی به سطحmcm-41متصل شدهاند. این نتایج بیانگر آن بودند که روش مناسبی برای نشاندن نانوذرات پالادیم در داخل حفراتmcm-41 به کار گرفته شده است.