تهیه ذرات نانوی آهن و مطالعه خواص کاتالیستی آن در فرآیند فیشر-تروپش

امروزه از نانوتکنولوژی به عنوان روندی کلیدی و تاثیرگذار در علم، فناوری و صنعت یاد می شود به طوریکه این تکنولوژی به عنوان فرصتی برای پیشرفت در رشته های مختلف مورد توجه قرار گرفته است. به ویژه با همگرایی علوم در مقیاس نانو و تاثیر نانوتکنولوژی در رشته های مختلف زمینه ایجاد حوزه های بین رشته ای و چند رشته ای جدید در عرصه آموزش، تحقیقات و صنعت ایجاد شده است. شاخه جدیدی از تحقیقات بر روی ذرات نانو به دلیل کاربردهای بالقوه آنها در زمینه های الکترونیک، اپتیک، کاتالیست و ذخیره داده های مغناطیسی مورد توجه قرار گرفته است که از این میان کاربردهای کاتالیستی ذرات مذکور می تواند تحولی شگرف و اساسی در صنایع شیمیایی ایجاد کند. ذرات نانوی سنتز شده به روشهای مختلف خصوصیات و ویژگی های خاص خود را دارند. بنابراین در انتخاب روش مناسب برای سنتز این ذرات کاربرد نهایی آنها باید مد نظر قرار گیرد. اندازه و توزیع اندازه این ذرات کنترل کننده بسیاری از خواص آنها می باشند. در نتیجه تعیین عوامل تاثیر گذار بر این خصوصیات حایز اهمیت می باشد. ذرات نانوی آهن می توانند کاربردهای وسیعی را به خود اختصاص دهند. یکی از مهمترین کاربردهای این ذرات استفاده از آنها به عنوان کاتالیست در صنایع شیمیایی می باشد. هدف اصلی تحقیق حاضر سنتز ذرات نانوی آهن بود. با توجه به نکات فوق ابتدا مطالعه جامعی از روشهای سنتز ذرات آهن صورت گرفت تا روش مناسب برای تهیه ذرات با خلوص بالا و تجمع اندک انتخاب گردد. در این راستا روش های مختلف سنتز ذرات از قبیل چگالش شیمیایی بخار، روش تخلیه قوس، پیرولیز لیزری، روش میکروامولسیونهای آب در روغن، روش هیدروترمال، روش سل- ژل، روش صوتی- شیمیایی، سنتز میکروبی، و روش آسیاب گلوله ای مطالعه گردید و با توجه به مزایا و معایب روش های مختلف، روش چگالش شیمیایی بخار برای سنتز ذرات انتخاب شد. در این تحقیق اثر پارامترهای عملیاتی شامل دمای تجزیه ماده اولیه، دمای حباب ساز، سرعت جریان خوراک، سرعت جریان گاز حامل و فشار به عنوان مهمترین پارامترهای عملیاتی موثر بر اندازه و توزیع اندازه ذرات مورد ارزیابی قرار گرفت. روشهای tem، hrtem، و xrd جهت تعیین مشخصات ذرات سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت. برای تعیین نحوه تاثیر این پارامترها با حداقل آزمایشها، از روش طراحی آزمایشها استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که دمای تجزیه ماده اولیه بیشترین اثر بر اندازه ذرات را دارد و اگر چه در سطوح بررسی شده دمای حباب ساز و فشار کمترین تاثیر را بر اندازه ذرات داشتند، با توجه به مشاهدات عینی اثر این پارامترها به صورت مجزا در محدوده وسیع تری مطالعه گردید. از یک نمونه از ذرات سنتز شده در شرایط خاص، برای اولین بار به عنوان کاتالیست فرایند فیشر-تروپش در یک راکتور بستر ثابت استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که ذرات سنتز شده از کارایی بالایی در این فرایند برخوردار می باشند. با توجه به اینکه توزیع محصولات در این فرایند از معادله asf پیروی نمی کند، مدلی برای تعیین توزیع محصولات فرایند فیشر- تروپش با کاتالیست نانوی آهن ارایه شد. نتایج حاصل از آن با نتایج تجربی تطبیق بهتری داشت. بر اساس مدل ارایه شده فعالیت کاتالیستها و سرعت غیر فعال شدن آنها را می توان با هم مقایسه کرد.