ساخت و ارزیابی کاتالیست های نانو ساختار cu-zn-fe و cu-zn-al و بررسی اثر ارتقادهنده های پلاتین و منگنز بر عملکرد آن ها در فرآیند تبدیل متانول به هیدروژن مصرفی پیل های سوختی

در این پژوهش، ابتدا کاتالیست های مس-آلومینا و پلاتین-آلومینا سنتز و مورد ارزیابی راکتوری قرار گرفتند و مشخص گردید که کاتالیست های مسی نسبت به کاتالیست های بر مبنای پلاتین برای msr بسیار فعالتر هستند. پس از دست یابی به بهترین میزان بارگذاری مس (30%وزنی) و پلاتین (5/0%وزنی)، در ادامه پلاتین به عنوان ارتقادهنده به روش های مختلفی در کنار کاتالیست مسی مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص شد که به هنگام استفاده از پلاتین به روش همرسوبی در کنار مس، میزان تبدیل در حدود 11% افزایش یافته و از سوی دیگر co تولیدی به کمتر از ppm100 کاهش می یابد. در گام دوم فلز روی (zn) به روش همرسوبی با درصدهای وزنی مختلف (8/0-3/0) بر روی کاتالیست مس بارگذاری شد تا با ارزیابی های راکتوری بهترین درصد بارگذاری فلزات مشخص شود. بهترین کاتالیست با نسبت-های وزنی مشخص (40cu50zn10al) به عنوان کاتالیست مبنا انتخاب شد. در ادامه منگنز (با نسبت های وزنی مختلف (10%-2)) یا پلاتین (با نسبت های وزنی 0/1%-5/0) بر روی کاتالیست 40cu50zn10al به روش همرسوبی و تلقیح بارگذاری شد و مشخص شد که 5/0% پلاتین همرسوب شده سبب کاهش چشمگیر co تولیدی (از ppm1500 به کمتر از ppm30) و افزایش 2% در میزان تبدیل میشود. از سوی دیگر منگنز نیز که به روش همرسوبی به کاتالیست مورد نظر افزوده شد، سبب حذف کامل co شد؛ در حالیکه میزان تبدیل در حدود 94% در دمای °c270 ثابت ماند. با سنتز کاتالیست مس-روی-آهن نتایج امیدبخشی مشاهده شد. با بارگذاری آهن، فعالیت کاتالیست افزایش یافته و co زیادی در خروجی راکتور مشاهده نشد. با نزدیک شدن نسبت وزنی cu/zn به یک، میزان تبدیل متانول افزایش چشمگیری یافته(حدود 98%)، در حالیکهco تولیدی در حدود صفر گزارش شد. در نهایت کاتالیست 45cu50zn5fe با میزان تبدیل نزدیک به 98% و انتخاب پذیری co2 حدود صددرصد در دمای 270 درجه سانتیگراد به عنوان یک کاتالیست مفید و سودبخش معرفی شد. در ارزیابی شرایط عملیاتی مشاهده شد که محدوده دمایی 270-230 درجه سانتیگراد برای فرایند msr مناسب است. نسبت بخار آب به کربن موجود در خوراک (s/c) از 2-7/0 تغییر داده شد و بهترین عملکرد برای کاتالیستها در 3/1=s:c حاصل شد. برای تمامی کاتالیست ها، افزایش ghsv از 9000 به 136000 انتخاب پذیری co2 را افزایش ولی میزان تبدیل متانول را کاهش داد. در بررسی پایداری بلند مدت 3/1=s:c و h-1 18000= ghsv مشخص شد که این کاتالیست ها پایداری مناسبی دارند به طوری که در طول 17 ساعت از شروع واکنش، همچنان فعالیت خود را حفظ میکنند. از روشهای xrd، bet، tpr و sem برای تعیین مشخصات کاتالیست ها استفاده گردید.