سنتز نانوکاتالیست های بر پایه نانولوله های کربنی و بکارگیری آنها در هیدروژناسیون بنزن و دیگر واکنش های شیمیایی

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.