سنتز و بررسی آزمایشگاهی نانو کاتالیست sapo-34 اصلاح شده با عناصر خاکی کمیاب در فرایند تبدیل متانول به الفین های سبک

به دلیل افزایش قیمت نفت خام و همچنین تقاضا برای الفین¬های سبک نظیر اتیلن و پروپیلن، تلاشهای بسیاری برای پیدا کردن روشهای جایگزین برای تولید الفینهای سبک از منابع دیگر از قبیل زغال سنگ و گاز طبیعی صورت گرفته است. همچنین با توجه به مصرف بازار، رشد تقاضا برای پروپیلن کمی سریع تر از اتیلن است. بنابراین تولید حاضر پاسخگوی نیاز آینده نیست. تبدیل متانول به الفین یک فرایند بدیع برای این منظور است. متانول، به دلیل فراوانی و در دسترس پذیری تکنولوژی تولید آن از گاز طبیعی و زغال سنگ، یک منبع جایگزین برای تولید الفین¬های سبک می¬باشد. در این رساله، تاثیر پارامترهای تاثیر گذار نظیر دما، زمان اقامت و نسبت مولی مورفولین به آلومینا بر روی کاتالیست¬های sapo-34 در فرایند تبدیل متانول به الفین و پایداری کاتالیست¬ها بحث شده است. به منظور بررسی دقیق و قانون¬مند این پارامترها و برهم¬کنش آن¬ها، روش پاسخ سطح به همراه طراحی ترکیب مرکزی استفاده شد. تحلیل آزمایش¬ها نشان داد که دما و زمان اقامت عوامل اصلی در بازده اولیه الفین¬های سبک هستند، درحالیکه نسبت مولی مورفولین به آلومینا مهمترین نقش را در پایداری کاتالیست دارد. افزایش دما و زمان اقامت منجر به افزایش اتیلن می¬شوند در حالیکه مقدار بهینه دما برای بازده اولیه پروپیلن در حدودoc 438 به دست می¬آید. طراحی آزمایش منجر به سنتز ترکیبات مختلف مورفولین و تترااتیل آمونیوم هیدروکسید شد. خواص فیزیکی و شیمیایی کاتالیست¬ها توسط روش¬های مختلف نظیر xrd، sem، bet، icp، ft-ir، 29si mas nmr و nh3-tpd تعیین شد. در بخش دیگری از این پژوهش غربال¬های مولکولی sapo-34 و meapso-34 (me= fe, co, ni, la, ce) سنتز شدند و به عنوان کاتالیست در فرایند تبدیل متانول به الفین¬های سبک مورد استفاده قرار گرفتند. مشارکت فلزات باعث افزایش زمان عمر کاتالیست¬ می¬شوند و اتیلن و پروپیلن بیشتری را تولید می¬کند. کاتالیست niapso-34 بالاترین اتیلن ( wt.%15/18) و ceapso-34 (wt.%22/17) و laapso-34 (wt.%2/15) بالاترین بازده پروپیلن را تولید می¬کنند. افزایش زمان عملکرد به ترتیب برای کاتالیست¬ها عبارت است از: ce-> la-> co-> ni-> fe-> sapo-34.. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که کاتالیست¬های اصلاح شده با فلزات خاکی کمیاب در مقایسه با دیگر فلزات بازده متان کمتری تولید می¬کنند. همچنین، کاتالیست¬های ceapso-34 با مقادیر مختلف سریوم سنتز شدند و توسط تکنیک¬های مختلف مشخصه¬یابی شدند. طیف nh3-tpd نشان داد که مقدار سایت¬های اسیدی، به خصوص سایت¬های اسیدی قوی با افزایش مشارکت سریوم کاهش می¬یابد. مشارکت یون¬های فلزی منجر به تشکیل جزایر بیشتر سیلیسیوم در شبکه ceapso-34 می¬شود. مشارکت سریوم زمان عمر کاتالیست را افزایش می¬دهد و به نفع تولید اتیلن و پروپیلن است. به هر حال، مقدار زیاد سریوم منجر به اخلال در عملکرد کاتالیستی و پایداری کاتالیست می¬شود. بنابراین، یک مقدار بهینه برابر 05/0 برای مقدار سریوم در غربال مولکولی sapo-34 وجود دارد. در بخش پایانی این پژوهش مدل سینتیکی و واکنش¬های ابتدایی برای تبدیل متانول به الفین¬های سبک بر روی کاتالیست sapo-34 بسط داده شد. مدل سازی با در نظر گرفتن مکانیسم قابل قبول تئوری هاگن- واتسون انجام شد. مدل سینتیکی به خوبی داده¬های آزمایشگاهی را برازش کرد. نتایج نشان داد که افزایش زمان اقامت به نفع بازده الفین-های سبک است درحالیکه دمای بهینه¬ای برای تولید ماکزیمم الفین¬های سبک وجود دارد. sapo-34، meapso-34، مشخصه یابی، الفین¬های سبک، بازده، پایداری، مطالعه سینتیکی