اکسیدهای نیتروژن حاصل از احتراق سوخت های فسیلی ،یکی از مهم ترین فاکتورهای آلوده کننده محیط زیست محسوب می شوند.حدود 46% از کل انتشارات ترکیبات nox مربوط به منابع ساکن(نیروگاه ها ، بویلرها ، توربین ها خاکستر سازها و واحدهای تولید مواد شیمیایی نظیر اسیدنیتریک....) و حدود 44% مربوط به منابع متحرک (خودروها و وسایل نقلیه) است تاکنون روش های زیادی جهت کنترل تولید و کاهش انتشارات nox صورت گرفته است. در بین روش های مختلف،کارآمد ترین و تجاری ترین روش، استفاده از فرایند احیای کاتالیتیکی انتخابی می باشد.کاتالیست تجاری مورد استفاده در این فرایند، v2o5/tio2 بوده که از گاز آمونیاک به عنوان عامل احیا استفاده می شود. محدوده دمایی کارکرد این کاتالیست و سایرکاتالیست های مشابه در این فرایند عمدتا بالاتر از c ْْ300است.لذا جهت جلوگیری از صرف انرژی برای گرم کردن گازهای خروجی ، واحد scr می بایست در جریان بالادست دستگاه های دی سولفورایزر و کنترل کننده الکترواستاتیک ذرات قرار گیرد. با توجه به آنکه در این محیط گازهای خروجی ،حاوی غلظت بالایی از انواع ناخالصیهای سولفوری و ذرات گردو غبار هستند،این امر باعث تسریع در غیر فعال شدن کاتالیست های مصرفی میگردد.از سویی دیگر دمای بسیاری از گازهای خروجی حاصل از احتراق در نیروگاه های برق ، کوره های شفت و خاکستر سازها به طور طبیعی کمتر از c ْْ250 است.لذا در سال های اخیر توجه زیادی به سنتز کاتالیست هایی گردیده که قادر باشند در دماهای کمتر از c ْْ 300 فعالیت و گزینش پذیری بالایی نسبت به تبدیل ترکیبات nox به مواد بی خطر نیتروژن و آب داشته باشند با توجه به مشکلات کاتالیستهای سنتز شده ی فعال در واحد های scr دما پایین(c ْْ250 (t< مانند: راندمان وگزینش پذیری اندک،تمایل به تشکیل کک و محدوده دمایی باریک عملکرد آنها و از سوی دیگر با توجه به خواص شناخته شده منحصر به فرد ساختاری و شیمیایی حفرات ، مقاومت مکانیکی ، مقاومت سولفوری، خواص الکترونیکی، هدایت حرارتی و مساحت سطح بالای نانو لوله های کربنی(cnt): هدف این پروژه، سنتز و بهینه سازی کاتالیست نانو ساختار مناسب با پایه cnt جهت حذف آلاینده های nox حاصل از منابع ساکن بااستفاده از فرایند احیای کاتالیتیکی انتخابی دما پایین(ltscr) در محیط غنی از اکسیژن می باشد که از گاز آمونیاک به عنوان عامل احیا کننده استفاده می گردد.در این راستا با استفاده از یک برنامه طراحی آزمایش مانند (central composite design(ccd فلز فعال مناسب ( وانادیم ، منگنز، نقره.........) جهت انجام واکنش ltscr با استفاده از یک روش مناسب مانند sol-gel hydrothermal , impregnation ............در ابعاد نانو بر روی انواع پایه های cnt تک دیواره و چند دیواره به میزان متفاوت بارگذاری شده ، فعالیت و گزینش پذیری آنها در تبدیل ترکیبات nox به مواد بی خطر نیتروژن و آب ، دریک سیستم آزمایشگاهی به صورت on-line با استفاده از دستگاه کروماتوگراف گازیshimadzu-4c و دستگاه آنالیزر mru-vario plus)-nox) ارزیابی راکتوری گردیده تا کاتالیست نانو ساختار مناسب جهت انجام فرایند فوق تعیین واز نظر پارامتر های موثر در سنتز بهینه گردد. همچنین تاثیر پارامترهای عملیاتی دما و فشار در فرایند فوق بررسی و میزان بهینه آنها تعیین می شود.سپس تاثیر افزودن پروموتری مناسب در بالا بردن قدرت اکسید کنندگی کاتالیست در تبدیل گازno به no2 بررسی خواهد شد.

در این رساله برای حذف ترکیبات آلی فرار مختلف (تری کلرو اتیلن، استن، اتانول، استالدهاید و تولوئن) از هوا، کاتالیست جدیدی معرفی شده است که دارای منگنز اضافی در ساختار پروسکایت لانتانیوم- منگنایت می باشد. کاتالیست های lamn1+xo3+? (4/0، 3/0، 2/0، 1/0، 0/0=x) به روش "ژل- احتراقی" با استفاده از مایکروویو سنتز و در دمای oc600 در مجاورت هوا کلسینه شدند. نتایج نشان می دهد که وجود منگنز اضافی در طیف xrd قابل تشخیص نمی باشد، اما در تصاویر tem وجود نانو ذرات بسیار ریزی (nm 30-7) که به اکسیدهای منگنز و/ یا لانتانیوم خارج ساختار پروسکایت نسبت داده می شوند، تأیید شده است. مطالعات h2-tpr بیانگر این است که با افزایش منگنز، مقدار فرا استوکیومتری اکسیژن و مقدار mnox خارج ساختار پروسکایت افزایش می یابد. فازهای mnox مذکور، تا نسبت 2/0= mn/la در پروسکایت لانتانیوم- منگنایت (lamn1.2o3+?) سطح ویژه را بیش از دو برابر افزایش می دهند و منجر به بهبود قابلیت تحرک اکسیژن در آنالیز o2-tpd می گردند. این مقدار منگنز اضافی همچنین بهترین فعالیت کاتالیستی را در اکسایش تمام ترکیبات آلی فرار منتخب به همراه دارد. در گام بعدی تأثیر جانشینی جزئی لانتانیوم با یکی از فلزات قلیایی خاکی (mg، ca، sr و ba) در کاتالیست lamn1.2o3+? در اکسایش تری کلرو اتیلن مطالعه گردید و این نتیجه به دست آمد که با وجود 20% منگنز اضافی و جانشینی لانتانیوم با باریوم به میزان 30% (la0.7ba0.3mn1.2o3+?) بالاترین سطح ویژه، بیشترین قابلیت تحرک اکسیژن و بهترین فعالیت کاتالیستی در اکسایش تری کلرو اتیلن حاصل می گردد. کاتالیست های lamn1+xo3+? و la1-xaxmn1.2o3+? پس از افت اولیه ی فعالیت در حدود 7-12% که به کاهش سطح ویژه پس از واکنش مربوط می باشد، پایداری قابل قبولی در اکسایش تری کلرو اتیلن از خود نشان می دهند و ساختار پروسکایت در حضور هوا ابقا می گردد. وجود بخار آب در اکسایش تری کلرو اتیلن، به واسطه ی جدایش کلر از سطح کاتالیست، فعالیت کاتالیست ها را در تمام دماهای مورد بررسی حدود 10% بهبود می دهد. کلر طبق مطالعات xps در سطح کاتالیست تمایل به اتصال به لانتانیوم و تشکیل ترکیب laocl دارد.

دراین کار تحقیقاتی، اثر ماده افزودنی گالیم اکسید بر خواص و رفتار حسگری نانو کامپوزیت آن با قلع دی اکسید، روی اکسید و ایندیم اکسید بررسی شد. هم چنین اثر افزودنی های فریک اکسید و کبالت (ii) اکسید بر خواص و رفتار فوتوکاتالیستی نانوساختار های گالیم اکسید بررسی شد. نانوکامپوزیت ها با استفاده از روش ساده هم رسوبی سنتز شدند و با روش های xrd، bet، edx، pl، drs uv-vis، pzc، sem و tem شناسایی شدند. در بخش اول، رفتار حسگری نانوکامپوزیت های قلع دی اکسید- گالیا با درصد های وزنی مختلف گالیا و دماهای کلسینه متفاوت در حضور سه گاز کاهنده اتانول، کربن مونوکسید و متان مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش درصد گالیا و دمای کلسینه دمای بهینه عملیاتی افزایش یافته و انتخاب پذیری به کربن مونوکسید در حضور دیگر گازها بهبود می یابد. در نانوکامپوزیت های روی اکسید-گالیا با افزایش درصد گالیا دمای بهینه عملیاتی تا oc50 کاهش یافته و انتخاب پذیری به اتانول در حضور گازهای کربن مونوکسید، متان، تولوئن و استون افزایش می یابد. هم چنین نانوکامپوزیت های ایندیم اکسید-گالیا بسته به درصدهای وزنی گالیا و دمای کلسینه رفتار حسگری متنوعی نشان دادند. در یک حسگر انتخاب پذیری دوگانه نسبت به کربن مونوکسید و متان مشاهده شد. در بخش بعدی، خواص فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت های گالیا-فریک اکسید و گالیا- کبالت (ii) اکسید مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که حضور افزودنی های فریک اکسید و کبالت (ii) اکسید اثر چشمگیری بر بهبود خواص فوتوکاتالیستی گالیا در رنگ زدایی- تخریب کنگورد دارد.

اولفین ها به دلیل واکنش پذیری زیاد، سنگ بنای تولید مواد بسیاری از جمله بسپارها هستند. پروپیلن یکی از محصولات پتروشیمیایی است که به عنوان خوراک برای تولید مواد گوناگون به کار می رود. فرایندهای معمول تولید پروپیلن شکست حرارتی، fcc و هیدروژن زدایی کاتالیستی همگی گرماگیر هستند، اما هیدروژن زدایی اکسایشی به دلیل گرمازا بودن حتی در دماهای پایین می تواند به تبدیل بالایی دست یابد. در این رساله برای تولید پروپیلن از پروپان از فرایند هیدروژن زدایی اکسایشی استفاده شده است که از اکسیژن به عنوان اکسنده استفاده شد. دو دسته کاتالیست تهیه شدند که برای اولین بار در فرایند مذکور به کار رفته اند. کاتالیست وانادیا با درصدهای وزنی 5، 10 و 15 از اکسید وانادیم بر پایه ی نانولوله های تیتانیت تهیه شدند. کاتالیست های وانادیا با درصد وزنی برابر 5 از اکسید وانادیم با یا بدون حضور پتاسیم بر روی نانوذرات اکسید تیتانیم تهیه شده به روش میکروامولسیون ساخته شدند. کاتالیست وانادیا بر پایه ی تیتانیای صنعتی نیز تهیه شد تا برای مقایسه به کار برده شود. از روش تلقیح برای ساخت کاتالیست ها استفاده شد. همه ی کاتالیست ها در دمای oc500 در هوا کلسینه شدند. نتایج نشان می دهد که روش آب گرمایی روشی ساده برای تولید نانولوله های تیتانیت از تیتانیای صنعتی با مساحتی در حدود m2 g-1 50 است که دارای مساحتی در حدود m2 g-1 400 است. بررسی های xrd حضور فاز h2ti2o5.h2o را تأیید می کند. در تحلیل رامان نانولوله های تهیه شده اثری از باند na-o-ti مشاهده نشد. همچنین مقادیر ناچیزی آناتاز مشاهده شد. پیوند ti-o-h توسط رامان مشخص شد که برای وجود این فاز مورد نیاز است. تحلیل sem رشته های نانولوله های تهیه شده و تحلیل hrtem ساختار لایه ای دیواره را نشان می دهند. تحلیل های ftir و xps وجود شاخصه های اصلی نانولوله های تیتانیت را به اثبات می رساند. کاتالیست های وانادیا بر نانولوله های تیتانیت پس از کلسینه شدن تغییر فاز داده و فاز آناتاز در همه ی آن ها مشاهده شد. اما در کاتالیست وانادیا بر پایه ی tio2 p25 فاز روتایل در کنار فاز آناتاز مشاهده می شود. کلسینه کردن باعث کاهش مساحت bet می شود. در درصدهای بالاتر از وانادیا، اکسید وانادیم نیز ظاهر می شود. افزایش مقدار بارگذاری وانادیا باعث جابجایی پیک بیشینه ی احیا در تحلیل h2-tpr می شود. فعالیت بالاتر به احیاپذیری بیشتر قابل ارتباط است. طیف های رامان نشان دهنده ی وجود فاز آناتاز به صورت غالب است. این طیف ها نشان می دهند که با افزایش مقدار وانادیا، احتمال حضور اکسید وانادیم بلوری بیشتر می شود. در درصدهای کم از وانادیا، مونووانادیت ها در کنار پلی وانادیت ها حضور دارند. درصد مشابهی از وانادیا بر پایه ی تیتانیای صنعتی و بر پایه ی نانولوله ی تیتانیت حاکی از برتری نانولوله ی تیتانیت هم از نظر کارایی کاتالیستی و هم طول عمر آن است. افزایش مقدار وانادیا بر پایه ی نانولوله ی تیتانیت سبب مشاهده ی افت فعالیت شد. در قسمت دیگر این رساله اثر افزودن پتاسیم به کاتالیست وانادیا بر پایه ی تیتانیا بررسی شد. حضور پتاسیم سبب کاهش افت مساحت پس از کلسینه شدن شد. از تحلیل xrd نتیجه شد که فاز آناتاز به صورت غالب حضور دارد. وجود پتاسیم سبب پخش بالاتر وانادیا بر سطح تیتانیا می شود. همچنین حضور پتاسیم سبب جابجایی پیک دمای احیای بیشینه تا oc520 می شود که با کاهش فعالیت کاتالیست همخوانی دارد. البته حضور پتاسیم سبب افزایش گزینش پذیری می شود. در مقایسه ی افت فعالیت دو کاتالیست با یا بدون حضور پتاسیم مشاهده شد که پتاسیم سبب حفظ فعالیت کاتالیستی می شود. پس از آزمون غیرفعال شدن مساحت کاتالیست حاوی پتاسیم افت کم تری دارد که از m2 g-1 52 به m2 g-1 49 رسید. قطر ذرات کاتالیستی پس از آزمون غیرفعال شدن برای کاتالیست بدون پتاسیم از nm 24 به nm 26 و کاتالیست حاوی پتاسیم از nm 5/22 به nm 5/23 رسید. همچنین پس از آزمون غیرفعال شدن از میزان مونووانادیت کاسته و بر میزان پلی وانادیت افزوده شد.