بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش دوده راکتور مربوط به واحد اولفین در پتروشیمی جهت استخراج نانولولههاي کربنی و سپس حذف ترکیبات گوگردي از بنزین توسط کاتالیست با پایه نانولولههاي کربنی مورد آزمایش قرار گرفت. علت انتخاب این دوده مشابه بودن شرایط تولید آن با روش رسوبدهی بخار شیمیایی که یکی از روشهاي تولید نانولوله کربنی است، میباشد ترکیبات فازي و ریز ساختاري این نانوکاتالیست با استفاده از آنالیزهاي پراش پرتو ایکس - XRD - ، مشاهدات میکروسکوپ الکترونی - SEM - و آنالیز جرمی حرارتی - TGA - مورد مطالعه قرار گرفت. گراف به دست آمده از تست طیف سنجی رامان تاییدکننده وجود نانولولههاي کربنی در محصول و نمودار حاصل از آنالیزجرمی حرارتی - TGA - حاکی از وجود % 8 ناخالصی فلزي در دوده نهایی میباشد.سپس از این نانولوله- هاي بازیافت شده جهت حذف ترکیبات گوگردي از بنزین استفاده شد .در مرحله حذف ترکیباتگوگردي از بنزین تاثیر پارامترهاي مختلف آزمایشگاهی از قبیل زمان تماس، غلظت اولیه ترکیبات گوگردي، مقدار کاتالیست استفاده شده و دما روي سینتیک حذف ترکیبات گوگردي بررسی گردید.
کلمات کلیدي
ترکیبات گوگردي، نانولولههاي کربنی، بنزین، دوده
-1 مقدمه
نانولولههاي کربنی به عنوان فرزندطلایی نانوفناوري سهم به سزایی در علم و صنعت امروز دارند .نانولوله هاي کربنی به دو گروه تک دیواره و چنددیواره تقسیم شوند .انواع تک دیواره، حاصل رول شدن یک ورقه گرافیت بوده و چنددیوارهها به صورت لولههاي تو در تو از انواع تکدیواره میباشند .هر دو نوع نانولوله هاي کربنی داراي نسبت ظاهري - نسبت طول به قطر - بالایی هستند.این نسبت ظاهري میتوانداز30 تا چند هزار باشد .یکی از کاربردهاي نانولوله ها استفادهازآنها به عنوان پایه کاتالیست درصنایع مختلف است.
اندازه کوچک نانولولهها - مساحت سطح زیاد - ، به طور قابل توجهی مشکل انتقال جرم را کاهش میدهد و اجازه رسیدن کاتالیست به حد بالاي کارایی خودرا میدهد .در مجموع، عدم وجود تخلخل میکروسکوپی درنانولولههاي کربنی،آنها را در مقایسه با پایه هاي زغال فعال مرسوم خیلی مفیدتر کرده است .از آنجایی که واکنشهاي کاتالیستی توسط پدیده انتقال جرم و حرارت بین واکنشگرها و ذرات کاتالیست کنترل میشود، اندازه کوچک نانو ساختارهاي کربنی درانجام واکنشهاي کاتالیستی موثراست .به همین علت انتظارمیرودکه پایین آوردن اندازه کاتالیستها در سریعتر کردن فرآیندها در مراحل مختلف از قبیل انتقال واکنشگرها به سطح کاتالیست، مرحله جذب، فعالیت و جداسازي، نفوذمولکولی واکنشگرها، مرحله 3باز جذب و فرار محصولات از بدنه ماکروسکوپیک کاتالیست به فازگاز یا مایع، تاثیرگذار باشد .
کاهش زمان انتقال جرم تاثیر ویژهاي در سرعت کل واکنش و انتخابگري محصولات به خصوص در واکنشهایی که محصولات نهایی به محصولات جانبی غیر مطلوب تغییرشکلمیدهند، دارد.[1] نانولولههاي کربنی چنددیواره به علت بی اثر بودن از لحاظ شیمیایی و اندازه کوچک پایه و عدم و جود حفرههاي بطري مانند - مزایاي زیادي براي استفاده به عنوان پایه کاتالیست دارند .معمولا واکنش گوگردزدایی با کاتالیست با پایه آلومینا با مشکل سولفیده شدن روبرو میباش .از طرف دیگر حفرههاي که در کاتالیستهاي مرسوم وجود دارد، نفوذ رقابتی و نفوذ برگشتی بین واکنشگر گازي و محصولات ایجاد میکند و باعث کاهش فعالیت کاتالیست میشوند،
همچنین زمان اقامت واکنشگرها و محصولات را تغییر و انتخابگري فرآیند را کاهش میدهند .در حال حاضر محققین تلاش میکنند تا از نانولوله هاي چنددیوارهاي به جاي پایه کاتالیستهاي مرسوم از قبیل کربید سیلیسیم یا آلومینا، به عنوان پایه کاتالیست استفاده شود تکنولوژي شیرین سازي و گوگردزدایی بنزین و دیگر محصولات نفت به نوع ترکیبات گوگردي که باید خارج شوند بستگی دارد .پنج فرآیند اساسی که براي گوگردزدایی وجود دارد که عبارتند از :واکنشهاي اکسیداسیون، استخراج حلال، جذب سطحی، کاتالیزور فلزي، گوگردزدایی باهیدروژن هدف کلی از ارائه این طرح، فراهم کردن یک فرآیند بهبود یافته براي جداسازي ترکیبات گوگردي از نفتخام و بنزین که یکی ازمهمترین محصولات نفت خام است، میباشد . در واقع در این تحقیق سعی شده با استفاده از فناوري نانو، کارایی کاتالیزور مورد استفاده در فرآیند گوگردزدایی را بهبودبخشیم.
-2 روش انجام آزمایش
اتانول در این پژوهش به عنوان حلال جهت تعلیق نانولولهها مورد استفاده قرار گرفت. ترکیب انتخاب شده در این تحقیق اتانول % 96 میباشد، زیرا نانولولهها به خوبی در الکلها پراکنده هستند .اتانول به علت غیرسمی بودن و داراي قیمت پایینتر نسبت به متانول و سایر الکلها ارجحیت دارد. در مرحله اسیدشویی اسید نیتریک و اسیدکلریدریک به کار میرود .علت انتخاب این اسیدها در این مرحله از خالص سازي، این است که آنها آسیب کمتري بر نانولولههاي کربنی وارد میکنند و تا حد زیادي قادر به حذف فلزات موجود در دوده میباشند .براي استخراج نانولولهها از دوده ابتدا از غربال مش 80استفاده شد .
دوده عبور داده شده داخل اتانول ریخته میشود و به مدت 30 دقیقه براي جداسازي بخشی از دوده که حاوي ذرات نانولوله هاست،امواج فرا صوتی اعمال شد .در این مرحله دو فازایجاد میشود، یکی فاز سنگین که در ته ظرف ته نشین و دیگري فاز سبکتر که در این فازدودهها در اتانول معلق میباشند.محلول بالایی را بلافاصله بعد از این مرحله از فازسنگین جدا کرده و در اون در دماي 120 درجه سانتیگرادقرار داده می شود، تا زمانیکه الکل تبخیر شود و پودر سیاه رنگ نرمی بدست آید. پس از مرحله فراصوتی، شستشو با اسیدنیتریک 5 مولار و اسیدکلریدریک 3 مولار صورت گرفت .در این مرحله روي دوده بدست آمده 400 میلیلیتر اسیدنیتریک ریخته شد و توسط همزن مغناطیسی به مدت 4 ساعت همزده شد .براي جداکردن آهن از نمونه یک مرحله اسیدشویی توسط اسید کلر یدریک 3 مولار به مدت سه ساعت اضافه شد .
براي شستشوي اسید و خارج نمودن آن از دودهعمل فیلتراسیون با آب دیونیزه انجام شد .شستشو تا زمانی ادامه داشت که pH محلول عبور کرده از فیلتر 7 شود .خشک کردن دوده پس از مرحله اسیدشویی در اون با دماي 120 درجه سانتیگراد انجام شد. اکسیداسیون در فاز گاز در کوره الکتریکی با جریان هوا انجام میگیرد .در این مرحله دوده در کوره 400 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه قرار میگیرد .با قرار دادن دوده در کوره کربنهاي آمورف و صفحات گرافیتی اکسید شده و از نمونه جدا میشوند .اگر دماي کوره بالاتر از این مقدار باشد سبب اکسیدشدن مقداري از نانولوله ها خواهد شد. پس ازانجام مراحل خالص سازي تستهاي مختلفی از قبیل مشاهده با میکروسکوپ الکترونی، طیف سنجی رامان، آنالیزحرارتی و پراکنش اشعه ایکس انجام گرفت.همه این تستهاي انجام شده جهت اثبات وجود نانولوله هاي کربنی میباشد .نتایج این آزمایشها به شرح زیراست.در بسیاري از تحقیقاتی که براي سنتز نانولولهها انجام شده است از این تکنیک براي تشخیص ساختارهاي نانولولهها و تعیین میزان همراستایی نانولوله ها در نمونه هاي تولیدي استفاده شده است.
