بخشی از مقاله
خلاصه
دی اکسید گوگرد به عنوان یکی از مهمترین آلودگی های هوا و عامل اصلی ایجاد باران های اسیدی، در سالیان اخیر و با صنعتی تر شدن کشورها مشکلات عمده ای را به وجود آورده است. افزایش روز افزون انتشار این گاز از صنایع مختلف و مشکلات ناشی از آن، توسعه روش های جدید برای حذف و کنترل میزان دی اکسید گوگرد را امری گریز ناپذیر کرده است. یک روش مناسب برای این هدف احیا دی اکسید گوگرد به گوگرد طی واکنش های کاتالیستی می باشد.
کاتالیست های با پایه سریم از جمله کاتالیست هایی است که برای واکنش احیا دی اکسید گوگرد به گوگرد عملکرد مناسبی از خود نشان داده است. اضافه کردن فلزات لانتانوم و نیکل به سریم سبب افزایش سطح فعال کاتالیست و خصوصا افزایش انتخاب پذیری کاتالیست برای واکنش مطلوب می شود. در این تحقیق نانو کاتالیست سریم-لانتانوم-نیکل با روش هم رسوبی سنتز
و مورد مطالعه قرار گرفت. این کاتالیست در دمای 600 درجه سانتیگراد میزان تبدیل 90 درصد و انتخاب پذیری 65 درصد و در دمای 750 درجه سانتیگراد میزان تبدیل 94 درصد و انتخاب پذیری 45 درصد برای محصول مطلوب را از خود نشان داد.
.1 مقدمه
امروزه مسایل زیست محیطی ناشی از صنعتی تر شدن کشور ها یکی از چالش های مهم پیش روی کشورها می باشد. این مسائل زیست محیطی تحمیل شده به جوامع بشری در اثر پیشرفت صنایع، مشکلات و هزینه های بسیار زیادی از لحاظ مادی، بهداشت و سلامت برای کشور ها به وجو آورده است. به طوری که در سال های اخیر کشورهای صنعتی را بر آن داشته است که تلاش های بسیاری برای کنترل و خنثی کردن این آلودگی ها انجام دهند. آلودگی هوا به عنوان یکی از مهمترین آلودگی های ایجاد شده در سال های اخیر مشکلات بسیار زیادی را برای انسان ها به وجود آورده است. یکی از عمده گازهای آلوده کننده هوا گاز دی اکسید گوگرد می باشد که به طور گسترده در صنایع متالورژی مانند مس، روی و...، صنایع نفت و گاز و انرژی و صنایع حمل و نقل تولید می شود.
وجود دی اکسید گوگرد در هوا بر سلامتی انسان و سایر حیوانات اثرات حادی دارد. دی اکسید گوگرد برای گیاهان نیز مضر است، و محصولات کشاورزی را کاهش دهد. اما مهمترین مشکل دی اکسید گوگرد این است که دی اکسید گوگرد به راحتی در هوا با بخار آب موجود در هوا ترکیب شده و تولید باران اسیدی می کند. باران های اسیدی علاوه برخطر فراوانی که برای سلامتی انسان و سایر جانداران دارد، سبب از بین رفتن جنگل ها، از بین بردن آثار باستانی، اثرات مخرب روی زمین های کشاورزی، رودخانه ها و اکو سیستم می باشد. وجود منابع و صنایع عظیم نفت و گاز و نیز صنایع متالورژی عظیم به خصوص برای فلز مس در کشور ما نیز سبب تولید میزان بسیار زیاد دی اکسید گوگرد در کشور و به طبع ایجاد مشکلات بسیار ناشی از آن شده است.
با توجه به همین عوامل، انجام تحقیقات لازم برای توسعه روش های جدید و مناسب کنترل و کاهش ورود دی اکسید گوگرد به هوا بسیار ضروری به نظر می رسد.با توجه به مشکلات متعدد ایجاد شده توسط دی اکسید گوگرد فرایندهای مختلف و متعددی برای حذف این آلاینده توسعه یافته است. روش های صنعتی رایج کنونی عموما شامل روش های دورریز خشک و دور ریز مرطوب بوده که بر مبنای جذب دی اکسید گوگرد در یک فرایند - عموما با استفاده از آهک، سنگ آهک و سدیم کربنات - و سپس دفن مواد حاصله می باشد.
این روش ها یک مشکل بسیار عمده دارند و آن باقی ماند حجم عظیم زباله نامطلوب می باشد که دفن صحیح این حجم عظیم زباله نیازمند صرف هزینه های هنگفت می باشد که همین مشکل انجام این فرایند را برای بسیار از صنایع خصوصا صنایع متالورژی که میزان تولید دی اکسید گوگرد در آن ها زیاد است تقریبا غیر ممکن نموده است.[1] توجه به این مسئله توسعه روش های جدید برای حذف و کنترل دی اکسید گوگرد را امری ملزم و گریز ناپذیر کرده است.
یکی از روشهای جدید حذف دی اکسید گوگرد، تبدیل دی اکسید گوگرد به یک محصول مفید مانند گوگرد یا اسید سولفوریک در واکنش کاتالیستی می باشد که به جای حذف دی اکسید گوگرد، آن را تبدیل به یک محصول صنعتی قابل استفاده می کند و مشکل عمده روش های رایج کنونی یعنی باقی ماندن حجم زیاد زباله های جامد را ندارد. از بین دو محصول گوگرد و اسید سولفوریک، تبدیل آن به گوگرد گزینه مناسب تری می باشد، زیرا اسید سولفوریک به خاطر خاصیت اسیدی قوی مشکلات زیادی را در ذخیره سازی، حمل و نقل و فروش دارد.
از این رو تبدیل دی اکسید گوگرد به گوگرد به عنوان گزینه مناسب تر برگزیده شد زیرا علاوه بر آنکه مشکل عمده روش های رایج کنونی یعنی باقی ماندن حجم زیاد زباله را در انتهای فرایند ندارد، بلکه با تبدیل دی اکسید گوگرد به محصول گوگرد، آن را تبدیل به یک محصول ارزشمند با قابلیت فروش در صنعت می نماید. با توجه به حجم عظیم منابع نفت و گاز و ذخایر عظیم متالورژی کشور، دی اکسید گوگرد به عنوان یکی از مشکلات عمده آلودگی هوای کشور مطرح می باشد که توسعه این روش می تواند گامی بزرگ در جهت حل یکی از عمده ترین مشکلات آلودگی هوایی کشور باشد.
واکنش دهنده های مختلفی برای احیا دی اکسید گوگرد به گوگرد مورد مطالعه قرار گرفته اند که مهمترین آن ها شامل متان[7-2]، مونوکسید کربن[8-10] و هیدروژن[11-12] می باشد. علاوه بر این کربن[13] و گاز سنتز - ترکیب مونوکسید کربن و هیدروژن - نیز به عنوان واکنش دهنده برای این واکنش مورد بررسی قرار گرفته اند. با بررسی عوامل موثر در صنعتی کردن طرح، واکنش دهنده ای که برای حذف دی اکسید گوگرد انتخاب گردید متان می باشد. زیرا این واکنش دهنده دو مزیت اصلی قیمت ارزان و در دسترس بودن را دارد و با در نظر گرفتن حجم عظیم ذخایر گازی کشور، استفاده از آن جهت حذف دی اکسید گوگرد در کشور بسیار مناسب و توجیه پذیر می باشد و صنعتی کردن طرح با توجه به این امر بسیار مقرون به صرفه می باشد.
از طرف دیگر استفاده از مونوکسید کربن یا هیدروژن به عنوان واکنش دهنده، نیازمند احداث واحد تولید این گازها برای صنعتی کردن طرح می باشد که خود هزینه بر می باشند در حالی که برای متان این مشکل وجود ندارد. یک دسته کاتالیست که برای تبدیل دی اکسید گوگرد به گوگرد با متان در سال های اخیر مورد مطالعه قرار گرفته است کاتالیست های با پایه سریم می باشد. زیرا اکسید سریم به عنوان کاتالیست و پایه کاتالیست برای بسیاری از واکنش های شیمیایی عملکرد مناسبی از خود ارئه نموده است.
در این تحقیق برای اولین بار در کشور کاتالیست های اکسید سه تایی فلزات بر پایه اکسید سریم به روش هم رسوبی تهیه گردید تا جهت انجام واکنش حذف دی اکسید گوگرد از طریق احیا آن به گوگرد مورد بررسی قرار گیرد. دلیل سنتز اکسید سه تایی فلزات این است که اگرچه سنتز اکسید سه تایی پیچیده تر از سنتز اکسید سریم خالص می باشد، ولی اضافه کردن اکسید لانتانوم و اکسید نیکل به اکسید سریم، ضمن افزایش سطح ویژه کاتالیست و افزایش فعالیت کاتالیست، سبب بهبود انتخاب پذیری کاتالیست به سمت محصول مطلوب مورد نظر می گردد.[7-2]
.2 مواد مورد استفاده برای ساخت کاتالیست ها
برای ساخت کاتالیست ها از نیترات جامد فلزات که همگی از شرکت مرک آلمان در گرید آزمایشگاهی تهیه شده بودند استفاده گردید. محلول هایی از نیترات فلزات با غلظت معین ساخته و مورد استفاده قرار گرفت.
.3 روش تولید کاتالیست ها
برای ساخت کاتالیست ها روش هم رسوبی مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا نیترات فلزات با ترکیب درصد مشخص با هم مخلوط شدند و سپس مخلوط به دست آمده توسط هم زن به صورت پیوسته هم زده شد تا کاملا یکنواخت شود. سپس با اضافه کردن عامل رسوب دهنده، نیترات فلزات واکنش داده و به هیدروکسید فلزات تبدیل شده و رسوب داده شدند. ما از سود به عنوان عامل رسوب دهنده استفاده کردیم. سپس با عبور دادن محلول از کاغذ صافی و با استفاده از پمپ خلا محلول فیلتر شده و رسوب از محلول جدا شد. رسوب به دست آمده چندین بار توسط آب مقطر شسته شده و سپس در دمای 120 درجه در آون خشک شد. و در نهایت محصول به دست آمده کلسینه شده و کاتالیست نهایی تولید شد.[6-2]
