بخشی از مقاله
چکیده
اخیرا کاربرد مایعات یونی، به عنوان نسل جدید کاتالیستهای فرآیند گوگردزدایی اکسایشی مورد توجه محققان قرارگرفته است. قیمت بالای مایعات یونی و جداسازی دشوار این ترکیبات از محیط واکنش، مهمترین مشکلات بکارگیری این ترکیبات در مقیاس صنعتی میباشد. در این تحقیق با هدف رفع مشکلات مذکور و کاهش مقدار مصرف مایع یونی، تثبیت مایع یونی NMP.FeCl3 بر روی پایه گاماآلومینا انجام شده است.
کاتالیست جامد با استفاده از آزمون XRD مورد بررسی قرار گرفته و عملکرد آن در حذف دی بنزوتیوفن از نمونه سوخت مایع هیدروکربنی با غلظت 500ʽg/g گوگرد، ارزیابی شده است. براساس نتایج حاصل از کروماتوگرافی گازی - GC-FID - ، تحت شرایط عملیاتی دمای 40 درجه سانتی-گراد، نسبت کاتالیست به سوخت 0/2g/mL و نسبت مولی عامل اکسنده به گوگرد خوراک 4، طی مدت زمان 90 دقیقه بیش از %98 دی بنزوتیوفنل از نمونه سوخت حذف شده که نشاندهنده عملکرد بسیار بالای این کاتالیست در حذف ترکیبات تیوفنی مقاوم بوده است.
-1 مقدمه
با افزایش جمعیت جهان میزان مصرف سوخت های فسیلی جهت تامین انرژی در بخشهای مختلف بخصوص بخش حمل و نقل گسترش یافته است. بنزین و گازوئیل به عنوان سوختهای پرمصرف در بخش حمل و نقل محتوی مقادیر زیادی ترکیبات گوگرددار می باشند. انتشار ذرات دی اکسید گوگرد پس از احتراق سوخت سبب آلودگی محیط زیست و ایجاد مشکلات تنفسی و.... برای سلامتی بشر میشود؛ از این رو سازمان های بین المللی حفاظت از محیط زیست به وضع قوانین سختگیرانه ای در جهت کاهش یا حذف کامل ترکیبات گوگردی موجود در سوخت پرداختهاند
روش گوگردزدایی هیدروژنی - HDS - به عنوان روش صنعتی متداول برای حذف ترکیبات گوگردی آلیفاتیک - سولفیدها، تیواترو... - با استفاده از گاز هیدروژن در حضور کاتالیست¬های فلزی مناسب می باشد. حذف برخی از ترکیبات حلقوی گوگردی - بنزوتیوفن، دی بنزوتیوفن و... - با استفاده از روش گوگردزدایی هیدروژنی با مشکل مواجه بوده و نیازمند شرایط عملیاتی سخت¬ تر بوده که سبب افزایش هزینهها و ایجاد تمایل به استفاده از روش¬های کمکی در جهت حذف این ترکیبات شده است
روش های گوگردزدایی جذبی [7]، استخراجی [8]، زیست شیمیایی [9] و اکسایشی [10] - ODS - ، برخی از روشهای مکمل روش HDS در حذف ترکیبات حلقوی گوگرددار میباشند که در این بین، روش گوگردزدایی اکسایشی بیشتر مورد توجه محققان قرار گرفته است.
امکان حذف ترکیبات حلقوی گوگرددار تحت شرایط عملیاتی - دما و فشار - کمتر و همچنین کاهش هزینه ها در روش ODS سبب شده تا این روش به عنوان روش مکمل مناسب HDS در حذف ترکیبات حلقوی گوگرددار مورد تحقیق و بررسی قرار بگیرد 11] و .[12 حذف ترکیبات حلقوی گوگردی در روش گوگردزدایی اکسایشی در دو مرحله اکسایش و استخراج این ترکیبات انجام می¬شود که در هریک از این مراحل به ترتیب کاربرد کاتالیست¬ها، عوامل اکسنده و حلال استخراج مناسب سبب افزایش میزان حذف خواهد شد
در بین عوامل اکسنده مورد استفاده تاکنون، عامل اکسنده هیدروژن پراکسید بدلیل فعالیت مناسب، تولید محصولات جانبی کم خطر و قیمت ارزان در اکثر مطالعات گوگردزدایی اکسایشی مورد استفاده قرار گرفته است.
کاتالیست های مورد استفاده در فرآیند گوگردزدایی اکسایشی به دو دسته کلی کاتالیست های همگن و غیر همگن تقسیم می شوند. از مزایای کاتالیست های همگن می توان به دسترس پذیری آسان در محیط واکنش و کاهش محدویت های انتقال جرم اشاره کرد
اسیدهای کربوکسیلیک از پرکاربردترین کاتالیست-های همگن در فرآیندODS میباشند. مشکل باقیماندن کاتالیست در سوخت و جداسازی آن ها از محیط واکنش سبب ایجاد تمایل به استفاده از کاتالیست های ناهمگن شده است 17]و.[18 اکسید فلزات واسطه بارگذاری شده بر روی پایه های جامد مزوحفره - سیلیکا، آلومینا و... - برخی از کاتالیست های ناهمگن بوده که تاکنون به منظور رفع مشکلات ناشی از کاتالیستهای همگن، تهیه و در گوگردزدایی اکسایشی مورد استفاده قرار گرفته اند.
اخیرا استفاده از مایعات یونی به عنوان کاتالیست در فرآیند ODS مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. مایعات یونی اسیدی - لویس یا برونستد - ، مایعات یونی با آنیون پلی اکسومتالات - - POMs و مایعات یونی با نقش سورفکتنت برخی از مایعات یونی پرکاربرد در فرآیند ODS می باشند.[19] علی رغم مزایای مناسب مایعات یونی در استخراج و اکسایش ترکیبات گوگردی، قیمت بالا، جداسازی مشکل این ترکیبات و باقی ماندن بخشی از مایع یونی در سوخت به عنوان یک چالش جدی در جهت استفاده از این ترکیبات به عنوان کاتالیست ODS در مقیاس صنعتی مطرح می باشد. تثبیت مایعات یونی بر روی پایه کاتالیست های جامد - سیلیکا، گاما آلومینا و... - به عنوان یک راه حل مناسب جهت رفع مشکلات کاربرد مایعات یونی در فرآیند ODS شناخته شده است
در این تحقیق ثبیت مایع یونی کئوردیناسیون NMP.FeCl3 روی پایه انجام و در گوگردزدایی اکسایشی از نمونه سوخت مورد استفاده قرار گرفته است.
-2 بخش تجربی
-1-2 مواد شیمیایی
مایع یونی کلرید آهن - III - بر مبنای ان متیل پیرولیدن - NMP - ، دی کلرومتان - CH2Cl2 - ، دی بنزوتیوفن - DBT - ، هیدروژن پراکسید با خلوص %30وزنی - H2O2 - ، ان اکتان، اتیلاستات، هگزا دکان و گاما آلومینا - -Al2O3 - مواد مورد استفاده در تهیه کاتالیست و نمونه سوخت بوده که از شرکت های مرک و فلوکا خریداری و مورد استفاده قرار گرفته است.
-2-2 تهیه کاتالیست
روش مرسوم تلقیح مرطوب به عنوان روش مورد استفاده جهت تثبیت مایع یونی روی پایه گاما آلومینا مورد استفاده قرار گرفته است. بر اساس درصد وزنی مورد نظر جهت بارگذاری مایع یونی بر روی پایه، وزن مشخصی از مایع یونی را درون بالن دو دهانه مجهز به کندانسور ریخته، حجم مشخصی از حلال دی کلرومتان را به درون بالن اضافه می کنیم تا مایع یونی رقیق شده و انجام عملیات اختلاط به آسانی صورت بگیرد. سپس پایه گاما آلومینا اضافه شده و مخلوط واکنش با استفاده از همزن مغناطیسی به مدت چندین ساعت همزده شده است. پس از پایان زمان اختلاط، حلال دی کلرومتان جدا و سپس کاتالیست خشک شده که در شکل 1 نشان داده شده است. ساختار کاتالیست با استفاده از آنالیز پرتو اشعه ایکس - XRD - مورد بررسی قرار گرفته است.
شکل :1 مایع یونی تثبیت شده
